CC BY
102
• сокращение числа бюджетополучателей, обеспечивающее более эффективное управление в части расходования бюджетных средств и контроля за их использованием;
• увеличение доходов бюджета (за счет увеличения объемов оказываемых Союзом платных образовательных и иных услуг, внедрения наукоемких технологий, выпуска наукоемкой продукции); отработка механизмов консолидации бюджетов и интеграции усилий властных структур различного уровня для решения региональных и общероссийских задач;
• оптимизация перечня реализуемых образовательных программ, исключение их дублирования; расширение сферы образовательных услуг, ориентированных на региональные, российский и мировой образовательные рынки.
Литература
1. Основные направления политики Российской Федерации в области развития инновационной системы на период до 2010 года: постановление Правительства РФ от 5 августа 2005 г. № 2473п-П7.
2. Стратегия экономического развития Сибири: утв. Постановлением Правительства РФ № 765-р от 07.07.2002 г.
'--------♦-----------
УДК 628.2.978 Н.В. Цугленок, Я.А. Кунгс, Р.А. Паникаев
ЗАДАЧИ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЖИЛЫХ УСТАНОВКАХ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ
В работе дается обоснование использования источников осветительных установок со светодиодами в сельских животноводческих и других помещениях для повышения энергетической эффективности установок для освещения.
Ключевые слова: сельское хозяйство, осветительные установки, светодиод, эффективность.
N.V. Tsuglenok, Ya.A. Kungs, R.A. Panikayev THE TASKS OF INTRODUCTION OF THE SYSTEMS OF LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTING IN TECHNOLOGICAL AND HABITABLE INSTALLATIONS OF AGROINDUSTRIAL COMPLEX IN RUSSIA
The substantiation of the lighting installations sources application with light-emitting diodes in rural cattle-breeding and other premises to increase power efficiency of lighting installations is given.
Keywords: agriculture, lighting installations, light-emitting diode, efficiency.
Актуальность исследования светодиодного освещения обусловлена необходимостью оптимизации принципов, методов, способов и средств освещения производственных и технологических помещений. Крайне неудовлетворительное состояние низковольтных ведомственных сетей отдельных агропромышленных предприятий приводит к высокой аварийности и связанной с этим низкой надежностью освещения. Нельзя также забывать и об экологической опасности, связанной с использованием традиционных источников освещения, содержащих как саму ртуть, так и пары ртути.
Электрификация всех отраслей народного хозяйства, в том числе сельского хозяйства, - одно из решающих условий создания материально-технической базы в нашей стране. Серьезное внимание должно уделяться сельскому хозяйству, его электрификации, так как она является основой и непременным условием комплексной механизации и автоматизации всех сельскохозяйственных процессов, резкого повышения производительности труда и коренного подъема сельского хозяйства. Электрификация постоянно претерпевает существенные качественные изменения, заключающиеся в модернизации существующего и создании нового электрооборудования, применении нового электрооборудования, новых проводниковых и электроизоляционных материалов, совершенствовании технологии производства.
На получение оптического излучения (ОИ) в сельском хозяйстве расходуется примерно 20% потребляемой электроэнергии. Достоинства ОИ как фактора энергетического и регуляторного воздействия на биологические объекты общеизвестны: экологическая чистота, легкая управляемость, простота и дешевизна генераций и др. Доступная возможность получения требуемых параметров пространственного распределения потока ОИ, его спектрального распределения и интенсивности облучения позволяет говорить об ОИ как о средстве тонкого целевого воздействия с большим эффектом. Общеизвестна также экономическая эффективность применения ОИ. Несмотря на эти и другие достоинства, масштабы применения ОИ в сельском хозяйстве в настоящее время даже в регионах с высоким уровнем электрификации соответствуют примерно 20-25% потребности. Это объясняется в основном ограниченностью номенклатуры технических средств освещения, низкой надежностью его работы, недостаточной обоснованностью нормативных параметров. Повышение эффективности воздействия ОИ на биологические объекты возможно на основе глубоких знаний фотобиологии, распространения электромагнитных излучений в биологических средах, связи первичных и конечных эффектов воздействия, методов оценки этих и других явлений. Имеющиеся в сельскохозяйственном производстве технологические процессы, основанные на применении искусственного ОИ (например, светокультура в теплицах, освещение безоконных птицеводческих и животноводческих помещений), а также реальные перспективы их развития и появление новых источников (например, спектральные лампы, лазеры).
В предлагаемой статье показаны перспективы реконструкции системы освещения на основе применения светодиодов, что, в конечном счете, должно увеличить выход продукции от животных, повысить ее качество, улучшить условия труда работников, а также снизить потребление электроэнергии и вследствие этого снизить себестоимость продукции.
Поэтому вопросы, рассматриваемые в предлагаемой статье, являются актуальными.
В работе также дается обоснование использования источников осветительных установок со светодиодами в сельских животноводческих и других помещениях с целью повышения их энергетической эффективности.
Для широкого внедрения светодиодов в установках оптического излучения необходимо решить следующие задачи:
провести анализ современного состояния вопроса по применению светодиодов и светильников для создания комфорта в животноводческих и жилых помещениях;
сделать анализ современной светодиодной продукции с целью выбора светодиодов для создания светодиодных светильников, специализированных для сельского хозяйства;
разработать теоретическую базу расчета кривых светораспределения светильников косинусного (Д), полуширокого (Л) и широкого светораспределения для животноводческих и жилых помещений, кругового равномерного светораспределения (М) для садового декоративного освещения и светильника прожекторного типа с учетом кривых светораспределения светодиодов;
разработать методику экспериментальных исследований светодиодных светильников на базе существующих государственных и международных стандартов;
разработать оценочные показатели, относящиеся к проектированию помещений и зданий с освещением на светодиодных светильниках с целью создания типового проект осветительной установки животноводческого помещения;
дать методику технико-экономического обоснования применения светодиодного освещения в животноводческих и жилых помещениях.
Сразу необходимо оговорить, что в настоящее время никаких нормативных документов по созданию и оценке технических характеристик светодиодных светильников на уровне государственных стандартов и технических условий нет, хотя существует множество фирм, таких, как светотехнический завод «Светоре-зерв», выпускающий светодиодные светильники серии ССУ, ПССП, СКУ-1 и другие [3]; фирма «Xlight», выпускающая световые приборы на мощных светодиодах Cree [1]; фирма «Bioflame», производящая светильники ППС, прожекторы ПРС и другие. Фирма LED предлагает светодиодные светильники УСС 70 от 70 до 120 Вт, прожекторы ПС и светильники СПО различных модификаций [2]. Кроме их существует целый ряд предприятий, где выпуск осветительной продукции на светодиодах имеет вспомогательное значение. Можно полагать, что лет через десять светодиодное освещение заменит многие средства освещения в современных сферах производства и жилья.
В таблицах 1-3 приведены характеристики наиболее мощных светодиодов, которые могут быть использованы при создании светильников для помещений сельскохозяйственных предприятий.
Таблица 1
Параметры светодиодов мощностью 3 Вт
Модель Цвет Длина волны 1, нм, Тс, °К Световой поток Fv, лм Отноше- ние лм/Вт Прямое напряжение V, В Угол 2q, °
1ТЛП тах т1п тах
ЕРЕР3ЕЕ1 Красный 620 51,7 76,6 21,4 2,0 2,8 140
ЕУ1_Д3ЕЕ1 Желтый 590 39,8 67,2 17,8 2,0 2,8 140
ЕВС83ЕА1 Синий 470 18,1 30,6 8,1 3,2 4,0 140
ЕО\1Н3ЕЕ1 Зеленый 525 99,7 113,6 35,6 3,0 3,8 140
EWJ73EA3 Белый (хол.) 6000К 87,4 129,5 36,2 3,2 4,0 140
Таблица 2
Параметры светодиодов мощностью 5 Вт
Модель Цвет Длина волны 1, нм, Тс, °К Световой поток Fv, лм Отноше- ние лм/Вт Прямое напряжение V, В Угол 2q, °
тт тах т1п тах
ЕРЕР3ЕЕ1 Красный 620 65,0 80,0 14,5 2,0 2,8 140
ЕУЕА5Е01 Желтый 590 110,0 140,0 25,0 2,0 2,8 140
ЕВМ5Е01 Синий 470 23,5 34,9 5,8 3,2 4,0 140
Е0Ж5Е01 Зеленый 525 168,2 249,6 41,8 3,0 3,8 140
EWJ85EA1 Белый (хол.) 6000К 144,7 218,9 36,4 3,2 4,0 140
Таблица 3
Параметры светодиодов мощностью 10, 20 и 30 Вт
Модель Цвет Длина волны 1, нм, Тс, °К Световой поток Fv, лм Отноше- ние лм/Вт Прямое напряжение V, В 2У , 3 ° л
тт тах т1п тах
Н1_^03АН1 10 5000... 7000 300 450 37,5 10,0 1,4 140
Н1_^03СК1 20 5000... 7000 700 850 38,8 15,0 1,4 140
Н1_^03Е1_1 30 5000... 7000 850 1110 32,7 24,0 1,4 140
Как следует из таблиц 1-3, минимальные и максимальные значения интенсивности могут существенно отличаться, однако следует иметь в виду, что при заказе продукции необходимо указать конкретный бин.
Бинирование - это автоматическая сортировка светодиодов по таким параметрам, как световой поток, длина волны (для цветных) или цветовая температура (для белых светодиодов), реже по величине прямого падения напряжения. Следует иметь в виду, что стоимость бинов различна, понятно, что цена бина с максимальным световым потоком будет велика, поскольку для выполнения такого заказа потребуется сортировка большей партии светодиодов.
Основными преимуществами применения мощных светодиодов для освещения являются [4]:
- экономия электроэнергии. В общем случае, светодиодное освещение для обеспечения одного и того же светового потока требует в 4-5 раз меньшей мощности по сравнению с лампами накаливания и в два раза меньшей мощности по сравнению с люминесцентными лампами;
- длительный срок службы и, как следствие, снижение эксплуатационных затрат. Производители мощных светодиодов указывают срок службы, равный 50000...100000 часов. Это в 100 раз выше, чем у ламп накаливания, и примерно в 5...10 раз больше, чем у люминесцентных ламп. В настоящее время нет стандар-
та, определяющего срок службы светодиодов, хотя существуют предложения от авторитетных организаций считать таковым время, в течение которого световой поток уменьшается до некоторого значения (до 70 или 50%) от начальной величины. Необходимо иметь в виду, что реальный срок службы существенно сокращается, если, во-первых, протекающий через светодиод ток превышает номинальное значение и, во-вторых, не обеспечивается должный теплоотвод;
- низкое питающее напряжение, что гарантирует высокий уровень электробезопасности;
- светодиоды не имеют стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность;
- отсутствие разогрева или высоких пусковых напряжений при включении;
- безынерционность включения и выключения;
- возможность регулирования интенсивности излучения без изменения спектральных характеристик излучаемого света;
- отсутствие ультрафиолетовых и иных вредных для здоровья излучений;
- в конструкциях светодиодов не применяются опасные вещества, например, ртути, что существенно упрощает процесс утилизации.
Несмотря на вышеперечисленные плюсы, есть объективные факторы, сдерживающие применение светодиодов в качестве средств освещения. Главная причина - высокая цена. Отношение люмен/доллар для обычной лампы накаливания - приблизительно 1000, а мощные светодиоды в настоящее время могут достигать лишь отношения 20...40 люмен/доллар.
В сельском хозяйстве используют как осветительные, так и облучательные светотехнические установки.
Для каждого вида установок, в зависимости от цели, используют различные источники света. Сегодня применение светодиодов помогло бы значительно повысить экономичность установок сельскохозяйственного назначения. Уже существующие светодиоды имеют спектральный диапазон от ИК- до УФ-области. Исходя из поставленных целей, можно подобрать светодиоды необходимого спектра с оптимальными характеристиками.
Возможные области применения светодиодов в сельском хозяйстве представлены в таблице 4.
Таблица 4
Светотехнические установки сельскохозяйственного назначения
Осветительные установки Облучательные установки
• Животноводческие помещения (коровники, доильные площади, свинарники, конюшни, помещения для содержания телят). • Птичники. • Полевые работы в темное время суток. • В помещения для складирования сельхозпродукции, крытые тока, помещения молоко- и мясопереработки и т.д. • Теплицы или специальные культивационные помещения. • Животноводство и птицеводство. • Обеззараживание воды, воздуха и сельскохозяйственных продуктов. • Сушка продукции. • Дезинсекция (борьба с насекомыми и прочими вредителями). • Предпосевная обработка семян. • Животноводческие помещения любого профиля для исключения «солнечного голодания» и обогрева молодняка
Предварительная оценка экономических выгод от внедрения светодиодных светильников в сельском хозяйстве сводится к следующим факторам:
- экономия электроэнергии до 70% позволяет перераспределить высвободившуюся энергию в «узкие» места и на другие нужды;
- улучшение освещенности за счет увеличения количества светильников на существующих мощностях и кабельных трассах. В связи с тем, что человек 80% информации получает через органы зрения, то зрительный комфорт напрямую зависит от степени освещенности. Качественная световая среда создает зону безопасности и визуального комфорта. Каждому знакома смена чувства тревоги и напряжения на уверенность и чувство защищенности при выходе из неосвещенного переулка на освещенную улицу. Статисти-
ка однозначно свидетельствует, что в районах с хорошим уровнем освещенности число преступлений в темное время суток значительно ниже, чем в районах с уровнем освещенности ниже норм и тем более, где освещение вообще отсутствует;
- уменьшение сечения кабеля или мощностная разгрузка существующего. На данный момент значительная часть электрических сетей обветшала, уменьшение нагрузки существенно увеличит их срок службы;
- отсутствие затрат на обслуживание и срок службы 25 лет позволяет первые 5 лет экономить, а следующие 20 - получать реальную прибыль;
- экологическая безопасность позволяет исключить затраты на специальную утилизацию и сохранить окружающую среду;
- безопасность движения и сохранение жизней обеспечиваются лучшей видимостью и восприятием глубины пространства за счет большей контрастности (в 400 раз), отсутствие слепящего эффекта за счет специально сформированного угла светового потока;
- сохранение электропроводок осветительных установок за счет низких питающих токов (0,34 А) и отсутствия пусковых токов;
- стабильное освещение в зимний период обеспечивается отсутствием проблем с включением, характерным для всех газоразрядных ламп.
В качестве вывода можно утверждать, что решение поставленных в статье задач позволит создать законодательную, техническую и эксплуатационную базу для широкого внедрения светодиодов в осветительных установках сельскохозяйственных предприятий агропромышленного комплекса России.
Литература
1. 1"|Нр://жт. вуеМм. ги.
2. http://www.energoff.ru.
3. http://www.svetoгezeгv.eпeгgopoгtal.гu
4. Дорофеева, Д.Ю. Сравнение стоимости единицы световой энергии традиционных и полупроводниковых ИС / Д.Ю. Дорофеева, А.В. Трубач, В.Д. Никитин // Молодые светотехники России: тез. докл. XIII меж-дунар. специал. выставки по светотехнике и осветительной технике. - М.: ВИГМА, 2007. - 100 с.
'--------♦-------------
