CC BY
65
фосфида и арсенида галлия. На их основе созданы первые светодиоды и заложены основы современной энергосберегающей технологии получения искусственного света.
Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Конструкция светодиода серии Luxeon схематично показана на рисунке.
В настоящее время по данным производителей лучшие образцы светодиодных (СИД, LED) ламп имеют светоотдачу более 80 лм/Вт, срок службы до 100 000 ч и КПД преобразования электрической энергии в световую более 95 %. Они обладают рядом несомненных преимуществ, в числе которых экономичность, хорошая управляемость, оптическая совместимость, долговечность, высокая механическая прочность. Кроме того, низкое напряжение питания делает их незаменимыми в условиях повышенной влажности и агрессивной среды, свойственных для сельскохозяйственных объектов.
Однако специалисты в области оптоэлектроники отмечают, что в условиях массового производства и недобросовестной конкуренции многие светодиоды (в основном азиатских производителей) не соответствуют заявляемым параметрам, подвержены значительной тепловой и электрической деградации в процессе эксплуатации, что во многом является следствием применения дешевых и несовершенных технологий производства. Срок службы таких светодиодов и их компонентов не превышает нескольких сотен часов.
Применительно к технологиям сельскохозяйственного производства с созданием светодиодов появляется перспектива применения света, максимально приближенного к спектральным характеристикам биологических приемников излучения. В настоящее время имеются коммерческие предложения для приобретения установок со светодиодами для растениеводства закрытого грунта, выпускаются светодиодные лампы со стандартным цоколем, светодиодные
Конструкция светодиода серии Luxeon:
1 — алюминиевая (медная) основа; 2 — корпус;
3 — катод; 4 — кристалл; 5 — силикон;
6 — пластиковая линза; 7 — анод
светильники для уличного освещения. Разработан светодиодный осветитель растений, в котором специальная комбинация светодиодов позволяет создать более полноценное искусственное освещение растений по сравнению с традиционными лампами [3].
Несмотря на очевидные преимущества новых источников света, практическое использование светодиодов сдерживается относительно высокой стоимостью, отсутствием массового производства готовых приборов для создания на их основе систем освещения и их адаптации к разным сферам сельскохозяйственного производства. Несомненно, что с развитием и удешевлением светодиодных технологий и массовым применением СИД-ламп в сфере бытового освещения, их будут широко использовать и в сельскохозяйственном производстве.
Список литературы
1. Широков, Ю. Источники света: вчера, сегодня, завтра / Ю. Широков // Современная электроника. — 2005. — № 4.
2. Живописцев, Е.Н. Электротехнология и электрическое освещение / Е.Н. Живописцев, О.А. Косицын. — М.: Агропромиздат, 1990. — 303 с.
3. Сайт компании CREE: http//www.cree.com.
4. Материалы сайта: http//www.portal-electro.ru.
УДК 631.22:628.8/.9
О.Ю. Коваленко, канд. техн. наук, доцент
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева»
ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ И ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Расширение номенклатуры источников света (ИС) рядных ламп высокого и низкого давления мощно-
обусловливает возможность применения в осве- стью 50___150 Вт. Ограничением является низкая
тительных установках (ОУ) для животноводства расчетная высота подвеса светового прибора (СП).
ламп повышенной эффективности, а именно, раз- Оптимизацию ОУ необходимо проводить по кри-
--------------------------- 39
вой силы света (КСС) при наименьших удельных мощностях ОУ.
До сих пор основу типовых проектов составляют проекты, выполненные в соответствии с нормами технологического проектирования ферм крупного рогатого скота (НТП-СХ) [1, 2], в которых уровни освещенности регламентированы без учета влияния света на резистентность и продуктивность животных и по устаревшим данным о состоянии производства ИС и СП. Поэтому необходимо проводить мероприятия по ускорению внедрения рациональных систем освещения в животноводстве. Для обеспечения нового качественного уровня систем освещения в животноводстве необходимо выработать соответствующий подход, гарантирующий выполнение технических, технологических, экономических и эксплуатационных требований, предъявляемых производителями сельскохозяйственной продукции к технологическому оборудованию.
На основании технических требований проектировщик разрабатывает техническое задание, содержащее экономический, свето- и электротехнический расчеты.
При проектировании ОУ для животноводческих помещений должны участвовать специалисты разного профиля (энергетики, светотехники, биологи, ветеринары). Результаты испытаний спроектированных ОУ необходимо систематизировать для накопления информационных данных с целью дальнейшего совершенствования нормативной базы.
Проектирование осветительных установок для животноводства должно базироваться на следующих принципах.
I. Системный подход к выработке требований к светотехническим, монтажно-эксплуатационным, экономическим характеристикам ОУ в соответствии с нормативной документацией и в сочетании с другими установками, например облучательными, обеспечивающими технологический процесс.
II. Научное обоснование выбора технических средств для обеспечения оптимизации параметров ОУ с учетом возможности разработки рекомендаций и предложений для их совершенствования.
III. Обеспечение оптимизации светотехнических и экономических характеристик (равномерность освещения, требуемая освещенность в процессе эксплуатации с учетом КЕО и коэффициента запаса, минимизация удельной мощности при подборе эффективных ИС и СП, надежность работы и стабильность эксплуатационных характеристик) при многовариантных расчетах на компьютере.
IV. Обеспечение возможности работы ОУ в различных режимах с учетом суточного и сезонного фотопериода при использовании систем автоматического управления световым режимом.
Приведем пример ОУ с эффективными ИС для помещения молодняка крупного рогатого скота. Ис-
40
ходные данные для проектирования ОУ следующие: типовой проект телятника 801-206 с групповым содержанием телят средней массой 160 кг в секции на 20 голов с 20-дневного до 6-месячного возраста; четырехрядное размещение телят; два кормовых прохода шириной 2,1 м; площадь секции на одного теленка 1,6 м2 с фронтом кормления 0,4 м; естественное освещение обеспечивается через двусторонние боковые светопроемы ленточного типа, расположенные на высоте 1,2 м от пола; отношение площади окон к площади пола S0/Sп = 1/9.
В боковых рядах значение КЕО четыре месяца в году ниже нормированного ен, в центральных рядах в течение всего года значение КЕО ниже 0,8ен. В рассматриваемом помещении зона с недостаточной естественной освещенностью составляет 45,8 % площади 841,4 м2, на которой расположены центральные ряды секций для телят с зоной кормления, включая проходы.
В соответствии с отраслевыми нормами [3] в помещениях для выращивания телят нормируемый уровень освещенности от установок с газоразрядными лампами составляет 100 лк. Так как для центральных рядов в течение года, а для боковых в течение нескольких месяцев значение КЕО меньше 0,5 %, то следует увеличить уровень искусственной освещенности на одну ступень по шкале освещенности — до значения 125 лк. С учетом коэффициента запаса для газоразрядных ламп равного 1,3, среднее значение освещенности от проектируемой ОУ должно быть не менее 162,5 лк.
При выборе осветительных ламп предпочтение отдано высокоэффективным ИС, к которым можно отнести люминесцентные лампы типа ЛБЦТ-35 с диаметром трубки 16 мм (Т5). Лампы устанавливали в двухламповых светильниках с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА) с полуширокой КСС типа Л.
По разработанной сотрудниками Мордовского госуниверситета программе проведен расчет ОУ при равномерном освещении с четырехрядным расположением светильников. В результате расчетов определено число СП, необходимое для обеспечения требуемой освещенности при высоте подвеса 2,8 м. Для помещения шириной 21 м удельная мощность ОУ, в СП которых применены лампы типа ЛБЦТ-35, составила 2,75 Вт/м2. Для аналогичной осветительной установки с СП, имеющими косинусную КСС типа Д, с лампами типа TLD36/830 с диаметром трубки 26 мм (Т8) удельная мощность составляет 4 Вт/м2. Экономия энергии при внедрении установок с высокоэффективными лампами Т5 составила 31,25 % по сравнению с установками на базе ламп Т8.
Изолюксы в зоне содержания животных и распределение освещенности вдоль помещения для ОУ с двухламповыми (ЛБЦТ-35) СП показаны на рис. 1, 2.
Рис. 1. Изолюксы в зоне содержания животных для осветительной установки СП с ЛБЦТ 2x35
Дополнительно рассчитана освещенность помещения от двух центральных рядов светильников, расположенных над зоной с недостаточной естественной освещенностью. Расчет показал, что с марта по октябрь телятник может освещаться только от двух центральных рядов с числом светильников в ряду, равным расчетному плюс один (удельная мощность 1,45 Вт/м2). Экономичный режим позволит дополнительно снизить потери электроэнергии на 32,5 %.
При оснащении телятника установкой для ультрафиолетового профилактического облучения, действующей совместно с осветительной, облучатели, например, ЭСП01-30 с эритемными лампами мощностью 30 Вт можно устанавливать в рядах между светильниками. При этом обеспечивается рекомендованная площадь зоны действия — 1 облучатель на 20 м2.
Спектральное распределение мощности излучения в разных точках рабочей поверхности в зоне действия облучателей и светильников будет раз-
Рис. 2. Распределение освещенности вдоль помещения для осветительной установки с СП 2x35 с ЛБЦТ-35
лично. Для светильника с КСС типа Л и облучателя со стандартной кривой силы излучения (КСИ) типа Д в точках поверхности под облучателем и светильником спектральные распределения представлены на рис. 3.
а
б
Рис.
3. Спектральное распределение удельной мощности излучения для высоты подвеса 1,8 м:
а — под облучателем с КСИ типа Д; б — под светильником с КСС типа Л
а б
Рис. 4. Спектральное распределение удельной мощности излучения для высоты подвеса 1,8 м:
а — под облучателем с КСИ типа Л; б — под светильником с КСС типа Л
Изменение КСИ для эритемного облучателя с типа Д на тип Л позволит в некоторой степени сгладить различия в соотношении между световым и ультрафиолетовым потоками в точках рабочей поверхности (рис. 4).
Таким образом, грамотный выбор светильников и облучателей с оптимальными КСС и КСИ и высокоэффективными ИС позволяет выявить значительные резервы экономии электроэнергии и повышения качественных показателей осветительно-облучательных установок в животноводческих помещениях. Учет изменяющихся в течение года потребностей в количественных и качественных характеристиках освещения и облучения позво-
ляет координировать сезонные режимы работы в зависимости от изменения коэффициента естественного освещения. Такой подход обеспечивает комплексное решение вопросов эффективного использования оптического излучения в технологии разведения и содержания сельскохозяйственных животных.
Список литературы
1. Нормы технологического проектирования для крупного рогатого скота. НТП-СХ 1-72. — М., 1972.
2. Руководство по проектированию освещения животноводческих помещений. — М.: Стройиздат, 1981.
3. Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий, сооружений. — М.: ВИЭСХ, 1992.
УДК 631.371:621.311
И.Н. Фомин, ст. преподаватель
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный агроинженерный университет»
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СПОСОБА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ К РЕЗЕРВНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
В качестве информативного сигнала регламентированного способа [пат. 2282926 РФ / В.Г. Васильев, Л.Д. Суров, И.Н. Фомин] используют последовательность пофазной подачи напряжения в сеть от резервной электростанции [1]. При выделении потребителей первой категории в сеть подается сначала напряжение первой фазы, а затем через заданное время напряжение двух других фаз. Для выделения потребителей первой и второй категорий в сеть сначала подают напряжение первой фазы, через заданное время — напряжение второй фазы и затем через заданное время — третьей фазы. В случае включения
всех потребителей в сеть одновременно подают напряжения всех трех фаз. При этом в первом случае к резервной электростанции подключают только потребителей первой категории, во втором случае — потребителей первой и второй категорий, а в третьем — всех потребителей. Структурная схема для реализации этого способа показана на рисунке.
В нормальном режиме головные выключатели Q4, Q14, Q24 включены и питание от основного источника по линиям L1, L11, L21 через элементы УВП10, УВП20, УВП30 подается всем без исключения потребителям.
