Создание энергоэффективного искусственного освещения в промышленных теплицах
Концепция проектирования
Получение хорошего хозяйственно-полезного урожая овощей и другой растениеводческой продукции возможно при гармоничном балансе факторов абиотической среды. Среди факторов абиотической среды свет является самым доступным ресурсом, если речь идёт о солнечном свете, и достаточно дорогим фактором, если речь идёт о искусственном свете.
Растения используют электромагнитное излучение солнца в диапазоне 380-780 нм, называемое видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400 — 700 нм называют также фотосинтетической активной радиацией или сокращённо — ФАР.
В мировой практике все виды культивационных сооружений создают с учётом максимального использования солнечной радиации. Солнечная радиация является основным климатическим фактором, определяющим виды и типы культивационных сооружений в данной местности, набор культур по периодам и срокам их выращивания. Солнечная радиация имеет определённую интенсивность, спектральный состав и суточную продолжительность в зависимости от зоны выращивания овощных культур в культивационных сооружениях.
Для круглогодичного выращивания овощей в культивационных сооружениях закрытого грунта (теплицах) необходимо применение искусственного освещения (облучения) растений.
Ориентировочно среднемесячные объёмы солнечной ФАР при средних условиях облачности на открытой местности
| Широта | Месяц | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | |
| 60° | 17 | 42 | 117 | 168 | 266 | 285 | 268 | 194 | 107 | 47 | 16 | 8 |
| 55° | 36 | 74 | 154 | 198 | 270 | 289 | 276 | 228 | 139 | 65 | 33 | 23 |
| 47° | 57 | 75 | 136 | 207 | 273 | 311 | 308 | 269 | 198 | 126 | 53 | 41 |
| 43° | 65 | 85 | 144 | 221 | 305 | 324 | 323 | 283 | 200 | 139 | 73 | 56 |
Использование искусственного технологического облучения в современном сельском хозяйстве является совершенно необходимым условием для его функционирования и обеспечивает получение продукции при высокой производительности и качестве. Технологическое облучение в современном сельском хозяйстве основывается на специальных технологиях, предусматривающих использование высокоэффективного светотехнического оборудования.
Расчет оптимальной мощности облучательной установки теплицы является важной инженерной задачей. Точные расчеты на основе фундаментальных и прикладных наук пока затруднительны. На практике используют эмпирические данные, полученные во время опыта использования искусственного освещения или на основе промышленных экспериментов в теплицах. Полученные данные по энергоёмкости в ФАР хозяйственно-полезного урожая с учётом вида и сорта растения можно использовать как коэффициенты подобия при проектировании теплиц и других культивационных сооружений защищённого грунта.
План производства хозяйственно-полезного урожая является основанием для расчёта потребности в ФАР. Это возможно при использовании эмпирических данных по энергоёмкости хозяйственно-полезного продукта. План производства товарной продукции может быть ориентирован на летнее или зимнее выращивание, а также предусматривать круглогодичное производство. На основании географического положения теплицы, данных метеонаблюдений в данном регионе и коэффициента светопропускания теплицы производиться расчёт дозы облучения агрофитоценоза (далее – ценоз) в теплице естественной (солнечной) ФАР в течение календарного года.
Расчёт необходимого объёма искусственной ФАР выполняется на основе разницы требуемого уровня и получаемого объёма естественной (солнечной) ФАР. Максимальная продолжительность работы системы электроосвещения теплицы в течение суток определяется возможной продолжительностью дня и ночи для выращиваемых растений (растения короткого или длинного дня).
Согласно разработкам ОАО «Гипронисельпром» (Российская Федерация) рекомендуется следующая оптимальная нормируемая облучённость в теплице:
- 40 Вт/м2 ФАР с фотопериодом 14 часов при выращивании рассады;
- 100 Вт/м2 ФАР с фотопериодом 16 часов при выращивании растений на продукцию.
В этом случае оптимальное суточное количество облучения (доза) составит:
- для рассады: 560 Вт•ч/м2 (2,0 МДж/м2)
- для выращивания на продукцию: 1600 Вт•ч/м2 (5,8 МДж/м2)
К концептуальным ориентирам при проектировании технологического освещения теплиц можно отнести НТП 10-95 «Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады» (Россия):
- 6.1.1. В рассадных отделениях (теплицах) овощных теплиц минимальная суммарная (естественная + искусственная) облученность должна быть не менее 25 Вт/м2 ФАР. Суточное количество ФАР не менее 250 Вт·ч/м2 ФАР (0,9 МДж/м2·дн).
- 6.1.2. В овощных теплицах облученность должна быть не менее 70 Вт/м2 ФАР, суточное количество ФАР для овощных культур в период плодоношения составляет не менее 900 Вт×ч/м2 ФАР (3,2 МДж/м2·дн).
- 6.1.3. При разработке культурооборотов следует учитывать суточное количество естественной ФАР, проходящее в теплицу. Если суточное количество ФАР, проходящее в теплицу, составляет менее 0,9 минимального физиологического критерия, рекомендуется предусматривать дополнительное искусственное облучение.
- 6.1.4. При выращивании растений в условиях искусственного облучения для сеянцев и рассады рекомендуется принимать облученность 80 Вт/м2, для овощных культур 80–160 Вт/м2 ФАР.
Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады НТП 10-95 разработаны Государственным научно-исследовательским и проектным институтом по созданию объектов хранения, переработки плодоовощной продукции, теплиц и сооружений искусственного климата «Гипронисельпром» Минсельхозпрода ( Российская Федерация), согласованы Главгосэкспертизой при Минстрое России N 24-3-1/5-122 от 27.09.1995, Госкомитетом по санэпиднадзору России N 11-13/806-115 от 15.04.1996, Главным управлением Государственной противопожарной службой МВД России N 20/2.2/1392 от 19.07.1995, Республиканской производственно-научной Ассоциацией «Теплицы России» № 10 от 04.04.1996.
Отраслевые рекомендации голландских специалистов для томатов: для поддержания жизни растения томата необходимо ≈ 1,0 МДж/м2. Для развития каждой кисти еще дополнительно по 0,4…0,85 МДж/м2. Количество необходимого света зависит от типа томата (крупноплодный, кистевой, коктейльный или томат черри), от плотности посадки растений и плодовой нагрузки на 1 м2 площади. При этом для создания резерва молодые растения с одной кистью должны получать до 3 МДж/м2 в день. Таким образом, при формировании фитоценоза томата, имеющего 8–9 кистей на стебле, потребность в ФАР составляет примерно 8,5 МДж/м2.
Таким образом, для круглогодичного выращивания зеленных культур (салаты, базилик и т.п.) требуется среднемесячное поступление ФАР в ценоз на уровне 60 МДж/м2, для круглогодичного выращивания овощей (огурцов, томатов, перцев, баклажан) на товарную продукцию среднемесячная потребность в ФАР находиться на уровне 180 МДж/м2.
Выбор светотехнического оборудования осуществляется по специальной схеме, учитывающей основные факторы: тип теплицы, выращиваемую культуру, нормируемую интенсивность облучения, световую зону, искусственную составляющую нормируемой облучённости, удельную мощность при заданном коэффициенте полезного действия источника света в области ФАР, тип системы облучения и источника света. При размещении светильников в теплице, кроме прочего, учитывается требование равномерного освещения растений, а также их взаимное влияние на другие технологические системы. Так, высокая степень нагревания ламп и конструкция светильников определяют их влияние на сравнительно тонкую ткань штор и необходимость исключения попадания на лампы влаги от систем дождевания и испарительного охлаждения.
Стратегия расчетов
Для круглогодичного выращивания овощей (огурцы, томаты, перцы, баклажаны) на товарную продукцию в теплицах потребность в фотосинтетической активной радиации (ФАР) находиться на уровне 180 МДж/м2. В качестве примера, на рисунке ниже показано количество ФАР, поступающее в теплицу со светопропусканием 70% в течение года по месяцам на 550 с.ш. (широта Москвы). Потребность в искусственном свете в период ноябрь — январь составляет 80 — 90% от целевого уровня для овощной продукции: огурцы, томаты, перцы, баклажаны.
Шаг 1. Определяем количество ФАР для достижения целевого показателя урожайности:
Q = G × q
где:
Q — проектный (расчётный) объём ФАР, МДж/м2, который должен поступать в фитоценоз растений внутри теплицы;
G — целевой показатель среднемесячной продуктивности овощей, кг/м2;
q — удельная энергоёмкость в ФАР хозяйственно-полезного урожая, МДж/кг.
Удельная энергоёмкость в ФАР хозяйственно-полезного урожая является эмпирической характеристикой, зависящей от многих факторов. Эту величину можно определить при опытном выращивании растений конкретного вида и сорта. Например, для огурца сорта Мева удельная энергоёмкость урожая находиться на уровне 15 МДж/кг, для томата сорта Торреро — около 25 МДж/кг.
Шаг 2. Определяем требуемое среднемесячное количество искусственной ФАР:
Qи = Q — Qc
где:
Qи — требуемое среднемесячное количество искусственной ФАР, МДж/м2;
Qc — среднемесячное количество солнечной (естественной) ФАР в теплице, МДж/м2.
Метеостанция теплицы измеряет интенсивность солнечной радиации на открытой местности. Около 50% этой интенсивности составляет свет (читай — фотосинтетическая активная радиация), который определяет рост растений. Светопропускание стеклянной теплицы с добросовестным техническим обслуживанием (ежегодная очистка кровли и стен для лучшего светопропускания) составляет около 70%. Таким образом, ФАР составляет приблизительно 50% от солнечной радиации и около 70% ФАР поступает внутрь теплицы и воздействует на фитоценоз. По данным измерений интенсивности и количества солнечной радиации в регионе можно рассчитать потенциальное количество ФАР попадающее на растения в теплице.
Получение хорошего хозяйственно-полезного урожая овощей и другой растениеводческой продукции возможно при гармоничном балансе факторов абиотической среды. Среди факторов абиотической среды свет является самым доступным ресурсом, если речь идёт о солнечном свете, и достаточно дорогим фактором, если речь идёт о искусственном свете.
Растения используют электромагнитное излучение солнца в диапазоне 380-780 нм, называемое видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400 — 700 нм называют также фотосинтетической активной радиацией или сокращённо — ФАР.
Шаг 3. Определяем целевой уровень облучённости участка выращивания:
E = (Qи × 1 000 000) / (30 дн × t × 3600)
где:
E — целевой уровень облучённости ценоза, Вт/м2;
t — продолжительность фотопериода (продолжительность дня) в часах, ч.
Шаг 4. Определяем удельную мощность системы искусственного освещения теплицы:
P = E / η
где:
P — удельная мощность потребления, Вт/м2;
η — коэффициент полезного действия (КПД) системы искусственного освещения теплицы.
КПД облучательной установки теплицы (системы искусственного освещения) в первом приближении можно приравнять КПД используемых светильников. Это максимальное значение для новой системы искусственного освещения теплицы, когда энергия электрического тока внешней сети питания преобразовалась при определённом КПД светильников в свет и этот световой поток в полном объёме без потерь достигает области фитоценоза. При более точных расчётах необходимо учитывать потери света при светораспределении в пространстве теплицы и снижение светового потока со временем.
Шаг 5. Определяем минимальное количество светильников для оснащения теплицы:
N = S × P / Pн
где:
N — минимальное количество светильников, шт.;
S — площадь участка выращивания растений, м2;
Pн — номинальная мощность потребления светильника, Вт.
Приведенный выше подход позволяет оценить уровень требуемой электрической мощности системы искусственного освещения конкретной теплицы и определить минимальное количество светильников, и таким образом оценить объём требуемых инвестиций.
Фактическое количество светильников, которое будет устанавливаться в теплице, больше расчётного минимального количества, так как в расчёте принято, что весь световой поток светильников направлен на участок выращивания, нет потерь света и световой поток стабилен во времени. При разработке проектно-сметной документации, в том числе плана расположения светильников в теплице, необходимо будет учитывать следующие факторы:
- будут иметь место потери света при заполнении пространства теплицы и потери света по краям участка выращивания растений; при проектировании в расчётах эти факторы можно учитывать в КПД (η) системы искусственного освещения теплицы, корректируя КПД светильников на некоторую величину в сторону снижения;
- будет иметь место снижение светового потока со временем вследствие деградации источников света и элементов оптической системы светильников; при проектировании эти факторы можно учитывать в коэффициенте запаса по аналогии с проектированием наружного и внутреннего освещения.
Освещение на НЛВД
Традиционно источником оптического излучения в теплицах овощеводства закрытого грунта являются натриевые лампы высокого давления. Несмотря на то, что спектр НЛВД считается не вполне благоприятным для роста и развития растений, именно благодаря этим лампам в сочетании с передовой агротехникой удалось достичь высоких уровней продуктивности растений. Это обусловлено тем, что в промышленных теплицах широко применяются облучательные установки с НЛВД при совмещении с естественным освещением. Поэтому даже в самое «тёмное» время года (декабрь месяц),когда доля искусственного освещения достигает 90%, суммарный спектр излучения имеет существенную добавку от естественного освещения в синей части ФАР, обеспечивающее необходимое фоторегуляторное действие на растения.
Особенностью светильников для теплиц (фитооблучателей) является высокая функциональность при возрастающим требованиях к дизайну. Специальные лампы для использования в теплицах выпускаются фирмами:
- PHILIPS (Нидерланды),
- SYLVANIA (Германия),
- OSRAM (Германия),
- GENERAL ELECTRIC (США),
- REFLAX (Россия).
Включение ламп и равномерное освещение растений обеспечивают светильники соответствующей мощности с пускорегулирующей аппаратурой. Различают светильники с электромагнитными пускорегулирующими аппаратами (ПРА) и электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Наибольшее распространение получили лампы мощностью 400 и 600 Вт.
При проектировании искусственного освещения растений в теплицах рекомендуется принимать во внимание технические особенности данных источников света по нижеследующим аспектам:
- Коэффициент полезного действия (КПД). НЛВД ведущих мировых производителей имеют коэфициент полезного действия
(КПД) примерно на уровне 40%.
ЖСП30-600-010 У5 «reflux» (GALAD) [ P = 632 Вт ]
ЖСП69-1000 (REFLUX) [ P = 1040 Вт ]
При использовании ламп в светильниках возникают дополнительные потери на ПРА или ЭПРА примерно 5 — 10%, что снижает уровень КПД источников света до 36 — 38%. Это значит на практике, что около 36 — 38% потребляемой светильником электрической энергии превращается в свет, а 62 — 64% превращаются в тепловую форму энергии.
- Стабильность светового потока во времени. Световой поток светильников c НЛВД снижается примерно на 1% через каждые 1000 часов работы. После наработки 10000 часов снижение светового потока лампы носит уже не линейный характер. Так, при наработке ламп 20000 часов, световой поток снижается до 30%. Дополнительное снижение светового потока светильников происходит вследствие старения материалов светоотражающих элементов и загрязнения их поверхности. После 2-х лет эксплуатации светильников дополнительное снижение светового потока может составлять 8 — 12% Для сохранения уровня светового потока производители светотехнического оборудования рекомендую ежегодную смену светоотражающих элементов светильников и их чистку.
- Срок службы. Вероятность отказа ламп возрастает примерно на 1% через каждые 1000 часов работы и через 10000 часов составляет примерно 10% (из каждых 100 ламп выходит из строя 10). После наработки 10000 часов вероятность отказов ламп также носит не линейный характер и может возрасти до 50% при наработке 15000 часов (из каждых 100 ламп выходит из строя 50).
- Управление световым потоком. Управление световым потоком светильников с НЛВД сводиться к двум режимам работы:
«включение» (световой поток на уровне 100% мощности) и «выключение» (световой поток светильника отсутствует).
Упарвление системой искусственного освещения теплиц обычно проектируется с возможностью частичного отключения светильников в «шахматном»
порядке в 3 стадии по 1/3 установленных светильников. При этом образуется значительная неоднородность в облучённости
растений.
- Спектральный состав излучения. Спектральный состав излучения НЛВД примерно одинаковый у всех моделей ламп
для растениеводства. Излучение практически отсутствует в «синем» диапазоне и преимущественно сконцентрирована в
диапазоне длин волн 550 — 650 нм. На эту область приходиться примерно 75% фотосинтетически активной радиации,
излучаемой НЛВД.
Распределение энергии по спектральному диапазону излучения лампы ДНаТ
| Диапазон длин волн, нм | 400 - 500 | 500 - 600 | 600 - 700 | 700 - 800 |
|---|---|---|---|---|
| Удельный вес энергии, % | 4 | 43 | 45 | 8 |
- Светораспределение. Светильники с НЛВД являются точечными источниками света. Конструкция оптической системы светильников и ламп путём отражения позволяет перераспределить световой поток лампы таким образом, чтобы растягивать вдоль рядов растений в одном направлении (кривая выхода света — широкая) и сжимать в поперечном направлении (кривая выхода света — глубокая). Обычно светильники с НЛВД располагают между лотками с растениями примерно по оси симметрии технологических проходов так, чтобы световой поток поступал как верхнюю часть ценоза растений, так и и нижнюю его часть по боковым сторонам соседних лотков с растениями. Крепление светильников обычно осуществляется к кабель несущим электрическим лоткам. Около 30% светового потока поступает в ценоз под углами к горизонтальной плоскости 450 и более. Взаимное затенение растений друг друга снижают эффективность взаимодействия светового потока и растений.
- Влияние на экологию. Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) требуют специальных процедур утилизации, так как они содержат опасные вещества и подпадают под категорию отходов I–II класса опасности.
Основные причины необходимости специальной утилизации:- Ртуть – даже в небольших количествах (10–50 мг) она токсична и требует обезвреживания.
- Натрий – реактивный металл, который может воспламеняться при контакте с водой.
- Стекло и металлы – могут быть переработаны, но только после отделения опасных компонентов.
Процедуры утилизации:
1 . Сбор и транспортировка:
- Лампы должны храниться в герметичной таре (специальные контейнеры), защищенной от повреждений.
- Перевозка осуществляется лицензированными компаниями, имеющими разрешение на работу с опасными отходами.
2. Демеркуризация (обезвреживание ртути):
- Механический метод – дробление ламп с последующей очисткой стекла и металлов.
- Термический метод – нагрев в вакууме для испарения ртути с последующей конденсацией и улавливанием.
- Химический метод – обработка сорбентами (например, серой или активированным углем).
3. Переработка компонентов
- Стекло и металлические цоколи отправляются на вторичную переработку.
- Ртуть и другие опасные вещества утилизируются на спецпредприятиях.
Правовое регулирование в РФ:
- Федеральный закон № 89 «Об отходах производства и потребления» – требует утилизации опасных отходов через лицензированные организации.
- СанПиН 2.1.7.1322-03 – устанавливает правила обращения с ртутьсодержащими отходами.
- КоАП РФ (ст. 8.2) – предусматривает штрафы за несанкционированное захоронение опасных отходов.
Таким образом, натриевые лампы нельзя выбрасывать с обычным мусором – их нужно сдавать в специализированные пункты приёма или заключать договор с компанией, занимающейся утилизацией опасных отходов.
Учитывая, что зависимость выхода хозяйственно-полезного урожая овощной продукции (томаты, огурцы, перец, баклажан) от количества поступающего в ценоз света линейная или близка к линейной по крайней мере до уровня облучённости ценоза 100 Вт/м2 (снижение количества света, получаемого растениями, на 1% вызывает снижение урожайности на 1%, при условии, что лимитирующим фактором производства является свет), рекомендуется для проектирования искусственного освещения теплиц на основе НЛВД использовать показатели надёжности L90F10 = 10000 — 12000 часов (с вероятностью 90% световой поток светильников сохраниться на уровне 90% от первоначального и / или откажет не более 10% светильников) и КПД светильников на уровне 30%.
Предварительный расчёт удельной мощности искусственного освещения теплиц.
Чтобы обеспечить суточное количество ФАР на минимальном физиологическом уровне 3,2 МДж/м2 для выращивания овощной продукции (томаты, огурцы, перец, баклажаны) при допустимой продолжительности фотопериода 18 часов требуется облучённость ценоза на уровне 50 Вт/м2:
(3,2 МДж/м2 * 1 000 000) / (18 часов * 3600 с) ≈ 50 Вт/2 / 30% ≈ 160 Вт/м2
В этом случае рекомендуется проектировать систему искусственного освещения теплицы на основе НЛВД удельной мощностью потребления около 1,5 МВт на 1 Га посевной площади. При новых светильниках с качественными НЛВД облучённость ценоза может составлять около 60 Вт/м2, которая будет постепенно снижаться в течение 2 — 3 лет до уровня 50 Вт/м2.
Чтобы обеспечить суточное количество ФАР на продуктивном (оптимальном) уровне 5,8 МДж/м2 и выше для выращивания овощной продукции (томаты, огурцы, перец, баклажаны) при допустимой продолжительности фотопериода 18 часов требуется облучённость ценоза около 90 Вт/м2:
(5,8 МДж/м2 * 1 000 000) / (18 часов * 3600 с) ≈ 90 Вт/м2 / 30% ≈ 300 Вт/м2
В этом случае рекомендуется проектировать систему искусственного освещения на основе НЛВД удельной мощностью потребления около 3,0 МВт на 1 Га посевной площади. При новых светильниках с качественными НЛВД облучённость ценоза может составлять около 115 Вт/м2, которая будет постепенно снижаться в течение 2 — 3 лет до уровня 90 Вт/м2.
Рекомендуемое количество светильников на один «домик» площадью 36 м2 (8 м х 4,5 м)
| Светильник | Мощность, Вт | Дневная доза облучения ФАР (дневной интеграл света), МДж/м2 | |
|---|---|---|---|
| 3,2 | 5,8 | ||
| Светильник ЖСП30-600-010 У5 "reflux" | 635 | 8 - 10 | 16 - 18 |
| Светильник ЖСП25M-1000 | 1040 | 5 | 10 |
Пример энергетических расчётов по конкретному тепличному комплексу на юге России
| Местоположение тепличного комплекса | 450 с.ш. | Удельная установленная мощность | 150 Вт/м2 |
| Сорт томата | «F1 Torrero» | Средняя энергетическая облучённость | 45 Вт/м2 |
| Период производства | 40 недель | Продолжительность фотопериода | 18 часов |
| Посев | июль | Наработка искусственного освещения | 3000 часов |
| Посадка в теплицу | август | Затраты эл/энергии в год | 450 кВт*ч/м2 |
| Первый сбор | октябрь | Урожайность брутто | 80 кг/м2 |
Расчётные средние дневные объёмы ФАР в теплице
| Месяц | Солнечная радиация снаружи* | Объёмы ФАР внутри теплицы | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Солнечная ФАР | Фотопериод | Искусственная ФАР | Суммарная ФАР | ||
| МДж/м2 | МДж/м2 | час. | МДж/м2 | МДж/м2 | |
| Июль | 22,4 | 8,0 | 0 | 0 | 8,0 |
| Август | 18,8 | 6,8 | 0 | 0 | 6,8 |
| Сентябрь | 12,7 | 4,6 | 0 | 0 | 4,6 |
| Октябрь | 8,6 | 3,1 | 11 | 1,7 | 4,8 |
| Ноябрь | 4,4 | 1,6 | 18 | 2,9 | 4,5 |
| Декабрь | 3,6 | 1,3 | 18 | 2,9 | 4,2 |
| Январь | 5,3 | 1,9 | 18 | 2,9 | 4,8 |
| Февраль | 7,4 | 2,7 | 18 | 2,9 | 5,6 |
| Март | 10,8 | 3,9 | 13 | 2,1 | 6,0 |
| Апрель | 15,1 | 5,4 | 5 | 0,8 | 6,2 |
| Май | 20,0 | 7,2 | 0 | 0 | 7,2 |
| Июнь | 21,5 | 7,8 | 0 | 0 | 7,8 |
* Солнечная радиация снаружи на открытой местности при средних условиях облачности
Следует принимать во внимание неравномерность уровня облучённости на протяжении дня в течение года.
Ниже представлены усреднённые данные по интенсивности естественной фотосинтетической активной радиации в теплице при средних условиях облачности и светопропускании теплицы 70% в течение календарного года. В солнечные дни при ясном небе интенсивность будет выше.
Планируемое поступление ФАР — около 1600 МДж/м2. Средняя урожайность — около 80 кг/м2. Удельная энергоёмкость в ФАР томатов гибрида F1 Torrero — около 20 МДж/кг.
Урожайность томатов: месячная, недельная, с нарастающим итогом и зависимость от количества ФАР в МДж/м2
Примеры расположения светильников с ДНаТ в теплицах
Расположение тепличного комплекса — 550 с.ш. Светокультура — огурец. Удельная установленная мощность — 245 Вт/м2. Светильники ЖСП30-600-015 ЭмПРА с лампой PLANSTAR 600W E40 12X1. Мощность потребления — 667 Вт.
Расположение тепличного комплекса — 530 с.ш. Светокультура — томаты. Удельная установленная мощность — 285 Вт/м2. Светильники с ДНаТ: H1-1000 400DW-GNE с ЭПРА. Мощность потребления — 1032 Вт.
Освещение на светодиодах
Светодиодные источники света обладает рядом преимуществ по сравнению со светильниками с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД), которые создают основу для проектирования инновационных систем искусственного освещения теплиц в направлении повышения энергоэффективности культивационных сооружений закрытого грунта, снижения энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая и повышения его качественных характеристик:
- Коэффициент полезного действия (КПД).
Коэффициент полезного действия светодиодных светильников с полным спектром излучения в диапазоне длин волн 380 — 780 нм достигает уровня 50% и выше (50% и более от потребляемой светильником электрической энергии превращается в свет).
- Стабильность светового потока во времени.
Световой поток качественных светильников cо светодиодами снижается линейно в течение срока службы до 100000 часов ориентировочно на 0,1 — 0,2% через каждые 1000 часов работы . (Через 50000 часов работы световой поток может составлять примерно 90% — 95% от первоначального).
- Срок службы.
Вероятность отказа светильников возрастает примерно на 0,2% через каждые 1000 часов работы и через 50000 часов может составлять примерно 10% (из каждых 100 светильников выходит из строя 10).
- Управление световым потоком.
Возможность гибкого управления потоком излучения (потоком фотонов) светодиодных светильников непрерывно от 0 до 100% мощности позволяет оптимизировать дозу фотосинтетической облученности фитоценоза в условиях совмещённого естественного и искусственного освещения растений. Важно отметить, что в отличии от освещения на НЛВД все светильники сохраняют равный уровень светового потока при устанавливаемой мощности потребления электроосвещения (нет выключения светильников в шахматном порядке) и, тем самым, сохраняется равномерность облучённости растений.
- Светораспределение.
Светильники со светодиодами являются линейными источниками света. Поток излучения направлен только в нижнюю полусферу без применения элементов отражения (рефлекторов). Систему искусственного освещения теплицы рекомендуется проектировать путём создания облучательных (осветительных) линий из линейных светодиодных светильников. ля крепления светильников рекомендуется использовать металлические кабельнесущие лотки. Основными проектными параметрами при этом являются технические характеристики одного погонного метра облучательной (осветительной) линии и шаг S (расстояние) между линиями. Около половины (около 50%) светового потока поступает в ценоз под углами к горизонтальной плоскости 450 и менее, что улучшает проникновение света в ценоз и преодолевать взаимное затенение растений друг друга. В результате повышается эффективность взаимодействия светового потока и растений.
- Влияние на экологию.
Светодиодные светильники не содержат материалов иi веществ, опасных для жизни, здоровья людей и окружающей среды. Специальных мер для их утилизации не требуется. Материалы, применяемые для упаковки светильников необходимо сдавать в специальный пункт приема вторичного сырья для дальнейшей переработки с целью повторного использования.
Учитывая, что зависимость выхода хозяйственно-полезного урожая овощной продукции (томаты, огурцы, перец, баклажан) от количества поступающего в ценоз света линейная или близка к линейной по крайней мере до уровня облучённости ценоза 100 Вт/м2 (снижение количества света, получаемого растениями, на 1% вызывает снижение урожайности на 1%, при условии, что лимитирующим фактором производства является свет), рекомендуется для проектирования искусственного освещения теплиц на основе светодиодных светильников использовать показатели надёжности L90F10 = 50000 часов (с вероятностью 90% световой поток светильников сохраниться на уровне 90% от первоначального и / или откажет не более 10% светильников) и КПД светильников на уровне 45%.
Светильник светодиодный FLORA LED 240
(ДСП01-2х120-00Х УХЛ4)
Светильник светодиодный FLORA LED 240 (обозначение ро ГОСТ ДСП01-2х120-00Х УХЛ4) предназначен для создания энергоэффективного искусственного освещения в промышленных теплицах и других культивационных сооружениях
защищённого грунта при выращивании овощных культур (томаты, огурцы, перцы, баклажаны и т.п.), зеленных культур (салат, базилик, щавель, лук, укроп и т.п.), ягодных культур (земляника, голубика и т.п.), цветочных растений (розы, тюльпаны, хризантемы и т.п.):
- в дополнение к естественному дневному свету;
- для управления световым периодом (фотопериодическое освещение);
- для полной замены дневного света искусственным освещением (выращивание без дневного света).
Светильник является источником излучения в диапазоне длин волн 380-780 нм, включая фотосинтетическую активную
радиацию, обеспечивая ход всего многообразия фотобиологических процессов, присущих растительным организмам.
Спектр излучения
| Диапазон длин волн, нм | 400 - 500 | 500 - 600 | 600 - 700 | 700 - 800 |
| Удельный вес энергии, % | 15 | 40 | 40 | 5 |
Технические параметры
| Наименование параметра | Значение | Наименование параметра | Значение |
|---|---|---|---|
| Входное напряжение, В | 42 | Поток излучения, Вт | 120 |
| Ток потребления (макс.), А | 5,6 | Поток фотонов, мкмоль/с | 600 |
| Мощность потребления, Вт | 240 | Световой поток, лм | 36000 |
| Класс защиты | I | Цветовая температура, К | 3500 |
| Степень защиты | IP54 | Класс светораспределения | П |
| Рабочая температура 0C | +1...+40 | Тип кривой силы света | Д |
| Вес, кг | 1,6 | Размеры, мм | 1180x121x33 |
Примечание: Область допустимых отклонений от номинального значения светотехнических параметров и мощности ± 5% для 95% — доверительного интервала. Качество электрической энергии должно соответствовать установленным нормам. Питающая сеть должна быть защищена от коммуникационных и грозовых импульсных помех.
Конструктивные особенности
- Корпус изготовлен из высококачественного алюминия.
- Защитное стекло изготовлено из стабилизированного к ультрафиолету оптического поликарбоната.
- Светодиоды — высокоэффективные светодиоды «Seoul Semiconductor» (Южная Корея).
- Боковые крышки изготовлены из прочного полимерного материала.
Для монтажа светильника в теплицах рекомендуется применять кабельнесущие металлические лотки. Светильник подключается к внешней питающей сети через источник питания (драйвер) AC – DC. Источник питания рекомендуется размещать непосредственно в лотке.
Для подключения к сети 230В / 50 Гц рекомендуется источник питания Mean Well XLG-240-H-A или аналог.
Для подключения к сети 380 В / 50 Гц рекомендуется источник питания Done DL-240U-V56P-MUG или аналог.
Номинальный срок службы светильников составляет до 60000 часов c показателями надёжности L90>F10 (с вероятностью 90% светильники сохраняют в течение 60000 часов работоспособность и уровень светового потока не ниже 90% от первоначального уровня).
Рекомендации по проектированию системы искусственного освещения теплицы
Чтобы обеспечить суточное количество ФАР на минимальном физиологическом уровне 3,2 МДж/м2 для выращивания овощной продукции (томаты, огурцы, перец, баклажаны) при допустимой продолжительности фотопериода 18 часов требуется облучённость ценоза на уровне 50 Вт/м2. Для достижения целевого уровня облучённости рекомендуется проектировать систему искусственного освещения теплицы на основе светильников ДСП01-2х120-001 УХЛ4 из расчёта удельной мощности потребления около 100 Вт/м2 посевной площади:
(3,2 МДж/м2 * 1 000 000) / (18 часов * 3600 с) ≈ 50 Вт/2 / 45% ≈ 110 Вт/м2
Учитывая, что посевная площадь (площадь выращивания растений) тепличного предприятия составляет около 75% от всей площади, то мощность потребления системы искусственного освещения тепличного комплекса площадью, например 5 Га, может составить в этом случае около 4,0 МВт.
Светильники ДСП01-2х120-001 УХЛ4 рекомендуется устанавливать на металлические кабельнесущие лотки шириной 100 мм, используя рым-гайки или рым-болты, друг за другом так, чтобы образовалась осветительная линия. Осветительные линии рекомендуется располагать по оси симметрии лотков с огурцами или томатами. Расстояние (шаг) между линиями (S) рекомендуется 1,6 м. Источник питания светильника рекомендуется размещать непосредственно в лотке.
Чтобы обеспечить суточное количество ФАР на продуктивном (оптимальном) уровне 5,8 МДж/м2 и выше для выращивания овощной продукции (томаты, огурцы, перец, баклажаны) при допустимой продолжительности фотопериода 18 часов требуется облучённость ценоза около 90 Вт/м2:
(5,8 МДж/м2 * 1 000 000) / (18 часов * 3600 с) ≈ 90 Вт/м2 / 45% ≈ 200 Вт/м2
В этом случае рекомендуется проектировать систему искусственного освещения на основе светодиодных светильников ДСП01-2х120-001 УХЛ4 удельной мощностью потребления около 2,0 МВт на 1 Га посевной площади.
Подпишитесь на нашу рассылку и будьте в курсе новых публикаций и спецпредложений