Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Обзор существующих облучательных установок в защищенном грунте 9
1.2. Анализ характеристик существующих облучательных приборов 19
1.3. Пути повышения эффективности облучательных установок в защищенном грунте 21
1.4. Требования к облучательным установкам 28
Глава 2 Моделирование эффективных режимов работы облучательных установок 30
2.1. Анализ общих положений теории световых приборов 30
2.2. Методы расчета зеркальных отражателей 33
2.3. Построение моделей, связывающих факторы работы облучательной установки 44
2.4. Энергетическая оценка источников лучистой энергии для облучателей 53
Глава 3. Экспериментальные исследования свойств облучательных установок 60
3.1. Методика проведения эксперимента 60
3.2. Выявление эффективных (энергосберегающих) режимов выращивания растений 64
3.3. Обоснование энергосберегающей технологии выращивания растений 66
Глава 4. Результаты исследований по повышению эффективности облучательной установки 73
4.1. Методика проектирования формы экспериментального отражающего устройства облучателя 73
4.2. Составление технического задания на опытно-конструкторскую разработку 82
Глава 5. Технико-экономическое обоснование применения облучательной установки для защищенного грунта 87
5.1. Расчет капитальных вложений для облучательной установки 88
5.2. Расчет годовых эксплуатационных затрат 90
5.3. Расчет годового экономического эффекта от внедрения облучателя с учетом изменения режима работы 91
Общие выводы ." 94
Литература 96
Приложения 104
- Анализ характеристик существующих облучательных приборов
- Методы расчета зеркальных отражателей
- Выявление эффективных (энергосберегающих) режимов выращивания растений
- Составление технического задания на опытно-конструкторскую разработку
Введение к работе
На получение оптического излучения (ОИ) в сельском хозяйстве расходуется примерно 20% потребляемой электроэнергии. Достоинства ОИ как фактора энергетического и регуляторного воздействия на биологические объекты общеизвестны: экологическая чистота, легкая управляемость, простота и дешевизна генераций. Доступная возможность получения требуемых параметров пространственного распределения потока ОИ, его спектрального распределения и интенсивности облучения позволяют говорить об ОИ как о средстве тонкого целевого воздействия с большим эффектом. Общеизвестна также экономическая эффективность применения ОИ. Несмотря на эти и другие достоинства, масштабы применения ОИ в сельском хозяйстве в настоящее время даже в регионах с высоким уровнем электрификации соответствуют примерно 20-25% потребности. Это объясняется в основном ограниченностью номенклатуры технических средств облучения, низкой надежностью их работы, недостаточной обоснованностью нормативных параметров и несовершенством методов оптимизационных расчетов установок [1].
В современных условиях при постоянном росте тарифов на энергоносители и электроэнергию существует необходимость энергосбережения и повышения продуктивности рассады, на досвечивание которой затрачивается до 30 - 40 % от общих затрат электроэнергии.
При поставке в отрасль недорогой, но несоответствующей эксплуатационным требованиям светотехнической продукции, а именно, промышленных облучателей, меры по энергосбережению остаются неэффективными.
Существующее положение требует мер и решений, способных вывести светотехнику защищенного грунта из создавшихся сложных условий.
5 Актуальность темы. В реальных условиях рыночной экономики большинство тепличных предприятий являются убыточными или нерентабельными в связи с нерациональным использованием электроэнергии. Как правило, это обусловлено неоправданно большим количеством облучателей с несовершенными конструкциями, морально устаревшими способами питания облучательных установок. Создание действительно высокоэффективных облучательных установок возможно при внедрении в отрасли новых технологий облучения.
В теплицах на нужды облучения затрачивается до 30-40 % от общих энергозатрат, что показывает на необходимость поиска резерва энергосбережения.
Известно, что путями энергосбережения в осветительных и облучательных установках являются:
- замена источников излучения на другие, с более высокой светоотдачей;
- использование светильников с оптимальными параметрами
светораспределения;
- применение автоматических систем управления световым потоком.
Существующие в настоящее время схемы облучения на основе устаревших
облучательных приборов (светильников) являются низкоэффективными и не позволяют внедрять новые технологии облучения в защищенном грунте.
Поэтому разработка новых облучателей, позволяющих не только сократить расход энергии, но и значительно повысить качество готовой продукции за счет совершенствования осветительных приборов, весьма актуальна.
Исследования по данному направлению проводились по плану НИР КрасГАУ в соответствии с заданием 03.02 на тему: «Разработать энергоресурсосберегающие технологии и новые электрофизические методы воздействия на биообъекты» Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2001-2005 гг.
Цель работы. Обосновать рациональные параметры и режимы облучательных установок в защищенном грунте для снижения энергозатрат и повышения продуктивности растений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
провести анализ существующих облучательных установок и способов повышения эффективности облучательных установок;
разработать модель и рассмотреть влияние различных факторов на работу облучательной установки с целью выявления резервов энергосбережения;
разработать методику экспериментальных исследований облучателей, изготовить опытный образец и провести исследование параметров облучательной установки;
провести исследования по выбору рациональных параметров облучательной установки и определить наиболее эффективные режимы выращивания растений;
дать технико-экономическое обоснование модернизированного облучательного устройства.
Объект исследования. Облучательные установки для сооружений защищенного фунта.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия параметров облучательной установки.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования с использованием измерительной и вычислительной техники. Методы геометрической оптики.
Научная новизна исследований:
- установлены закономерности влияния параметров на
энергопотребление облучательной установки в процессе эксплуатации;
- разработаны способы повышения эффективности облучательных
установок;
- разработан облучательный прибор с изменяющимися
светотехническими характеристиками, позволяющий реализовать
энергосберегающие режимы облучения.
Практическая значимость работы. Разработанные техническое задание и техническая документация позволяют организовать производство облучателей для сооружений защищенного грунта и рекомендованы проектным организациям.
Реализация результатов:
техническая документация на облучательное устройство принята к внедрению в ОАО КБ «Искра»;
опытный образец облучателя для теплиц прошел производственные испытания в условиях МП «Совхоз цветочных и древесно-декоративных культур «Октябрьский» города Красноярска;
— опытный образец используется в учебном процессе в качестве
лабораторного оборудования.
Автор защищает:
- закономерности изменения светораспределения облучательных
установок, позволяющие реализовать энергосберегающие режимы облучения;
— способы повышения эффективности облучательных установок;
— конструкцию облучательного прибора с изменяющимися
светотехническими характеристиками.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и обсуждались на всероссийских и региональных конференциях, в частности:
- III Всероссийской научно-практической конференции «Повышение
эффективности топливно-энергетического комплекса» (г. Красноярск, 2002 г.);
IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы энергообеспечения города» (г. Красноярск, 2003 г.);
V Всероссийской научно-практической конференции «Красноярск. Энергоэффективность: достижения и перспективы» (г. Красноярск, 2004 г.);
- Региональной научно-практической конференции «Аграрная наука на
рубеже веков» (Красноярск, 2004 г.);
- X Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика:
экология, надежность, безопасность» (Томск, 2004 г.).
Содержание работы:
В первой главе приведены обзор существующих облучательньгх систем и установок и анализ способов повышения эффективности облучательных систем, приводятся требования к облучательным установкам.
Во второй главе рассмотрена взаимосвязь условий эксплуатации с светотехническими характеристиками облучательного прибора, разработаны критерии наиболее рационального источника излучения.
В третьей главе описывается методика экспериментальных исследований облучателей. Изготовлен опытный образец и проведены исследования параметров облучательного устройства.
В четвертой главе приводится методика расчета отражающего устройства, выбор и технические требования, предъявляемые к облучательным установкам для выращивания растений в защищенном грунте.
В пятой главе дано технико-экономическое обоснование применения облучательного прибора
В заключении приведены результаты и выводы по диссертационной работе.
В приложении приведены материалы: программа расчета отражателя, техническое задание на облучатель, акты внедрения облучательной установки.
Анализ характеристик существующих облучательных приборов
Приведенный выше краткий обзор облучательной техники дает представление об основном оборудовании тепличных хозяйств.При выборе ОбУ необходимо учитывать конструктивные особенности облучателей, свойства ламп, условия применения, достоинства и недостатки каждого ОП. Основой для сравнения ОбУ должно быть создаваемая им равномерность распределения лучистого потока по облучаемой поверхности, что обеспечивается КСС облучателя как основной характеристики облучательного прибора.
Другой энергетической характеристикой является расход электроэнергии, являющейся важной составляющей, влияющей на эксплуатационные показатели ОбУ.Несмотря на высокие энергетические и радиационные характеристики применяемых ламп, отечественные облучатели практически вдвое снижают радиационную эффективность лампы за счет малых КПД и коэффициента использования потока прибора. Основные причины этого:- низкое качество отражающих покрытий;- выбор малорациональной схемы хода лучей в приборе (экранировка лампой отраженного потока), что было показано в п. 1.1.- сложность профиля отражателя, а следовательно, технологически неточное его воспроизведение.
Также существенным недостатком отечественных ОП является отсутствие индивидуальной компенсации реактивной мощности (если производится компенсация, то групповая у распределительных щитков теплиц, либо на выходе магистрали). Это приводит к нерациональной загрузке распределительных сетей теплиц, росту относительных потерь в них, то есть, в конечном итоге, к перерасходу (примерно в 1,5 раза) проводникового материала [16, 17]. В некоторых схемах ОбУ, компенсация осуществляется индуктивным и емкостным способом. При этом нарушение баланса между емкостными и индуктивными приборами могут вызвать резонансные явления, которые могут привести к аварийным условиям.Существенным недостатком также является невозможность изменения облученности на поверхности облучения растений на разных стадиях выращивания.
Поскольку тепличные хозяйства наводнены облучателями типа ОТ-400, актуальна замена ДРЛФ-400 на более эффективные источники излучения. Количество облучателей ОТ-400 на полусекцию блочной теплицы S = 230 м при hp= 1м составляет около 100 шт., что требует сезонного монтажа и демонтажа ОбУ [4].
Для замены ламп ДРЛФ в облучателях ОТ-400 разработаны эффективные светильники ЖСПЗО-400-001У5 «Reflux» 400 (ДНаЗ) (Руд = 70 Вт/м , hp = 2,2 м). При переходе от ламп ДРЛФ к лампам серии «Reflux» количество облучателей и расход электроэнергии уменьшаются в 2... 3 раза, стабильность Фсв и уровень Е при сохранении установленной мощности повышается в 2 раза. Полезный срок службы ламп т составляет 16 тыс.ч. Однако рейтинг «Reflux» снижается из-за хрупкости ламп-светильников.
Разработанные экономичные ОбУ «Светотрон» с лампой ДРИ-2000-6, где излучение расположенных в линию ламп равномерно распределяется по теплице посредством протяженных зеркальных пленок. Из-за низкой механической прочности, малого срока службы, низкого КПД (30 %) «Светотроны» не получили распространение в с.-х. производстве [4].На базе МГЛ типа ДМ-4-750 разработана специальная ОбУ для выращивания растений УОРТ-8-750 с 8-ю облучателями и выносным блоком управления, обеспечившая снижение в 2,5 раза расхода электроэнергии по сравнению с ОТ-400. Однако, срок службы ламп ОбУ невелик (т — 2 тыс. ч). Системы облучения «Световой клин» (T-IOOAS-СП), «Световой колодец» (ЕС-600А8-СП), обратная линия (ЦК-04), не нашли широкого применения из-за громоздкости и малого КПД. Установка УОРТ-1-6000 состоящая из одного модуля -облучателя ОТ-6000 на базе лампы ДМ 4-6000. Трехфазная нагрузка позволяет в 3 раза снизить массу ПРА по сравнению с облучателями ОТ-400 МИ. Но ОбУ с мощными (Р 1 кВт) лампами создают существенную неравномерность освещения, влияющую на качество рассады [4].
Результаты выполненного анализа показали, что ни один ОП по своим светотехническим характеристикам не соответствует предъявленным по распределению лучистого потока по облучаемой поверхности.При создании эффективных тепличных установок намечаются пути кооперирования с ведущими иностранными фирмами: «General electric», «Osram» и др.Проектированию и исследованию облучательных установок посвящены работы Е.Г. Волковой, В.А. Козинского, ЯЛ. Кунгса, O.K. Куща [18], Е.И. Мудрак [1], Л.Б. Прикупца [19], .С. Сарычева, В.П. Шарупич, Т.С. Шарупич, С.Г. Швецова [20] и других ученых [21, 22].
Анализ пригодности использования осветительно-облучательной техники в различных сферах с.-х. производства позволил выявить резерв повышения конкурентоспособности растениеводческой продукции, который заключается в совершенствовании старых и создании комплекса принципиально новьгх источников ОИ, установок и регулируемых систем облучения нового поколения [23,24].
Первым направлением повышения эффективности облучательных установок является применение ламп с более высокими радиационными и эксплуатационными показателями. Здесь следует учитывать зависимость характеристик ламп от мощности, колебаний сетевого напряжения и т.д. [25-28].
Поскольку существовали проблемы по оценке оптического излучения ламп на растения [21, 25-52], то необходимо рекомендовать приводить в паспорте и технических условиях на высокоинтенсивные лампы соотношение энергий излучения по трем участкам ФАР аналогично «красному отношению» ртутных ламп высокого давления (ДРЛ) по ГОСТ 16354-83. Это позволит заказчикам и разработчикам ОП для светокультуры растений вырабатывать технические требования к ОбУ теплиц, совершенствовать методику технико-биологических исследований эффективности установок и норм облучения растений при различных источниках ОИ и ОП, а также осуществлять контроль качества выпускаемых светотехнических изделий.
Сущность деления спектра на три участка [21, 50, 53] заключается в следующем.Обычно для сравнения и анализа растениеводческих ламп спектральные характеристики представляют в виде зависимости КПД лампы от длины волны .-отношения спектральной плотности потока излучения S(X) в спектральном диапазоне ДХ=290-1400 нм к потребляемой лампой электрической мощности Рл. С целью упрощения сравнительной оценки эффективности различных источников ОИ предлагалось в основу анализа относительного спектрального распределения положить модель, в которой любое излучение со сплошным или линейчатым спектром ограничивается областью ФАР и представляется сложным, состоящим из трёх квазимонохроматических излучений по числу спектральных участков ФАР, в которых они сосредоточены, а относительное спектральное распределение излучения оценивается сочетанием усреднённых относительных энергий излучения S0T„i в тех же участках ФАР (в процентах от общего излучения), например, 30%-50%-20%, т.е. для AXj=380 - 500 нм SOT1[)=30%; для АХ,2=500 -600 нм SOTK2 50%; ДЛЯ АХу 600 — 700 нм S =20%.Тогда для составляющих потока:
Методы расчета зеркальных отражателей
Из известных методик расчета отражателей существуют две методики: расчет зеркальных и диффузных отражателей.Метод расчета зеркального отражателя берется как эталонный, поскольку зеркальные отражатели в принципе позволяют пренебрегать потерями от запыления светильников, которые неизбежны при работе светильника в атмосфере теплицы.Расчет диффузных отражателей требует учета множества факторов, постоянно изменяющихся во времени и большой самостоятельной задачей.
Расчет большинства светильников с зеркально отражающими и преломляющими оптическими системами ведется в основном с учетом специфики конкретных оптических систем и источников света прожекторных и проекторных светильников, а также светильников с высокими требованиями к их светораспределению [61-63]. Светотехнический расчет массовых типов светильников для промышленных и жилых зданий с оптическими системами из рассеивающих свет материалов не отличается
высокой точностью, базируется на учете многократных отражений светового потока и сводится, как правило, к расчету КСС, значений яркости и к. п. д. этих светильников.
Оптические системы прожекторных светильников должны обеспечить максимальную концентрацию светового излучения в направлении оптической оси прибора. Параболоидные отражатели прожекторных световых приборов позволяют наилучшим образом решить указанную задачу. Задавшись фокусным расстоянием и углом охвата отражателя и зная математическое выражение поверхности второго порядка — параболоида вращения, находят координаты профиля и геометрические размеры отражателя. Следующей стадией светотехнического расчета является расчет КСС параболоидного отражателя с источником света заданной формы, размерами и известным распределением яркости. В теории расчета оптических систем прожекторных приборов детально рассмотрены особенности работы параболоидных отражателей с источниками света шаровой, дисковой, цилиндрической и прямоугольной форм, при равномерном и неравномерном распределении яркости, для безаберрационных отражателей и отражателей с различными видами аберрации [61-63].
Однако, расчеты прожекторов не по требуемому светорас пределен ию, ни по теории расчетов не подходят для расчетов приборов облучения.Зеркальные отражатели светильников, перераспределяющие световой поток источников света в пределах значительно больших углов излучения, чем прожекторные световые приборы, соответственно создают существенно меньшую концентрацию излучения и, как правило, имеют под разными углами размер светлой части меньше светового отверстия. Формируя разнообразное требуемое светораспределение, зеркальные отражатели имеют профильные кривые, подчиняющиеся различным законам изменения их геометрических параметров. Первые знаки в этих формулах относятся к схемам А и Б хода падающих и отраженных лучей (рис. 2.1), вторые знаки — к схемам В и Г (для которых угол а имеет отрицательный знак).
Знание зависимости между направлениями падающих и отраженных лучей позволяет в конечном счете найти форму поверхности зеркальногоотражателя, определяемую направлениями нормалей в каждой точке этой поверхности.
Если для световых приборов прожекторного класса зависимость между углами ф и а всегда четко известна ( p=var, a=const), то для светильников она всегда различна и определяется требуемым светораспределением и параметрами источника света, размеры, форма и распределение яркости которого должны быть учтены при построении поверхности отражателя, т. е. при его прямом оптическом расчете. Для выполнения такого аналитического расчета в общем виде нужно иметь уравнение, связывающее значение радиус-вектора каждой точки М поверхности отражателя с углами q и \\/, координирующими падающий луч во внутренней области отражателя, и углами аир, определяющими положение отраженного луча во внешней области.
Общие дифференциальные уравнения зеркальной поверхности отражателей светильников найдены и позволяют рассчитать как не-, так и симметричные приборы [63]. Указанные уравнения достаточно сложны, здесь приводятся результирующие простые выражения для случая круглосимметричной зеркальной поверхности:где dr и dq — бесконечно малые приращения радиуса-вектора начальной точки бесконечно малого участка профильной кривой отражателя и угла (р, его ориентирующего (рис. 2.6, б).Учитывая, что ф - а=2а, и переходя к конечным приращениям в случае, когда Дф=10, т.е. 0,17 рад, получим:
Выявление эффективных (энергосберегающих) режимов выращивания растений
Применяемые в вегетационно - климатических камерах облучатели для выращивания селекционного материала, при определенной наработке, обладают различными соотношениями потока, упавшего на облучаемую поверхность и ушедшего в сторону. Потерянный поток будет определяться формой светового поля, которая в свою очередь зависит от отражающих свойств и формы отражающего устройства.
Потери светового потока означают «пустые» затраты на электроэнергию. Уменьшение или исключение потерь заключается в регулировании световой среды, создаваемой облучателями климатических камер. Для получения селекционного материала со всей поверхности облучаемых участков (грядок, стеллажей), над облучаемой поверхностью размещаются облучатели. Недостатком обычных облучателей с лампами ДРЛФ400 (типа ОТ-400), ГСП 30-2000 Фотос, ЖСП 30, 44 и др. является
Это может приводить к потерям светового потока. Применение специальных облучателей с изменяемым светораспределением позволяет сократить потери энергии оптического излучения и увеличить равномерность облученности до 0,85 — 0,9, а также применять ОП для облучения растений в малых объемах климатических камер. Изменяемое светораспределение достигается применением дополнительных отражающих поверхностей 4 (рис. 3.7, б), которые меняют заданное положение в зависимости от стадии выращивания растений.
Облучатель с изменяемым светораспределением (рис. 3.7, б)изготовлен и испытан в лабораторный условных КГАУ. Апробацияоблучателя на рстениях проведена на культуре редиса сорта «Престо» ввегетационно-климатической камере лаборатории кафедрысистемоэнергетики КрасГАУ [83]. За основу был принят базовый облучатель ЖСП-37-400 (Паспорт АЕЛИ. 676145.123. ТУ 3461-001-48360245-2001, рис. 3.7, а). Выращивание редиса проводилось под обычным и модифицированным облучателем с изменяемым с веторас пределе нием. Предложенный модернизированный облучатель имеет возможность установки пяти положений боковых парабол оцилиндрических отражающих пластин и трех положений лампы относительно горизонтальной оси светильника. В табл. 3.2. приведены варианты облучателя.Изменение КСС от косинусной (Д) к концентрированной (К) обеспечивает уменьшение сроков роста зеленой массы, и более интенсивное наращивание массы плода редиса.
В проведенных опытах установлено значительное сокращение срока созревания плодов при нижнем положении боковых отражающих поверхностей и среднем положении лампы, вследствие большей концентрации светового потока. На табл. 3.3. показана зависимость роста зеленой массы под облучателями под разными облучателями.
При выращивании растений редиса проводились мероприятия для создания нормальных условий и обеспечения роста. На начальной стадии боковые отражающие поверхности были приведены в нижнее положение, в дальнейшем они поднимались для исключения вытягивания зеленой массы.В табл. 3.3. показаны возможные варианты установки модификаций облучателя ЖСП37-400М (М - модернизированный). Для концентрации лучистого потока отражающие поверхности приводятся в нижнее положение, вследствие этого происходит возрастание облученности рабочей поверхности, что благоприятно сказывается на росте. В дальнейшем, при наборе зеленой массы и для недопущения вытягивания плодов, облученность уменьшается. Для этого отражающие поверхности принимают верхние положения и источник устанавливается в верхнее положение.
Были построены КСС для различных вариантов облучателя. Сопоставление результатов опытов показало, что наибольший эффект дает вариант облучателя с нижним положением боковых отражающих пластин и средним положением лампы. Этому положению соответствует КСС показанная нарис. 3.13, а.В соответствии с [65], при построении КСС для «условного» светильника с потоком источника 1000 лм и сопоставлении с полями допуска типовых кривых силы света (ТКСС), можно определить тип КСС ОП. В данном случае сопоставление показывает, что КСС ОП для наиболее эффективного режима работы (положения ламп и боковых отражающих пластин) находится в пределах допуска для кривой силы света «Г». В случае с другими вариантами ОП (иным положением лампы и отражающих пластин), сравнение полученных КСС дают изменение КСС соответствующих типам К и Д (рис. В соответствии с результатами проведенных опытов были установлены наиболее оптимальные условия выращивания растений. Критерием оптимального режима являются — минимальное потребление электроэнергии, минимальное время роста растений, максимальное число собранных плодов.
В ходе исследований установлено, что оптимальным режимом является тот, при котором выращивание растений происходит с наименьшими потерями лучистого потока при минимальном энергопотреблении.Предложен следующий энергосберегающий режим облучения. На начальной стадии выращивания (формирования зеленой массы) облученность должна быть максимальной, поэтому облучатель имеет нижнее положение пластин и верхнее положение ИИ. При наращивании массы плода облученность снижается для исключения вытягивания корнеплодов редиса. Боковые поверхности переводятся в верхнее положение.
Контроль и анализ данных показал наличие различий в качественных и количественных показателях растений редиса: показатели в период роста и данные продуктивности в период уборки. Во всех вариантах наблюдалось преимущество модифицированных облучателей: растения по высоте, весу плодов и количеству зеленой массы превышают растения под базовым облучателем. Облученность при высоте 1 м под модифицированным облучателям в 1,5 раза выше (4 клк в базовом и 6,7 клк в предлагаемом), чем под базовым, что крайне важно при размножении селекционного материала и выращивании растений в защищенном грунте. Это позволяет сделать вывод об эффективности перераспределения лучистого потока.
Под предложенным облучателем сроки созревания сокращались. При модернизированном варианте первые 40 % урожая появилось на 20 день, 98 % — на 26 день. В базовом варианте — первый урожай 40 % появился на 25 день, 96 % — 32 день. Сэкономленная энергия выражается в сокращении времени работы ОбУ на 6 дней.1. Разработан облучатель на базе существующего облучателя типа ЖСП 37-400, отличающийся установкой нового отражателя и боковых отражающих пластин для перераспределения лучистого потока в пространстве и равномерного облучения путем регулирования кривой силы света светильника.2. При одинаковой установленной мощности создается повышение облученности на рабочей площади выращивания в 1,5 раза. Происходит ускорение созревания редиса сорта «Престо» на 4 дня. Применение таких облучателей повышает экономическую эффективность растениеводства в защищенном грунте за счет ускорения созревания продукции и может быть легко реализовано с сельском хозяйстве.
Составление технического задания на опытно-конструкторскую разработку
Конструктивно-светотехническая схема СП зависимости от назначения (вида технологического процесса), способа применения, условий эксплуатации, типа источника излучения. Целесообразно говорить о параметрическом ряде облучателей, который выстраивается, как правило, по типу и мощности источников излучения.
Разработка облучателя является многофакторной задачей по отысканию оптимального сочетания типа и мощности ИИ, оптической системы и конструкции. Эта задача решается методом последовательных приближений. Апробацию вариантов проводят на основании оценки структуры поля излучения ОбУ и технико-экономического расчета.
В соответствии со структурной схемой (рис. 4.6) разработка ОП начинается с изучения свойств объекта облучения — спектральной чувствительности, пространственной конфигурации (архитектоники) и функции ценности, которая в общем случае представляет собой угловую индикатрису поглощения (отражения) потока излучения [2]. Две последние характеристики объекта определяют пространственную структуру поля излучения ОбУ, которая, в свою очередь, определяет фотометрическое тело облучателя и форму отражающего устройства. Вместе с тем формы фотометрического тела и отражателя зависят от геометрической формы ИИ, его яркостнои характеристики, а амплитудно-спектральная характеристика ИИ выбирается по спектральной чувствительности объекта облучения. Пространственная структура поля излучения ОбУ, определяемая как суммарное поле облучателей, является результатом расчета и разработки облучателя. Количество ОП и их единичная мощность служат для оценки затрат на создание поля излучения, а также определения экономической целесообразности этих затрат.
Оптические системы ОП — отражатели, преломлятели, рассеиватели, защитные стекла, светофильтры и т.д. — играют основную роль в перераспределении (преобразовании) излучения.В зеркальных отражателях используются параболические, эллиптические, гаперболические, цилиндрические и плоские зеркальные поверхности, а также составные поверхности.
Если для зеркальных оптических систем прожекторного и проекторного типа зависимость между направлениями падающих на отражатель и отраженных лучей известна, то для облучателей зависимость между углами падающих и отраженных лучей, определяющая форму зеркальной поверхности отражателя, первоначально не известна. Она находится в процессе расчета отражателя и может быть различной в зависимости от требуемой КСИ, характеристик источника излучения и функции ценности объекта облучения.
Технические требования к ОбУ разрабатывает заказчик проекта. Эти требования, обсужденные и принятые проектировщиком, являются исходными при разработке технического задания.
В табл. 4.1 приведен общий состав технических требований к проектуОбУ. Не вдаваясь в более детальную характеристику каждой из групптехнических требований, укажем, что при работе над четвертой группойтехнических требований необходимо пользоваться существующимнормативными документами
Техническое задание разрабатывает проектировщик ОбУ. Его разработке могут предшествовать предварительные оценки (исследования), уточняющие технические требования, особенно в тех разделах, которые касаются технико-экономических требований и характеристик приемника ОИ. В предварительные исследования могут быть также включены работы в области ИИ, ОП и собственно ОбУ, если требования к проекту диктуют оригинальные решения. Объем технического задания представлен в табл. 4.2. Техническое задание на облучатель представлено в приложении 2. 1. Построенный облучатель позволяет регулировать кривую силы светаоблучательного прибора в пределах от концентрированной до широкой,заданных техническим заданием, для интенсификации процессавыращивания растений.2. Запроектированный облучательный прибор (патент РФ №42867«Облучатель» [89]) показал стабильные характеристики при изменениипараметров для обеспечения световой среды на разных стадиях выращивания для повышения эффективности ОП и экономии электроэнергии. 5.1. Расчет капитальных вложений для облучательной установки Капитальные вложения в установку определяются: где КнауЧ_ртр -затраты на научную разработку облучателъного прибора, руб.; Облучатели изготовляются на базе типового облучателя ЖСП37-400. При этом оставляем неизменными электрические характеристики, отражатель подлежит изготовлению из алюминия. Время изготовления одного светильника t=14 часов, квалификация рабочего слесаря 4 разряда с тарифной ставкой ТС=\5 руб/ч. Фонд оплаты труда рабочего: фот=і.тс-кдоп-крайон-ксоц где къ =1,3 - коэффициент, учитывающий дополнительную оплату труда, район = " районный коэффициент, ксоц =1,261 - коэффициент, учитывающий социальный налог. К годовым эксплуатационным издержкам относят все расходы, связанные с поддержанием установки в технически исправном состоянии, а также годовую стоимость износа. Эксплуатационные расходы определяются: где И . - амортизационные отчисления, руб./год; Я — затраты на текущий ремонт и обслуживание, руб./год; И — прочие затраты, связанные с эксплуатацией, руб./год. Иэз — затраты на приобретение электрической энергии. Величина амортизационных отчислений по элементам прибора определяется: 5.3. Расчет годового экономического эффекта от внедрения облучателя с учетом изменения режима работы Экономический эффект получается за счет экономии электрической энергии и повышении урожайности за счет рационализации режима облучения. Экономический эффект рассчитываем по формуле: дс-х = д1+д2; где Д. =7208 руб — экономия затрат на электроэнергию, Д2 - выручка от реализации дополнительной продукции. Ду=АЭ-Т Очевидно, что первоначальные капитальные вложения и годовые эксплуатационные расходы в базовом варианте выше, следовательно предлагаемое техническое решение абсолютно эффективно. В результате реализации предлагаемого проекта с установкой облучателей нового поколения годовая экономия в текущих затратах составит 7208 руб/год и будет получен дополнительный доход в размере 29572 руб/год
