Энергосбережение и энергоаудит в осветительных и облучающих установках

3.9. Выбор облучателей для тепличных хозяйств

Рентабельность тепличных хозяйств в последние годы существенным образом зависит от выбора рационального светотехнического оборудования, позволяющего резко сократить затраты электроэнергии на выращивание сеянцев, рассады и взрослой культуры. В работах Московского энергетического института под руководством А.М.Троицкого проработан ряд вариантов облучательных установок, по которым можно оценить лучший из них. Рассмотрены следующие варианты облучательных установок:

1. Тип ОТ-400, наиболее массово используемый для выращивания рассады облучатель, из-за его относительно низкой цены и ряда эксплуатационных удобств (простота подвеса и монтажа в теплице, отсутствие в ПРА зажигающего устройства и т. д.).
2. Тип ГСП26-1000 с МГЛ, обладающей среди подобных ламп меньшей мощности наиболее высокой радиационной эффективностью (часто в литературе этот показатель ошибочно лишают размерности и называют КПД в области фотосинтетически активной радиации – ФАР).
3. Облучатель производства фирмы IDMAN (Финляндия) с НЛВД фирмы Osram (Германия), специально предназначенной для досветки растений (в 1,4 раза увеличена доля излучения лампы в области спектра λ = 350-500 нм по сравнению со стандартной НЛВД); прибор подвешивается на малых высотах (выращивание рассады), имеет 2 максимума в КСС (под углами 55 и 65°) в поперечной плоскости, снабжается дополнительной боковой зеркальной вставкой, позволяющей рационально использовать световой поток облучателей, расположенных в крайних рядах установки.
4. Облучатель фирмы IDMAN с НЛВД большей мощности: максимальная высота подвеса прибора 2,4 м (выгонка рассады и досветка в период вегетации); максимум КСС в поперечной плоскости под углом 60° комплектуется боковой зеркальной вставкой.

   В каталогах этой фирмы для приборов вариантов 3 и 4 указан коэффициент использования потока, равный 1,0, что, по мнению МЭИ, является откровенной рекламой. С учетом кривых светораспределения приборов в трех плоскостях, угла обхвата боковой вставки, коэффициента отражения и высоты подвеса приборов была проведена оценка коэффициента использования потока облучателя, на основании чего принято значение 0,85.

5. Световой прибор типа ЖСП-26, укомплектованный НЛВД типа NAV-T400 Planta (Osram). Поскольку в цене облучателя IDMAN более 80% приходится на долю светового прибора (СП), который к тому же в 3,5 раза дороже отечественного аналога, такой вариант может оказаться экономически целесообразным. Лампа ДНаТ-400 имеет на 10% меньший поток в области ФАР, в 1,3-1,4 раза меньшую долю излучения в синей части спектра, чем NAV-T400 Planta; к тому же резкое сокращение срока службы (более чем в 3 раза) против паспортного для ДНаТ-400 в реальных эксплуатационных условиях (переход в циклический режим зажигание-погасание) делает отечественные облучатели с этими лампами заведомо неконкурентоспособными.
6. Тип УОРТ8-750 – установка, содержащая общий выносной блок управления и 8 облучателей с трехфазными четырехэлектродными МГЛ мощностью 750 Вт, специально предназначенными для выращивания рассады и взрослой культуры огурца (имеют оптимальное распределение энергии в спектре излучения в области ФАР). Установки разработаны МЭИ при участии МЭЛЗ, завода "Электросвет", АО "Электролуч" и ТОО "Компакт". Опытные образцы установок успешно прошли производственные испытания в теплицах совхоза "Подмосковный" Раменского АПК, однако отсутствие финансирования не позволило развить их промышленный выпуск.

Основные показатели сравниваемых вариантов облучателей приведены в табл 3.32. Исходные данные для расчета радиационной эффективности ламп и облучателей взяты из каталогов отечественных и зарубежных фирм, "Справочной книге по светотехнике" (2-е изд., М.: 1995 г.) и получены в результате экспериментов, выполненных в МЭИ.

¹Параметры лампы NAV-T400 Planta пересчитаны на работу с ПРА отечественного производства; из-за очень большого разброса амплитуды импульсов отечественных зажигающих устройств возможно потребуется их замена.

²Ток разрядного промежутка трехфазной лампы.

³Трехфазная трехпроводная сеть.

⁴Фазный ток комплекса лампа-ПРА; аппарат (как у лампы ДРЛФ) не содержит зажигающего устройства.

⁵Полезный срок службы лампы, ограниченный спадом светового потока на 20%.

Данные табл. 3.33 позволяют сделать следующие выводы:

1. Наибольшей радиационной эффективностью обладает НЛВД типа NAV-T600 Planta, однако отечественные лампы (исключая ДРЛФ-400) практически не уступают ей по этому показателю (примерно 25%-е снижение для ДМ4-750 обусловлено значительным увеличением доли излучения в синей и красной частях спектра, что уменьшает световой поток лампы). Существенным пороком отечественных ИС является их более низкий (в 2,3-8 раз) срок службы.
2. 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 отраженного потока лампой), сложность профиля отражателя, а, следовательно, технологически неточное его воспроизведение, отсутствие боковых зеркальных вставок. Не следует оптимистично рассматривать значение КПД для ОТ-400, поскольку в этом облучателе светового прибора нет, за счет чего 40% потока лампы тратится впустую – уходит в верхнюю полусферу и создает световой ореол над крышами теплиц.
3. Существенным недостатком отечественных облучателей является также 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. Так, к кабелю того же сечения вместо облучателя ОТ-400 можно подключить облучатель IDMAN с лампой мощность 600 Вт либо вместо трех ОТ-400 – 4 облучателя IDMAN с лампой 400 Вт.

* По данным Н.К.Бирюковой средневзвешенное время досветки 15 ч/сутки.

** По данным А.А.Тихомирова время досветки 14 ч/сутки.

Данные табл. 3.33, хотя и говорят о многом, но, не будучи привязаны к энергетическим показателям облучательных установок защищенного грунта, дают не полное представление об эффективности облучателей. Поэтому в табл. 3.33 приводятся энергетические показатели для выращивания рассады и взрослой культуры огурца по данным российских исследователей (А.А.Тихомиров, Н.К.Бирюкова). Поскольку уровни облученности ФАР для сравниваемых вариантов одинаковы, решающее влияние на продуктивность светокультуры, а, следовательно, и на энергетические показатели установок оказывают спектральные характеристики ламп. Данные табл. 3.33 позволяют сделать следующие выводы:

1. При выгонке рассады наименьший расход электроэнергии обеспечивают облучатели "IDMAN" (в 5 раз по сравнению с ОТ-400), а среди отечественных – УОРТ8-750 (примерно в 2,5 раза). Если тепличное хозяйство занимается только выращиванием рассады, то экономически целесообразным является использование приборов типа 681 20, поскольку их цена в 1,3 раза меньше типа 681 60, а различие в электроэнергии, потребляемой установкой, минимально. Так, замена облучателя ОТ-400 на тип 681 20 позволит окупить дополнительные капиталовложения только за счет сокращения расходов на электроэнергию примерно за 5 полных световых циклов. Если тепличное хозяйство не в состоянии сделать больших капиталовложений, то следует заменить облучатель ОТ-400 на ЖСП 26 с лампой NAV T400 Planta, при этом срок окупаемости составит менее двух световых циклов. При использовании в теплице облучателей ЖСП 26 и замене в них ламп ДНаТ-400 на NAV T400 Planta срок окупаемости за счет сокращения числа облучателей (примерно на 15% или 20 СП на 1000 м²) и расходов на электроэнергию составит примерно 7 световых циклов. Однако при двух заменах, указанных последними, расход электроэнергии более чем на 40% превышает этот показатель для варианта 681- 20 IDMAN; реальные сроки окупаемости будут заметно меньше указанных, поскольку при расчетах МЭИ не учитывались замена ламп в установке, а так же качество и продуктивность светокультуры.
2. При досвечивании взрослой культуры облучатели типа 681 60 сокращают удельный расход электроэнергии более чем в 2,5 раза, а УОРТ8-750 на 25% по сравнению с облучателями ГСП26-1000. Замена последних в теплицах на облучатели IDMAN за счет уменьшения расходов на электроэнергию, замену ламп в установке и повышенной урожайности огурцов обеспечит срок окупаемости примерно за 4 полных световых цикла. Если заменить облучатель ГСП26-1000 на ЖСП 26 с лампой NAV T400 Planta (цены этих СП практически совпадают), то срок окупаемости составит 6 циклов. При замене в облучателях ЖСП26-400 на лампы NAV T400 Planta и сокращении числа СП на 15% срок окупаемости составит менее 4 циклов. В двух последних случаях удельный расход электроэнергии все же оказывается примерно в 1,6 раза выше, чем для варианта 681- 60 IDMAN.

В табл. 3.34 и 3.35 приведена номенклатура выпускаемых в настоящее время тепличных облучателей, энергетические показатели которых указаны в справочной литературе.

© Красноярский государственный аграрный университет