Разработка и обоснование эффективности технологического светодиодного


с. 1 с. 2


На правах рукописи

Новоселов Иван Михайлович




РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

ПТИЧНИКА ПРОМЫШЛЕННОГО СТАДА КУР-НЕСУШЕК
Специальность 05.20.02 – электротехнологии

и электрооборудование в сельском хозяйстве



АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2011

Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кочетков Николай Петрович


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Возмилов Александр Григорьевич


кандидат технических наук, доцент

Ниязов Анатолий Михайлович

Ведущая организация – Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Чувашская ГСХА»)

Защита состоится 16 декабря 2011 г. в 12-00 на заседании диссертационного совета КМ 220.030.02 при ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11, ауд. 3-201.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 11, диссертационный совет КМ 220.030.02. Телефон/факс 58-99-47.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, с авторефератом – на сайтах www.izhgsha.ru, http://vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан 14 ноября 2011 г.


Размещен на сайтах www.izhgsha.ru, http://vak.ed.gov.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Н. Ю. Литвинюк
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Птицеводство – динамично развивающаяся отрасль сельского хозяйства России. Объем производства куриных яиц постоянно растет и к 2011 году составил 40,6 млрд. яиц. При этом большинство яиц было произведено в птичниках закрытого содержания с использованием ламп накаливания для технологического освещения.

Федеральный закон №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» устанавливает ряд ограничений в области использования ламп накаливания. В частности, с 1 января 2013 года на территории Российской Федерации запрещаются к обороту лампы накаливания мощностью семьдесят пять ватт и более, а с 1 января 2014 года – лампы накаливания мощностью двадцать пять ватт и более.


Очевидно, что со стороны птицефабрик, в связи с принятием ФЗ №261, появился отчетливый спрос на модернизацию системы освещения птичников. Существующие системы технологического освещения птичников промышленного стада кур-несушек не обеспечивают оптимальной освещенности кормушек ярусов клеточной батареи. До настоящего времени существуют различные мнения в оценке эффективности применения ламп накаливания, люминесцентных ламп и светодиодов для технологического освещения птичников промышленного стада кур-несушек, в оценке оптимальной освещенности кормушек клеточных батарей в период продуктивности птицы. Остаются недостаточно выясненными вопросы влияния уровня средней освещенности кормушек в период яйценоскости на продуктивность кур-несушек различных кроссов.

Светодиодное освещение, особенно тепло-белого цвета, наиболее близко по спектру излучения и по влиянию на продуктивность кур-несушек к лампам накаливания. Светодиоды, несмотря на высокую стоимость, по многим показателям превосходят лампы накаливания и люминесцентные лампы. В связи с этим вопросы исследования и обоснования эффективности технологического светодиодного освещения птичников промышленного стада кур-несушек являются своевременными и актуальными.



Цель работы – исследование и обоснование эффективности технологического светодиодного освещения птичника промышленного стада при содержании кур-несушек в многоярусных клеточных батареях, обеспечивающего оптимальную освещенность кормушек и повышение продуктивности птицы.

Задачи исследования:

- провести обзор и анализ современного состояния технологического освещения птичников промышленного стада при содержании кур-несушек в многоярусных клеточных батареях;

- оценить влияние уровня освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи на продуктивность кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» и определить оптимальный уровень средней освещенности кормушек, соответствующий максимальной продуктивности птицы;

- разработать модель идеализированного светильника с линейками точеч-

ных направленных источников света для исследования светодиодной системы освещения многоярусных клеточных батарей;

- предложить конструкцию светодиодного светильника для освещения многоярусной клеточной батареи с содержанием кур-несушек промышленного стада, позволяющую обеспечить оптимальную среднюю освещенность кормушек на всех ярусах клеточной батареи;

- обосновать светотехнические параметры светодиодного светильника и системы технологического светодиодного освещения многоярусных клеточных батарей птичника промышленного стада кур-несушек;

- предложить рекомендации по инженерному расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек;

- оценить ожидаемую экономическую эффективность использования светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.



Объект исследования – система технологического освещения птичника промышленного стада с содержанием кур-несушек в многоярусных клеточных батареях.

Предмет исследования – влияние уровня освещенности кормушек на продуктивность кур-несушек и закономерности пространственного распределения светового потока светодиодных светильников, обеспечивающие оптимальную среднюю освещенность на кормушках клеточных батарей.

Научную новизну результатов исследования составляют:

- математическая модель нелинейной регрессионной связи между средней освещенностью кормушек за период яйценоскости по ярусам клеточных батарей и средней сезонной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» при их содержании в многоярусных клеточных батареях;

- модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света;

- зависимости светотехнических и конструктивных параметров системы технологического освещения со светодиодными светильниками от конструктивных параметров клеточной батареи и птичника.



Практическую значимость представляют разработанная конструкция светодиодного светильника, позволяющая обеспечить оптимальный уровень освещенности кормушек многоярусной клеточной батареи, и рекомендации по инженерному расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Выявленная нелинейная регрессионная связь между средней освещенностью кормушек за период яйценоскости по ярусам клеточных батарей и средней сезонной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун», позволяющая определить величину оптимальной средней освещенности кормушек, обеспечивающей максимальную продуктивность птицы.

2. Разработанная модель идеализированного светильника с линейками то-

чечных направленных источников света, позволяющая:

- установить зависимости светотехнических и конструктивных параметров системы технологического освещения со светодиодными светильниками от конструктивных параметров клеточной батареи и птичника;

- разработать методику расчета параметров светодиодных светильников и системы освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

3. Предложенная конструкция светодиодного светильника для освещения многоярусной клеточной батареи с содержанием кур-несушек промышленного стада, позволяющая обеспечить оптимальную среднюю освещенность кормушек и заданную неравномерность освещения вдоль кормушек на всех ярусах клеточной батареи.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием основных законов светотехники, геометрии, тригонометрии, дифференциального и интегрального исчисления, специализированной компьютерной программы Dialux v.4.9. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием программы Microsoft Excel.

Реализация результатов исследований. Работа проведена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА по теме «Повышение эффективности работы технологических энергоустановок в сельском хозяйстве Удмуртской Республики», рег. № 01200951811. Разработанные рекомендации по инженерному расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек приняты и используются при разработке технического задания и конструировании светодиодных светильников в ООО «Южно-Уральские технические системы управления», г. Челябинск.

Апробация результатов исследования. Материалы теоретических и экспериментальных исследований доложены и обсуждены на Всероссийских научно-практических конференциях ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА (2008-2011 г.г.); на конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов ИжГСХА (2009 г.), на втором этапе Всероссийского конкурса научных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Уфа (2010-2011 г.г.); на первом ежегодном форуме молодых ученых, инноваторов и специалистов Удмуртской Республики в ИжГТУ, г. Ижевск (2010 г.); на республиканском конкурсе «Молодой изобретатель Удмуртской Республики», г. Ижевск (2010 г.); на окружном этапе молодежного инновационного конвента по Приволжскому федеральному округу, г. Пермь (2010 г.), на III Всероссийском форуме «Российским инновациям – российский капитал», г. Ижевск (2010 г.).

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 10 печатных работах, в том числе: в 3 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, и 1 патенте на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 131 страницу машинописного текста, 37 иллюстраций, 28 таблиц, 4 приложения и список литературы из 159 наименований, в том числе 27 на иностранном языке.

Личный вклад автора. Модели, методика, результаты теоретических и экспериментальных исследований, их анализ и интерпретация, представленные в диссертации, получены автором лично.

Конструкция светодиодного светильника, выбор направления и методов исследования, формирование структуры и содержания работы выполнены при участии научного руководителя к.т.н., доцента Кочеткова Н.П.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, выделены объект и предмет исследования, а также приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса эффективности технологического освещения птичников промышленного стада кур-несушек и задачи исследования» рассмотрена история развития систем освещения в промышленном птицеводстве, проведен анализ существующих проблем в освещении птичников. В развитие светотехники и изучение влияния света на продуктивность кур-несушек значительный вклад внесен отечественными учеными светотехниками Юрковым В.М., Мешковым В.В., Кноррингом Г.М., Айзенбергом Ю.Б., Козинским В.А., Кавтарашвили А.Ш., Фисининым В.И., Шанциным В.А. и другими. Анализ и систематизация имеющихся литературных данных по рассматриваемым вопросам освещения птичников промышленного стада кур-несушек позволили определить и сформулировать задачи исследования.

Во второй главе «Экспериментальные исследования в птичниках промышленного стада кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» приведены результаты экспериментальных исследований на птицефабрике «Глазовская» города Глазова Удмуртской Республики за период 595 дней (с 25 февраля 2009 года по 13 октября 2010 года). Измерения проводились в четырех типовых птичниках промышленного стада на 50 тысяч кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» с одинаковыми четырехъярусными клеточными батареями «Техна» ТБК-В (Украина). В птичниках №67, №68 и №101 используются светильники НСП02 с лампами накаливания БК60, в птичнике №102 – светильники Comtech Fluorescent Line FL26/840 G13 с люминесцентными лампами.

Проведенные за весь период наблюдений измерения освещенности кормушек ярусов клеточных батарей в птичниках №101 и №102 показали, что:

- фактическая средняя освещенность кормушек соответствует рекомендуемым значениям диапазона освещенности только на втором ярусе клеточной батареи; на первом ярусе средняя освещенность кормушек меньше нижней границы рекомендуемого диапазона освещенности, на третьем и четвертом ярусах клеточной батареи фактическая средняя освещенность кормушек превышает верхнюю границу рекомендуемого диапазона освещенности;

- система технологического освещения с люминесцентными лампами (птичник №102) обеспечивает меньший разброс относительной средней освещенности первого и четвертого ярусов клеточной батареи (Е*ср.мин = 0,58 и Е*ср.макс = 1,80) в сравнении с лампами накаливания (птичник №101) – Е*ср.мин = 0,62 и Е*ср.макс = 3,51;

- фактическая относительная неравномерность освещения кормушек на всех ярусах клеточной батареи превышает рекомендуемые значения и возрастает от первого к четвертому ярусу с Z*мин = 1,05 до Z*макс = 1,11 для системы с лампами накаливания и с Z*мин = 1,02 до Z*макс = 1,08 для системы с люминесцентными лампами;

- средняя неравномерность освещения кормушек по всем ярусам клеточной батареи превышает рекомендуемые значения на 8,3% для системы освещения с лампами накаливания (птичник №101) и на 5,6% для системы освещения с люминесцентными лампами (птичник №102).

Результаты обработки измерений освещенности на кормушках ярусов клеточной батареи в птичнике №101 представлены на рисунке 1, где длинной горизонтальной полосой показан рекомендуемый диапазон (7-10 лк) освещенности кормушек, а короткими полосами с точками внутри – результат измерения освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи (среднее выборочное и доверительный интервал при вероятности Р = 0,99).

Рисунок 1 – Уровни фактической освещенности кормушек

клеточной батареи в птичнике №101
Сравнительная оценка эффективности применения ламп накаливания и люминесцентных ламп проведена по птичникам №101 и №102. Регистрировались два фактора: количество снесенных яиц и суммарные затраты на обслуживание и эксплуатацию технологического освещения за период наблюдений. По значениям суточных показателей рассчитывались недельные показатели. Полученные результаты обработки данных яйценоскости за период продуктивности приведены в таблице 1.

Достоверность статистических параметров оценки яйценоскости одной курицы-несушки кросса «Хайсекс Браун» за период яйцекладки подтверждена статистической проверкой гипотезы. Полученные результаты показали, что:

Таблица 1 – Результаты обработки данных яйценоскости кур-несушек


Оценка яйценоскости одной несушки

за период яйцекладки



Птичник №101

(лампы


накаливания)

Птичник №102

(люминесцентные лампы)



Среднее выборочное, шт.

332,74

306,80

Статистическая дисперсия выборки, шт.2

2522,6

2340,4

- суммарные затраты на систему освещения с лампами накаливания более чем в 4,5 раза превышают затраты на систему освещения с люминесцентными лампами, что подтверждает низкую энергоэффективность ламп накаливания в сравнении с люминесцентными лампами;

- система технологического освещения птичника с лампами накаливания создает более благоприятный световой климат, позволяющий за период яйцекладки на 9,67% увеличить продуктивность кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» в сравнении с системой освещения на люминесцентных лампах;

- система технологического освещения с лампами накаливания для птичника промышленного стада на 50 тысяч кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» в сравнении с системой освещения на люминесцентных лампах позволяет получить дополнительный доход от реализации продукции на сумму более 4 миллионов рублей;

- замена ламп накаливания на люминесцентные лампы для птицеводства нецелесообразна; реальной альтернативой лампам накаливания являются светодиоды тепло-белого цвета, наиболее близкие к ним по спектру излучения и превосходящие их по эффективности воздействия на продуктивность кур-несушек, что показано в работах ведущих отечественных исследователей.

Оценка влияния средней освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи в период яйценоскости на недельную продуктивность кур-несушек проведена в птичнике №101 в течение 63 недель: с начала яйцекладки (16 неделя) до забоя (78 неделя). Результаты приведены на рисунках 2 и 3.

Полученные результаты измерений и их обработка показали, что:

- недельная продуктивность кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» в период яйценоскости на каждом из ярусов клеточной батареи определяется, в основном, возрастом птицы; полученная зависимость продуктивности кур-несушек от их возраста согласуется с типовой кривой;

- корреляционное отношение между средней недельной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» за период яйценоскости и средней освещенностью кормушек изменяется в диапазоне 0,1–0,2, что соответствует слабой корреляционной связи между указанными параметрами;

- минимальное изменение недельной продуктивности кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» за период яйценоскости наблюдалось на втором ярусе, средняя освещенность кормушек которого находится в диапазоне рекомендуемых значений (7-10 лк); на этом же ярусе к концу яйцекладки недельная продуктивность кур-несушек максимальна в сравнении с другими ярусами.


Рисунок 2 – Динамика изменения недельной продуктивности

кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» за период яйценоскости

Рисунок 3 – Зависимость относительной средней недельной продуктивности

кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» за период яйценоскости

от средней освещенности кормушек ярусов клеточной батареи


Оценка влияния средней освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи в период яйценоскости на сезонную продуктивность кур-несушек для получения достоверных результатов проведена по трём птичниках (№67, №68 и №101) в течение 63 недель: с начала яйцекладки (16 неделя) до забоя (78 неделя). Результаты обработки измерений сезонной продуктивности кур-несушек и средней освещенности кормушек по ярусам клеточных батарей по трём птичникам за весь период наблюдений приведены на рисунке 4.

Корреляционное отношение между средней освещенностью кормушек и средней сезонной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» по ярусам клеточных батарей птичников №67, №68 и №101 за период наблюдений составило = 0,803, что указывает на сильную нелинейную корреляционную связь между этими показателями. Вид нелинейной регрессии между средней освещенностью кормушек и относительной средней сезонной продуктивностью за период яйценоскости кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» по ярусам клеточных батарей в диапазоне освещенности кормушек от 5 до 30 лк с вероятностью Р = 0,90 адекватно описывается аппроксимирующей функцией:



, (1)

где – относительная средняя сезонная продуктивность кур-несушек за период яйценоскости, о.е.; Е – средняя освещенность кормушек, лк.



Рисунок 4 – Сезонная продуктивность кур-несушек по ярусам

птичников №67, №68 и №101
Полученные результаты обработки опытных данных показали, что:

- суточная продуктивность кур-несушек – независимая случайная величина, а сезонная продуктивность за период яйценоскости по каждому ярусу клеточной батареи, как сумма независимых одинаково распределенных 439 случайных величин, согласно центральной предельной теореме, имеет закон распределения, близкий к нормальному;

- оптимальной средней освещенностью кормушек для существующих условий содержания кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» с вероятностью Р = 0,90 следует считать среднюю освещенность второго яруса клеточной батареи 10,00±1,05 лк, обеспечивающую максимальную среднюю сезонную продуктивность птицы за период яйценоскости;

Рисунок 5 – Аппроксимация нелинейной регрессии между средней

сезонной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун»

и средней освещенностью на кормушке


- на первом ярусе клеточной батареи средняя освещенность кормушек составляет 0,54 от оптимальной, что приводит к снижению средней сезонной продуктивности кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» на 1,6%; на третьем и четвертом ярусах клеточной батареи средняя освещенность кормушек существенно возрастает (превышая оптимальную в 2,02 и 2,94 раза, соответственно), однако средняя сезонная продуктивность птицы снижается, соответственно, на 2,4% и 5,2%.

с. 1 с. 2

скачать файл

Смотрите также: