Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технологии выращивания птицы и источников оптического излучения для освещения птицеводческих помещений 11
1.1. Технологии выращивания птицы 11
1.2. Рациональные режимы освещенияв птицеводческих помещениях... 21
1.3. Обзор и анализ технических средств для освещения птицы светильниками с компактными лампами 32
1.4. Обзор по использованию светодиодов для целей освещения птицеводческих помещений 41
1.5. Цель и задачи исследований 50
Выводы по главе 51
ГЛАВА 2. Теоретріческие и экспериментальные исследования компактных люминесцентных и светодиодных ламп 52
2.1. Влияние различных факторов на работу компактных люминесцентных ламп 52
2.2. Электрические и оптические характеристики светодиодов 59
2.3. Влияние температурных условий на работу светодиодов и физические основы причин возникновения изменений их параметров 62
Выводы по главе 73
ГЛАВА 3. Проведение исследований и обоснование светильников с энергосберегающими лампами для освещения птицы при клеточном содержании 74
3.1. Обоснование цветности излучения энергосберегающих технических средств освещения птицы 74
3.2. Обоснование методики с использованием компьютерной светотехнической программы для оценки светотехнических параметров свето диодов и компактных люминесцентных ламп 74
3.3. Методика и программа исследований параметров и характеристик светильников ЛСП-03 с компактными люминесцентными и светодиодными лампами 83
3.4. Результаты исследований параметров и характеристик светильников ЛСП-03 с компактными люминесцентными и светодиодными лампами 3.4.1. Светильник ЛСП-03 с компактной люминесцентной лампой 9 Вт тёпло-белого света 87
3.4.2. Светильник ЛСП-03 со светодиодной лампой 4,5 Вт тёпло-белого света 3.5. Эффективность излучения энергосберегающих ламп с учётом особенностей зрения птицы : 92
3.6. Способ включения компактных люминесцентных ламп для обеспечения освещения птицы «рассвет- закат» 94
Выводы по главе 99
ГЛАВА 4. Производственные испытания энергосбере гающих светильников 101
4.1. Испытание светильников с компактными люминесцентными лампами ЮГ
4.2. Испытание светильников со светодиодными лампами 106
Выводы по главе 109
ГЛАВА 5. Технико-экономическое обоснование применения компактных и светодиодных ламп для освещения птицы при клеточном содержании 110
Выводы по главе 114
Общие выводы по диссертации 115
Список используемой литературы 117
- Обзор и анализ технических средств для освещения птицы светильниками с компактными лампами
- Электрические и оптические характеристики светодиодов
- Обоснование методики с использованием компьютерной светотехнической программы для оценки светотехнических параметров свето диодов и компактных люминесцентных ламп
- Испытание светильников со светодиодными лампами
Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Важной задачей сегодня является развитие промышленного птицеводства, позволяющего увеличить объем производства яиц н мяса птиц. В среднем за год, в России производится 39,5 млрд. яиц и 3 млн. тонн куриного мяса. Потребление яиц в год на душу населения составляет 268 штук.
Интенсивная технология производства ппщепродукции неизбежно приводит к изоляции птицы от естественной внешней среды и содержанию ее в безоконных помещениях с регулируемым внутренним микроклиматом, поэтому птицеводство стало одной из самых энергоемких отраслей животноводства. Для последовательного выполнения требований по сокращению оборота электрических ламп накаливания (ЛН) в 2013 - 2014 гг. будет введен их запрет на территории страны. Однако до настоящего времени JTH продолжают оставаться основным источником для освещения птицеводческих помещений.
Большие затраты на электроэнергию при использовании традиционных источников света (ЛН) в совокупности с ужесточением Федеральных законов, обязывают учёных и производственников заняться поиском высокоэффективных энергосберегающих источников освещения птицеводческих помещений.
Цель и задачи исследований.
Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка энергосберегающих осветительных установок на базе компактных люминесцентных п светодиодных ламп, позволяющих снизить потребление энергии на освещение птицеводческих помещений.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
Анализ состояния и перспектив развития технологии выращивания птицы и источников оптического излучения для освещения птицеводческих помещений.
Проведение исследований по установлению влияния различных внешних факторов на параметры компактных люминесцентных и светодиодных ламп.
Разработка методики исследования и расчета параметров осветительных установок на базе компактных люминесцентных (КЛ) н светодиодных ламп (СД).
Обоснование параметров и разработка технических требований на комплект освещения птицы на базе КЛ и СД ламп при клеточном содержании.
Проведение производственных испытаний и определение экономической эффективности применения КЛ и СД ламп для освещения птицы при клеточном содержании.
Объектом исследования являются птичник с клеточным содержанием птицы и технические средства освещения, позволяющие снизить потребление электроэнергии на освещение.
Предметом исследования являются светильники с КЛ и СД лампами.
Методология исследования базируется на системном подходе к обоснованию комплекса теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи методов математического и статистического анализа, математического и физического моделирования, светотехнических, фотометрических, биометрических методов. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных электроизмерительных и электронных приборов. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась па ПЭВМ с использованием прикладных программ.
Научная новизна работы:
теоретически и экспериментально установлена целесообразность и эффективность совершенствования осветительных установок для освещения птицы с применением КЛ и СД ламп, обеспечивающих экономию электроэнергии;
светотехнические расчёты выполнены на базе компьютерной программы, что позволило определить освещённость с учётом преломлённого и отраженного светового потока, а также проанализировать распределение освещенности по всей освещаемой поверхности;
разработана методика и проведено обоснование источников излучения на базе КЛ и СД ламп, их характеристик для освещения птицы при клеточном содержании;
обоснован способ включения компактных люминесцентных ламп в режиме «рассвет-закат» при освещении птичника.
Основные положения, выносимые на защиту:
методика расчета освещенности, позволяющая определить с учетом отраженного и преломленного светового потока распределение освещенности на всей площади помещения и по высоте клеток; 4
2. методика по обоснованию источников освещения и расчёту электрических
и светотехнических параметров КЛ и СД ламп;
3. результаты производственных испытаний с технико-экономической
оценкой эффективности светильников с КЛ лампами показали, что экономия
энергии составляет 85%, а при использовании СД ламп составляет 92% в срав
нении со светильниками с ЛИ.
Практическая ценность работы :
реализация теоретических и экспериментальных исследований позволит значительно снизить затраты на электрическое освещение птичника;
разработаны осветительные установки на базе КЛ и СД ламп для энергосберегающего освещения птичника;
разработаны технические требования на комплект энергосберегающего оборудования и переданы на завод. Изготовлено 6 комплектов установок по 165 светильников;
производственные испытания подтвердили результаты исследований - экономия электроэнергии составляет при освещении птицы при использовании КЛ ламп 85%, а СД ламп 92%.
Реализация результатов исследований. Технические требования на энергосберегающие светильники переданы на Лрдатовский светотехнический завод для изготовления опытной партии. Изготовлено 6 комплектов по 165 светильников. Три комплекта установок смонтированы в ФГУП ГПП «Птичное». Данное оборудование проходит производственную проверку в течение 2 лет.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме работы доложены, обсуждены и одобрены на:
6-й Международной научно-технической конференции «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения» 13-14 мая 2008 года, Москва 2008 год, ГНУ ВИЭСХ;
7-й Международной научно-технической конференции «Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике - 19 мая 2010 года, Москіт, ГНУ ВИЭСХ;
на семинарах в ГНУ ВНИТИП «Перпективные технические решения и оборудование при ресурсосберегающих технологиях производства и переработки птицеводческой продукции» 2009 - 2011 годах.
Научно-методическими основами исследования послужили труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным вопросам электрификации с.-х. производства, птицеводства и другим отраслям знаний Фисинина В. И., Кавтарашвили А. Ш., Стребкова Д. С, Баева В. И., Бородина И. Ф., Башилова А. М, Прищепа Л. Г., Воробьева В. А., Дубровина А. В., Пнгарепа Н. В., Славина Р. М., Живоннсиева Е. II., Жи.тннского Ю. М., Карпова В. П., Климова А. А., Козипского В. А., Коснцына О. А., Кумина В. Д., Лямцова А. К., Растимешииа С. А., Свентицкого И. И., и других.
Место выполнения. Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ). Производственные испытания проводились в ФГУП ППЗ «Птичное» Нарофоминекого района Московской области.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных публикациях, в том числе три работы в изданиях, указанных в «Перечне ведущих журналов и изданий ВАК Минобразования и пауки РФ».
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы и приложении. Работа изложена на 137 страницах текста, содержит 45 рисунков, 26 таблиц и два приложения. Список использованной литературы включает 149 наименований, из которых 18 на иностранном языке.
Обзор и анализ технических средств для освещения птицы светильниками с компактными лампами
Существующие технологии выращивания птицы предусматривают её содержание на подстилке, комбинированных полах и в клетках.
Технология содержания птицы.на подстилке - традиционно самая распространенная в птицеводческих хозяйствах, обеспечивающая высокие показатели продуктивности птицы. При этой технологии птицу содержат на подстилке в птичнике цеха выращивания без пересадок с суточного до 20 недельного возраста, затем переводят в помещения для содержания взрослой птицы.
Для содержания птицы на комбинированных полах (60 % сетка и 40 % подстилка) могут быть использованы различные типы зданий. Торцевые части птичников отгораживают стеной от зала, где содержат птицу, и используют для размещения оборудования и технических средств общецехового назначения (электрощитовая, пулы управления; бункера-дозаторы, кормораздатчики и т.д.) [46].
Бетонные полы в зале, где находится птица, делают с продольным уклоном к одному из торцов и разделяют на пометные каналы (глубиной 0,4-0,5 м) кирпичными (бетонными) стенами, по верху которых укладывают поперечные несущие балки (угловая сталь, деревянный антисептированный брус). На балках крепят подножные решетки с ячейками размером 16x16, 16x48, 24x48 мм, диаметр прутка должен быть 2-6 мм. Желательно подножные решетки покрыть латексом или полихлорвинилом толщиной 1-2 мм.
Под сетчатым полом устанавливают скребковые транспортеры для уборки помета. При выращивании ремонтного молодняка зону с подстилкой размещают по центру птичника, там же устанавливают источники локального обогрева. При содержании взрослой птицы зону с подстилкой размещают как вдоль стен, так и вдоль коридора в зависимости от расположения сетчатого пола и технологического оборудования [51].
Для равномерного размещения птицы птичник по длине разделяют рабочим проходом на 2 равные части и поперечными сетчатыми перегородками на секции вместимостью 1500-2000 голов ремонтного молодняка или 600-700 голов взрослой птицы.
Плотность посадки ремонтного молодняка составляет 13-14, взрослых кур - 6,5-7,0 голов на 1 м. Используют оборудование КРМ, КМК, на кормушках которого устанавливают крышки для ограничения птицы в корме.
В помещении для взрослой птицы могут быть, использованы двух- и трехъярусные гнезда из расчета 1 гнездо на 4-5 кур. При этом первый ярус гнезда устанавливают на сетчатый пол. Размеры гнезда для кур при содержании на комбинированных полах должны быть такими же, как и при содержании, птицы на подстилке. Технология содержания ремонтного молодняка и взрослой птицы на комбинированных полах идентична применяемой технологии содержания птицы на подстилке.
Клеточная.технология выращивания бройлеров является существенным резервом быстрого и значительного, увеличения- производства мяса птицы.. Преимущество этой технологии перед напольной заключается в максимальном использовании производственных площадей, высоком уровне механизации и автоматизации производственных процессов, сокращении затрат на инженерные коммуникации, обогрев и освещение помещения, улучшение санитарно-ветеринарных условий, увеличение выхода мяса с единицы площади в 2,5-3 раза [52]. При выращивании цыплят в клетках не требуется подстилка, облегчаются наблюдение и уход за птицей, она не контактирует с пометом и реже заражается паразитами, прежде всего кокцидиями, при этом лучше растет, меньше потребляет корма на единицу прироста, раньше достигает убойных кондиций. Для выращивания ремонтного молодняка до 7(8)-недельного возраста используют приспособленные клеточные батареи КБУ-3, К-П-8, БГО-140, 2Б-ЗА. Наибольшее распространение в условиях произ 13 водства получили переоборудованные клеточные батареи КБУ-3 (без внутренних перегородок в клетках). Посадку суточных цыплят производят одновременно во все яруса клеточной батареи. Для предотвращения перепада температуры по ярусам под нижним ярусом каждой батареи устанавливают обогревающие регистры. Если же их нет и температура по ярусам значительно колеблется (более 3С), то допускается размещение цыплят в клетки 2 и 3 ярусов с последующей рассадкой самых крепких и развитых цыплят в клетки нижнего яруса через 7-10 дней.
Курочек в каждую клетку размещают по 18 голов, а петушков по 16. Плотность посадки для кур составляет 21,4, для петухов - 19,0 голов на 1 м2 площади пола клетки, фронт кормления и поения для кур - 5 см, для петухов -5,6 см на 1 голову. В непереоборудованных клеточных батареях КБУ-3 плот-ность посадки кур и петухов составляет 24 и 20 голов на 1 м пола клетки (10 и 8 голов в клетке), соответственно. На 1 курицу должно приходиться-400 см2, на 1 петуха - 500 см2.
Первые 3-5 дней цыплят кормят из кормушек-противней или из вкладышей на желобах кормораздаточной линии, поят из вакуумных поилок, подножные решетки застилают бумагой. Длялредотвращения травмирования ног птицы применяют полиэтиленовые накладки на подножные решетки. В 4(5)-недельном возрасте проводят первую бонитировку молодняка. Отбраковывают слабую птицу с дефектами экстерьера, а также петухов и кур, не разделенных по полу в суточном возрасте (ошибка разделения).
Электрические и оптические характеристики светодиодов
Знание зависимости Фл= f (t01cp) очень важно при разработке светильников с КЛЛ. Так, например, если в светильнике внутреннего освещения обычную КЛЛ (без амальгамы) предпочтительнее размещать цоколем вверх, то применительно к уличным светильникам наиболее целесообразным (с точки зрения минимального спада Фл при пониженных t0Kp) является положение КЛЛ «цоколем вниз».
Появление амальгамных КЛЛ позволило значительно повысить величину и стабильность Фл в процессе эксплуатации в потолочных и встраиваемых светильниках внутреннего освещения при отклонении температуры от оптимума. Вместо жидкой ртути внутри разрядной трубки размещается маленькая гранула - амальгамная смесь ртути с металлом (индеем и (или) висмутом). Избыток жидкой ртути, в течение работы лампы находящейся в парообразном состоянии, в обычных ЛЛ и КЛЛ поглощается стеклом трубки и загрязняет люминофором, что приводит к увеличению спада Фл к концу срока службы [61].
Количество ртути, испаряемой из амальгамной гранулы является функцией рабочего давления в лампе (т. е. температуры «холодной» точки). Таким образом, происходит процесс «саморегулирования» выхода максимального Фл и его стабилизация в значительно более широком диапазоне t . Положение го 55 рения и t0Kp оказывают существенно меньшее влияние на Фл и rv у амальгамных КЛЛ по сравнению с обычными. Наиболее совершенные типы КЛЛ с амальгамой содержат около 3 мг ртути - примерно в 2 раза меньше, чем КЛЛ обычного исполнения.
Амальгамные КЛЛ излучают более 90% максимального Фл в очень широком диапазоне t (от -5 до +65 С); у обычных КЛЛ этот диапазон значительно уже (+20 ... +40 С). Амальгамные КЛЛ были специально разработаны для светильников, в окололамповом объеме которых могут развиваться относительно высокие температуры. Поэтому максимальный Фл эти КЛЛ излучают только при работе в достаточно компактных потолочных или встраиваемых светильниках, где toKp в зоне размещения КЛЛ составляет примерно от +35 до +65 С.
В связи с этим, при фотометрировании амальгамных КЛЛ в нормальных условиях ( кр = 25С) их Фл может оказаться на 10.. .12% ниже ФМак« указанного в каталоге и отнесенного к упомянутому диапазону более высоких температур.
Необходимое изменение температурной зависимости Фл для светильников наружного освещения с КЛЛ может быть достигнуто и без применения амальгамы. Смещение зоны максимального выхода Фл в область t0Kp = 0.. .+5 С получено за счет изменения положения и формы зоны перегиба разрядных каналов. Сдвиг максимума Фл в область более низких tOKp у «плоских» КЛЛ получается при нахождении ртути в объеме разрядного канала, а обычное положение точки Фмакс (tOKp 25C) у таких КЛЛ достигается в исполнении, когда ртуть размещается в штенгеле [26].
При конструировании светильников с КЛ лампами, необходимо знать, как влияет tOKp на электрические характеристики (Ьл, Ц,, Рл), а также зависимость Фл, Tv, 1л, ил, Рл от колебаний питающего напряжения (Uc) в пределах +10% от номинала. Влияние питающего напряжения на Фл и электрические параметры КЛЛ показано на рис. 2.7.
Специалисты обращают внимание на уточнении понятия коэффициента мощности высокочастотной цепи «лампа-ПРА» применительно к КЛЛ со встроенными ЭПРА. Используемый в теоретической электротехнике термин «коэффициент мощности» (cos ф) характеризует сдвиг фаз между сетевым током 1С и напряжением Uc и справедлив, только для основной синусоидальной составляющей при частоте 50 Гц. Фазовый сдвиг между высшими гармониками, возникающими из-за несинусоидальной формы 1с при этом не учитывается. Истинный коэффициент мощности высокочастотной цепи «КЛЛ - встроенный ЭПРА» определяется как: созф=Ра/(1э-иэ), (2.1) где Ра - активная мощность, потребляемая лампой вместе с ЭПРА, [Вт]; U3 - эффективное значение напряжения, [В]; 1Э - эффективное значение тока, [А]. У КЛЛ серии Dulux EL и других подобных ламп, cos ф не превышает 0,5, что является результатом искаженного по форме (несинусоидального)-тока сети, содержащего высокочастотные гармоники. Таким образом, для КЛЛ со встроенным ПРА коэффициент мощности не может определяться только сдвигом фаз, как в случае 50-герцовой компоненты. Поэтому для схем включения ЛЛ метод компенсации коэффициента мощности с помощью конденсатора в рассматриваемом случае непригоден [61].
Потребление электроэнергии КЛЛ со встроенными ЭПРА составляет 20% от сравнимой по световому потоку ЛЛ; Расход электроэнергии при работе КЛЛ не зависит от коэффициента мощности схемы и определяется только активной мощностью, фиксируемой электросчетчиком. По сравнению с ЛН фактическое потребление тока у КЛЛ из-за невысокого cos ф 0,5 снижается не до 20, а до 40%. Но и это обусловливает соответственно снижение потерь в линии между источником питания и потребителем и дает дополнительную экономию [134].
Необходимость и степень компенсации реактивной мощности в схемах питания КЛЛ с индуктивным ЭмПРА регламентирована Европейскими нормами EN 601000-3-2. Емкость компенсирующих конденсаторов составляет от 1,7 мкФ (для КЛЛ мощностью 11 Вт) до 4,4 мкФ (для ламп мощностью 36 Вт). 2.2. Электрические и оптические характеристики светодиодов
Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В.светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (12 или 24 В). При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной»волны излучения. Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности.
Конструкция гетероструктуры и ее слоев, совершенство гетерограниц определяют внутренний квантовый выход излучения ті, т. е. отношение числа излучаемых в активной области квантов света к числу электронов, протекающих через р-n переход в единицу времени.
Обоснование методики с использованием компьютерной светотехнической программы для оценки светотехнических параметров свето диодов и компактных люминесцентных ламп
Результаты экспериментов показали хорошее совпадение температурных зависимостей прямого напряжения Uf светодиодов различных конструкций при указанных плотностях прямого тока р, поэтому на приведенных графиках типы светодиодов не дифференцированы: Вольт-амперные характеристики измерялись при нахождении образцов в термокамере, внутри которой была достигнута заданная температура окружающей среды (Та) двумя методами: импульсным действием тока, исключающим разогрев активной области кристалла и при статическом постоянном токе 1г, вносящем свой вклад в нагрев [102].
Расположенный внутри термокамеры светодиод подключен к источнику питания с возможностью программно изменять ток- в диапазоне 0-100 мА с минимальным шагом 0,1 мА, и необходимым временем задержки между включением дискретов (возможность импульсного режима) позволяющий также формировать обратное напряжение на излучателе до 30 В для измерения обратного тока 1г. Фиксированным параметром, относительно которого строятся все зависимости, является ток через кристалл Ь поэтому он жестко стабилизирован и его величина известна с высокой точностью во время каждого измерения остальных характеристик. Вольт-амперная характеристика измерена с шагом изменения тока при каждой температуре 0,1 мА (1000 значений для 100 мА).
Порядок измерений был выбран следующим. Температура внутри камеры повышалась до верхнего исследуемого предела (+55 С) и выдерживалась таковой в течение получаса для устранения переходных процессов. После этого вступала в действие установленная программа, обеспечивающая следующую последовательность. Измерялась вольт-амперная характеристика в импульсном режиме. Далее на светодиод подавалось напряжение питания с током первого дискрета измерения статических характеристик - 1 мА. По истечении 30 с (время стабилизации параметров) происходило измерение спектра излучения с максимальным временем накопления несколько секунд (для обеспечения наибольшей точности показаний), одновременно спектрофотометр получал информацию об относительной интенсивности излучения, а внутренний вольтметр источника питания присваивал значение прямого напряжения установленному току. Абсолютные значения силы света и ее пространственное распределение фиксировал двухкоординатный гонио-фотометр, поворачивающийся на известный угол относительно оси светодиода в камере с шагом 0,1. При необходимости снималось несколько плоскостей диаграмм излучения светодиода для наиболее точного расчета светового потока и угловых характеристик. Далее измерялась вольт-амперная характеристика в режиме постоянного прямого тока с учетом разогрева.
Результаты измерения записывалось в виде файла, содержащего информацию о температуре, при которой было сделано измерение. Основные типы светодиодов по этой программе для всех перечисленных параметров таюке были измерены с применением импульсного режима питаний с неразогревающим действием прямого тока независимо от его значения.
Далее процесс повторялся, но со следующим значением тока. В диапазоне 0-10 мА дискреты были выбраны через 1 мА, в диапазоне 10-100 мА измерения проводились через каждые 10 мА. После измерения последних значений (на токе 100 мА), в камере начинала устанавливаться следующая температура и вся программа повторялась. Таким образом, каждый светодиод каждого цвета имел не менее 20 значений всех параметров на каждой температуре в диапазоне от -60 до +60 С с шагом в 20 С (7 дискретов).
Как видно из графиков, градиент напряжения достаточно сильно зависит от температуры у всех светодиодов и имеет устойчивую тенденцию к росту при понижении температуры. Некоторое замедление роста градиента при температурах до -50 С, скорее всего, связано с тепловым действием тока и уменьшением этого эффекта с понижением температуры, что особенно проявляется при небольших плотностях тока через кристалл, где саморазогрев минимален у светодиодов на основе InGaN/AlGaN/GaN. Однако у светодиодов на основе AIGalnP наблюдается доминирование процесса разогрева (кривые при больших плотностях тока имеют гораздо меньшую крутизну) с одной стороны и изменение характера увеличения ширины запрещенной зоны Eg и квантовой эффективности при понижении температуры с другой. Эти обстоятельства следует учитывать тогда, когда речь идет о расчетах электрических режимов работы светодиодов в каком-либо устройстве, ко 67 торое будет работать при различных температурах окружающей среды. Как правило, достаточно ему находиться на улице, и все перечисленные зависимости будут сказываться обязательно. Стоит также обратить внимание еще и на режимы оконечных каскадов или ключей, нагрузкой которых являются светодиоды при динамическом управлении (табло, вывески, экраны, бегущие строки). Их динамический диапазон и уровень напряжения питания не должны повлиять на излучатель-ные параметры л светодиодов при изменении температуры из-за нарушения электрического режима. И без этого характеристики оптического излучения све-тодиодов существенно изменятся с температурой. Это отражено в графиках на рис. 2.16-2.17. Кроме того, более детальное рассмотрении представленных здесь зависимостей позволит, с. одной стороны, правильно оценивать охлаждающую способность кристаллодержателя при разных температурах, которая вырисовывается из поведения градиента Y при различных токах (его уменьшение при увеличении тока If при одной и той же температуре свидетельствует об исчерпании охлаждающих свойств из-за несоответствия площади, материала кристаллодержателя и теплового сопротивления «среда - кристалл» тепловому действию тока If), а с другой стороны, правильно определить токовый режим работы (рабочий ток) све-тодиода, исключающий его перегрев [133].
На рис. 2.11. представлен более привычный вид электрической характеристики - вольт-амперной. Так выглядит семейство кривых при разных температурах. Здесь также видно, что изменяется не только само значение прямого напряжения, но и его градиент. Рис. 2.12. иллюстрирует изменение потребляемой мощности Pdls и динамического сопротивления Rayn светодиодов на основе InGaN/AlGaN/GaN. Графики удобны для использования при расчетах режимов оконечных каскадов — ключей, управляющих работой светодиода, характеристик теплоотводов и потребляемой электрической мощности.
Испытание светильников со светодиодными лампами
Видимая область электромагнитного спектра объединяет лучи различных цветов с длинами волн от фиолетового (0,38-0,45 нм) до красного (0,62-0,77 нм). Все они по разному влияют на половое созревание, ход ювенальной линьки, кровообращение, газообмен и кормодобывающую активность птиц.
Существующие нормы освещённости животноводческих помещений, как известно, составлены на основании требований обслуживающего персонала. При этом нормирование не учитывает физиологических потребностей животных, что во многих случаях, ведёт к перерасходу электроэнергии на освещение, снижению продуктивности, увеличению потребления корма. Это положение в птицеводстве обусловлено различием зрительных систем птиц и человека [ПО].
Как показывает рис. 3.9, максимум спектральной чувствительности глаза птицы лежит в красной области (600 нм), в то время как у человека в жёлто-зелёной области (555нм) видимого спектра излучений. К коротковолновой части спектра (синий цвет) глаз птицы практически не чувствителен и спектр видимых волн для них находится, практически в диапазоне от 480 до 760 нм, в то время как у человека от 410 до 720 нм [110].
Для освещения птичников обычно используют лампы накаливания мощностью 25-100 Вт, спектр излучения которых в видимой области имеет наиболь 93 ший по величине участок длин волн красного цвета, что особенно важно для птиц в возрасте более 18 недель, когда начинается половое созревание.
По результатам исследований были получены спектральные характеристики энергосберегающих ламп. Это дало возможность определить эффективность излучения данных ламп с учётом спектральной чувствительности глаза птицы. Длина волны, нм — Функция спектральной чувствительности глаза птицы — — — Спектральное распределение КЛ лампы мощностью 9 Вт с цветовой температурой 2846 К. — Спектральное распределение СД лампы мощностью 4,5 Вт с цветовой температурой 2700 К. Рисунок ЗЛО. Отображение спектральных характеристик исследуемых энергосберегающих излучателей на функции спектральной чувствительности глаза птицы
Спектр излучения светодиодной лампы схож с чувствительностью глаза птицы, расположен в длинноволновой области и максимален в районе 580 нм. В излучении же люминесцентной лампы эта часть спектра существенно слабее. Но, несмотря на это, в последнее время всё больше появляется рекомендаций по применению в качестве источников света именно люминесцентных ламп, как более экономичных, имеющих большой срок службы и создающих благоприятные условия содержания птицы. Замена ламп накаливания на люминесцентные, позволила повысить продуктивность как бройлеров [97], так и кур 94 несушек [98], а недостаток длинноволнового излучения компактных ламп компенсируется их повышенной светоотдачей в сравнении с лампами накаливания.
К освещению птицы предъявляют следующие требования: уровни освещенности, продолжительность светового дня и имитация освещения «рассвет-закат». Все эти требования изложены в Отраслевых нормах освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий, сооружений [3].
В нормах дана освещенность 30 - 10 лк в зависимости от стада кур (родительское, промышленное или молодняк) и возраста. Продолжительность светового дня для молодняка определяется его возрастом (от 23 до 17 ч в возрасте 33 недель). Для снижения расхода электроэнергии на освещение в птицеводческих хозяйствах рекомендованы компактные люминесцентные и светодиодные лампы. Однако компактные люминесцентные лампы не позволяют регулировать световой поток поэтому не могут обеспечить режим освещения в птицеводстве «рассвет-закат».
Предлагается новый способ включения компактных люминесцентных ламп поочередно с лампами накаливания или светодиодными.
Рисунок 3.11. Схема размещения светильников с ЛН и КЛЛ в птичнике: 1 - электролиния для питания светильников; 2 - светильники с ЛН; 3 - светильники с КЛЛ; 4 - щит управления; 5 - клеточные батареи с птицей На рис. 3.11 показана схема включения светильников с ЛН или СД и КЛЛ для одной линии. Изменение установленной мощности и потребления электрической энергии при поочередном включении КЛЛ и ЛН или СД ламп на конкретном птичнике, приведено в табл. 3.6, 3.7. Основные параметры птичника приведены в табл. 3.5.
Исходные данные для экономического расчёта: -количество светильников в птичнике - 165 штук; - стоимость электроэнергии 2,5 рублей за 1 кВт-час; - число часов работы установки в сутки -15ч; -число дней работы установки в году - 300 дней; - мощность КЛ - лампы - 9 Вт; срок службы 10000 часов; -мощность ЛН - лампы - 60 Вт; срок службы 1000 часов; -мощность СД - лампы - 4,5 Вт; срок службы 50000 часов. В табл. 3.6. приведено сравнение различных вариантов поочередного включения лампы накаливания 60 Вт и КЛЛ 9 Вт.
Варианты совмещения существующих и энергосберегающихтехнологий освещения Установленнаямощность освещения, кВт Расход эл. энергии в сутки . кВт-час Расходэл.энергиивгод,кВт-час Стоимостьэл. энергиивденежномвыражении,руб Экономия денежных средств на эл. энергии за год в сравнении с базовым вариантом, %
