Разработка и обоснование эффективности технологического светодиодного


с. 1 с. 2

В третьей главе «Моделирование светового поля идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света» приняты исходные положения и основные допущения для параметров идеализированного светильника, который: 1) расположен параллельно кормушкам над проходом в середине между клеточными батареями; 2) является идеальной линией и имеет длину, равную длине клеточной батареи; 3) включает в себя несколько линеек идеальных точечных направленных источников света; 4) число линеек идеальных точечных направленных источников света равно числу освещаемых ярусов клеточных батарей; 5) осевая сила света каждой линейки идеальных точечных источников света направлена на кормушки освещаемого яруса клеточной батареи; 6) идеальный точечный направленный источник света имеет круглосимметричное светораспределение и кривую силы света, равную

, (2)

где I0 – осевая сила света идеального точечного источника света, кд; α – угол между направлением осевой силы света и направлением на освещаемую точку рабочей поверхности, град.; Iα – сила света идеального точечного источника света в направлении угла α, кд; m – показатель степени, о.е.

Принятые допущения позволили смоделировать световое поле светильника в поперечной и продольной плоскости симметрии.

Освещение кормушек многоярусной клеточной батареи в поперечной плоскости идеализированного светильника показано на рисунке 6, где приняты следующие обозначения: i = 1…5 – количество ярусов клеточной батареи; hк – высота между кормушками клеточной батареи, м; a – расстояние между клеточными батареями, м; Hп – расстояние от пола до потолка птичника, м; H – высота светильника от кормушки первого яруса, м; h0 – высота первой кормушки от пола, м; Hсв = H + h0 – высота светильника от пола, м; li – расстояние от источника света до кормушки i-го яруса клеточной батареи, м; αi – угол между направлением осевой силы света и нормалью к поверхности кормушки i-го яруса клеточной батареи (угол направления осевой силы света), град.



Рисунок 6 – Освещение кормушек клеточной батареи

в поперечной плоскости
Теоретические исследования в поперечной плоскости симметрии показали, что выбранная модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света позволяет:

- определить для каждого яруса клеточной батареи угол направления силы света линейки, при котором оптимальной освещенности на кормушке клеточной батареи соответствует минимальное значение силы света;

- выбрать критерий оптимизации для определения высоты подвеса светильника, при котором оптимальной освещенности кормушек всех ярусов клеточной батареи соответствует минимум суммы осевых сил света точечных источников света, освещающих ярусы клеточной батареи;

- рассчитать высоту подвеса светильника для двух-, трех-, четырех- и пятиярусной клеточной батареи, обеспечивающую оптимальную освещенность кормушек всех ярусов клеточной батареи при её различных параметрах;

- получить математические модели зависимостей оптимальной высоты подвеса светильника (в метрах) от конструктивных параметров двух-, трех-, четырех- и пятиярусной клеточной батареи:

для двухъярусной клеточной батареи:



; (3)

для трехъярусной клеточной батареи:



; (4)

для четырехъярусной клеточной батареи:



; (5)

для пятиярусной клеточной батареи:



. (6)

Обобщенная формула для нахождения оптимальной высоты Нопт светильника (в метрах) для многоярусной клеточной батареи определена методом наименьших квадратов. Общее выражение для ярусов i = 2…5 имеет вид:



. (7)

Освещение кормушек многоярусной клеточной батареи в продольной плоскости идеализированного светильника показано на рисунке 7.




Рисунок 7 – Освещение кормушек яруса клеточной батареи

линейкой точечных источников света


На рисунке 7 приняты следующие обозначения: A, B, C, D, F, G – точечные источники света; K – контрольная точка на кормушке яруса клеточной батареи, в которой определяется освещенность; h – расстояние от линейки точечных источников света до кормушки яруса клеточной батареи, рассматривается как высота линейки точечных источников света над кормушкой яруса клеточной батареи, м; l – расстояние между точечными источниками света в линейке, м; IA, IB, IC, ID, IF, IG – силы света от точечных источников света в направлении контрольной точки, кд; αA, αB, αC, αD, αF, αG – углы, под которыми направлены силы света от точечных источников света к контрольной точке, град.; x – координата контрольной точки K на кормушке яруса клеточной батареи (0xl); λ= l/ h – относительное расстояние между источниками, о.е.

Теоретические исследования в продольной плоскости симметрии показали, что выбранная модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света позволяет:

- рассчитать максимальное Еmax и минимальное Emin значения освещенности (в люксах) на кормушке вдоль яруса клеточной батареи, среднюю освещенность (в люксах) и неравномерность освещения (в о.е.) вдоль кормушки;

- определить зависимость светотехнически выгодного расстояния между точечными источниками света в линейке светильника от показателя степени модели кривой силы света (2) точечного источника света (рисунок 8)



, (8)

обеспечивающую для различных значений показателя m допустимую неравномерность z ≤ 1,214 освещения кормушки вдоль яруса клеточной батареи при минимальном числе точечных источников света в линейке светильника;

- получить неравенство

, (9)

определяющее достаточную точность и достоверность расчетов освещенности кормушек вдоль яруса клеточной батареи при учете ближайших к расчетной точке шести точечных источников света (рисунок 7);



Рисунок 8 – Зависимости λmax = f(m) и λmin = f(m)

- определить диапазон оптимальных значений расстояния (в о.е.) между точечными источниками света в линейке светильника (рисунок 8)

λmin ≤ λ ≤ λmax (10)

для любого значения показателя m, обеспечивающий достаточную точность и достоверность расчетов освещенности кормушек вдоль яруса клеточной батареи при учете ближайших к расчетной точке шести точечных источников света.



В четвертой главе «Выбор и обоснование конструкции светодиодного светильника и методики расчета параметров светодиодного освещения многоярусных клеточных батарей птичника промышленного стада кур-несушек» предложена и обоснована конструкция светодиодного светильника, защищенная патентом № 99242 на полезную модель.





а)

б)

Рисунок 9 – Конструкция светодиодного светильника:

а – вид спереди; б – вид снизу; 1 – основание; 2 – оптически прозрачная

крышка; 3 – профиль светильника; 4 – радиаторные решетки; 5 – светодиодная линейка; 6 – светодиод; 7 – блок питания; 8 – торцевая крышка


Новым в предлагаемой конструкции светильника является то, что профиль выполнен в форме полуцилиндра, а изменение формы кривой силы света светильника достигается изменением числа светодиодных линеек, изменением их места положения на профиле и изменением количества светодиодов, расположенных на них линейно, равномерно и параллельно оси полуцилиндра. Данная конструкция светодиодного светильника позволяет обеспечить оптимальную среднюю освещенность кормушек на всех ярусах клеточных батарей.

На основе экспериментальных и теоретических исследований предложены формулы инженерного расчета для определения параметров системы технологического светодиодного освещения многоярусных клеточных батарей (длина и количество световых магистралей, количество светильников в магистрали и в зале птичника, оптимальная высота подвеса светильников над кормушкой первого яруса клеточной батареи, величина и направление сил света светодиодов). Расчет параметров светодиодного освещения птичника на 50 000 кур-несушек приведен для четырехъярусной клеточной батареи «Техна» ТБК-В.

Предложена инженерная методика для определения параметров светодиодного светильника, включающая конструирование заданной кривой силы света светильника, заданных углов излучения светодиодов, выбора типов реальных промышленных образцов светодиодов, определения мощности, светового потока светильника и всей системы светодиодного освещения в целом. Приведен пример расчета параметров светодиодного светильника для освещения четырехъярусной клеточной батареи.

В пятой главе «Оценка ожидаемой эффективности применения светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей с содержанием кур-несушек промышленного стада» представлены расчеты основных экономических показателей при оценке применения предлагаемой системы светодиодного освещения на основе известных методик.

Полезный эффект оценен с точки зрения повышения энергоэффективности системы технологического освещения и повышения продуктивности кур-несушек. Расчет экономических показателей проведен для птичника промышленного стада на 50 000 кур-несушек с содержанием в клеточной батарее «Техна» ТБК-В. Расчетные значения экономических показателей равны:

- первоначальные капитальные вложения 1 391 000 руб.;

- чистый дисконтированный доход, при ставке дисконта 15%, за 10 лет эксплуатации – 632 415,99 руб.;

- среднегодовая рентабельность проекта – 14,55 % /год;

- внутренняя норма доходности – 20,7 %;

- срок окупаемости первоначальных вложений – 1,6 года.

Полезный эффект от применения светодиодных линейных светильников в птичнике составит:

- от экономии электроэнергии – 83 045,46 руб./год;

- от повышения продуктивности кур-несушек – (2,3%/год) 784 051,52 руб./год.


ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Замена ламп накаливания на люминесцентные лампы в системе технологического освещения птичника промышленного стада с содержанием кур-несушек в многоярусных клеточных батареях нецелесообразна, так как приводит к снижению продуктивности птицы. Реальной альтернативой лампам накаливания, несмотря на высокую стоимость, являются светодиоды тепло-белого цвета, наиболее близкие к ним по спектру излучения и превосходящие их по воздействию на продуктивность кур-несушек.

2. Существующие системы технологического освещения не обеспечивают оптимальной освещенности на кормушках клеточной батареи птичника промышленного стада кур-несушек. Поддержание оптимальной средней освещенности на кормушках всех ярусов клеточной батареи позволяет повысить продуктивность птицы. Существующие методы обеспечения оптимальной освещенности кормушек клеточной батареи системами светодиодного освещения нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

3. Между средней освещенностью кормушек по ярусам клеточных батарей и средней сезонной продуктивностью за период яйценоскости кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» существует сильная нелинейная корреляционная связь, характеризуемая корреляционным отношением = 0,803.

4. Предложена математическая модель, адекватно аппроксимирующая вид нелинейной регрессии между средней освещенностью кормушек по ярусам клеточных батарей и относительной средней сезонной продуктивностью за период яйценоскости кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» в диапазоне освещенности кормушек от 5 до 30 лк с вероятностью Р = 0,90.

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

6. Разработана модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света, позволяющая установить зависимости светотехнических и конструктивных параметров системы технологического светодиодного освещения от конструктивных параметров клеточной батареи и птичника.

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

8. Разработана инженерная методика по расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

9.Экономическая оценка ожидаемой эффективности применения предлагаемой светодиодной системы освещения показала, что первоначально вложенные средства окупаются за 1,6 года.
Основные результаты диссертации

Опубликованы в следующих печатных работах
Издания в журналах, рекомендованных ВАК:
1. Кочетков, Н.П. Модернизация системы освещения птичника / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов // Техника в сельском хозяйстве. – 2011. – №1. – С. 10-11.

2. Кочетков, Н.П. Оптимизация освещения птичника / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов // МиЭСХ. – 2011. – №7. – С. 15-16.

3. Кочетков, Н.П. Исследование эффективности освещения птичника / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов // Техника в сельском хозяйстве. – 2011. – №5. – С. 27-28.
Другие издания:
4. Кочетков, Н.П. Перспективы применения полупроводникового освещения в птицеводстве / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. – 2008. – №2 (16). – С. 26-28.

5. Кочетков, Н.П. Проблемы оценки эффективности технологического освещения птичника / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов // Научный потенциал – современному АПК: материалы Всероссийской науч.-практич. конф. В 3-х т. / ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2009. – Т 3. – С. 61-67.

6. Кочетков, Н.П. Современные проблемы технологического освещения птичника / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Научный потенциал – современному АПК» в 3-х т. / ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2009. – Т III. – С. 67-69.

7. Патент на полезную модель № 99242 Российской Федерации. МПК H01 J 33/00. Светодиодный осветительный прибор / И.М. Новоселов, Н.П. Кочетков. – Опубл. 10.11.2010. Бюл. № 31.

8. Кочетков, Н.П. Световой климат и продуктивность кур-несушек на птицефабрике "Глазовская" / Н.П. Кочетков, И.М. Новоселов. // Научное обеспечение инновационного развития АПК: материалы Всероссийской научн.-практ. конф. В 4-х т. Т. 3. – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2010. – С.172-174.

9. Новоселов, И.М. Способы создания оптимальной освещенности клеточных батарей для содержания кур-несушек / И.М. Новоселов, Н.П. Кочетков // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции 16-19 февраля 2011 г. – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2011. Т 3. – С. 136-141.

10. Галлямова Т.Р. Математическое моделирование светодиодных источников освещения для многоярусных клеточных батарей / Т.Р. Галлямова, И.М. Новоселов // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции "Научное обеспечение развития АПК в современных условиях" 16-19 февраля 2011 г. – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2011. Т 3. – С. 60-63.

Подписано в печать 10 ноября 2011 г.

Формат 60х84/16. Гарнитура Times New Roman

Усл.п.л. 1,04. Уч.-изд. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 4220.

ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА

426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11.





с. 1 с. 2

скачать файл

Смотрите также: