Берека Олег Миколайович

УДК 628.932.3: 621.326.7:631.227

ОБҐРУНТУВАННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧОГО СВІТЛОВОГО РЕЖИМУ ТА ЗАСОБІВ КЕРУВАННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНИМИ УСТАНОВКАМИ В ПТАШНИКУ

05.09.16 - застосування електротехнологій

в сільськогосподарському виробництві

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

НАУКОВИЙ КЕРІВНИК: – кандидат технічних наук, доцент

Жулай Євгеній Лаврентійович,

Національний аграрний університет,

завідувач кафедри застосування

електрифікованих технологій в АПК

ОФІЦІЙНИ ОПОНЕНТИ: – доктор технічних наук, доцент

Щур Ігор Зенонович,

Львівська державна академія ветеринарної

медицини ім. С.Г. Гжицького, професор кафедри менеджменту та інформатики

кандидат технічних наук, доцент

Лисиченко Микола Леонідович,

Харківський державний технічний

університет сільського господарства,

доцент кафедри застосування

електроенергії в сільському господарстві

ПРОВІДНА ОРГАНІЗАЦІЯ: – Національний науковий центр “Інститут

механізації та електрифікації сільського

господарства” УААН, відділ

електрифікації сільського господарства,

смт. Глеваха Васильківського району,

Київської області

Захист відбудеться “ 9 ” жовтня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.07 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, Київ – 41, вул. Героїв оборони, 15, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, Київ – 41, вул. Героїв оборони, 11, читальний зал.

Автореферат розісланий “ 6 ” вересня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Лут М.Т.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В сучасних умовах державного значення набуває питання енергозбереження при освітленні виробничих приміщень.

Інтенсивна система виробництва в галузі птахівництва базується на вирощуванні та утриманні птиці у безвіконних пташниках. Відомо, що річні витрати електроенергії на освітлення становлять 25 – 30 % від всіх витрат електроенергії на технологічні процеси у пташниках.

В цих умовах розробка і впровадження в птахівництві енергозберігаючого світлового режиму є важливим резервом зменшення енергоємності та собівартості продукції.

Механізм дії оптичного випромінювання на організм птиці складний, неоднозначний і до кінця не вияснений.

В даний час як на Україні, так і за кордоном проведено багато досліджень, направлених на визначення оптимальних значень параметрів світлового режиму. В результаті запропоновано десятки різних світлових режимів, які часом суттєво відрізняються один від одного. Різноманітність світлових режимів пояснюється відсутністю єдиної думки щодо їх параметрів, а також до характеру зміни їх у залежності від віку птиці.

Крім того, реалізація світлових режимів можлива тільки при наявності засобів автоматизації керування освітлювальними установками. Розроблені засоби автоматичного керування з різних причин не знаходять широкого використання в птахівництві.

Тому обґрунтування та розробка режимів роботи системи освітлення пташників, які забезпечують максимальний біологічний ефект, що виражається у збільшенні продуктивності птиці при мінімальних витратах електроенергії, матеріальних і трудових ресурсів, а також розробка технічних засобів для їх реалізації є актуальним завданням.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження по темі дисертації виконувались в Національному аграрному університеті у відповідності до Державної науково – технічної програми ДТНП 12 “Енерго – та ресурсозберігаючі технології у сільськогосподарському виробництві”.

Мета і завдання досліджень. Метою досліджень є теоретичне обґрунтування енергозберігаючого режиму оптичного опромінення птиці та розробка засобів автоматичного керування освітлювальними установками у виробничих приміщеннях пташників, що забезпечить підвищення ефективності виробництва м’яса курей. Для досягнення мети були поставлені такі завдання:

1. Теоретично дослідити світлові режими і виявити закономірності впливу параметрів світлових режимів на приріст живої маси курей у різному віці вирощування.

2. Визначити оптимальні значення параметрів світлового режиму, які забезпечують максимальний приріст живої маси птиці при мінімальних затратах електроенергії, що витрачається на освітлення, протягом вирощування птиці.

3. Обґрунтувати та визначити енергозберігаючий світловий режим у пташнику при вирощуванні курей на м’ясо від добового до забійного віку.

4. Дослідити і проаналізувати спектри сучасних джерел оптичного випромінювання, з метою визначення джерела оптичного випромінювання, яке за складом спектру найбільше відповідає біологічним потребам птиці.

5. З метою раціонального використання електроенергії на освітлення, удосконалити метод розрахунку освітленості на робочій поверхні у виробничому приміщенні пташника.

6. Розробити й дослідити енергозберігаючий пристрій автоматичного керування освітлювальними установками у виробничих приміщеннях пташників.

7. Здійснити перевірку одержаних результатів у виробничих умовах і визначити техніко-економічну ефективність одержаних результатів.

Об’єкт досліджень – взаємозв’язки в системі “біологічний об’єкт – оптичне випромінювання – технічні засоби”.

Предмет дослідження – вплив світлових режимів на м’ясну продуктивність птиці, технічні засоби керування освітлювальними установками.

Основні методи досліджень – При розв’язанні задач, поставлених у роботі, знайшли застосування методи математичного моделювання з використанням програмного забезпечення Mathcad 2000 professional, регресійного аналізу, числові методи інтегрування аналітично заданих функцій при світлотехнічних розрахунках, спектральний аналіз, який дозволив отримати реакцію умовно – нелінійного двополюсника, приєднаного до тиристорного регулятора напруги.

В дослідженнях використовувались сучасні методи вимірювання та обробки результатів досліджень за допомогою ПЕОМ. Використання цих методів забезпечило достатню достовірність і відповідність теоретичним передумовам.

Наукова новизна дисертаційної роботи характеризується такими положеннями: Запропонована методика дослідження залежності приросту живої маси курей у кожному віковому періоді від співвідношення параметрів світлового режиму протягом вирощування курей. Виявлені закономірності співвідношення значень тривалості світлового дня та рівня освітленості у виробничому приміщенні пташника, при яких забезпечуються умови для максимального приросту птиці на розглянутих вікових періодах і отримані математичні моделі цих процесів. Визначені оптимальні значення тривалості світлового дня та освітленості для кожного вікового періоду птиці в результаті оптимізації значень параметрів світлового режиму за рівнем затрат електроенергії. Теоретично обґрунтований і експериментально підтверджений оптимальний енергозберігаючій світловий режим при вирощуванні курей на м’ясо. Розроблений комбінований метод розрахунку освітленості на робочій поверхні у виробничому приміщенні, який дозволяє при розрахунку складових освітленості, утворених вторинними світловими потоками, враховувати особливості розподілу яскравості на стінах і стелі та коефіцієнту відбиття як функції координат. Одержані математичні моделі розподілу освітленості у виробничому приміщенні пташника. Одержані математичні моделі залежності зміни інтенсивності оптичного випромінювання ламп розжарювання в межах довжин хвиль 0,4…0,78 мкм та 0,4…1,5 мкм при зміні напруги живлення від 60 В до 240 В на основі експериментальних досліджень відносного розподілу спектральної інтенсивності випромінювання ламп розжарювання при зміні напруги живлення.

Новизна та винахідницький рівень технічних рішень підтверджено патентом України № 17150 А.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано енергозберігаючий світловий режим, з оптимальними значеннями його параметрів, при вирощуванні курей на м’ясо. Розроблено програму для ПЕОМ, яка дозволяє виконувати розрахунки освітленості за комбінованим методом і отримати картину ізолюкс на робочій поверхні виробничого приміщення пташника. Розроблені принципові електричні схеми тиристорного регулятора та обмежувача напруги з одноканальним керуванням для управління режимами роботи освітлювальних установок. В результаті проведених досліджень розроблені та виготовлені дослідні зразки пристрою автоматичного керування освітлювальними установками у виробничих приміщеннях пташників і проведені їх виробничі випробування на Кучаковському ДППЗ та птахорадгоспі “Бершадський”.

Результати випробувань підтвердили ефективність запропонованого світлового режиму та пристрою автоматичного керування освітлювальними установками.

Особистий внесок здобувача. Теоретично досліджені та виявлені закономірності впливу параметрів світлових режимів на приріст живої маси курей протягом їх вирощування. Розроблено енергозберігаючий режим роботи освітлювальних установок в пташнику. Розроблено удосконалений розрахунок освітленості комбінованим методом, і одержані математичні моделі розподілу освітленості у виробничому приміщенні пташника. Розроблена принципова схема пристрою автоматичного керування світловими процесами у пташнику з тиристорним регулятором напруги. Загальна частка участі в опублікованих у співавторстві роботах складає 40 – 70 %, в патенті на винахід 40 %.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались і обговорювались на наукових конференціях професорсько _ викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (м.Київ, 1989 _ 1999 р.), Всесоюзній науково _ технічній конференції “Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе” (м. Москва, 1989 р.), науково _ технічній конференції “ Енергозберігаючі технології та технічні засоби для виробництва сільськогосподарської продукції” (м. Глеваха, 1993 р.), міжнародній науково _ практичній конференції “Моделирование процессов и технологического оборудования в сельском хозяйстве” (м. Мелітополь, 1994 р.), міжнародній науково _ технічній конференції “Питання електрифікації сільського господарства” (м. Харків, 1998р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи відображено в 3 друкованих працях у тому числі й Патенті України № 17150 А.

Структура і об’єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів і загальних висновків, списку літератури і додатків. Робота викладена на 131 сторінках машинописного тексту, включає 12 таблиць, 57 рисунків, список використаних джерел з 160 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Обґрунтована актуальність теми дисертації. Сформульовані мета, наукова новизна та практична цінність досліджень, а також викладені основні питання, що виносяться на захист.

1. Огляд літератури і вибір напрямку досліджень. Вивченню питань впливу оптичного випромінювання на фізіологічний стан і продуктивність птиці присвячені дослідження багатьох вчених, серед яких Н.В. Пігарева, В.А. Асріяна, В.Ф. Ларіонова, А.Н. Булдакової, В.А. Іваненко, В.Я. Пудова, С.К. Карапетяна, С. Фокса, Т. Мориса, Д. Кінга, А. Біссонета.

Цими та іншими дослідниками доведено, що оптичне випромінювання в організмі птиці викликає глибокі фізіологічні зміни. В цьому складному процесі задіяні всі внутрішні органи і в першу чергу ендокринні й генеративні. Сприймана сітчаткою світлова енергія, трансформується в нервові імпульси, які збуджуючи відповідні нервові центри, збільшують тонус організму, а саме обмін речовин, стимулюючи таким чином як загально - фізіологічну, так і репродуктивну функцію птиці. Під впливом світла, у крові збільшується кількість еритроцитів, гемоглобіну, кальцію й фосфору, зростає азотистий обмін, баланс азоту стає позитивним. Світло підсилює бактерицидні властивості крові і підвищує загальні імунобіологічні властивості організму, активізує ферментні процеси, а саме дію окислювальних ферментів оксизону. Оптичне випромінювання, як фактор зовнішнього середовища, має великий вплив на ріст, розвиток і життєздатність птиці.

Можна виділити такі складові світлового режиму:

–

–

–

В даний час, як в Україні, так і за кордоном проведено багато досліджень, спрямованих на визначення оптимальних значень параметрів світлового режиму [6,17,50,52,63]. Наслідком цих досліджень є десятки запропонованих світлових режимів, які іноді суттєво відрізняються один від одного. Відсутність єдиної думки щодо їх параметрів, а також до характеру зміни освітленості й тривалості світлового періоду за добу в залежності від віку птиці, обумовило необхідність проведення досліджень і визначення оптимальних значень параметрів світлових режимів в пташниках при вирощуванні птиці на м’ясо.

Природно, що підтримувати світлові режими з урахуванням усіх параметрів неможливо без засобів автоматизації процесу керування освітлювальними установками.

Відомі засоби керування освітлювальними установками такі, як УПУС – 1, УПУС – 2, ПРУС – 1, ПРУС – 2, ТИРОС – 1, РОП – 15.

З розвитком ЕОМ і мікропроцесорної техніки з’явились автоматизовані системи керування штучним світловим днем (АСК ШСД). До такого ж типу відносяться автоматизовані системи керування світловими режимами в пташниках “Каштан-С” і ЦСП-1, які розраховані на керування світловими режимами в 50 пташниках.

З аналізу існуючих засобів автоматизації процесу керування світловими режимами видно, що вони мають відповідні суттєві недоліки, і не дивлячись на їх значну кількість, вони не знаходять широкого застосування в птахівничих господарствах. Тому виникає необхідність у створенні надійного, простого в обслуговуванні пристрою, здатного підтримувати необхідні світлові режими.

При існуючому рівні розвитку науки й техніки штучний світловий режим у пташниках забезпечується за допомогою ламп розжарювання або люмінесцентних ламп. В даний час питання про те, який тип ламп найдоцільніше використовувати в пташниках остаточно не вирішено, тому визначення джерела оптичного випромінювання, яке б найбільше відповідало біологічним потребам птиці є актуальним питанням.

2. Дослідження впливу оптичного випромінювання на продуктивність птиці при її вирощуванні. На основі аналізу спектру сучасних джерел оптичного випромінювання встановлено, що спектральний склад випромінювання лампи розжарювання найбільше відповідає біологічним потребам птиці. Значною мірою це обумовлено тим, що суттєва частина спектру лампи розжарювання відноситься до червоної та інфрачервоної області, а люмінесцентні лампи практично не мають у випромінюванні червоної і інфрачервоної частини спектра, але саме ці частини спектра мають значний позитивний вплив на птицю. В той же час люмінесцентні лампи мають у своєму випромінюванні сині і блакитні частини спектру, які мають негативний вплив на птицю.

Для аналізу світлових режимів взято два основних параметри – освітленість Е та тривалість світлового періоду за добу Т. Розглядались світлові режими, в яких освітленість у виробничих приміщеннях, забезпечувалась світильниками з лампами розжарювання.

Розглянуті такі періоди розвитку курей: до – 20; 20 – 30; 30 – 40; 40 – 50; 50 – 60; 60 – 90 днів. В період з першого по 50 день у курчат інтенсивність росту досягає максимуму. В цьому віці проходить також формування ювенального оперення. Після 50 днів знижується інтенсивність росту і цей період співпадає з періодом ювенальної ліньки. Період 60 – 90 днів - це час статевого розвитку, що характеризується падінням інтенсивності росту курей.

Для кожного вікового періоду з кожного окремого дослідження беруться ті значення освітленості та тривалості світлового періоду за добу, при яких отримані найбільші прирости живої маси птиці. Представимо сукупність цих даних функцією Т(Е), при цьому програмне забезпечення Curve Expert виконує задачу регресії, яка полягає в отриманні параметрів функції такими, щоб функція наближала вихідні точки з найменшою середньоквадратичною похибкою.

Для всіх розглянутих вікових періодів птиці аналітичні вирази залежності тривалості світлового дня від освітленості, при яких отримані максимальні прирости живої маси птиці наведені у табл. 1.

Таблиця 1 – Аналітичні вирази залежності Т(Е), при яких отримані максимальні прирости живої маси птиці

Вік

птиці, дні |

Аналітичний вираз |

Критерій

Фішера | Критичне значення

критерію

Фішера

20 | 1,83 | 2,06

30 | 1,94 | 2,06

40 | 1,55 | 2,09

50 | 2,83 | 3,11

60 | 2,54 | 3

90 | 2,12 | 2,21

Встановлено, що птиця може мати максимальний приріст маси в кожному віковому періоді при певних співвідношеннях Т (тривалості світлового дня) і Е (освітленості), які можна описати математичними залежностями табл. 1. В кожному віковому періоді співвідношення Т і Е мають свій характер. Дотримуючись, протягом періоду вирощування птиці встановлених співвідношень Т і Е забезпечуються, тим самим, сприятливі умови для отримання максимальної маси птиці в забійному віці.

В даний час актуальне значення мають енергозберігаючі технології та режими, тому в кожному віковому періоді необхідно визначити такі значення Т і Е, при яких затрати електроенергії будуть мінімальними, і в той же час ці значення повинні відноситись до залежності, при якій отримують максимальні доважки птиці.

Тому отримані аналітичні вирази питомих витрат електроенергії на забезпечення світлового режиму у виробничому приміщенні пташника для різних вікових періодів птиці і в результаті проведеної оптимізації значень параметрів світлового режиму за рівнем затрат електроенергії визначені по кожному віковому періоду птиці оптимальні значення тривалості світлового дня за добу та освітленості. Ці дані наведені в табл. 2.

Таблиця 2 – Аналітичні вирази питомих витрат електроенергії та оптимальні значення Т і Е за віковими періодами птиці

Вік

птиці, дні | Аналітичний вираз | Еср, лк | Т, год.

20 | 14,5 | 22,5

30 | 7,5 | 21

40 | 8,5 | 19

50 | 7 | 14,5

60 | 9,5 | 17

90 | 5 | 10,5

Об’єднавши оптимальні значення освітленості та тривалості світлового періоду за віком птиці, отримаємо енергозберігаючий світловий режим для вирощування птиці на м’ясо, який наведено на рис. 1. та рис. 2.

Рис. 1. Залежність освітленості у виробничому приміщенні пташника від віку птиці

Рис. 2. Залежність тривалості світлового періоду за добу від віку птиці

В технологічному процесі освітлення у пташниках займає друге місце за енерговитратами після вентиляції. Одним із шляхів зниження витрат електроенергії на освітлення виробничих приміщень є вдосконалення методів розрахунку освітлення.

Як правило, розрахунок освітленості на робочій поверхні виконують методом коефіцієнта використання світлового потоку (КВСП), точковим методом (ТМ), методом питомої потужності (ПП), але ці методи мають ряд недоліків. Метод коефіцієнта використання світлового потоку дає приблизне значення освітленості на робочій поверхні, крім того, не враховується нерівномірність відбиття світлового потоку, точковий метод не враховує відбиття світлового потоку від стін і стелі, ще меншу точність мають методи питомої потужності і за нормативними даними.

Тому нами розроблено комбінований метод розрахунку освітленості у виробничому приміщенні.

Освітленість у точці на розрахунковій поверхні з урахуванням прямого і відбитих складових світлового потоку розраховується за формулою:

+

+

, (1)

де F – світловий потік лампи, лм;

– сила світла світильника в напрямку освітлювальної точки, кд;

– кут між віссю світильника і лінією, яка з’єднує світловий

центр світильника з освітлювальною точкою;

Xn, Yn Zn – координати світильників у просторі;

х, у – поточні координати точки;

Н – відстань від стелі до підлоги, м;

L – відстань між світильниками, м;

Eс(х, у), Rс(х, у) – освітленість та коефіцієнт відбиття стіни;

В – ширина приміщення, м;

Eсm(х, у), Rcm(х, у) – освітленість та коефіцієнт відбиття стелі.

Фрагмент загальної картини ізолюкс на розрахунковій поверхні пташника при Zn = 3 м, В = 12 м і F = 1350 лм показано на рис. 3.

Рис. 3. Фрагмент картини ізолюкс на розрахунковій поверхні

Запропонований метод дозволяє отримати картину ізолюкс з урахуванням основних складових світлового потоку а також урахувати особливості розподілу яскравості на стінах і стелі та коефіцієнту відбиття як функції координат та в порівнянні з методом коефіцієнта використання світлового потоку та точковим методом, при проектуванні освітлення, зменшує планові витрати електроенергії на 17 і 24 відсотки.

3. Розробка і дослідження режимів роботи пристрою автоматичного керування освітлювальними установками у виробничих приміщеннях пташників. Виходячи з вимог, що пред’являються до засобів керування світловими режимами, розроблено пристрій автоматичного керування освітлювальними установками в пташниках, в основі якого використані схемні рішення тиристорного регулятора. Функціональна схема пристрою наведена на рис.4.

Рис. 4. Функціональна схема пристрою керування освітлювальними установками: БСТ _ блок силових тиристорів; ДЗН _ джерело змінного струму; ДВ _ діодний випрямляч; БОН _ блок обмеження напруги; ФЗБ _ фазозсуваючий блок; БКТ _ блок керування тиристорами; Б “С” “С” _ блок який забезпечує “світанок” і “сутінки”, ЕП _ електронний програматор

Пристрій забезпечує режим роботи на навантаженні однонапівперіодної напруги та номінальної напруги живлення при ручному або автоматичному керуванні де в якості реле часу використовується електронний програматор. В пристрої передбачено повільне зростання та зменшення напруги при вмиканні та вимиканні ламп, за рахунок чого відбувається імітація світанку та сутінок. Крім того в пристрої виконується функція обмеження напруги на навантаженні при збільшенні напруги мережі відносно номінального або заданого значення. Пристрій забезпечує регулювання світлового потоку ламп розжарювання зміною напруги живлення.

У видимій області спектра, при невеликих змінах напруги, в межах ?U ? 0,1 Uн, зміну світлового потоку можна визначити за відомими рівняннями, або скористатися залежностями, наведеними в ГОСТ 2239–79. Але, щоб забезпечити регулювання освітленості у виробничих приміщеннях пташників, необхідно визначити залежність зміни світлового потоку відносно номінального при зміні напруги живлення в межах від 60 В до Uн.

Як відмічалось раніше, суттєвий вплив на організм птиці має червоний і інфрачервоний спектр випромінювання. При зменшенні напруги живлення ламп розжарювання температура тіла розжарювання зменшується. Згідно закону зміщення Віна відомо, що максимум спектральної інтенсивності випромінювання зворотно пропорційний температурі тіла і зміщується в сторону більш довгих хвиль при зменшенні температури тіла.

Тому важливим є питання визначення залежності світлового потоку джерел оптичного випромінювання від напруги живлення не тільки в межах видимої частини спектру, але і в інфрачервоній області до 1.5 мкм.

Це обумовило необхідність проведення експериментальних досліджень відносного розподілу спектральної інтенсивності випромінювання ламп розжарювання при зміні напруги живлення від 60 В до Uн.

Рис.5. Оптична схема дослідної установки: а _ вид збоку; в _ вид зверху; 1 – дослідну джерело випромінювання; 2 – дзеркальний конденсатор;3 – плоске дзеркало; 4 – вхідна щілина; 5 – захисна пластинка; 6 – дзеркальний об’єктив; 7 – призма; 8 – вихідна щілина; 9 – кварцова лінза; 10 – фільтр; 11 – світлочутлива поверхня фотоелемента

Спектри випромінювання ламп розжарювання досліджувались за допомогою автоколлімацидного кварцового монохроматора, який входить до складу оптичної схеми спектрофотометра СФ _ 4 (рис. 5). Зміна довжини хвилі монохроматичного випромінювання в дослідній установки відбувається поворотом призми 7.

На основі цих досліджень одержано математичні залежності світлового потоку біспіральних аргонових ламп в області довжин хвиль 0,4…0,78 мкм та 0,4…1,5 мкм при зміні напруги живлення в указаних межах. Ці залежності представлені формулами відповідно (2) і (3):

, (2)

де F– поточне і Fн– номінальне значення світлового потоку при напрузі на лампі U поточному і Uн номінальному;

a, b, c – коефіцієнти, (а = 1,118, в = 0,118, с = 2,86).

, (3)

де а, в, с – коефіцієнти, (а = 3,178, в = 0,314, с = 3,123).

Рис. 6. Залежність інтенсивності світлового потоку від напруги (1) в області довжин хвиль 0,4…0,78 мкм і (2) в області довжин хвиль 0,4…1,5: ??? - значення отримані за експериментальними даними; ____ - значення отримані за математичним виразом

Значення світлового потоку ламп розжарювання у відносних одиницях в області довжин хвиль 0,4…0,78 мкм та 0,4…1,5 мкм при зміні напруги живлення в межах 60…240 В отримані на основі експериментальних даних та визначені за математичними виразами приведені на рис.6.

Головним недоліком застосування тиристорних регуляторів при фазному регулюванні напруги на навантаженні є те, що форма струму відрізняється від синусоїдальної, і розкладення цієї кривої в ряд Фур’є дає широкий спектр гармонічних складових. При тиристорному способі регулювання напруги відбувається споживання пристроєм реактивної енергії індуктивного характеру що відповідно, як вказувалось вище, призводить до зменшення коефіцієнта потужності зі зміною глибини регулювання.

Проведені дослідження показали, що при забезпеченні запропонованого світлового режиму коефіцієнт потужності змінюється в межах від 1 до 0,9. Коефіцієнт пульсації, при живленні ламп розжарювання однопівперіодною напругою, не перевищує 30 %. Крім того за результатами розрахунків встановлено, що для заданого світлового режиму строк служби ламп розжарювання знаходиться в межах більше ніж 12000 год. при номінальному терміну служби 1000 год.

4. Виробнича перевірка і техніко – економічна оцінка пристрою для автоматичного керування світловими режимами у виробничих приміщеннях пташників.

Виробнича перевірка запропонованих світлових режимів та пристрою автоматичного керування цими режимами у виробничих приміщеннях пташників проводилась в умовах центрального підприємства по виробництву племінного яйця чистих ліній м’ясних курей – Кучаковського ДППЗ та в умовах птахорадгоспу “Бершадський“.

Для забезпечення ефективного регулювання освітленості у виробничому приміщенні пташника на основі теоретичних досліджень виявлені закономірності, які обумовили створення номограми для визначення середньої освітленості у виробничому приміщенні пташника при зміні напруги живлення ламп розжарювання від 60 В до Uн. При наявності значення середньої освітленості у приміщенні, при номінальній напрузі живлення ламп розжарювання приведена номограма дає можливість визначити необхідну напругу живлення ламп розжарювання для забезпечення потрібної освітленості у виробничому приміщенні пташника.

За період виробничої перевірки в дослідному пташнику не відмічено випадків, коли птиця розкльовує один одного, у контрольних пташниках цей процес мав місце. Це на нашу думку пояснюється тим, що в дослідному пташнику рівень освітленості був меншим ніж у контрольних і, крім того, при живленні ламп розжарювання півперіодом напруги, максимум спектральної інтенсивності зміщується в сторону більш довгих хвиль і, як наслідок, у спектрі випромінювання значною мірою привалюють хвилі червоної та інфрачервоної частини спектру. Однією з реакцій птиці на такий світловий режим є відсутність розкльову.

Впровадження запропонованого світлового режиму та пристрою автоматичного керування дозволило зменшити падіж птиці на 12 %, витрати комбікормів зменшити на 9 %, приріст живої маси в середньому збільшити на 3,2 %, витрати електроенергії зменшити на 44 %, строк служби ламп розжарювання збільшити у 12 разів.

Застосування розробленого світлового режиму та пристрою керування освітлювальними установками дає додатковий економічний ефект більше 2 тис. гривень в рік на 1 пташник, а строк окупності становить менше двох років.

ВИСНОВКИ

Проведені теоретичні і експериментальні дослідження дозволяють зробити такі основні висновки:

1. На основі аналізу різних технологій вирощування курей встановлено, що світлові режими здійснюють регулюючу біологічну дію на організм курей та суттєво впливають на продуктивність птиці. Відомі світлові режими, що застосовуються при вирощуванні курей на м’ясо, в достатній мірі не враховують залежність приросту живої маси курей в кожному віковому періоді протягом вирощування від зміни значень параметрів світлового режиму, тобто ці питання досліджені не достатньо.

2. Сучасні освітлювальні установки з засобами керування, які використовуються в птахівничому виробництві поряд з перевагами мають ряд суттєвих недоліків, які перешкоджають їхньому широкому впровадженню: вони не забезпечують вимог енергозберігаючих технологій, в першу чергу підвищення ККД, зниження рівня споживання електричної енергії, мають низьку надійність, складність налагодження, велику собівартість.

3. Встановлено, на основі аналізу спектру сучасних джерел оптичного випромінювання та біологічної дії на організм курей випромінювання з різною довжиною хвилі, що позитивний вплив на організм птиці має випромінювання червоної та інфрачервоної частини спектру до 1,5 мкм. і, що спектр ламп розжарювання найбільше відповідає біологічним потребам птиці. А зважуючи на їх невисоку вартість та відносно прості способи регулювання світлового потоку, лампи розжарювання можна вважати, як найбільш доцільні джерела оптичного випромінювання для застосування у виробничих приміщеннях пташників.

4. Запропонована методика визначення впливу параметрів світлового режиму на приріст маси курей в залежності від їх віку, що дозволило виявити закономірності співвідношення значень тривалості світлового дня та освітленості у виробничому приміщенні пташника, при яких забезпечуються умови для максимального приросту птиці на розглянутих вікових періодах, і побудувати математичні моделі цих процесів.

5. Обґрунтовано енергозберігаючий світловий режим при вирощуванні курей на м’ясо на основі отриманих математичних моделей та оптимізації параметрів світлового режиму на всіх вікових періодах птиці по рівню затрат електроенергії. Одержаний режим передбачає, що з 20–денного і до забійного віку освітленість і тривалість світлового дня повинні регулюватись за визначеною програмою в межах відповідно від 14,5 лк до 5 лк і від 22,5 год. до 10,5 год.

6. Розроблений комбінований метод розрахунку освітленості на робочій поверхні у виробничих приміщеннях, який дозволяє при розрахунку складових освітленості, утвореної вторинними світловими потоками, враховувати особливості розподілу яскравості на стінах і стелі та коефіцієнту відбиття як функції координат. Використання запропонованого методу підвищує точність розрахунків і в порівнянні з методами коефіцієнта використання світлового потоку та точковим методом дозволяє зменшити планові витрати електроенергії на етапі проектування відповідно на 17 і 24 %.

7. Одержані математичні моделі залежності зміни світлового потоку ламп розжарювання в межах довжини хвиль 0,4…0,78 мкм та 0,4…1,5 мкм, при зміні напруги живлення від 60 В до 240 В на основі експериментальних досліджень відносного розподілу спектральної інтенсивності випромінювання ламп розжарювання при зміні напруги живлення, що дає змогу підвищити ефективність регулювання освітленості в пташнику.

8. Виявлені закономірності, які дали можливість створити номограму для визначення середньої освітленості у виробничому приміщенні пташника при зміні напруги живлення ламп розжарювання від 60 В до Uн. При наявності значення середньої освітленості у приміщенні, при номінальній напрузі живлення ламп розжарювання, приведена номограма дає можливість визначити необхідну напругу живлення ламп розжарювання для забезпечення потрібної освітленості у виробничому приміщенні пташника.

9. Розроблений пристрій автоматичного керування світловими режимами у виробничих приміщеннях пташників, в якому поєднано функції тиристорного регулятора та обмежувача напруги живлення ламп і який забезпечує ефективну роботу освітлювальних установок в енергозберігаючих режимах. Запропонований пристрій дозволяє керувати електричним освітленням у відповідності з будь – якою заданою програмою, яка відповідає зоотехнічним вимогам.

10. Виробничі випробування розробленого пристрою автоматичного керування освітлювальними установками в пташниках та енергозберігаючого світлового режиму при вирощуванні курей на м’ясо, які були проведені на “Кучаковськом ДППЗ” та Бершадському птахорадгоспі, показали, що строк окупності становить менше двох років. Застосування розробленого світлового режиму та пристрою керування освітлювальними установками дає додатковий ефект більше 2 тис. гривень в рік на 1 пташник. Падіж птиці зменшився на 12%, витрати комбікормів зменшились на 9 %, приріст живої маси в середньому збільшився на 3,2 %, витрати електроенергії зменшились на 44,1%, строк служби ламп розжарювання збільшився у 12 разів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Жулай Є.Л., Берека О.М Регулювання світлових режимів у пташниках // Питання електрифікації сільського господарства: Ювілейний науковий збірник. – Харків: ХДТУСГ. – 1998. – С. 140.

(Виготовлено дослідний зразок пристрою керування освітлювальними установками в пташнику та проведено виробничі випробування)

2. Кистень Г.Е., Шевель С.С., Берека О.Н. Энергосберегающие режимы освещения в птицеводстве // Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельскохозяйственном производстве: Сборник научных трудов. – К: Издательство УСХА. – 1993. – С. 8 – 12.

(Розроблена принципова схема керування світловими режимами в пташнику)

3. Патент на винахід № 17150 А, G 05 F 1/44. Безтрансформаторний обмежувач напруги змінного струму / Герасименко Г.С., Кучін В.Д., Жулай Є.Л., Берека О.М. ( Україна ). – № 96072641; Заяв. 03.07.96; Опубл. 18.03.97.

(Участь у розробки принципової схеми та перевірки дослідного зразка)

4. Кистень Г.Е., Шевель С.С., Берека О.Н. Энергозберигающие режимы освещения птичников // Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе: Материалы научно – практической конференции. – Часть 2. – М. – 1989. – С. 42 – 43

5. Кістень Г.Є., Берека О.М., Герасимчук Ю.В., Горго О.Д. // Енергозберігаючі технології та технічні засоби для виробництва сільськогосподарської продукції: Тези доповідей науково – технічної конференції. – Глеваха. – 1993. – С. 148 – 150.

6. Берека О.Н., Назаренко И.П. Регулирование светового режима в птичнике // Моделирование процессов и технологического оборудования в сельском хозяйстве: Тезисы докладов международной научно – практической конференции. – Том 3. – Мелитополь. – 1994. – С. 34 – 35.

7. Жулай Є.Л., Берека О.М. Автоматизація керування світловими режимами в пташниках // Проблеми агропромислового комплексу: пошук, досягнення: Матеріали доповідей наукової конференції професорсько – викладацького складу та аспірантів. – К. – 1994. – С. 86.

Берека .О.М. Обґрунтування енергозберігаючого світлового режиму та пристрою автоматичного керування освітлювальними установками в пташнику. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.16 – застосування електротехнологій у сільськогосподарському виробництві. – Національний аграрний університет, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено питанням обґрунтування енергозберігаючого світлового режиму при вирощуванні курей на м’ясо та розробки пристрою автоматичного керування освітлювальними установками. Визначені оптимальні значення параметрів світлового режиму для різних вікових періодів птиці протягом вирощування. Розроблений комбінований метод розрахунку освітленості у виробничому приміщенні, який дозволяє при розрахунку складових освітленості, утворених вторинними світловими потоками, урахувати особливості розподілу яскравості на стінах і стелі та коефіцієнту відбиття як функції координат. Одержані математичні моделі залежності зміни інтенсивності оптичного випромінювання лампи розжарювання при зміні напруги живлення. . Запропоновано програмований пристрій автоматичного керування освітлювальними установками в пташниках. Ефективність енергозберігаючого світлового режиму та технічного засобу його реалізації обґрунтована теоретично і підтверджена практично. Основні результати праці призначені для застосування в птахівництві при вирощуванні курей на м’ясо.

Ключові слова: енергозберігаючий світловий режим, пристрій автоматичного керування, комбінований метод, математичні моделі.

Берека .О.Н. Обоснование энергосберегающего светового режима и устройства автоматического управления осветительными установками в птичнике. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук за специальностью 05.09.16 – применение электротехнологий в сельскохозяйственном производстве. – Национальный аграрный университет, Киев, 2001.

Диссертация посвящена вопросом обоснования энергосберегающего светового режима при выращивании кур на мясо и разработки устройства автоматического управления осветительными установками. Обосновано энергосберегающий световой режим при выращивании кур на мясо, на основании полученных математических моделей и оптимизации параметров светового режима на всех возрастных периодах птицы по уровню затрат электроэнергии. Полученный режим предусматривает, что с 20 – дневного и до забойного возраста освещенность и продолжительность светового дня должны регулироваться по определенной программе в пределах соответственно от 14,5 лк до 5 лк и от 22,5 часов до 10,5 часов. Разработан комбинированный метод расчета освещенности в производственном помещении, который позволяет при расчете составляющих освещенности, образованных вторичными световыми потоками, учесть особенности распределения яркости на стенах и потолке, а также коэффициента отражения как функции координат, что значительно повышает точность расчетов. Получены математические модели зависимости изменения светового потока ламп накаливания в пределах длин волн 0,4…0,78 мкм и 0,4…1,5 мкм, при изменении напряжения питания от 60 В до 240 В на основании экспериментальных исследований относительного распределения спектральной интенсивности излучения ламп накаливания при изменении напряжения питания, что дает возможность увеличить эффективность регулирования освещенности в птичнике. Создана номограмма для определения средней освещенности в производственном помещении птичника при изменении напряжения питания ламп накаливания от 60 В до Uн. При наличии значения средней освещенности в помещении, при номинальном напряжении питания ламп накаливания, эта номограмма дает возможность определять необходимое напряжение питания ламп накаливания для создания необходимой освещенности в производственном помещении птичника. Предложено программированное устройство автоматического управления осветительными установками в птичниках. Эффективность энергосберегающего светового режима и технического средства его реализации обоснованы теоретически и подтверждены практически. Основные результаты работы предназначены для применения в птицеводстве при выращивании кур на мясо.

Ключевые слова: энергосберегающий световой режим, устройство автоматического управления, комбинированный метод, математические модели.

Bereka O.M. Substantiation of energy-saving light regume and equipment for automatic control of illuminating plants in the poultry-yard.-Manuscript.

Thesis for a condidate degree of technical sciences by speciality 05.09.16-applying the electrotechnologies in agricultural production.-National Agrarian University.Kyiv,2001.

The thesis is devoted to the problem of both substantiating the energy-saving light regime to raise hens for meat and development of the equipment for automatic control of illuminating plants.There have been defined the optimum values of light regime parameters for different ages of poultry during their raising.

The combined method for calculating illumination in housing has been developed.It makes it possible when calculating the illuminating items,created by the secondary light flows,to take into account the peculiarities in distribution of brightness on the walls and on the silling as well as the reflection coefficient as a function of coordinates.The mathematical models of dependence of intensity change of optical radiation by a filament lamp in changing the power voltage have been obtained.The programmed equipment of automatic control of illuminating plants in poultry-yards has been offered.The efficiency of energy-saving light regime and engineering way of its realization is theoretically grounded and practically supported.The main results of this paper is intended to apply in raising hens for meat.

Key words:energy-saving light regime,equipment of automatic control,combined method,mathematical models.