ECOLOGICAL EFFICIENCY AND PROFITABILITY OF THE PROJECT OF THE POULTRY FARM ILLUMINATION ON THE PLATFORM OF HOLLOW MIRRORED TUBULAR LIGHT GUIDES
Rubrics: ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES
Authors:
1.
Tubular Daylight Guidance Systems
2.
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin
3.
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin
4.
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin
Type:
Article
Pages:
from 37
to 44
Status:
Published
Received:
10.04.2017
Accepted:
14.04.2017
Published:
14.04.2017
Subject area:
UDK 69:[620.9:662.6.004.18]
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
Language:
Russian
Keywords:
energy-efficient lighting technologies, energy-efficient construction, lighting systems based on hollow tubular light guides, natural light, light flux, LED lamps
Abstract (English):
The article deals with the project of lighting the hull of a poultry farm (Belokamenniy village, Asbest town, the Sverdlovsk Region), which is organizationally a part of the poultry farm "Sverdlovskaya". The peculiarity of the project is that a real-life version of lighting is proposed to be replaced with an energy-efficient, eco-friendly project that allows not only to cover the initial costs, but also systematically support a higher production of valuable food products, such as eggs, poultry meat. The work presents the calculation of the illumination of the room, performed with the help of an exclusive computer program developed by the engineers of the Italian company "Solarspot International S.R.L.". Recommendations are given to increase the production of poultry and eggs through the use of innovative energy-efficient technology for the transportation of natural light for producers. The profitability of this technology is proved when applied in the cattle-breeding complex of the Russian Federation in terms of different value of the national currency.
The article deals with the project of lighting the hull of a poultry farm (Belokamenniy village, Asbest town, the Sverdlovsk Region), which is organizationally a part of the poultry farm "Sverdlovskaya". The peculiarity of the project is that a real-life version of lighting is proposed to be replaced with an energy-efficient, eco-friendly project that allows not only to cover the initial costs, but also systematically support a higher production of valuable food products, such as eggs, poultry meat. The work presents the calculation of the illumination of the room, performed with the help of an exclusive computer program developed by the engineers of the Italian company "Solarspot International S.R.L.". Recommendations are given to increase the production of poultry and eggs through the use of innovative energy-efficient technology for the transportation of natural light for producers. The profitability of this technology is proved when applied in the cattle-breeding complex of the Russian Federation in terms of different value of the national currency.
Keywords:
energy-efficient lighting technologies, energy-efficient construction, lighting systems based on hollow tubular light guides, natural light, light flux, LED lamps
energy-efficient lighting technologies, energy-efficient construction, lighting systems based on hollow tubular light guides, natural light, light flux, LED lamps
Введение Производство мяса птицы и яиц вносит существенный вклад в экономику России, обеспечивая ее продовольственную безопасность. В 2016 г. на российский рынок мяса птицы и яиц было поставлено на 5 % больше по сравнению с 2014 г. [1]. Однако в настоящее время развитие отрасли осуществляется в основном экстенсивными методами, т. е. за счет увеличения количества птицефабрик. Новейшие достижения науки пока используются недостаточно, поэтому целью работы явилось исследование применения инновационной технологии естественного освещения корпусов птицеферм, которая, по нашему мнению, способна не только экономить стремительно уменьшающиеся энергоресурсы России, но и способствовать интенсивному развитию птицеводства. Общая характеристика исследуемого объекта строительства Выбранный нами объект исследования - инкубаторий ОАО «Птицефабрика «Свердловская», расположенный в пос. Белокаменный г. Асбест Свердловской области (рис. 1). Рис. 1. Одноэтажный однопролетный птичник птицефабрики «Свердловская» [2] Однопролетный (пролет 18 м) птичник размерами 18,00 × 90,00 × 5,86 м имеет двухскатную кровлю, отапливается, предназначен для выращивания до 80 тыс. кур, которые содержатся в четырехъярусных клеточных батареях. Внутри помещения поддерживается температура +20 °С (при температуре наружного воздуха до -35 °С). Здание выдерживает снеговую нагрузку до 240 кг/м2. Фундамент под колонны каркаса - буронабивные сваи с железобетонным ростверком. Каркас здания состоит из стальных металлоконструкций (колонны, фермы покрытия). Стены - трехслойные сэндвич-панели (горизонтальная раскладка, цвет синий (RAL 5005/9002), желтый (RAL 1018/9002)) с минераловатным утеплителем толщиной 120 мм. Ворота подъемно-секционные, двери металлические утепленные; окна ПВХ (однокамерный стеклопакет, открываются на 30 %), в проемах имеются жалюзийные решетки. Кровля состоит из трехслойных сэндвич-панелей с минераловатным утеплителем толщиной 150 мм. Профнастил С44-0,7 RAL 1018 [2]. Обоснование оптимального выбора варианта освещения корпуса птицефермы, основанного на применении полых трубчатых световодов Известно, что на рост птицы и производство яиц существенно влияет не только интенсивность света, но и продолжительность светового дня, а также цвет освещения. В различные периоды роста птицы, в зависимости от породы, внимание акцентируется на красном интенсивном цвете для кур-несушек и на зеленом и синем при выращивании бройлеров. В продуктивный период на птиц благотворно влияет снижение яркости света на 2-5 люкс, способствующее снижению агрессивности. Но наиболее эффективно птицы развиваются и несутся при естественном освещении, при наибольшей продолжительности светового дня (до 16 часов), обеспечивающей более раннее половое созревание кур, и при оптимальном температурном режиме (при низких значениях температуры яйценоскость снижается). Например, куры породы «Хай-лайн» в вышеописанных условиях приносят от 340 до 350 шт. яиц в год при их впечатляющей средней массе 60-65 г [3]! Следует отметить, что специально созданные условия птицефабрик в настоящее время позволяют получать всего 200-250 яиц в год (в зависимости от породы птицы), т. е. на 57-71 % меньше! Существенно отличается и интенсивность роста животных. Для освещения рассматриваемого птичника применяются люминесцентные лампы ЛД 80Вт G13, световой поток лампы - 2400 лм [4]. Для получения максимально объективных результатов исследования мы предложили в одном из вариантов использовать энергоэффективные светодиодные светильники DOMINO LED 80 D120 4000K [5], которых для получения аналогичной средней равномерной освещенности 50 лк потребуется не менее 40 шт., что подтверждает расчет, выполненный в среде немецкой программы «DIALux» (рис. 2). Рис. 2. Схема освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью светодиодных светильников DOMINO LED 80 D120 4000K, лк На рис. 2 видно, что данный тип энергоэффективных светильников дает весьма неравномерный вариант освещения. В центрах освещаемых зон присутствуют нежелательные точки «пиковой» освещенности» силой до 200 лк. В то же время довольно большая поверхность пола будет освещена слабо - в пределах 10-20 лк. Эту ситуацию можно исправить, применив значительно большее количество светильников меньшей мощности. Но в итоге мы получим нерентабельный проект с длительным сроком окупаемости. В другом, на наш взгляд, более эффективном варианте, мы предлагаем использовать светотехнические системы на основе полых трубчатых световодов (ПТС) итальянской компании «Solarspot International S.R.L.», позволяющие транспортировать в помещение естественный свет (как солнечный, так и диффузный). Диффузоры (рассеиватели света) комплектуются новейшими светодиодными лампами, которые начинают свою работу при уменьшении естественного освещения вне помещения. Кроме того, компания «Solarspot International S.R.L.», изделия которой успешно используются в 47 странах мира, готова совершенствовать технологию естественного освещения с применением систем «LEDSolarspot®» различного цвета, специально адаптированную для российских птицеферм с целью повышения производительности мяса птицы и яиц. Расчет освещенности инкубатория птицефабрики «Свердловская» с помощью энергоэффективных экологичных светотехнических систем на основе ПТС итальянской компании «Solarspot International S.R.L.» Для более равномерной освещенности поверхности пола, а также для увеличения продолжительности светового дня для животных, создания необходимого цветового спектра освещения мы предлагаем использовать системы «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, позволяющие оптимизировать процесс экономии энергии и максимально сократить ее расход. Для выполнения расчетов нами использовалась запатентованная методика Дж. Бракале [6]. Проанализировав структуру и цветовую палитру внутренних поверхностей инкубатория, примем их отражающую способность: для потолка - 50 %, для стен - 30 %, для пола - 20 %. Высоту заданной рабочей поверхности примем 0,15 м, что примерно соответствует уровню расположения глаз курицы. «Фактор использования» (UF) найдем из соответствующей таблицы официального отчета CIE 173:2006 Технического комитета ТС3.38 «Трубчатые световодные системы» Международной комиссии по освещению [7], учитывая при этом значение индекса помещения и отражающую способность внутренних поверхностей: UF будет равен 0,80. Расчеты естественного освещения производились для светового климата населенного пункта Михалицы (ближайшая точка к г. Екатеринбургу, по которой имеются сведения европейской базы данных естественного и солнечного света «SATEL-LIGHT» [8]). Значения освещенности приняты в 60 % от среднегодовой продолжительности светового дня (2 758 ч), при которой она составляет 14,2 клк, и в 40 % от среднегодовой продолжительности светового дня (1 834 ч) - 29,1 клк. Рекомендованный средний уровень освещенности для исследуемого помещения - 50 лк. Количество необходимых систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм определяется соотношением светового потока, который должен быть доставлен в помещение, к световому потоку, обеспечиваемому одним световодом «Solarspot®». Получаем 18 систем. Следующим шагом исследования явился расчет освещенности птичника в среде немецкой программы «DIALux», в которую была интегрирована соответствующая информация по системам «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм. На рис. 3, 4 видно, насколько равномерно, в пределах заданных значений, освещены поверхности инкубатория. Средняя освещенность помещения - 47 лк; минимальная - 16 лк; максимальная - 66 лк. При таких параметрах птица не будет ослеплена, силы света вполне достаточно для ее жизнедеятельности и интенсивного роста. Кроме того, исключаются случаи агрессивности птиц, вызванной ярким освещением. Свет - естественный, гармонично совмещенный с искусственным, что крайне важно для психологической устойчивости животных. Необходимую продолжительность светового дня обеспечат энергоэффективные светодиодные лампы, а дополнительные лампы различной цветовой гаммы будут работать в различные периоды роста птицы, обеспечивая наивысшую яйценоскость и интенсивность набора животными веса. Рис. 3. Диаграмма освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью 18 систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, лк. Комбинированное освещение естественным светом и светодиодными лампами Рис. 4. Схема освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью 18 систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, лк Очень хороший результат дает освещение без использования светодиодных светильников (рис. 5). Рис. 5. Схема освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью 18 систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, лк, только естественным светом без использования светодиодных ламп Такой вариант освещения (средняя освещенность - 15 лк, максимальная - 20 лк) не предусматривает использование искусственного освещения, благодаря чему экономится электроэнергия; его следует чередовать с периодами высокой освещенности (например, после планового приема птицей пищи). Это позволит птице снизить активность, отдохнуть, что в целом будет способствовать интенсивному набору веса и позволит курам-несушкам производить яйцо в спокойной обстановке. Экономическое обоснование оптимального выбора варианта освещения корпуса птицефермы при использовании ПТС итальянской компании «Solarspot International S.R.L.» Рентабельность проекта освещения была доказана при различной стоимости национальной валюты. В расчетах учтена первоначальная стоимость светодиодных светильников (за исключением ламп ЛД 80Вт G13, которые закуплены и работают в настоящее время) и систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, ежегодный рост тарифов на электроэнергию, инфляционные процессы, затраты на замену и утилизацию отслуживших ламп. На рис. 6 отражены результаты расчетов окупаемости предложенных вариантов освещения при стоимости 1 € = 45,0559 руб. (по состоянию на 01.01.2014 г. [9]). Рис. 6. Результаты расчетов окупаемости рассмотренных вариантов освещения при стоимости 1 € = 45,0559 руб. (по состоянию на 01.01.2014 г.) Крайне низкие затраты на эксплуатацию светотехнических систем «LEDSolarspot®» позволили бы окупить затраты на их приобретение приблизительно через 2,5 года по сравнению с использованием люминесцентных ламп. Но в настоящее время национальная валюта, после периодов серьезной девальвации, закрепилась на уровне 61,20 руб. за 1 €. При такой стоимости окупаемость проекта несколько выше - в пределах 3-х с лишним лет (рис. 7). Рис. 7. Результаты расчетов окупаемости рассмотренных вариантов освещения при стоимости 1 € = 61,20 руб. (по состоянию на 01.03.2017 г.) В выбранном нами варианте животные будут развиваться в более комфортных условиях, что благотворно повлияет на их рост и яйценоскость. Увеличение продуктивности также позволит ускорить возврат средств. Заключение Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы. 1. Долгосрочные инвестиции в энергоэффективные светотехнические системы на основе полых трубчатых световодов в российское птицеводство рентабельны. 2. Применение рассмотренных светотехнических систем существенно экономит расходование энергоресурсов, защищает окружающую среду, что приобретает особую актуальность в 2017 г., объявленном в России Годом экологии, а также создает предпосылки для увеличения производства мяса птицы и яиц, обеспечивая продовольственную безопасность страны.
1. Novickiy I. Pticevodstvo v Rossii: ispol'zovanie innovaciy i osobennosti otrasli. URL: https://sel'hozportal.rf/articles/ptitsevodstvo-v-rossii/ (data obrascheniya: 28.02.2017).
2. Centr po stroitel'stvu i komplektacii zdaniy. URL: http://sendvichstroy.ru/ready/ptizha/ (data obrascheniya: 18.01.2017).
3. Sekrety yaycenoskosti kur. URL: http://prokyr.ru/razvedenie-i-soderjanie/vse-ob-yajtsenoskosti-2650/ (data obrascheniya: 22.02.2017).
4. Lyuminescentnaya lampa LD 80Vt G13. URL: http://e-burg.el.ru/catalogue/lamps/0/357 (data obrascheniya: 01.03.2017).
5. Katalog kompanii «Svetovye tehnologii». URL: http://www.ltcompany.com/ru/products/domino-led/domino-led-80-d120-4000k/ (data obrascheniya 14.02.2017).
6. Brakale Dzh. Estestvennoe osveschenie pomescheniy s pomosch'yu passivnoy svetovodnoy sistemy «Solarspot®» // Svetotehnika. 2005. № 5. S. 34-42.
7. Oseledec E. Yu., Kuznecov A. L. Transportirovka sveta. Sovremennye sistemy estestvennogo osvescheniya. URL: http://lightonline.ru/svet/articles/LightTransport.html (data obrascheniya: 24.02.2017).
8. Satel-Light - The European Database of Daylight and Solar Radiation. URL: www.satel-light.com. (data obrascheniya: 02.03.2017).
9. Kursy valyut. URL: http://kurs-dollar-euro.ru/euro-01-14.html (data obrascheniya: 06.03.2017).
