Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ в сельском хозяйстве

Конспект лекций

для студентов всех форм обучения специальности 

5В081200-Энергобеспечение сельского хозяйства

 

 

 

Алматы 2012

СОСТАВИТЕЛЬ: О.П. Живаева. Применение источников излучения в сельском хозяйстве. Конспект лекций для студентов специальности 5В081200 - Энергобеспечение сельского хозяйства. – Алматы: АУЭС, 2012. – 36 с.

 

В данном курсе лекций рассмотрены следующие вопросы: оптическое излучение и его преобразование в другие виды энергии; величины оптического излучения и единицы их измерения; измерительные приемники оптического излучения; Источники света, используемые в сельскохозяйственном производстве; осветительные установки и облучатели; расчет электрического освещения.

Ил. 5, библиогр. - 8 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент С.А. Бугубаев 

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 год.

 

   © НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 

Содержание

1 Лекция. Оптическое излучение и его преобразование в другие виды энергии

 4

2 Лекция. Величины оптического излучения и единицы их измерения

7

3 Лекция. Измерительные приемники оптического излучения

11

4 Лекция. Источники света, используемые в сельскохозяйственном производстве

 14

5 Лекция. Применение светодиодных светильников в сельском хозяйстве

20

6 Лекция. Осветительные установки сельскохозяйственного назначения

22

7 Лекция. Облучатели сельскохозяйственного назначения

26

8 Лекция. Расчет электрического освещения

29

Список литературы

35

 

1 Лекция. Оптическое излучение и его преобразование в другие виды энергии

 

Содержание лекции:

- оптическое излучение; виды фотобиологического воздействия оптического излучения, воздействие оптического излучения.

Цели лекции:

- ознакомиться видами оптического излучения и их воздействием.

 

Излучение – это перенос энергии от излучающего тела к поглощающему.

Энергия излучения является количественной мерой движения материи и представляет собой одну из качественных разновидностей энергии.

Свойства электромагнитных излучений, начиная от γ-излучений и до излучений диапазона радиоволн, существенно различны и определяются в значительной мере энергией фотонов. Излучения с длинами волн в диапазоне от 1,0 нм до 1,0 мм выделены из общего спектра электромагнитных излучений и называются оптическим излучением. В указанных пределах содержится ультрафиолетовое излучение (невидимое), видимое и инфракрасное (невидимое). Излучения этих трех диапазонов в практическом их использовании по-разному воздействуют на людей, животных, растения и другие объекты.

Участки спектра, занимаемые перечисленными излучениями, неодинаковы: ультрафиолетовое–1,0 ... 380 нм, видимое – 380…760 нм, инфракрасное – 760 нм…1,0 мм.

В окружающем нас пространстве постоянно существует поле оптического излучения, так как все тела, температура которых выше абсолютного нуля, непрерывно обмениваются энергией, являющейся мерой движения материи особой формы – излучения. Энергия оптического излучения измеряется в джоулях (Дж). В практике удобнее пользоваться понятием мощности излучения, то есть энергии излучения, переносимой в единицу времени. Мощность излучения называют потоком излучения и измеряют в ваттах (Вт). Качественные и количественные характеристики потока излучения следующие: спектральный состав, распределение в пространстве, изменение величины во времени.

Виды фотобиологического воздействия оптического излучения.

Энергия оптического излучения непосредственно воздействует на человека, животные, растения, микроорганизмы и другие приемники. Основные виды фотобиологического воздействия следующие.

Световое воздействие выражается в зрительном ощущении человека и животного, позволяющем ориентироваться в окружающем пространстве.

Фотосинтезное действие выражается в том, что видимое и длинноволновое УФ излучения обеспечивают процесс, в результате которого в зеленых растениях из минеральных веществ синтезируются вещества органические.

Фотопериодическое действие выражается в том, что при различном чередовании и длительности периодов освещенности (облученности) и темноты проявляется влияние на развитие растений, животных, птицы.

Терапевтическое (эритемное, антирахитное) действие оптического излучения заключается в следующем. Облучение людей, животных, птицы дозированными количествами УФ, видимого, ИК излучений улучшает обмен веществ, повышает сопротивляемость организма к заболеваниям.

Бактерицидное действие состоит в том, что облучение УФ излучением и в больших количествах видимым и ИК излучением вызывает гибель бактерий, растений, насекомых.

Мутагенное действие оптического излучения выражается в том, что длительное воздействие на животных и растения УФ излучения приводит к наследственным изменениям, которые можно использовать для выведения растений и других организмов с новыми свойствами.

Для каждого фотобиологического процесса можно построить зависимость его интенсивности от длины волны излучения. Такую графическую зависимость называют спектром действия излучения. Спектр действия имеет важное значение при создании эффективных и экономичных источников излучения и проектировании облучательных установок.

Если объект подвергать облучению активным в отношении данного процесса излучением и одновременно воздействовать на него излучением неактивным в отношении того же процесса, то последнее может повысить или снизить эффективность облучения. Например, при сопровождении ультрафиолетового облучения животных интенсивным освещением эффективность ультрафиолетового облучения будет значительно меньшей, чем одного облучения. Это явление взаимной связи излучений различных диапазонов длин волн при воздействии на один объект называется фотореактивацией.

Воздействие оптического излучения на животных и птицу.

Проявления воздействия оптического излучения на животных и птицу весьма разнообразны и зависят от спектрального состава излучений.

Ультрафиолетовое излучение оказывает сильное тонизирующее и терапевтическое действие на организм животных. Установлено влияние УФ облучения на обмен веществ, процессы дыхания, активизацию кровообращения, увеличение содержания гемоглобина в крови, активизацию деятельности желез внутренней секреции и другие функции организма животного.

Излучение области УФ-А наименее активно, хотя и оказывает определенное положительное влияние на организм животных и птицы. Излучение области УФ-В вызывает покраснение облученных участков кожи (эритему), обладает антирахитным действием, способно превращать провитамин D в витамин D, способствующий повышению усвояемости кормов, общему оздоровлению организма, сохранности молодняка.

Ультрафиолетовое излучение области УФ-С, по имеющимся данным, также может оказывать положительное действие на животных и в основном используется как фактор бактерицидного воздействия на вредные микроорганизмы.

Ультрафиолетовое облучение положительно влияет на животных и птицу при соблюдении правильного режима кормления полноценными, сбалансированными по необходимым компонентам кормами и соблюдении требующегося дозирования облучения.

УФ излучение с длиной волны менее 280 им, имеющее большую энергию квантов, воздействуя на бактерий, приводит к коагуляции содержащихся в них белковых веществ и гибели бактерий. Свойство излучения убивать бактерии называется бактерицидностью.

Воздействие видимого излучения на животных и птицу выражается в регуляции основных жизненных функций. Видимое излучение влияет на эндокринную систему, центральную нервную систему.

Физиологические ритмы (размножение, смена волосяного и перового покрова и др.) определяются условиями светового режима. Продуктивность животных и птицы зависит при прочих равных условиях от уровня освещенности, режима освещенности и спектрального состава излучения.

Инфракрасное излучение применяется, как правило, для облучения молодняка животных и птицы с целью создания необходимого температурного режима в зоне обитания животных. Глубина проникновения инфракрасного излучения в организм животных различна и зависит от диапазона длин волн воздействующего излучения, а также от способности отражать и поглощать это излучение верхним покровом животных – кожей,

Воздействие оптического излучения на растения.

От условий облучения зависят не только фотосинтез, но и многие другие физиологические процессы растений: рост, развитие листьев и других органов. Однако основным наиболее характерным процессом зеленых растений является фотосинтез.

Общее энергетическое действие излучения на растения складывается из фотосинтезного и теплового. Поглощенная растениями энергия излучения частично используется на осуществление фотосинтеза, а часть ее идет на нагрев и испарение воды (транспирация). Фотосинтезным действием обладают излучения с длинами волн от 300 до 750 нм. Тепловое действие на растения могут оказывать не только видимое, но и УФ и ИК излучения. Это действие излучения в известной мере можно заменить нагревом растений от окружающей среды.

Ультрафиолетовое излучение с длинами волн короче 295 нм при поглощении протоплазмой клеток вызывает разрушение белковых веществ. Это излучение при больших дозах оказывает вредное (разрушающее) воздействие на растения.

Облученность, при которой фотосинтез уравновешивается дыханием, называют компенсационной. При повышении облученности, начиная от компенсационного значения, интенсивность фотосинтеза возрастает пропорционально облученности.

Значение облученности, начиная с которого дальнейшее увеличение ее не приводит к повышению интенсивности фотосинтеза, называют насыщающим.

Компенсационное и насыщающее значения облученности для разных видов растений могут быть разными. Эти значения облученности зависят от внешних условий произрастания растений и их физиологического состояния.

  

2 Лекция. Величины оптического излучения и единицы их измерения

 

Содержание лекции:

- величины оптического излучения, методы расчета и единицы измерения.

Цели лекции:

-  ознакомиться с методами расчета величин оптического излучения.

 

Основные энергетические величины и единицы их измерения.

Поле оптического излучения неразрывно связано с переносом энергии от излучающего тела к поглощающему. Этот перенос осуществляется посредством электромагнитных колебаний.

Энергия оптического излучения имеет размерность, свойственную любой форме энергии, и измеряется в джоулях. В практике чаще требуется знать не энергию излучения, а ее мощность (поток излучения).

Потоком излучения Ф называют энергию излучения, переносимую в единицу времени:

 

,

 

где dW – энергия излучения за время dt, Дж;

dt – промежуток времени, в течение которого излучение может быть принято равномерным, с.

Поток излучения измеряется в ваттах.

В практике распределение излучения по спектру определяют значением спектральной плотности потока излучения. Спектральная плотность φλ (Вт/нм) численно равна отношению однородного потока DФ к ширине полосы спектра Dλ, на которой измерен однородный поток:

 

.

 

Пространственная плотность потока излучения источника называется силой излучения (Вт/ср) и определяется отношением потока излучения к телесному углу, в котором он заключен и равномерно распределен:

 

.

 

Плотность излучения (Вт/м2) представляет собой отношение потока излучения к площади излучающей поверхности:

 

,

 

где  – площадь поверхности излучающего тела, в пределах которой излучение можно считать равномерным.

Важной для расчётов величиной является облученность (плотность облучения). Она определяется отношением потока излучения, падающего на облучаемую поверхность и равномерно распределенного по ней, к площади этой поверхности (Вт/м2):

 

.

 

Единицей измерения облученности, как и для измерения плотности излучения, служит Вт/м2. Разница между этими величинами состоит лишь в том, что понятие плотности излучения относится к излучателю и характеризует его, а понятие облученности относится к облучаемой поверхности.

Поскольку процесс преобразования излучения в другие виды энергии определяется не только значением облученности приемника и спектральным составом излучения, но и продолжительностью облучения, важное значение имеет величина, называемая количеством облучения. Количество облучения Н (Вт·с/м2) представляет собой значение энергии излучения, упавшей на единицу облучаемой поверхности в течение времени облучения. В общем случае:

 

,

 

где  – мгновенное значение облученности;

t1, t2 – соответственно время начала и конца облучения.

 

Основные величины ультрафиолетового излучения и единицы их измерения.

Для характеристики энергии излучения в, ультрафиолетовой части спектра пользуются системами эффективных величин: бактерицидной и эритемной.

Исходной величиной в системе бактерицидных величин служит бактерицидный поток, который определяется как поток излучения, оцененный по его бактерицидному действию, то есть по эффективности уничтожения бактерий:

 

.

 

Единицей бактерицидного потока принято считать бакт (б), численно равный излучению мощностью 1 Вт при λ=254 нм. В практике часто пользуются величиной микробакт, равной 1·10-6 б. Плотность бактерицидного потока по поверхности облучаемого тела называется бактерицидной облученностью (б/м2 или мкб/м2):

 

.

 

Силой бактерицидного излучения (б/ср) называется пространственная плотность бактерицидного потока, равная отношению бактерицидного потока к значению телесного угла, в котором равномерно распределено излучение:

 

.

 

Весьма важной расчетной величиной является количество бактерицидного облучения (б·с/м2), определяемое количеством энергии бактерицидного излучения, упавшей на единицу поверхности облучаемого тела:

 

.

 

Исходной величиной в системе эритемных величин служит эритемный поток (эр), определяемый как поток излучения, оцененный по его эритемному действию:

 

 

где К(l)э – относительная эритемная эффективность излучения.

Единицей эритемного потока служит эр, численно равный излучению мощностью 1 Вт при l=297 нм.

Плотность эритемного потока на поверхности облучае­мого тела называется эритемной облученностью (эр/м2):

 

.

 

Силой эритемного излучения (эр/ср) называется пространственная плотность эритемного потока, равная отношению эритемного потока к значению телесного угла, в котором равномерно распределено излучение:

 

.

 

Количеством эритемного облучения (эр·ч/м2) называется количество энергии эритемного излучения, упавшей на единицу облучаемой поверхности:

 

.

 

Основные величины оптического излучения, используемого в растениеводстве, и единицы их измерения.

Эффективный поток излучения в растениеводстве – фитопоток – вычисляется по выражению:

 

,

 

где (gl)max – максимальная спектральная фотосинтезная эффектив­ность оптического излучения, равная 0,95.

 

Фитопоток Fф является мерой свободной с точки зрения фотосинтеза энергии, содержащейся в излучении. Он характеризует содержание в интегральном излучении энергии, потенциально доступной растениям для осуществления фотосинтеза. За единицу фитопотока принят фит, численно равный монохроматическому потоку излучения в 1 Вт с длиной волны 680 нм.

В качестве производных величин от фитопотока в практике расчетов установок для облучения растений используются следующие:

1) пространственная плотность фитопотока (фит/ср), под которой понимается отношение фитопотока к телесному углу, в пределах которого он заключен и равномерно распределен:

 

.

 

     2) фитооблученность(фит/м2), под которой понимается отношение фитопотока к облучаемой площади:

 

.

 

3) количество фитооблучения (фит·с/м2) – значение фотосинтетически активной энергии излучения, достигшей облучаемой поверхности в течение времени облучения:

.

 

При расчете и проектировании установок для искусственного облучения растений одним из основных является вопрос о выборе из ряда принципиально пригодных для решения данной задачи источников излучения наиболее целесообразного.

Основными свойствами и показателями работы источников излучения, сравнительный анализ которых дает основания для выбора источника оптического излучения, являются следующие:

спектральный состав излучения источника, позволяющий судить о потенциальных возможностях использования последнего для решения данной задачи. Характеристикой, позволяющей оценить спектральный состав излучения, является кривая спектральной плотности излучения j (l);

фитоотдача потока излучения, под которой понимается отношение фитопотока к полному потоку излучения источника (фит/Вт):

 

,

 

фитоотдача источника излучения (фит/Вт):

 

,

 

где Рист – присоединенная мощность источника излучения, включая мощность пускорегулирующих устройств (при наличии их), Вт.

 

 

Лекция 3. Измерительные приемники оптического излучения

 

Содержание лекции:

- приемники оптического излучения, приборы для измерения УФ излучения и ИК излучения.

Цели лекции:

- ознакомиться с назначение приемников оптического излучения.

 

Приемники оптического излучения – устройства, предназначенные для обнаружения или измерения оптического излучения и основанные на преобразовании энергии излучения в др. виды энергии (тепловую, механическую, электрическую и т.д.), которые реагируют на интенсивность излучения.

Оптическое излучение не поддается непосредственному измерению, однако может быть обнаружено и оценено количественно и качественно косвенно по реакции на него измерительных приемников излучения. Измерительные приемники излучения преобразуют энергию оптического излучения в иные виды энергии (в тепловую, электрическую, химическую и др.), поддающиеся измерению с достаточной точностью.

Болометр – тепловой неселективный приёмник излучения, основанный на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента из металла, полупроводника или диэлектрика при его нагревании вследствие поглощения измеряемого потока излучения. Болометр используется для измерения суммарной мощности излучения, а в сочетании со спектральным прибором - для определения спектрального состава излучения.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – фотоэлектронный прибор, в котором фототок усиливается с помощью вторичной электронной эмиссии; предназначен для регистрации слабых излучений. Состоит из фотокатода, эмитирующего поток электронов под действием оптического излучения (фототок), электронно-оптической системы входа (входной камеры), создающей электрическое поле, фокусирующее или собирающее электроны с фотокатода на вход умножительной системы, диодной умножительной системы, обеспечивающей умножение электронов в результате вторичной электронной эмиссии, и анода - коллектора вторичных электронов.

Люксметр.

Для измерения освещенности на плоскости наиболее часто применяется люксметр. Прибор состоит из селенового фотоэлемента, вделанного в оправу с ручкой, и микроамперметра, шкала которого проградуирована в единицах освещенности.

Прибор имеет три основных (25, 100 и 500 лк) и три дополнительных (2500, 10 000 и 50 000 лк) предела измерения. Переход с одного основного предела на другой достигается включением шунтирующих резисторов. Для перехода на дополнительные пределы фотоэлемент прибора снабжен нейтральным светофильтром с коэффициентом пропускания 0,01. Приведенная погрешность измерения освещенности 10... 15%.

Приборы для измерения излучения при выращивании растений.

Оптическое излучение при выращивании растений оценивают либо по мощности фотосинтетически активного, потенциально доступного растению излучения, выражая его в энергетических величинах, либо по его способности обеспечить процесс фотосинтеза. В этом случае оценка базируется на спектральной чувствительности эталонного приемника излучения – среднего листа растения, а эффективное излучение измеряется в единицах системы фитовеличин.

Фотосинтетически активное излучение измеряют приборами с неселективными приемниками теплового действия.

Пиранометр – наиболее распространенный прибор с практически неизбирательной спектральной чувствительностью в диапазоне длин волн от 300 до 2400 нм.

Приемником излучения пиранометра служит термоэлемент, защищенный стеклянной полусферой. Ток термоэлемента измеряется гальванометром без предварительного усиления. Инерционность прибора не превышает 40 с.

Фотосинтетически активную облученность получают как разность двух измерений: без светофильтра и со светофильтром, задерживающим излучение, подлежащее измерению.

Фитооблученность в единицах системы фитовеличин измеряют фитофотометрами – приборами, спектральная чувствительность которых приближена к спектральной чувствительности листа растения.

Фитофотометр позволяет измерять фитооблученность, создаваемую источниками излучения любого спектрального состава.

Предел измерения прибора 20000 мфт·м-2 с тремя поддиапазонами. Приведенная погрешность измерения облученности не превышает ±5%.. Питание прибора автономное.

Недостатком прибора является громоздкость, обусловленная сложностью оптической части, но при наличии набора спектральных диафрагм прибор может быть универсальным средством измерения излучений в диапазоне от 380 до 700 нм.

 

Приборы для измерения УФ излучения.

Для измерения ультрафиолетового излучения наибольшее распространение получили измерительные приборы, в которых используются вакуумные фотоэлементы с внешним фотоэффектом.

Уфиметр предназначен для измерения УФ облученности на плоскости в единицах системы энергетических величин.

Уфиметр комплектуется либо фотоэлементом для измерений в бактерицидной области УФ излучения (220...280 нм), либо фотоэлементом с оптическим фильтром, корректирующим его спектральную чувствительность для измерений в диапазоне 280...380 нм. Приемники снабжены насадкой из двух кварцевых концентричных матированных полусфер, приближающих их угловую характеристику к закону косинуса.

Эрметр – измерительный прибор, предназначенный для измерения эритемной облученности в единицах системы эффективных величин.

Эрметр предназначен для измерения эритемной облученности на плоскости раздельно в диапазонах длин волн 280...315 нм (зона УФ-В) и 315...380 нм (зона УФ-А спектра) путем использования соответствующих наборов оптических фильтров.

Спектральная чувствительность прибора близка к спектральной эритемной эффективности излучения, что позволяет измерить облученность, создаваемую источниками УФ излучения любого спектрального состава без введения поправочных коэффициентов. Требуемая спектральная характеристика прибора получена путем применения большого количества оптических фильтров, имеющих значительную толщину (13...40 мм) и как следствие малый коэффициент пропускания излучения.

Бактметр предназначен для измерения бактерицидной облученности на плоскости в единицах системы эффективных величин под искусственными источниками излучения.

Уфидозиметр предназначен для измерения количества УФ излучения, создаваемого искусственными источниками на плоскости.

Работа прибора основана на преобразовании тока фотоэлементов в электрические импульсы, частота которых пропорциональна величине УФ облученности. Измерение количества облучения осуществляется подсчетом числа импульсов при помощи пятиразрядного счетчика.

Эрдозиметр предназначен для измерения в системе эффективных величин количества облучения на поверхности сферы и для измерения сферической эритемной облученности от искусственных источников излучения.

 

Приборы для измерения ИК излучения.

Для измерения ПК излучения применяют приборы с достаточно высокой и постоянной чувствительностью в ИК области спектра. Для этой цели используют неселективные приемники излучения: пиранометр, болометры и термоэлементы с оптическим фильтром, а также приборы, специально предназначенные для измерения ИК излучения.

Устройство ТФА-2 предназначено для автоматической регистрации ИК облученности и количества ИК облучения в диапазоне длин волн от 700 до 3000 нм.

Прибор для измерения ИК облученности, создаваемой искусственными источниками излучения, предназначен специально для работы в условиях сельскохозяйственного производства. Спектральная чувствительность прибора лежит в пределах от 620 до 104 нм.

 

4 Лекция. Источники света, используемые в сельскохозяйственном производстве

 

Содержание лекции:

- источники света, используемые в сельском хозяйстве.

Цели лекции:

- ознакомиться с параметрами источников света и областью применения.

 

Искусственным источником света (ИС) называют устройство, предназначенное для превращения какого-либо вида энергии в оптическое излучение (электромагнитное излучение с длинами волн от 1 до 10б нм).

По физической природе различают три вида ОИ: тепловое, люминесценцию и излучение на полупроводниковом переходе.

Тепловым называют ОИ, возникающее при нагревании тел. У твердых тел оно имеет непрерывный спектр, зависящий от температуры тела и его оптических свойств. Тепловыми излучателями являются все источники, свечение которых обусловлено нагреванием.

Люминесценцией называют спонтанное излучение, избыточное над тепловым излучением, если его длительность значительно превышает период колебаний электромагнитной волны соответствующего излучения. Люминесценция наблюдается в газообразных, жидких и твердых телах. Твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений, называют люминофорами.

Излучение на полупроводниковом переходе – при пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда – электроны и дырки –  рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

 

Источники инфракрасного (ИК) излучения, используемые в сельскохозяйственном производстве.

Инфракрасное излучение используется во многих технологических процессах сельскохозяйственного производства для обогрева молодняка животных и птицы, сушки сельскохозяйственных продуктов и др.

Источники ИК излучения по спектральному составу делятся на «светлые» и «темные».

«Светлые» источники конструкцией и принципом действия не отличаются от ламп накаливания, однако их тело накала рассчитано на меньшую, чем в осветительных лампах, температуру (Т=2270 ... 2770 К) для увеличения доли ИК излучения в полном потоке ламп и сокращения доли видимого излучения. Максимум спектральной плотности излучения таких ламп смещен, как это следует из выражения (5.7), в длинноволновую часть спектра и приходится на излучения с длиной волны 1000...1400 нм.

Промышленность выпускает инфракрасные зеркальные лампы типов ИКЗ 220-500, ИКЗК 220-250 и инфракрасные кварцевые галогенные лампы КГ 220-1000-1.

Часть внутренней поверхности колбы зеркальных ламп покрыта слоем алюминия или серебра с коэффициентом отражения ИК излучения около 0,9. Форма колбы с отражающим покрытием определяет характер распределения излучения ламп в пространстве.

Колба ламп ИКЗК покрыта красным термостойким лаком, снижающим световой поток ламп. Распределение спектральной плотности излучения ламп ИКЗК 220-250. Пониженная температура тела накала инфракрасных ламп способствует увеличению их срока службы до 5000 ч.

«Темные» источники ИК излучения представляют собой металлическую трубку, заполненную огнестойкой изоляционной массой, в которую помещен нагреватель в виде спирали из нихрома. Спектр излучения «темных» источников находится в диапазоне длин волн 1400...10000 нм с максимумом спектральной плотности излучения при 4000 нм.

Для целей ИК обогрева промышленность выпускает трубчатые электронагреватели (ТЭНы) с единичной мощностью 400...800 Вт, предназначенные для включе­ния в сеть с напряжением 220 В. Срок службы ТЭНов 10000 ч.

 

Газоразрядные источники УФ излучения низкого давления.

Для получения излучения области УФ-С, оказывающего губительное действие на микроорганизмы, используются дуговые газоразрядные лампы низкого давления типа ДБ.

Бактерицидные лампы ДБ отличаются от люминесцентных осветительных ламп такой же мощности отсутствием люминофора и свойствами специального увиолевого стекла колбы, обладающего высоким коэффициентом пропускания для УФ излучения области С. Схемы включения ламп ДБ соответствуют схемам включения разномощных люминесцентных осветительных ламп. Спектр излучения ламп – линейчатый, причем до 80% потока излучения приходится на излучение с длиной волны 254 нм.

Для получения излучения области УФ-В, оказывающего антирахитное и эритемное действие на сельскохозяйственных животных и человека, и излучения области УФ-А, возбуждающего свечение объектов исследования методами люминесцентного анализа, используются люминесцентные эритемные лампы типа ЛЭ.

Внешне они ничем не отличаются от люминесцентных осветительных ламп такой же мощности, но имеют колбу из увиолевого стекла, имеющего высокий коэффициент пропускания для излучений с длинами волн диапазона 280...380 нм. Люминофор специального состава, нанесенный на внутреннюю поверхность колбы, позволяет получить поток излучения.

Излучение УФ-С в спектре эритемных ламп отсутствует, на излучения УФ-В приходится 37%, на излучения УФ-А – 33, а на долю видимого излучения – 30% энергии излучения ламп.

Эритемные лампы типа ЛЭР (рефлекторные) предназначены для использования в помещениях с повышенной пыльностью и под слоем люминофора имеют отражающий слой, направляющий поток излучения в сторону продольного выходного окна, составляющего треть поверхности лампы.

На протяжении срока службы за счет уменьшения свечения люминофора и потери прозрачности колбы под действием ультрафиолетового излучения поток излучения газоразрядных УФ ламп низкого давления постепенно уменьшается до 60% от начального, что необходимо учитывать при дозировании ультрафиолетового облучения.

Влияние отклонений напряжения сети и условий окружающей среды на срок службы, надежность зажигания и значение потока излучения соответствуют аналогичным зависимостям осветительных люминесцентных ламп.

Газоразрядные источники УФ излучения высокого давления.

Мощными источниками ультрафиолетового излучения являются ртутные трубчатые лампы высокого давления (ДРТ).

Устройство лампы ДРТ показано на рисунке 1. Колба 1 выполнена из тугоплавкого кварцевого стекла, обладающего высоким коэффициентом пропускания ультрафиолетового излучения. По концам в колбу вваре­ны вольфрамовые активированные самокалящиеся электроды 2. Полость колбы заполняется аргоном и дозированным количеством ртути. Для крепления к арматуре служат металлические держатели 3, между которыми расположена лента из медной фольги, предназначенная для облегчения зажигания разряда.

В течение первых 5...10 мин после загорания лампа разогревается. Давление в лампе увеличивается, по оси трубки образуется ярко светящийся шнур разряда с температурой 6000...8000 К Повторное зажигание лампы после ее погасания возможно лишь спустя 5...10 мин, когда она достаточно остынет.

1 – кварцевая трубчатая колба; 2 – электрод; 3 – держатели лампы;

4 – лента из медной фольги.

Рисунок 1 – Устройство лампы ДРТ

 

Излучение лампы ДРТ содержит линии, характерные для разряда в парах ртути и расположенные как в зоне видимого, так и в широком диапазоне ультрафиолетово­го излучения. Лампы ДРТ являются многоцелевыми источниками оптического излучения, но в условиях сельско­хозяйственного производства используются, как правило, в подвижных облучательных установках для восполнения УФ недостаточности у животных и птицы и в установках для предпосевной обработки семенного материала в полеводстве.

На протяжении срока службы поток излучения ламп ДРТ уменьшается вследствие постепенной потери прозрачности колбы при впекании пыли в раскаленное до 800°С текло, вследствие потемнения стекла от оседающего на него материала распыляющихся электродов и по другим причинам. К концу срока службы поток излуче­ния ламп уменьшается вдвое.

Значительное влияние на светотехнические и электрические параметры ламп оказывают отклонения напряжения, причем поток излучения изменяется не только количественно, но и качественно.

При эксплуатации УФ облучательных установок с лампами ДРТ весьма важно иметь в виду, что при отклонении напряжения питания от номинального значения лишь на 1% их эритемный поток изменяется на 4% за счет изменения значения и спектрального состава потока ламп.

Газоразрядные источники излучения, используемые в растениеводстве.

Наиболее энергоемким процессом, протекающим в растении под действием оптического излучения, является процесс фотосинтеза. Для роста и активного плодоношения растений требуются весьма высокие уровни облученности, которые в искусственных условиях могут быть обеспечены лишь при помощи электрических источников излучения.

Основная часть электроэнергии, потребляемой растениеводством в защищенном грунте, приходится на облучение растений, что обусловливает необходимость использования наиболее экономичных источников излучения с высокой фитоотдачей.

В настоящее время ведутся работы по созданию и исследованию фитоламп, специально предназначенных для использования в растениеводстве закрытого грунта.

К фитолампам предъявляется целый ряд специфиче­ских требований:

1) высокая фитоотдача;

2) отсутствие в потоке излучения ламп излучений, угнетающе действующих на растения;

3) определенная характеристика распределения излучения в пространстве для создания совместно с соответствующей арматурой или без нее требуемых уровней и распределения облученности по облучаемой поверхности;

4) надежность зажигания и безотказность работы ламп в условиях высоких температур и влажности воздуха, характерных для растениеводческих помещений. Колбы ламп не должны разрушаться при попадании на них капель воды;

5) приемлемая стоимость источников излучения;

6) удобство и безопасность эксплуатации ламп.

Относительно высокая эффективность фитоламп обусловлена спектральным составом их излучения, согласованным со спектральной чувствительностью приемника – «среднего листа» зеленого растения.

Отличительная особенность излучения этих ламп – высокая спектральная плотность излучения в диапазонах длин волн от 400 до 450 нм и от 600 до 700 нм, на которые приходятся максимумы спектральной чувствительности растения.

Требуемый спектральный состав излучения ламп ЛФ 40-2 обусловлен подбором компонентов люминофора. Других конструктивных отличий от осветительных ламп низкого давления фитолампы не имеют.

Несмотря на достаточно высокую эффективность, фитолампы низкого давления не находят широкого применения в тепличном овощеводстве ввиду их малой единичной мощности, создающей значительные трудности в монтаже над облучаемой поверхностью большого количества ламп и ПРА к ним.

От указанного недостатка в значительной мере свободны фитолампы высокого давления типов ДРЛФ 400-1, ДРВ 750, ДРФ 1000.

Фитолампы ДРЛФ 400 конструктивно сходны с лампами ДРЛ соответствующей мощности. Их отличие состоит в составе люминофора, нанесенного на внешнюю колбу, и наличии под слоем люминофора отражающего покрытия из напыленного алюминия, обеспечивающего требуемое распределение потока излучения ламп в пространстве. Лампы широко используются в тепличном овощеводстве совместно с облучателями ОТ 400.

Растениеводческие лампы ДРВ 750 имеют встроенный балласт в виде вольфрамовой спирали, размещенной внутри колбы лампы. Использование газоразрядных ламп со встроенным балластом позволяет сократить капитальные затраты на облучательную установку в 5...6 раз, однако эффективность таких ламп снижена в 1,5...2 раза по сравнению с лампами, работающими совместно со стандарт­ным индуктивным баллас­том.

Устройство фитолампы ДРФ 1000 показано на рисунке 2. Кварцевая горелка 1 заполнена  аргоном и парами ртути с добавками йодидов лития и индия. Колба 3 выполнена из термостойкого стекла, устойчиво­го против растрескивания при попадании на его поверхность капель воды. На внутреннюю поверхность колбы нанесен диффузно-направленно отражающий слой из алюминия и его окислов.

 

1 – внутренняя кварцевая колбы; 2 – основные электроды; 3 – внешняя колбы; 4 – токоограничивающий резистор; 5 – дополнительный электрод.

Рисунок 2 – Устройство лампы ДРФ-1000

 

Основные электроды 2 выполнены из вольфрама, активированного окислами тория. Зажигающий вольфрамовый электрод 5 включен через ограничительный резистор 4 сопротивлением 10...15 кОм. Принцип действия лампы ДРФ 1000 аналогичен принципу действия осветительных металлогалоидных ламп.

Введение в полость горелки йодидов металлов позволило получить фитопоток, равный 90 фт, при фитоотдаче 90 мфт/Вт.

Для облучения растений в условиях тепличного овощеводства могут быть использованы и менее эффектив­ные, но принципиально пригодные осветительные лампы: люминесцентные, лампы ДРЛ, ДРИ, ДКсТЛ.


5 Лекция. Применение светодиодных светильников в сельском хозяйстве

 

Содержание лекции:

- светодиодные светильники в сельском хозяйстве.

Цели лекции:

- ознакомиться с применением светодиодных светильников в сельском хозяйстве.

 

Оптическое излучение всё в большей степени используется в современных технологических процессах в промышленности и сельском хозяйстве, становится неотъемлемой частью фотохимических производств, играет всевозрастающую роль в повышении продуктивности животноводства и птицеводства, урожайности растительных культур.

Свет, полученный разными пигментами, расходуется на разные цели: пигменты с пиком чувствительности в красной области спектра отвечают за развитие корневой системы, созревание плодов, цветение растений; пигменты с пиком поглощения в синей области отвечают за увеличение зелёной массы; зелёная часть спектра излучения полезна для фотосинтеза плотных листьев и листьев нижних ярусов, куда синие и красные лучи почти не проникают. Остальные части спектра растениями практически не используются.

В результате исследований было показано, что наиболее благоприятными для выращивания светолюбивых растений являются интенсивности в пределах 150-220 Вт/м2, а оптимальный состав излучения имеет следующее соотношение энергий по спектру: 30% - в синей области (380-490 нм), 20% - в зелёной (490—590 нм) и 50% - в красной области (600-700 нм). С использованием такого искусственного освещения получены урожаи, в несколько раз более высокие, чем при обычном освещении, причём за более короткие сроки.

Современные светодиоды перекрывают весь видимый диапазон оптического спектра: от красного до фиолетового цвета. Диапазон длин волн излучения светодиодов в красной области спектра составляет от 620 до 635 нм, в оранжевой - от 610 до 620 нм, в жёлтой - от 585 до 595 нм, в зелёной - от 520 до 535 нм, в голубой - от 465 до 475 нм и в синей - от 450 до 465 нм. Таким образом, составляя комбинации из светодиодов разных цветовых групп, можно получить источник света с практически любым спектральным составом в видимом диапазоне.

Главным преимуществом светодиодного освещения – это подбор практически идеального для роста растений спектра излучения. Спектр расположен как в синей, так и в оранжево-красной областях. Красный свет необходим для роста корневой системы, созревания плодов, цветения, а синий - для развития листьев, роста растений. У натриевой лампы основная часть спектра принадлежит оранжево-красной области и явно недостаёт синего света; из-за недостатка синего света растения тянутся вверх, становятся более хрупкими и плохо переносят транспортировку.

Также стоит отметить малое энергопотребление светодиодов: ориентировочно при идентичных светотехнических характеристиках один светодиодный светильник потребляет в три раза меньше электроэнергии по сравнению с типовым светильником с натриевой лампой. При всём этом светодиоды имеют долгий срок службы (100 000 часов), чем обеспечивается большой гарантийный срок службы светодиодного светильника (3 года) и продолжительный срок эксплуатации (10 лет).

В отношении светодиодных светильников следует особо упомянуть их экологическую чистоту и отсутствие у них проблем с утилизацией. Данные особенности связаны с тем, что в составе светодиодов нет вредных веществ. Помимо этого при эксплуатации они не нагреваются так сильно, как лампы, что облегчает поддержание требуемых климатических условий при выращивании растений.

К недостаткам светодиодного освещения можно отнести относительно большие размеры светильников, что продиктовано стремлением добиться высокой интенсивности излучения за счёт большего количество светодиодов, и сравнительно высокую стоимость светильников на первоначальном этапе. Первый недостаток не является критичным для тепличных объектов традиционной конструкции, а второй компенсируется, как это видно из табл. 1, коротким сроком окупаемости (порядка 2,5 лет) и достаточно длинным сроком эксплуатации после этого, уже в условиях полностью возвращённых затрат на приобретение и нарастающей экономии за счёт низкого энергопотребления, характерного для светодиодных светильников.

Современные светодиодные фитолампы для растений способны обеспечить большее соответствие спектра аграрной лампы спектру фотосинтеза.

Оптимальное соотношение красных (144 шт) и синих (18 шт) диодов в светодиодной лампе для растений обеспечивает хороший фотосинтез растений в различный период их роста.

Светодиодная лампа для растений применяется для полдсветки растений и трав, которые мы употребляем в пищу и выращиваем на подоконнике или на балконе: орегано, тимьян, петрушка, укроп, базилик и др.

Фитолампы применяются для подсветки комнатных растений, которую необходимо осуществлять с начала зимы, чтобы к весне получить прекрасный результат.

Так же незаменимы фитолампы для рассады овощей в индивидуальных теплицах, в домашних условиях и в промышленном масштабе.

Свет – важнейший экзогенный фактор, воздействующий на любой живой организм, в том числе и на птиц. Понимание и грамотное управление этим фактором является неотъемлемой и важнейшей частью технологии выращивания всех направлений яичной и мясной птицы. Влияние света многогранно. Освещение в птичнике играет важную роль при выращивании кур всех направлений и позволяет управлять процессами физиологического развития птицы, обеспечивать более комфортные условия ее содержания и добиваться существенного роста практически всех показателей продуктивности стаи. Правильно организованная система освещения совместно с правильно спроектированной программой освещения позволяет влиять на возраст полового созревания, обеспечить оптимальный режим развития птицы, увеличить яйценоскость, длительность периода яйцекладки, размер яиц и их массу, прочность скорлупы, также снизить разбивание яиц. Одним из факторов, который может отрицательно повлиять на состояние птицы является резкое включение/выключение освещения. Поэтому в птичнике желательно обеспечить плавный "рассвет/закат", особенно для кур-несушек. Это позволяет увеличить выживаемость молодняка, снизить затраты кормов и улучшить их усвоение, снизить травматизм птиц и уменьшить затраты электроэнергии в 2-10 раз. Некоторые параметры светодиодов, такие как цветовая температура, могут влиять на производимую продукцию (количество/размер), поэтому подобрав подходящие параметры освещения можно увеличить усвояемость корма бройлерными породами или повысить яйценоскость несушек. Выбор оптимального режима освещения, должен быть, основан на рекомендациях фирмы — производителя птицы/

Интенсивность света, продолжительность дня и цвет света оказывают влияние на здоровье животных, и вследствие этого – на их поведение. Верное соотношение этих трех факторов оказывает на животных положительное влияние. Правильное и равномерное освещение способствует, помимо прочего, хорошему здоровью животных и их продуктивности.

  

Лекция 6 Осветительные установки сельскохозяйственного назначения

 

Содержание лекции:

- осветительные установки, используемые в сельском хозяйстве.

Цели лекции:

- ознакомиться с осветительными установками.

 

Осветительные установки в животноводстве.

В животноводческих помещениях нормированная освещенность должна быть обеспечена на протяжении светового дня длительностью 10...16 ч, при которой наблюдается наибольшая продуктивность животных.

Естественное освещение обеспечивает лишь 70% требуемой продолжительности освещения в весенне-летний и лишь 20% в осенне-зимний периоды. Для обеспечения оптимальной продолжительности светового дня необходимо использовать искусственное освещение. Допустимо и совмещенное освещение, при котором в светлое время суток одновременно используется естественный и искусственный свет. При этом недостаточное по условиям зрительной работы естественное освещение дополняется искусственным.

В животноводческих помещениях предусматривается два вида освещения: технологическое и дежурное. Технологическое освещение обеспечивает необходимый световой климат для животных, с одной стороны, и надлежащие условия видения для обслуживающего персонала – с другой, дежурное – служит для наблю­дения за животными в ночное время. Ввиду того что освещенность для выполнения людьми технологичес­ких операций должна быть, как правило, выше осве­щенности, необходимой, для жизнедеятельности животных, технологическое освещение может быть двухрежимным, создающим повышенную освещенность при дойке, кормлении, уборке помещений, приеме приплода и т.д.

Дежурное освещение обеспечивается 10% светильников общего освещения в помещениях содержания животных и 15% светильников в родильном отделении. Светильники дежурного освещения должны быть равномерно распределены по помещению над животными и проходами. К сети дежурного освещения подключают и светильники, освещающие территорию перед входами в здание.

Технологическое освещение помещений для содержания животных по нормам рекомендуется выполнять, как правило, люминесцентными лампами. Наиболее благоприятный спектральный состав имеют люминесцентные лампы типов ЛБ, ЛХБ, ЛД и др. Для уменьшения влияния запыленности на световой поток ламп рекомендуется использовать рефлекторные лампы типа ЛБР.

Лампы накаливания следует применять лишь в по­мещениях подсобного назначения. Использование ламп накаливания в основных производственных помещениях должно быть экономически оправдано.

Для освещения животноводческих помещений принципиально применимы газоразрядные лампы высокого давления типов ДРЛ, ДРВЛ или ДРИ, однако рекомендации по их использованию и влиянию на продуктивность животных пока отсутствуют.

Выбор типов светильников определяется их светораспределением, конструктивными особенностями освещаемых помещений и характеристиками среды, в ко­торой предстоит работать светильникам (повышенная влажность, высокая концентрация агрессивных газов – аммиака и сероводорода).

Светильники в животноводческих помещениях располагают рядами параллельно стенам со световыми проемами таким образом, чтобы освещаемые поверхности не затенялись строительными конструкциями или технологическим оборудованием и чтобы в контроль­ных точках помещения была обеспечена нормирован­ная освещенность.

При двухрежимном технологическом освещении светильники каждого ряда через один объединяют в две группы, включаемые раздельно. Одна группа обеспечивает биологически необходимую освещенность в течение 16 ч (например, с 5 до 21 ч), обе группы светильников на время выполнения технологических операций включает персонал. Для экономии электроэнергии в светлое время суток группы биологически необходимого освещения ближних к окнам рядов не работают, а включаются лишь тогда, когда уровень естественной освещенности уменьшится до заданного значения. В ночное время работают только светильники дежурного освещения.

Осветительная установка управляется программным реле времени и фотореле, контролирующим освещенность вблизи окон помещения. Схема управления позволяет включать и выключать установку вручную.

Осветительные установки в птицеводстве.

Световой режим в промышленном птицеводстве играет важнейшую роль. Современные птичники для молодняка и взрослой птицы делаются без окон, и освещенность, регламентируемая нормами, обеспечивается только благодаря искусственному освещению.

При бесклеточном содержании птицы газоразрядные источники света должны создавать на полу птич­ника освещенность, равную 75 лк. Светильники с люминесцентными лампами типа ЛБР или ЛДЦ располагают равномерно по потолку помещения рядами или в шахматном порядке. В отдельных экономически обоснованных случаях осветительная установка может быть выполнена на базе ламп накаливания, которые должны обеспечить на полу нормированную освещенность, равную 30 лк и равномерно распределенную по зоне содержания птицы.

При клеточном содержании птицы нормируется освещенность на кормушках клеток. При люминесцентных лампах она должна составлять 75 лк, при лампах накаливания – 30 лк на всех ярусах клеток. Если птица содержится в одноярусных или широкогабаритных двухъярусных клеточных батареях, то светильники размещают рядами непосредственно над клетками. Если клеточные батареи многоярусные, то светильники располагают над проходами между батареями.

Низкая освещенность угнетает птицу, ведет к снижению ее продуктивности. Чрезмерная освещенность в клетках верхнего яруса, вблизи которого размещены светильники, возбуждает птицу, вызывает расклевы, что увеличивает выбраковку птицы и наносит ощутимый экономический ущерб. Наибольшая продуктивность птицы наблюдается в клетках средних ярусов при 60…80 лк.

Светильники для освещения птицеводческих поме­щений выбирают по светораспределению и защите от воздействия агрессивной окружающей среды. Чаще других в птичниках используют светильники типов СХЛ и ПВЛМ с рефлекторными лампами ЛБР.

После начала яйцекладки продолжительность светового дня постепенно увеличивают, что стимулирует яйцекладку и обеспечивает поддержание высокого уровня яйценоскости на весь период использования несушек.

Нарастание освещенности в птичнике утром и уменьшение ее вечером оговорено нормами и должно происходить постепенно в течение 15...20 мин по закону изменения освещенности в естественных условиях. Вклю­чение осветительной установки сразу на полную мощ­ность вызывает стрессовые явления у птицы, так же действует на птицу мгновенный переход от полной освещенности к темноте. На отсутствие в световом дне режимов рассвета и сумерек птица отзывается сниже­нием яйценоскости на 4...5%.

Совсем иное воздействие оказывает на кур периодическое (4...5 раз в течение ночи) включение осветительной установки на 20...30 с. Увеличение яйценоскости под действием импульсного «шокового» освещения отмечалось многими исследователями, однако четкие рекомендации по воздействию на птиц импульсным освещением пока отсутствуют.

Световой режим в мясном птицеводстве призван обеспечить быстрый рост живой массы птицы, поэтому освещение помещений для выращивания птицы на мясо осуществляется по особой программе.

При разработке светильников учтены следующие специфические факторы:

- нестабильное энергоснабжение и периодические включения автономных генерирующих устройств на объектах, подключение к одним и тем же источникам электроснабжения, наряду с осветительной сетью, силовых машин и механизмов;

- использование светильников в зонах интенсивной подачи атмосферного воздуха и водного аэрозоля для обеспечения требуемой температуры и влажности внутри помещения;

- эксплуатация при экстремально низких температурах;

- эксплуатация светильников в атмосфере с существенным превышением установленных норм по аммиаку;

- вероятность несанкционированного механического воздействия.

Источниками света в светильниках выступают люминесцентные и металлогалогенные лампы. Применение таких источников света позволяет существенно сократить энергопотребление и увеличить интервалы времени между заменой ламп, по сравнению с обычными лампами накаливания.

Современный животноводческий комплекс призван обеспечить выращивание здорового поголовья скота, максимально отвечающего строгим санитарным нормативам. Прежние однотипные фермы перестраиваются и расширяются, ветхие строения полностью ликвидируются, появляются новые корпуса, для которых требуются современные энергоэффективные осветительные установки.

При разработке светильников учтены следующие специфические факторы:

- нестабильное энергоснабжение и периодические включения автономных генерирующих устройств на объектах, подключение к одним и тем же источникам электроснабжения, наряду с осветительной сетью, силовых машин и механизмов;

- использование светильников в зонах интенсивной подачи атмосферного воздуха и водного аэрозоля для обеспечения требуемой температуры и влажности внутри помещения;

- эксплуатация при экстремально низких температурах;

- эксплуатация светильников в атмосфере с существенным превышением установленных норм по аммиаку;

- вероятность несанкционированного механического воздействия.

Источниками света в светильниках выступают люминесцентные и металлогалогенные лампы. Применение таких источников света позволяет существенно сократить энергопотребление и увеличить интервалы времени между заменой ламп, по сравнению с обычными лампами накаливания.

  

Лекция 7. Облучатели сельскохозяйственного назначения

 

Содержание лекции:

- облучатели, используемые в сельском хозяйстве.

Цели лекции:

- ознакомиться с облучательными установками.

 

При выращивании растений в искусственных условиях предназначен облучатель ОТ 400: облучатель тепличный для ламп ДРЛФ 400 (см. рисунок 3, а). Корпус 2, в котором размещается балластное устройство для газоразрядной лампы, снабжен фарфоровым патроном 3 с уплотнением из термостойкой силиконовой резины, узлом подвеса 1 в виде стальной скобы и двумя отрезками шлангового кабеля 4, один из которых оснащен трехштырьковой вилкой, а другой – трехгнездовой розеткой. Вилки и розетки, попарно образующие герметизирован­ные разъемы, позволяют объединять в группу с последо­вательным питанием и заземлением корпусов до пяти облучателей.

Облучатели подключают к сети с напряжением 220 В. Выпускаются облучатели двух модификаций: ОТ 400И – с индуктивным балластным устройством, ОТ 400Е – с индуктивно-емкостным балластным устройством. Обе модификации имеют коэффициент мощности около 0,5, но в одной ток отстает от напряжения, а в другой – опережает его, что позволяет при одновременном использовании обеих модификаций получить cos j облучательной установки близким к единице. Масса облучателя ОТ 400И – 5 кг, масса ОТ 400Е – 7 кг. Пространственное распределение потока излучения облучателя ОТ 400 показано на рисунке 3,б. Для растениеводческих ламп ДРФ 1000 выпускаются облучатели ОТ 1000.

Для ультрафиолетового облучения в стационарных условиях используют облучатели ЭО 1-30 м с лампами ЛЭ 30-1.

Отражатель облучателя выполнен из листовой стали и покрыт антикоррозийной краской с высоким коэффициентом отражения УФ излучения.

На корпусе облучателя закреплены патроны лампы и ее пускорегулирующая аппаратура. Для включения и работы лампы используется стандартная стартерная схе­ма с симметрированным индуктивным балластом.

а – общий вид; б – характеристика распределения пространственной плотности излучения; 1 – узел подвеса; 2 – ПРА источника излучения; 3 – фарфоровый патрон с уплотнителем;  4 – кабель питания облучателя; 5 – лампа ДРЛФ-400.

Рисунок 3 – Тепличный облучатель ОТ-400

 

Ртутно-кварцевые облучатели ОРК-2 и ОРКШ с лампами ДРТ 400 служат для профилактического и лечебного облучения животных, птицы и предынкубационной обработки яиц.

Облучатели состоят из отражателя с лампой и пускорегулирующего устройства, соединенных между собой гибким кабелем. Отражатель с лампой облучателя ОРКШ располагается на специальной стойке, а у облучателя ОРК-2 крепится при помощи зажимов на технологических или строитель­ных конструкциях помещения.

Облучатели УФО 1´400, УФОЗ 1´400 для ламп ДРТ 400 используются в УФ облучательных установках У0-4 и УОК-1.

Для освещения помещений и УФ облучения предназначен светильник-облучатель ОЭСП 02-2´40. Конструктивно он сходен со светильником ПВЛМ 2´40, но оснащается люминесцентной лампой ЛБР 40 и эритемной лампой ЛЭР 40. Электрическая схема светильника-облучателя позволяет включать осветительную и эритемную лампы раздельно. Светильник-облучатель можно устанавливать индивидуально на крюках или тросе, его корпус защищен от попадания внутрь пыли и влаги. Провода можно вводить в корпус сверху или с торца через имеющиеся сальники. Светильник-облучатель оснащен экранирующей решеткой с защитным углом 15°. Масса светильника-облучателя 9,5 кг.

Для обеззараживания воздуха помеще­ний применяют бактерицидные облучатели ОБУ 1´15 с лампой ДБ 15 и ОБУ 1´30 с лампой ДБ 30. Облучатели имеют уплотненный корпус, в котором установлены патроны брызгозащищенного исполнения, ПРА и стартер для лампы. Облучатели предназначены для установки на стене помещения с таким расчетом, чтобы поток излучения лампы был направлен вверх. Масса облучателя 5 кг.

Для инфракрасного облучения применяют облучатели, предназначенные для «светлых» и «темных» источников ИК излучения.

Облучатель ССП 01-250 рассчитан на работу с лампой ИКЗК 220-250. Конструктивно он сходен со светильником «Астра-12», снабжен фарфоровым патроном Е-27 и закрыт снизу защитной сеткой.

Защитный угол облучателя 15°, масса 2,4 кг.

Облучатель ОРИ-1 предназначен для совместной работы с лампой ИКЗ 220-500, представляет собой конусообразную стальную конструкцию с защитной сеткой, предохраняющей лампу от механических повреждений. Облучатель снабжен фарфоровым патроном Е-40. Масса облучателя 2 кг.

Серийно выпускаемый облучатель «ЛатвИКО» предназначен для установки в нем инфракрасной кварцевой галогенной лампы накаливания КГ 220-1000-1. Облучатель представляет собой коробчатую конструкцию из листовой стали с отражателем и специальными патронами для подключения лампы. Снизу облучатель закрыт защитной сеткой. Масса облучателя 2,5 кг.

Для «темных» источников инфракрасного излучения предназначен облучатель ОКБ-1376 А, представляющий собой стальной кожух с тремя ТЭНами, закрепленными в его верхней части. Стенки кожуха двойные, пространство между ними заполнено теплоизоляционной массой. Мощность каждого ТЭНа 0,4 кВт, причем все они имеют индивидуальные выключатели, дающие возможность регулировать мощность облучателя трехступенчато: 0,4; 0,8; 1,2 кВт. Облучатель снабжен защитной сеткой.

Для совместного ультрафиолетового облучения и инфракрасного обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и птицы используются облучатели установок ИКУФ-1 и «Луч».

Облучатель установки «Луч» (см. рисунок 4) имеет уплотненное исполнение патронов эритемной лампы 1, а патроны инфракрасных ламп 2 могут быть установлены под различными углами к вертикали для получения требуемого распределения ИК облученности по облучаемой поверхности.

1 – эритемная лампа; 2 – ИК лампа; 3 – кожух ПРА; 4 – подвеска;

5 – защитная решетка.

Рисунок 4 – Конструкция облучателя установки «Луч»

 

Облучательная установка – один из элементов системы обеспечения микроклимата животноводческого помещения, она предназначена для восполнения «дефицита» теплоты в зоне расположения молодняка.

8 Лекция. Расчет электрического освещения

 

Содержание лекции:

- выбор системы освещения, виды освещения, выбор освещенности и коэффициента запаса, типа светильников, основные методы расчета освещения.

Цели лекции:

- изучить методы расчета освещения.

 

1 Выбор системы освещения.

При устройстве осветительных установок применяются две системы освещения: общего освещения и комбинированного. Качество и экономичность осветительной установки во многом зависят от правильности выбора системы освещения.

Система общего освещения применяется для освещения всего помещения, в том  числе и рабочих поверхностей.

Общее освещение может осуществляться двумя способами:

– с равномерным размещением светильников под потолком освещаемого помещения;

– с неравномерным (создается более или менее равномерная освещенность по всей площади помещения).

Локализованное освещение следует предусматривать:

– в помещениях со стационарным крупным оборудованием (торговые залы магазинов, венткамеры, архивы, книгохранилища и т.п.);

– в выставочных помещениях с постоянно фиксированными плоскостями экспозиции;

– в помещениях, где рабочие места расположены группами, сосредоточенными на отдельных участках (пошивочные и ремонтные мастерские);

– в помещениях, на разных участках которых выполняются работы различной точности, требующие разных уровней освещенности.

Однако локализованное освещение имеет существенный недостаток - оно создает повышенную неравномерность распределения яркостей в поле зрения.

Система комбинированного освещения (общего и местного) применяется в помещениях с тонкими зрительными работами, требующими высокой освещенности. При такой системе одна часть светильников освещает только рабочие места (светильники местного освещения), а другая - все помещение, главным образом проходы и коридоры (общее освещение).

Система комбинированного освещения уменьшает установленную мощность и расход электроэнергии (лампы местного освещения включаются только на время выполнения работ на рабочих местах). Однако несмотря на преимущества комбинированного освещения, капитальные затраты на его устройство больше, чем на устройство одного общего освещения. Это связано с необходимостью установки у каждого рабочего места шарнирного кронштейна для светильника местного освещения, а в помещениях с повышенной опасностью (производственные цехи) - понижающих трансформаторов.

 

2 Виды освещения.

Электрическое освещение может быть следующих видов: рабочее, аварийное и эвакуационное.

Рабочее освещение устраивается во всех помещениях и создает на рабочих поверхностях нормированную освещенность.

Аварийное освещение необходимо там, где при внезапном отключении рабочего освещения возможно возникновение взрыва или пожара, массового травматизма, длительного расстройства технологического процесса и т.д., а также нарушение работы ответственных объектов (электростанции, узлы радиопередачи, водоснабжения, теплофикации и т.д.).

Аварийное освещение в аварийном режиме должно создавать на рабочих местах 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения при системе общего освещения, но не менее 2 лк.

Эвакуационное освещение служит для безопасной эвакуации людей из помещений при аварийном погасании рабочего освещения. Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещенность основных проходов и ступеней лестниц не менее 0,5 лк.

Для аварийного и эвакуационного освещения разрешается использовать люминесцентные лампы и лампы накаливания. Применение ламп ДРЛ, ДРИ и ксеноновых ламп для аварийного и эвакуационного освещения запрещается.

Светильники аварийного и эвакуационного освещения присоединяются отдельными линиями к независимому источнику питания или переключаются на него автоматически при внезапном отключении рабочего освещения. Кроме того, они должны отличаться от светильников рабочего освещения типом, размером или специально нанесенными знаками.

 

3 Выбор освещенности и коэффициента запаса.

Выбор минимальной освещенности для внутреннего и наружного освещения производят по СНиП II-4-79 (Искусственное освещение. Нормы проектирования) в зависимости от размера объекта различения, контраста объекта с фоном и отражающих свойств фона (рабочей поверхности).

В этих нормах приводятся величины освещенности для каждого помещения, расположение рабочих поверхностей, рекомендуемый источник света и коэффициент запаса, а также качественные показатели освещения.

Светотехнические качественные показатели. Блескость - это свойство светящихся поверхностей (поверхность источника света или отраженная поверхность, находящаяся в поле зрения) нарушать нормальное зрение. Неприятное воздействие блескости на зрение человека называют ослепленностью.   

Уровень ослепленности выражается коэффициентом ослепленности S, определяемым отношением:

 

S = V1/V2,

 

где V1 - видимость объекта наблюдения при экранировании блеских источников света;

V2 - видимость объекта наблюдения при наличии блеских источников света в поле зрения.

В практике пользуются понятием показателя ослепленности Р.

На значение показателя ослепленности влияют следующие факторы:

а) характер светораспределения светильников и мощность ламп;

б) высота подвеса светильников над рабочей поверхностью и соотношение расстояния между светильниками или между их рядами;

в) соотношение сторон освещаемого помещения.

Коэффициент запаса (Кз) – расчетный коэффициент, учитывающий снижение КЕО и освещенности в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения.

Кз характеризует кратность между расчетным и нормированным значениями освещенности, т.е. Кзап = Ерасч / Енорм.

 

4 Выбор типа светильника

Для надежной работы осветительной установки и ее экономичности большое значение имеет правильный выбор светильника. При выборе проектировщик должен учитывать условия окружающей среды, в которой будет работать светильник, требуемое распределение светового потока в зависимости от назначения и характера отделки помещения и экономичность самого светильника.

При выборе типов светильников для освещения помещений в зависимости от их технологического назначения необходимо учитывать и светотехническую классификацию светильников.

5 Основные методы расчета освещения.

При расчете освещения осветительной установки определяют число и мощность источников света, необходимых для создания нормированной освещенности на освещаемой поверхности или фактическую освещенность в любой точке поверхности от установленных источников света. Рассмотрим основные методы расчета.

Расчет освещения методом коэффициента использования светового потока. Для помещений, в которых предусматривается общее равномерное освещение горизонтальных поверхностей, освещение рассчитывают методом коэффициента использования светового потока.

На коэффициент использования влияют следующие факторы.

1. Тип и КПД светильника. Чем больше выбранный светильник направляет световой поток непосредственно на освещаемую поверхность Фп, тем больше коэффициент использования. Чем выше КПД  светильника, тем меньше потери в нем, следовательно, больше коэффициент использования.

2. Геометрические размеры помещения. Чем больше освещаемая поверхность по сравнению с отражающими, тем выше коэффициент использования, так как при этом возрастает Fп.

3. Высота подвеса светильника над освещаемой поверхностью. Чем выше подвешены светильники над освещаемой поверхностью, тем больше светового потока поглощается стенами и потолком, следовательно, коэффициент использования уменьшается.

4. Окраска стен и потолка. Чем светлее окраска стен и потолка, тем выше коэффициент отражения и Фотр возрастает, а следовательно, возрастает и коэффициент использования.

Расчетный поток ИС определяется по формуле:

 

,

 

где N - число ИС;

k - коэффициент запаса;

z - коэффициент минимальной освещенности (отношение средней освещенности и минимальной).

Приближенный метод расчета по удельной мощности. Удельной мощностью Руд называется отношение суммарной мощности всех ламп, установленных в данном помещении, к площади освещаемой поверхности (пола) (Вт/м2):

 

.

 

В проектной практике широко применяют метод удельной мощности, позволяющий без выполнения светотехнических расчетов определять мощность всех ламп общего равномерного освещения, требуемого в данном помещении. Кроме того, метод удельной мощности применяют для приблизительной оценки правильности произведенного светотехнического расчета осветительной установки.  

Расчет освещения точечным методом. Точечный метод в отличие от метода коэффициента использования позволяет определить освещенность любой точки на рабочей поверхности, как угодно распложенной в пространстве, например, горизонтально, вертикально или наклонно. Расчет освещения точечным методом производят, когда невозможно применить метод коэффициента использования, например, расчеты локализованного или наружного освещения, освещения наклонных или вертикальных поверхностей. Точечный метод также часто применяют в качестве проверочного расчета, когда необходимо оценить фактическое распределение освещенности на освещаемой поверхности. Однако точечный метод имеет существенный недостаток: не учитывает освещенность, создаваемую световым потоком, отраженным от стен и потолков, вследствие чего освещенность получается несколько заниженной.

Световой поток в любой точке для группы светильников находится из выражений:

 

    или    ,

 

где k - коэффициент запаса;

μ - коэффициент, учитывающий световой поток от «удаленных» источников света и отражений от сети и потолка, принимаемый равным 1,1-1,2;

Σεi - сумма условной относительной освещенности от «ближайших» светильников;

Σei - суммарная условная освещенность от ближайших светильников.

В расчетах обычно учитывают «ближайшие» первые и вторые источники света, находящиеся на расстояниях в пределах, указанных на изолюксах. Световой поток и освещенность определяют для точек с наихудшими условиями. Для различного способа размещения светильников такие точки показаны на рисунке 5.

 

 

 

 

Рисунок 5 – Контрольные точки

 

При проведении прямого расчета точечным методом (по известному расположению светильников и заданной минимальной освещенности) определяется величина расчетного светового потока. Выбор стандартной лампы производится как в расчете по методу коэффициента использования светового потока.

 

Нормы естественного и искусственного освещения животноводческих помещений.

Освещенность является одним из важных параметров микроклимата, обеспечивающих нормальный рост и развитие животных, находящихся в помещениях. Под действием света, особенно естественного, улучшается физиологическое состояние животных, повышаются естественная резистентность их организма, воспроизводительная способность, продуктивность, сохранность молодняка.

Для восполнения недостаточности естественной освещенности в осенне-зимний период, когда продолжительность светового дня бывает короткой, в помещениях целесообразно использовать искусственное электрическое освещение.

Дежурное освещение в ночное время должно составлять: в коровниках – 15-20% и свинарниках – 2-5% от общего освещения. Ночью целесообразно освещать помещения электрическими лампочками из синего стекла мощностью по 60 Вт, так как синий свет не вызывает у животных фотопериодической реакции и не создает перенапряжения центральной нервной системы.

Для выращивания свиней на мясо могут использоваться безоконные свинарники с регулируемым искусственным освещением; для поросят в возрасте от 2 до 4 мес. продолжительность освещения 5 ч (тремя периодами по 1 ч 40 мин) и для молодняка от 4 мес до завершения откорма – 3 ч 20 мин (двумя периодами по 1 ч 40 мин).

Искусственную освещенность в бараннике и помещении стригального пункта нормируют с учетом уровня станка и стола. Продолжительность светового дня для кролиководческих помещений (для самцов и самок) должна составлять 18 ч.

Определение естественной освещенности

В практике строительства производственных и животноводческих помещений в основном применяется геометрическое нормирование естественного освещения, или световой коэффициент (СК), т. е. отношение остекленной площади окоп к площади пола. Для более точного нормирования освещенности используют светотехнический метод или коэффициент естественной освещенности (КЕО), т.е. процентное отношение горизонтальной освещенности внутри помещения (Евн) к одновременной горизонтальной освещенности под открытым небом при рассеянном свете небосвода (Енар). В общем виде это отношение записывается так:

КЕО показывает, какую долю одновременной горизонтальной освещенности под открытым небом при рассеянном свете небосвода составляет освещенность в определенной точке помещения.

Определение искусственной освещенности

Для этой цели подсчитывают количество электрических ламп в помещении, суммируют их мощность, а затем полученную величину делят на площадь помещения, получая удельную мощность ламп в ваттах на 1 м2  пола. Для перевода ватт в люксы удельную мощность умножают на соответствующий коэффициент, означающий количество люкс, которое дает удельная мощность, равная 1 Вт м2

 

Список литературы 

1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2008.

2. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. – М.: КолосС, 2008.

3. Долгих П.П., Кунгс Я.А., Цугленок К.В. Облучение сельскохозяйственных объектов: Учебное пособие. Красноярск: Краснояр. гос. аграр. ун-т, 2006.  

4. Айзенберг Ю.Б. Основы конструирования световых приборов: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1996.

5. Кнорринг Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1992.

6. Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. – М.: Агропромиздат, 1991.

7. Махнева О.П. Электрическое освещение: Учебное пособие. –  Свердловск: Свердлов. инж.-пед. ин-т, 1990.

8. Жилинский Ю.М., Кумин В.Д. Электрическое освещение и облучение. – М.: Колос, 1982.  

 

Сводный план 2011 г., поз. 330