автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Энергосберегающие светотехнические установки и оборудование для многоярусных узкостеллажных тепличных технологий

На правах рукописи

Кабанен Тойво Викторович

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МНОГОЯРУСНЫХ УЗКОСТЕЛЛАЖНЫХ ТЕПЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (применительно к условиям Эстонии)

Специальность 05 20 02 - электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург, 2008 год

003167732

Работа выполнена в ФГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет"

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

КАРПОВ Валерий Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

КОСОУХОВ Федор Дмитриевич; кандидат технических наук ГУЛИН Сергей Васильевич

Ведущая организация ГНУ Северо-Западный научно-

исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защига сосюигся "29" апреля 2008 года на заседании диссертационного совета Д 220 060 06 при ФГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет", 196601, Санкт-Петербург, Пушкин, Петербургское шоссе, д 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет"

Автореферат разослан и расположен на сайте СПбГАУ "28" марта

2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

Смелик В А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Предприятия защищенного грунта или теплично-овощные комбинаты (ТОК) размещают с учетом необходимого обеспечения теплом, водой, электроэнергией, естественной и искусственной оптической радиацией Многолетней практикой выращивания растений доказано, что в осенне-зимне-весенний период в светопроницаемых теплицах основным лимитирующим фактором является свет

Радиационный режим теплиц является одним из важнейших и энергоемких факторов микроклимата Поэтому при искусственном облучении особое внимание следует уделять минимизации расхода энергии, что связано с выбором источника, типа облучательной установки, конфигурации отражателя, размещения светильников

Несмотря, казалось бы, на значительные успехи в интенсификации тепличного производства, распространение на российском рынке импортных оборудования, семян, конструкций теплиц производство продукции растет медленно, что связано с различными причинами

В России удельные затраты энергоресурсов в теплицах за последние 20 лет мало изменились и составляют 40-55 Мкал на кг продукции, что на 4045% выше, чем за рубежом Доминирующая в мире более производительная и менее энергозатратная голландская технология в климатических условиях Северо-Запада России не является перспективной

Последними исследованиями ученых установлено, что для защищенного грунта России, в том числе Северо-Запада более предпочтительной явлчется технология многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ) Она позволяет более эффективно использовать объем теплицы, обеспечивать одновременно плодоношение 5-ю ярусами, увеличить выход продукции с единицы площади в 3,0- 4,0 раза по сравнению с традиционной технологией при снижении удельных энергетических затрат примерно на 70%

Однако светотехническое обеспечение перспективной технологии, имеющей специфичное расположение ярусов растений по наклонным плоскостям, пока еще недостаточно отработано В частности, отсутствуют технические решения по специальным светильникам, обеспечивающим повышение энергоэффективности дополнительного искусственного облучения Поэтому тема диссертации, посвященная повышению эффективности одного из самых энергозатратных процессов искусственного облучения растений с учетом пространственной специфики перспективной технологии МУГ, является актуальной

Цель работы

Основной целью настоящего исследования является- увеличение энергетической эффективности дополнительного искусственного облучения в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой за счет применения светотехнического оборудования, адаптированного к МУГ-технологии Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи

1 Обоснование выбора технологической схемы облучения для светопро-зрачных теплиц с МУГ-технологией,

2 Экспериментальные исследования световых параметров выбранной технологической схемы облучения в пространственных условиях, определяемых основным оборудованием МУГ,

3 Совершенствование оптической части верхнего облучательного прибора для рассадных отделений,

4 Обоснование математической модели и методики расчета установки дополнительного искусственного облучения в теплицах с МУГ- технологией,

5 Выявление критериев, определяющих целесообразность трансфера МУГ-технологии в Эстонию для различных уровней тепличного бизнеса

Объект исследования: светотехническое оборудование и пространственное распределение светового потока для дополнительного облучения растений в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой

Предмет исследования: светотехнические параметры и технические характеристики оборудования, влияние радиационного режима на продукционные показатели выращиваемых культур

Научная новизна. В диссертационном исследовании получены следующие результаты, характеризующие его научную новизну

- теоретически обоснована и экспериментально проверена технологическая схема облучения растений для теплиц с технологией МУГ,

- разработана и по результатам последовательных экспериментов усовершенствована светораспределительная система верхнего облучателя для свегопрозрачных теплиц с МУГ-технологией,

- разработаны основы адаптации известного метода конечных отношений (МКО) к специфике расчета параметров эффективности использования энергии при облучении в теплицах с МУГ- технологией,

- предложены критерии, определяющие эффективность использования МУГ-технологий в других световых и рыночных условиях

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов светотехнических исследований, методов обработки экспериментальных данных, сравнением расчетных и экспериментальных данных, полученных на натурных объектах

Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований использованы при разработке технического задания на производство и испытание в заводских условиях и на натурном объекте разработанных облу-чательных установок для дополнительного верхнего облучения растений в теплицах с МУГ-технологией Выполнены проектные проработки облуча-тельных установок для теплиц

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в системе светогехническо1 о оснащения экспериментальной теплицы пл 1000 м2 в ЗАО СХТП "Нежинское", а также при реализации проекта тепличного комбината пл 2,0 га ООО "АК "Солнечный" в Краснодарском крае

На защиту выносятся:

- технологическая схема облучения растений для теплиц с технологией МУГ, включающая верхнее и нижнее облучение ярусов,

- методика расчета дополнительного искусственного облучения в теплицах с МУГ технологией

- конструкция облучателя с рациональным по форме и конструкции отражателем из металлизированной полиэтилентерефталатной (лавсановой) пленки для верхнего облучателя,

- результаты экспериментальной продукционной оценки (на культуре томата) технологической схемы облучения для теплиц с технологией МУГ,

- методика оценки эффективности перевода многоярусной технологии в условия Эстонии

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ в 2005-2007 гг, Международной школе-конференции "Высокие технологии энергосбережения", г Воронеж, 2005 г, III Международной научно-технической конференции "Аграрная энергетика в XXI столетии, Белоруссия, Минск, 2005 г, пятой Международной научно-технической конференции "Энергообеспечение и энергосбережение вех", ВИЭСХ, Москва, 2006 г

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ (одна - в издании из перечня ВАК) и монография (в соавторстве) объемом 1,5 п л

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографии из 92 наименований, 5 приложений Основное содержание работы изложено на 148 страницах, содержит 15 рисунков и 20 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе диссертации дан обзор состояния энергетики Эстонии, подчеркнута острота проблемы энергосбережения и обоснован выбор многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ) как наиболее энергоэкономичной технологии выращивания растений в искусственных условиях

Распределение конечного потребления энергии в Эстонии в 2005 году по носителям энергии таково электроэнергия 18%. топливный торф и древесина 15%, природный газ 5%, жидкое топливо 32%, тепло 28%, сланец ]%, уголь 1%

При этом промышленность потребила 36% электричества, коммерческие учреждения и организации обслуживания 29%, домашние хозяйства 29%, сельское хозяйство 4% и транспорт 2%

Распределение производства электричества в 2005 году по видам первичного топлива сланец 91,8%, природный газ 4,97%, гидроэнергия 2,18%, сланцевое масло 0,32%, торф 0,20%, энергия ветра 0,06%, другое 0,13%

В 2000 году была принята новая Целевая программа энергосбережения, в которой учтены результаты предыдущей Программы энергосбережения Эстонии за 8 лет, требования директив ЕС 93/76 (SAVE) и многих других международных актов, касающихся энергосбережения (Договор Энергетической хартии, Киотский протокол, Agenda Baltic 21 стран Балтийского моря и т д) Основным требованием Программы является внедрение в производство энергосберегающих технологий

В основе всех известных технологий, широко применяющихся в практике защищенного грунта России и за рубежом, лежит один и тот же технологический принцип - один плодоносящий ярус растения в объеме теплицы Принципиально изменилась технология выращивания растений в теплице в результате реализации нового структурообразующего принципа увеличения количества одновременно плодоносящих ярусов растений в одном и том же объеме теплицы, т е при переходе к многоярусной узкостеллажной гидропонике (разработка Гипронисельпром) (схема на рис 1)

1 Облучатели 2. Установки МУГ. 3 Ярусы Рис 1 Схема размещения оборудования при МУГ-технологии

Смещение по высоте ярусов МУГ в объеме теплицы привело к существенному снижению общих затрат энергии Технология АФИ (Россия) при горизонтальной светокультуре имее1 затраты 70-90 Мкал/'кг продукции, традиционная почвенная технология - 50-55 Мкал/'кг В Голландии значение параметра составляет 25-30 Мкал/кг Затраты знергоресурсов при МУГ-технологии в светопрозрачных теплицах составляют 8-12 Мкал/кг

Технология многоярусной узкостеллажной гидропоники представляет собой растительный ценоз, имеющий пягь одновременно плодоносящих ярусов. Анализ применяемых систем облучения показывает, что для теплиц с МУГ-технологией нет специальных облучательных установок, удовлетворяющих требованиям этой технологии к пространственному распределению потока

Решению проблемы повышения эффективности облучения растений в теплицах посвящены работы ряда организаций (ВНИСИ, Гипронисельпром, СЗНИИМЭСХ и др ), а также многих авторов Наиболее значимый вклад внесли ученые Прищеп Л Г , Бородин И Ф , Мошков Б С , Свентицкий И И, Лямцов А К, Жилинский Ю М, Леман В М, Сарычев Г С, Судаченко В Н, Тихомиров А А., Алферова Л К, Козинский В А, Гулин С В , Шарупич В П ,

Косоухов Ф Д , Шарупич Т С и др Однако, особенности МУГ-технологий в существующих публикациях достаточно широко не рассматривались

В связи с изложенным, целью настоящего исследования яваяется увеличение энергетической эффективности дополнительного искусственного облучения в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой за счет применения светотехнического оборудования, адаптированного к МУГ-технологиям

Объект исследования светотехническое оборудование и пространственное распределение светового потока для дополните-¡ьного облучения растений в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой

Во втором разделе диссертации обоснована технологическая схема облучения и ее параметры с учетом требований энергосбережения и специфики МУГ-технологий Эффективное управление энергоемкостью возможно только при процессовом подходе к анализу всей системы энергообеспечения производства Этому требованию отвечает в качестве общего подхода разработанная в СПбГАУ полная энергетическая схема производства (рис 2), включающая все виды энерготехнологических процессов (ЭТП, 1 - производственный, обеспечивающий получение продукции, 2 - вспомогательный, 3 -обеспечивающий условия жизнедеятельности) Обращение к энергетической схеме производства означает не столько изменение графического представления его организации (в сравнении с традиционной схемой размещения оборудования) сколько переход к анализу энергетических процессов, обеспечивающих производство Формальная целесообразность такого перехода подтверждается тем, что переход к процессовому анализу является одним из восьми принципов международной системы качества (ISO) Целесообразность по существу объясняется тем, что энергетическая схема дает возможность выявить все энергетические процессы, анализировать их эффективность по единой методике, что, в свою очередь, дает возможность привести эффективность к одному оптимизируемому параметру Такой общей методикой является разработанный профессором Карповым В Н (СПбГАУ) метод конечных отношений (МКО), а единым параметром эффективности - относительная энер1 оемкость процесса, равная отношению подведенной к любому элементу схемы энергии (начальная Q,,) к отводимой от него (конечная QK), т е Q3=Q„/QK Оптимальным является значение Q,=l Исследование МКОпоказало, что для производственного энерготехнологического процесса (на схеме ЭТП1) относительная энергоемкость продукции П определяется отношением СЬ=Он''Срд П (где Q>J - минимальная теоретическая энергоемкость продукции) Из этого выражения получаем Q3=Qn/Qyl (где Q„ - энергоемкость продукции в общепринятом понимании Таким образом, становится понятным смысловое содержание относительной энергоемкости для производственного ЭТП и правомерность применения Q, в качестве общего параметра для всей энергетической системы потребителя Очевидной становится и цель оптимизации системы, выражаемая функционалом Q3(n,t)—>1,0 (где п -

число элементов системы, процессы в которых должны подвергаться оптимизации)

Прибор учета Прибор учета

Тепличное производство, повышение энергетической эффективности которого является целью настоящего исследования, имеет ряд существенных особенностей Отметим две наиболее важные

Производственный ЭТП обеспечивается электромагнитной энергией определенного частотного диапазона Эта особенность предписывает специальную методику определения эффективности преобразования электроэнергии в излучение Кроме того, особое пространственное распределение ярусов (ценозов) предъявляет специальные требования к пространственному распределению потока излучения источников света Этот этап (пространственное распределение) должен в МКО рассматриваться как процесс, характеризуемый эффективностью в виде относительной энергоемкости, но не относящийся к определенному техническому элементу

Вторая особенность энергосбережения в тепличном производстве определяется тем, что в его основе находится биологический объект - растение Оно имеет собственную интенсивность роста, определенный график развития фаз и, в частности, выхода продукции Под эти и другие особенности приходится подстраивать режимы работы технического оборудования и его параметры С точки зрения оценки энергосбережения при такой специфике важно иметь

унифицированный метод, содержащий в основе общий параметр эффективности, определяемый не только по интегральным параметрам энергии (собственно энергия), но и по дифференциальным (мощность) Именно мощность в методе конечных отношений позволяет анализировать энергоемкость отдельных процессов в динамике, определяемой сложным временным графиком всего производства

Из большого набора задач, связанных с особенностями тепличного производства, в настоящем исследовании основное внимание уделено повышению эффективности использования энергии за счет совершенствования пространственного распределения потока источника в МУГ-технологиях

Следует отметить, что наличие широкой шкалы мощностей достаточно эффективных газоразрядных ламп позволяют указанную проблему решать за счет пространственного распределения самой электрической энергии (до ее преобразования в поток) Однако, у СПбГАУ совместно с институтом "Гииронисельпром" есть отрицательный опыт создания и многолетней демонстрации (в том числе на международных выставках) действующего фра1 -мента МУГ с использованием трубчатых чюминесцешныч ламп на каждом ярусе Простота и эффективность такого решения очевидны Однако, установка не привлекла внимания ни ученых, ни производственников Основные причины - большое количество маломощных светильников (отсюда - повышение трудоемкости эксплуатации и штат), затенение растений от естественного света, допочнительные неудобства при уходе за растениями С учетом того, что газоразрядные лампы высокого давления могут иметь световую отдачу в 2-3 раза больше, чем люминесцентные и при масштабном тепличном производстве более предпочтительны, они в данном исследовании приняты в качестве источников света

При выборе типов источников излучения следует отдавать предпочтение источникам, имеющим более высокие т|ФАР (не менее 20%) Современные высокоинтенсивные тепличные газоразрядные лампы (металлогалогенные лампы, натриевые лампы высокого давления) выпускаются в России в широком диапазоне мощностей (от 125 Вт до 6,0 кВт) и имеют г|фар=0 25-0,30 Причем, для более мощных ламп т)фар, как правило, выше, чем для маломощных

В настоящей работе обоснованы для использования следующие источники излучения для селекционных целей и условий светокультуры лампы ДМ4-3000, для остекленных производственных теплиц с дополнительным облучением лампы ДНаТ-400

Наклонная плоскость, на которой расположены ярусы поставила новые светотехнические задачи, связанные с распределением потоков светильников Особенностью ЭТП1 (рис 2) как процесса являются особые требования к пространственному распределению потока источника, не позволяющие традиционно ограничиться только выбором лампы по мощности, а равномерность обеспечить расчетом расстояния до соседнего светильника В работе проанализированы 7 вариантов оптических схем, соответствующих традиционному размещению светильника над проходами между пирамидами Анализ проводился по 4 критериям схема хода лучей от отражателя, необходимость

специальных облучательных приборов для крайних (по фронту) наклонных плоскостей, эффективность использования потока источника, наличие или отсутствие затенения ценозов Результаты расчетно-графического анализа вариантов сведены в табл 1.

Таблица 1 Результаты анализа вариантов светоопгических схем верхнего искусственного облучения МУГУ

Критерий Вариант

В1 В2 вз В4 В5 В6 В7

I - схема хода отраженных лучей + - + - - + +

2 - необходимость в специальных облучательньгс приборах для дополнительного искусственного облучения крайних МУГУ - - - - - +

3 - рациональность использования потока излучения источников + + - - - +

4 - отсутствие затенения лотков друг другом - - + - + + -

+ - вариант по данному критерию целесообразен для использования, - - вариант по данному критерию не целесообразен для испотьзования

Оказалось, что ни один из вариантов не удовлетворяет всем четырем качественным критериям Предварительный анализ светооптических схем дал основание предполагать, что освещенность нижних лотков будет существенно меньше, чем верхних Для принятия окончательного решения о возможности использования традиционного метода облучения в МУГ-технологиях был проведен расчет необходимого пространственного распределения потока светильника (кривой силы света) при переходе горизонтальной поверхности в наклонную и при условии сохранения облученности в характерных точках соответствующих ярусов

На рис 3 приведены результаты расчета для освещенности одной стороны пирамиды с пятью пронумерованными точками, соответствующими пяти ярусам На нем же приведено сечение горизонтальной поверхности с сохранением относительного расположения пяти точек Положение источника определяется высотой Н[ относительно первого яруса, определяющей расстояние Е| Поскольку важно определить различие пространственного распределения потока для наклонной и горизонтальной плоскостей, то расчет выполнен для условных расстояний реатьной пирамиды и освещенности Е=100 условных единиц Зависимость силы излучения от угла а рассчитывалась по формуле I-I2 ЮО/соэа Построенные на рис 3 в полярных координатах кривые силы света (КСС) для наклонной поверхности (верхняя) и горизонтальной поверхности (нижняя) свидетельствуют о принципиально различных

требованиях к светильникам. В частности, наибольший поток при горизонтальной поверхности соответствует направлению к точке 5, а при наклонной - к точке 1 Это объясняется различной закономерностью изменения расстояния í при переходе от точки 5 к точке 1 (для наклонной поверхности оно уменьшается, а для горизонтальной растет) Это важно не только потому, что расстояние I входит в расчетную формулу в квадрате, но и в связи с тем, что при наклонной поверхности значение £[ (первый ярус) мало Это значит, что определяющим является прямой световой поток источника, а не еще не сформировавшийся отраженный, а это, в свою очередь, означает, что заданная освещенность Е первого яруса фактически определяет основную долю мощности источника на первый ярус Но расчетная КСС свидетельствует также о том, что сила света, соответствующая последующим ярусам, должна расти, что требует увеличения мощности источника т е перерасхода энергии на верхних ярусах

Проведенный анализ подтвердил предположение о том что биологический объект (растение) вносит существенную специфику в энергообеспечение производства продукции в АПК (по сравнению с небиологическим производством) Моделирование наклонной плоскости (рис 3) осуществлено путем поворота горизонтальной Создание нормированной освещенности на меньшей проектной площади не ставит никаких новых проблем Однако разместить на этой площади то же количество растений, что и на ярусах, и получить тот же урожай, не удастся Одна из причин - увеличивающийся в объеме ценоз Поэтому удельная (на м") мощность источников света в МУГ-технологиях должна быть выше, чем на проективной площади Кроме этого, возникают новые зависимости пространственного распределения потока На рис 3 показаны £мин (кратчайшее расстояние) и I] (расстояние до характерной точки первого яруса) Введен угол р1 и высота первого яруса Н] В общем случае можем записать

cosa

Поскольку í^f^h/cosp,, выражение для облученности на горизонтальной поверхности любого яруса (вместо E,=Ia cos3a,/H,2) через £м„„ и р имеет вид E| = I. cosa, cos'p, (2)

^ чин

Отсюда получаем выражение для Ia при известном значении E,=const Е С2

—¡—¡и*- (3)

cosa cos р

Получена математическая модель, связывающая силу света с параметрами, характеризующими положение яруса на наклонной поверхности (угол р при известном значении £мин) Результаты расчета необходимой силы света для угла (a + Р) = 60° (что соответствует конструкции МУГ) приведены в табл.2 (Е, £мин принято равным 1,0).

Рис 3 Расчетные схема и кривые силы света

Таблица 2

р 50° 40° 30° 20° 10°

1а 2,55 1,8 1,53 1.47 1,62

Результаты расчета подтверждают требование увеличения силы света в направлении нижних ярусов и целесообразность обеспечения равной облученности по ярусам одним светильником, т к освещенность верхних ярусов при малых углах Р и относительном малом расстоянии £ имеет достаточно большое значение, определяющее мощность лампы Доведение освещенности нижних ярусов до нормы должно осуществляться специальным "нижним" источником, размещаемым внутри пирамиды

По программе, разработанной институтом Гипронисельпром, были проведены расчеты четырех вариантов конфигурации отражателей из металлизированных пленок различной толщины (результаты расчетов представлены в диссертации)

Исследование радиационного режима для всех вариантов отражателей выполнялось в лабораторных условиях без естественного света при высотах подвеса облучателя 1,1, 1,5, 1,8 м, в трех плоскостях люксметром Ю-116 в

точках, через 100 мм. Результаты измерений приведены в диссертации. Общий вид опытных облучателей приведен на рис.4.

Рис. 4 Облучатель для верхнего облучения с лампой ДНаТ-400 с различной конфигурацией оптической системы, выполненной из пленки ПЭТФ: 1-е плоскими отражающими поверхностями (вариант 1,2); 2-е криволинейными отражающими поверхностями (вариант 3); 3 - с 2-мя криволинейными отражающими поверхностями (вариант 4); г - вид под 45°

В результате исследований выбрана рациональная конструкция облучателя с лампой ДНаТ-400 и изготовлен опытный образец (рис.5). Отличительной особенностью данного типа облучателя является применение полиэтиленте-рефталатных (лавсановых) пленок типа ПЭТФ с алюминиевым напылением толщиной 200 мкм для отражающих поверхностей облучателя. Коэффициент полезного действия облучателя до 95%.

Третий раздел содержит описание методики и результатов производственных испытаний предложенной системы облучения. Испытания проводились в рассадно-овощной экспериментальной теплице, оснащенной технологическими схемами облучения "верхнее + нижнее" при мощности источников света в отделениях сеянцев и рассадном 0,8 кВт/м2, в овощном отделении 1,0 кВт/м2. В варианте "верхнее + нижнее" отношение мощностей источников света составляло в отделении сеянцев и рассадном 5:1, в овощном - 3,7:1.

260 max

Масса не более 3,5 кг Наименования: 1. Отражатель; 2. Уголок; 3. Отражатель уголок; 4. Планка упорная; 5. Планка упорная; 6, Винт крепления упорной планки; 7 Короб.

Рис.5 Облучатель

Исследование радиационного режим от верхнего облучения в отделении сеянцев и рассадном, Облученность по лоткам при расстоянии от верхнего яруса ] м в варианте "верхнее + нижнее" составила на 1-ом - 118, на 2-ом -75,5, на 3-ем -46,0, на 4-ом -35,5 Вт/м ФАР, а в варианте "верхнее" соответственно 144,5, 90,2, 52,0, 39,5 Вт/м2 ФАР (рис.6 ). Измерения подтвердили избыточную мощность во втором варианте при одинаковой облученности нижнего яруса

f. Hi м- ^

1 2 3 4 Номер лотка МУГУ

Рис. 6 Изменение облученности от верхнего облучения с лампами ДМ4-3000 при системе "верхнее" при установленной мощности источников света 0,8 кВт/м" и "верхнее+нижнее" - 0,67 кВт/м2.

Исследование радиационного режима от нижнего облучения в отделении сеянцев и рассадном. Облученность на 1-м (верхнем) лотке составила 1,8 и 2-м 2,0 Вт/м2 ФАР, на 3-м 10,3, на 4-м 14,5 Вт/м2 ФАР (рис.7).

12 3 4 Номера лотков МУГУ

Рис. 7 Изменение облученности от нижнего облучения при установленной мощности 0.13 кВт/м2 лампы ДНаТ-400 система "верхнее +■ нижнее".

Исследование радиационного режима от системы облучения "верхнее+нижнее" в отделении сеянцев и рассадном. При системе облучения "верхнее + нижнее" средняя облученность на 1-м лотке составила 124 Вт/м2 ФАР, на 2-м - 78,5, на 3-м - 55,0, на 4-м - 45,5 Вт/м2 ФАР (рис.8).

Е. ¡н.ч ФАР

■ суммарная облученность

■ ■ ■ " оолученность от системы верхнего облучения

• • • • облученность от системы нижнего облучения

. К > я * *_»_•_?_

4 Номер логка МУГУ

Рис.8 Изменение облученности при системе "верхнее+нижнее" с облучателями верхнего облучения с лампами ДМ4-3000 и облучателями нижнего облучения с

лампами ДНаТ-400

Коэффициент неравномерности Ещах/Ещп составляет в варианте "верхнее+нижнее" на 1-ом лотке 1,27, на 2-ом - 1,19, на 3-ем - 1,28, на 4-ом - 1,23. При выполнении нижнего облучения облучателями с лампой ДНаТ-400 без отражателя равномерность облучения на 3 и 4 лотках (нижний) несколько ухудшается, но уровень облученности увеличивается.

Радиационный режим в овощном отделении при установленной мощности источников света 1 КВт/м2. Средняя облученность на 1-ом верхнем лотке установки МУГУ от системы облучения "верхнее + нижнее" составляет 112,2 Вт/м2 ФАР, на 2-ом 87,0, на 3-ем - 88,9, на 4-ом -80,5. Средняя облученность на 1-ом верхнем лотке установки МУГУ от системы облучения "верхнее" составляет 120,5 Вт/м' ФАР, на 2-ом 90,0, на 3-ем - 52,8, на 4-ом -34,0 Вт/м2 ФАР. Изменение облученности по лоткам МУГУ приведено на рис.9.

Е. Вт'м* ФАР 15(1

100 Г

«верхнее - пижнееь

4 Номер лотка МУГУ

Рис. 9 Изменение облученности при системе облучения "верхнее" с лампами ДМ4-3000 и "верхнее + нижнее" с лампами ДМ4-3000+ДНаТ-400 при установленной мощности соответственно 1,0 и (0,79+0,21) кВт/м

В овощном отделении при увеличении установленной мощности источников света до 1,0 кВт/м сохраняются те же закономерности изменения облученности, как и полученные и при исследовании радиационного режима при 0,8 кВт/м2 в отделении сеянцев и рассадном

Расчетные результаты по сравниваемым вариантам приведены в табл 3

1 аблица 3 Технико-экономические показатели производства _по сравниваемым вариантам_

Наименование показателей Един измерения Тепличный комбинат с технологией многоярусной узкостеллажной гидропоники

система искусственного облучения "верхнее" система искусственного облучения "верхнее т нижнее"

1 Площадь тепличного комбината м* 15053 15053

2 Объем производства продукции т 1165,7 1779,9

3 Выход продукции с 1 м2 площади тепчиц кг/м2 74 2 113,3

4 Потребность в тепле Гкал 6615 5752

5 Потребность в электроэнергии тыс кВт ч 3448,9 3448,9

6 Расход тепла на 1 т продукции Ткач/т 5,7 3,2

7 Расход этектроэнергии на 1т продукгши кВт ч/т 296 194

Четвертый раздел посвящен оценке экономической эффективности использования МУГ-технологии с учетом рыночных условий

В качестве вариантов для сравнительной экономической эффективности принят вариант нового строительства блока теплиц площадью 1,5 га по типовому проекту 810-1-42/-03 с технологией многоярусной узкостеллажной гидропоники с типовым решением системы искусственного облучения "верхнее" и вариант с энергосберегающей светотехнической системой облучения растений "верхнее + нижнее" Исходные параметры для расчета и результаты по сравниваемым вариантам приведены в диссертации

Обобщенные экономические показатели

- дополнительная прибыль от прироста валового сбора овощей в варианте система искусственного облучения "верхнее + нижнее" в объеме 614,2 т, составит 25,0x614,2=15355,2 тыс рублей (15,4 млн руб),

- дополнительная прибыль от экономии тепла в варианте системы искусственного облучения ''верхнее + нижнее" 863 Гкал составит 0,17x863=146,7 тыс рублей (0,15 млн руб ),

- амортизационные отчисления от дополнительных капитальных вложений при сроке службы 10 лет составят 7,8 х 0,1 = 0,8 млн руб ;

- прибыль от внедряемых технических решений в варианте система искусственного облучения "верхнее + нижнее" составит (15,4 + 0,15-0,78)= 14,8 млн руб,

- ожидаемый срок окупаемости дополнительных капитальных вложений за счет прибыли, полученной от техперевооружения, составит 7,80 14,8=0,53 года При этом удельные затраты энергоресурсов на единицу продукции снижаются по эл энергии в 1,53 раза, по тепловой энергии 1,78 раза при повышении выхода продукции в 1,5 раза

Выполненный расчет свидетельствует об экономической эффективности и целесообразности использования системы искусственного облучения по варианту "верхнее + нижнее" в теплицах с технологией многоярусной узкостеллажной гидропоники

Целесообразность трансфера МУГ-технологии в другие рыночные условия (из России в Эстонию) оценивалась на основе балансового уравнения для энергетических затрат

КДП = аС>С1 (4)

где Ц - цена продукции, Ст - тариф на энергию, (3 - количество потребленной энергии на производство продукции П, К, - доля затрат на энергию в общей себестоимости, а - коэффициент доходности, равный отношению дохода к полным затратам на производство

Это выражение является частным по отношению к полной системе аналогичных выражений для всех составляющих затрат Оно приводится к частной доходности энергии а^о/К,, которая при энергосбережении растет быстрее общей доходности Выражение Ц =а,Оп С, связывает частную доходность с основными рыночными параметрами (Ц, Сг), поэтому может использоваться в качестве критерия для оценки целесообразности трансфера Выводы по работе.

1 Многоярусная узкостеллажная гидропоника обеспечивает более эффективное использование занятой площади, снижение удельных энергетических затрат до 70% по сравнению с интенсивными обычными технологиями, а также является предпочтительной для трансфера в другие климатические и рыночные условия

2 Выполнение требования равномерного облучения ценозов, расположенных по горизонтальным ярусам на разных высотах наклонной поверхности, не может быть обеспечено одним облучателем без перерасхода энергии

3 Обоснованное в работе техническое решение проблемы облучения для МУГ технологии в виде двухуровневой системы облучения ("верхнего" и "нижнего"), а также разработанного специального "верхнего" облучателя с основным и дополнительным отражателями, выполненными из зеркальных пленочных элементов, обеспечивает необходимую равномерность и снижение установленной мощности до 20%

4 Исследование характеристик опытного образца облучателя с эффективной лампой ДНаТ400 подтвердило его работоспособность в услови-

ях высоких температур лампы, соответствие светотехнических параметров расчетным и возможность обеспечения на стеллажах МУГ установленной мощности 0,8 - 1,0 кВт/м2

5 Производственные испытания в действующей теплице позволили установить, что светотехнические параметры соответствуют нормативным требованиям, показатели надежности осветительной установки находятся в пределах действующих норм, а анализ состояния растений в течение продолжительной вегетации не выявил существенных различий по ярусам при двухуровневой системе облучения

6 Оценка экономической эффективности в производственном эксперименте подтвердила, что за счет более эффективного использования светового потока технологическая схема искусственного облучения растений "верхнее + нижнее" по сравнению с вариантом "верхнее" позволяет при одинаковой установленной мощности источников света увеличить продуктивность растений на 52,7%, снизить удельные затраты электроэнергии на единицу продукции в 1,53 раза, увеличить выход продукции в 1,5 раза

7 Выполнен первый этап внедрения МУГ-технологии в Эстонии - осуществлены проектные проработки размещения оборудования и электротехнической части для теплицы 1000 м2 применительно к 2 световой зоне (Эстония)

8 Частная доходность энергии, растущая при снижении энергоемкости продукции и зависящая от ценовых параметров рынка, может быть использована как критерий целесообразности перевода МУГ-технологии в иных рыночных условиях

Список публикаций

1 Шарупич Т С , Кабанен Т В Унифицированная модульная серия облу-чательных установок типа У ОРТ для теплиц //Механизация и электрификация с х, 2007 - № 3 - С 9-10

2 Карпов В Н, Кабанен Т В Научная концепция энергосбережения в агропромышленном комплексе (АПК) Труды международной школы-конференции "Высокие технологии энергосбережения" - Воронеж, 2005 - С 163-164

3 Шарупич Т С , Карпов В Н , Кабанен Т В , Котов А В Энергосберегающие технологические решения в тепличном производстве Межрегиональный сборник научных статей ИжСХА - Ижевск, 2005 - С 211221

4 Карпов В Н, Кабанен Т В , Котов А В К функциональной теории энергетических элементов в системах потребителя Межрегиональный сборник научных статей ИжСХА - Ижевск, 2005 - С 191-200

5 Карпов В Н, Кабанен Т В Специфика научно-методических проблем аграрной энергетики Материалы III международной научно-

технической конференции "Аграрная экономика в XXI столетии" -Минск, 2005 -С 287-290

6 Карпов В Н (Россия), Парантаев Г В (Россия), Кабанен Т В (Эстония) Оценка энергетической эффективности энерготехнологических процессов методом конечных отношений (МКО) Труды международной школы-конференции "Высокие технологии энергосбережения" - Воронеж, 2005 -С 41-42

7 Карпов ВН (Россия), Котов AB (Россия), Кабанен ТВ (Эстония) энергетическая система потребителя как объект энергосбережения Труды международной школы-конференции "Высокие технологии энергосбережения" - Воронеж, 2005 - С 42-44

8 Карпов В Н, Кабанен TBK структурной теории оптимизации эффективности использования энергии в потребительских системах Труды 5-й международной научно-технической конференции - Москва ВИ-ЭСХ, 2006 - С 132-138

9 Карпов В Н, Котов А В , Кабанен Т В Метод определения энергетического эквивалента продукции и его валютного содержания при энергосбережении в системе потребителя Труды 5-й международной научно-технической конференции -Москва ВИЭСХ, 2006 - С 138-142

Подписано в печать 26 03 2008 Бумага офсетная Формат 60/90 1/16 Печать трафаретная 1,0 уел печ л Тираж 100 экз.

_Заказ № 08/03/27_

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в НП «Институт техники и технологий» Санкт-Петербург - Пушкин, Академический пр, д 31, аул 715

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Основные положения энергетической ситуации в

Эстонии.

1.1.1 Обзор первичных источников энергии.

1.1.2 Производство электрической энергии и ценообразование.

1.1.3 Рынок электричества и международное сотрудничество

1.1.4 Политика энергосбережения в Эстонии.

1.1.5 Энергетика и окружающая среда.

1.1.6 Краткий обзор земельного предпринимательства.

1.2 Энергосберегающие технологические решения в тепличном производстве.

1.3 Особенности объекта облучения при выращивании растений методом многоярусной узкостеллажной гидропоники.

1.4 Классификация систем искусственного облучения.

1.5 Системы обеспечения радиационного режима в промышленных теплицах.

1.6 Расчет систем совместного облучения.

1.6.1 Величина нормируемой совместной (естественной + искусственной) облученности в теплицах.•

1.6.2 Следяще-временная система совместного облучения.

1.6.3 Система объемного совместного обучения.

1.6.4 Следяще-ориентационная система совместного облучения.

1.7 Цель и задачи исследований.

2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СИСТЕМ ОБЛУЧЕНИЯ, КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ОБЛУЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ МНОГОЯРУСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА УВЕЛИЧЕНИЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОГО К.П.Д., РАВНОМЕРНОСТИ ОБЛУЧЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ И

УНИФИКАЦИИ.

2.1 Выбор светооптических схем облучательных установок.

2.1.1 Обоснование основных параметров систем дополнительного искусственного облучения в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой.

2.1.1.1 Требования к уровням облучения и суточному количеству ФАР.

2.1.1.2 Расчет общей потребной мощности источников излучения.

2.1.2 Обоснование выбора источников излучения и систем.

2.1.3 Анализ возможных вариантов светооптических схем.

2.1.3.1 Анализ возможных вариантов светооптических схе$ верхнего облучения.

2.1.3.2 Анализ возможных вариантов светооптических схем нижнего облучения.

2.2 Расчет оптической части верхнего облучательного прибора

2.2.1 Обоснование выбора варианта расчета рациональных светооптических схем верхнего облучения МУГУ

• из вариантов В1-В 7.

2.2.2 Расчет отражателя верхнего облучательного прибора по варианту В1.

2.2.3 Расчет отражателя верхнего облучательного прибора по варианту В6.

2.2.4 Выбор варианта конструирования оптической части осветительного прибора.

2.3 Конструирование оптической части верхнего облучательного прибора с учетом технологичности изготовления, эксплуатационных требований и снижения материалоемкости.

2.3.1 Обоснование конструкции оптической системы верхнего облучательного прибора по варианту В1 для рассадных отделений.

2.3.1.1 Вариант 1. Светооптическая система верхнего облучательного прибора из 3-х отражателей из плоских поверхностей отражателя с замкнутой поверхностью над источником излучения.

2.3.1.2 Вариант 2. Светооптическая система верхнего облучательного прибора из 3-х отражателей из плоских поверхностей с разомкнутой поверхностью над источником излучения.

2.3.1.3 Вариант 3. Светооптическая система верхнего облучательного прибора из 3-х криволинейных поверхностей с разомкнутой поверхностью над источником излучения.

2.3.1.4. Вариант 4. Светооптическая система верхнего облучательного прибора с одной отражающей поверхностью, разомкнутой в верхней зоне.

2.3.2 Исследование радиационного режима под верхним облучательным прибором с рациональной светооптической системой.

2.3.3 Унифицированная модульная установка для облучения растений в теплицах (типа УОРТ).

Выводы по главе 2.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ.

3.1 Методика экспериментальных исследований.

3.1.1 Цель и объекты экспериментальных исследований.

3.1.2 Методика исследования радиационного режима.

3.1.3 Методика исследований фенологических, биометрических и продукционных показателей -растений томата.

3.1.4 Исследование светотехнических характеристик опытных образцов облучательных установок для верхнего облучения в рассадных отделениях.

3.1.5 Исследование эксплуатационных характеристик опытных образцов облучательных установок УОРТ15-400.

3.2 Результаты экспериментальных исследований.

3.2.1 Радиационный режим систем искусственного облучения.

3.2.1.1 Радиационный режим в отделении сеянцев и рассадном.

3.2.1.2 Радиационный режим в отделении сеянцев и рассадном от системы нижнего искусственного облучения в системе "верхнее + нижнее".

3.2.1.3 Радиационный режим в отделении сеянцев и рассадном от системы искусственного облучения по варианту "верхнее + нижнее".

3.2.1.4 Радиационный режим в овощном отделении.

3.2.2 Фенологические, биометрические и продукционные показатели и культуры томата.

3.2.3 Оценка радиационного режима и эксплуатационных характеристик опытных образцов облучательных установок УОРТ15-400.

3.2.3.1 Радиационный режим под облучателями ОТ-400 с лампой ДНаТ-400 с пленочным отражателем.

3.2.3.2 Внешний осмотр.

3.2.3.3 Монтаж опытных образцов облучательных установок

УОРТ15-400.

3.2.3.4 Результаты подконтрольной эксплуатации опытных образцов облучательных установок УОРТ15-400.

3.2.3.5 Анализ причины отказов и предложения заводу-изготовителю по результатам подконтрольной эксплуатации.

Выводы по главе 3.

4 ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОЙ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ТЕПЛИЦ С МУГ

ТЕХНОЛОГИЕЙ.

4.1 Конструктивные особенности теплиц для многоярусной узкостеллажной гидропоники, обеспечивающие энергосбережение.

4.2 Технико-экономические показатели сравнительной экономической эффективности использования вариантов систем искусственного облучения.

4.3 Целесообразность производственной реализации результатов исследований.

4.4 Анализ проектной обеспеченности внедрения технологии

4.4.1 Общие сведения о проектах-представителях.

4.4.2 Проектная проработка рассадной теплицы с технологией многоярусной узкостеллажной гидропоники для второй световой зоны (Эстония).

Выводы по главе 4.

Предприятия защищенного грунта или теплично-овощные комбинаты (ТОК) размещают с учетом обеспечения теплом, водой, электроэнергией, естественной и искусственной оптической радиацией. Многолетней практикой выращивания растений доказано, что в осеннее-зимне-весенний период в светопроницаемых теплицах основным лимитирующим фактором является свет.

Рационный режим теплиц является одним из важнейших факторов микроклимата, определяющим рост и развитие растений. Поэтому при искусственном облучении особое внимание следует уделять его оптимизации, что связано с выбором источника, типа облучательной установки и ее пространственным расположением, выбором конфигурации отражателя светильников, режима работы.

Однако, несмотря на, казалось бы, значительные успехи в интенсификации тепличного производства, распространение на российском рынке импортного оборудования, семян, конструкций теплиц производство продукции растет медленно, что связано с различными причинами.

В России удельные затраты энергоресурсов в теплицах за последние 20 лет не изменились и составляют 40-55 Мкал на кг продукции, что на 40-45% выше, чем за рубежом. Доминирующая в мире более производительная голландская технология с учетом результатов российских научно-исследовательских работ, климатических условий, стоимости и количества энергоресурсов и других составляющих, не является перспективной для России.

Исследованиями установлено, что перспективной для защищенного грунта России является более совершенная технология производства растений методом многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ), которая эффективнее использует объем теплицы, обеспечивает плодоношение одновременно 5-ю ярусами, общий выход продукции с традиционной технологией при снижении удельных энергетических затрат примерно на 70%. Однако светотехническое обеспечение перспективной технологии, имеющей специфичное расположение ярусов растений по наклонным плоскостям, пока еще недостаточно отработано.

В частности, отсутствуют технические решения по специальным светильникам, обеспечивающим повышение энергоэффективности дополнительного искусственного облучения в многоярусной узкостеллажной гидропонике.

В связи с вышеизложенным, основной целью настоящего исследования является увеличение энергетической эффективности дополнительного искусственного облучения в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой за счет применения светотехнического оборудования, адаптированного к многоярусным узкостеллажным технологиям.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи.

1. Обоснование выбора технологической схемы облучения для светопрозрачных теплиц с МУГ-технологией.

2. Экспериментальные исследования световых параметров выбранной технологической схемы облучения в пространственных условиях, определяемых основным оборудованием МУГ.

3. Совершенствование оптической части верхнего облучательного прибора для рассадных отделений.

4. Обоснование методики расчета установки дополнительного искусственного облучения в теплицах с МУГ-технологией.

5. Выявление критериев, определяющих целесообразность трансфера МУГ-технологии в Эстонию для различных уровней тепличного бизнеса.

Объект исследования: светотехническое оборудование и пространственное распределение светового потока для дополнительного облучения растений в теплицах с многоярусной узкостеллажной гидропоникой.

Предмет исследования: светотехнические параметры и технические характеристики оборудования, влияние радиационного режима на продукционные показатели выращиваемых культур.

Актуальность работы. Совершенствование тепличных технологий устремлено к одной цели - максимально возможной отдаче овощной продукции при минимуме затрат. Известно, что увеличение освещенности в теплицах на 1% обеспечивает увеличение урожайности тоже на 1% при прочих равных условиях. Таким образом, эффективное использование световой энергии в теплицах достигается общей оптимизацией технологического процесса облучения растений, что связано с максимальным использованием естественного и искусственного облучения, со светотехническими характеристиками оборудования, оптическими показателями облучателей, интенсивностью облучения, а также с оптическими показателями и архитектоникой растительного покрова. Проведенный анализ свидетельствует о том, что по основным критериям: максимальному выходу продукции, минимальным затратам энергии и материалов на единицу продукции перспективной технологией для защищенного грунта России является технология многоярусной узкостеллажной гидропоники, однако инженерное обеспечение, в частности, светотехническое оборудование, методы расчета, техническое исполнение, режимы его работы разработаны крайне недостаточно. В связи с этим тема исследования, посвященная повышению эффективности одного из самых энергозатратных процессов искусственного облучения растений с учетом пространственной специфики перспективной технологии МУГ, является актуальной.

Научная новизна. В диссертационном исследовании получены следующие результаты, характеризующие его научную новизну:

- обоснована и экспериментально на культуре томата оценена выбранная технологическая схема облучения растений для теплиц с технологией МУГ;

- рассчитана и по результатам эксперимента усовершенствована светораспределительная система верхнего облучателя для светопрозрачных теплиц с МУГ-технологией;

- разработаны основы методики расчета установок дополнительного искусственного облучения в теплицах с МУГ-технологией;

- получены критерии, определяющие эффективность использования МУГ технологий в других световых и рыночных условиях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснованы применением современных методов исследований, методов обработки экспериментальных данных, сравнением расчетных и экспериментальных данных, полученных на натурных объектах.

Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований использованы при подготовке технического задания заводу на разработку, изготовлены и испытаны в заводских условиях и на натурном объекте разработанных облучательных установках для дополнительного верхнего > облучения растений в теплицах с МУГ технологией, выполнены проектные проработки облучательных установок для теплиц.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены при выполнении оснащения светотехническим оборудование экспериментальной о теплицы площадью 1000 м в ЗАО СХТП "Нежинское", выполнении проекта тепличного комбината площадью 2,0 га ООО "АК "Солнечный" в Краснодарском крае.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ в 2005-2007 гг., Международной школе-конференции "Высокие технологии энергосбережения", г.Воронеж, 2005 г., П1 Международной научно-технической конференции "Аграрная энергетика в XXI столетии, Белоруссия, Минск, 2005 г., пятой Международной научно-технической конференции "Энергообеспечение и энергосбережение в с.х.", ВИЭСХ, Москва, 2006 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ (одна - в издании из перечня ВАК).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографии из 92 наименований, 5 приложений. Основное содержание работы изложено на 148 страницах, содержит 15 рисунков и 20 таблиц.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ применяемых технологий производства позволяет установить ряд достоинств многоярусной узкостеллажной гидропоники (в частности, более эффективное использование занятой площади, снижение удельных энергетических затрат может достигать 70% по сравнению с интенсивными обычными технологиями), делающих МУГ-технологию предпочтительной дляг трансфера в другие климатические и-рыночные условия.

2. Выполнение требования равномерного облучения ценозов, расположенных по горизонтальным ярусам на разных высотах наклонной поверхности, не обеспечено ни инженерными методами расчета, ни специальным светотехническим оборудованием.

3. Обоснованное в работе техническое решение проблемы облучения для МУГ технологии в виде двухуровневой системы облучения ("верхнего" и "нижнего" уровней), разработанного специального "верхнего" облучателя с основным и дополнительным двигателями, выполненными из зеркальных пленочных элементов, и введение этого облучателя в унифицированную установку УОРТ не только обеспечило приемлемую равномерность, но и снижение установленной мощности, достигающее 20%.

4. Исследование в лабораторных условиях промышленного образца разработанного облучателя с эффективной лампой ДНаТ400 подтвердило его работоспособность в условиях высоких температур лампы, соответствие- светотехнических параметров расчетным и возможность обеспечения на стеллажах МУГ установленной мощности . 0;8 - 1,0 кВт/м2.

5. Производственные испытания в- реальной теплице позволили установить, что светотехнические параметры соответствуют нормальным требованиям, показатели надежности осветительной установки находятся в пределах действующих норм, а анализ состояния растений в течение продолжительной вегетации не выявил существенных различий по ярусам при двухуровневой системе облучения. 4

6. Полученные оценки в хозяйственном эксперименте подтвердили, что за счет более эффективного использования светового потока технологическая схема искусственного облучения растений "верхнее + нижнее" по сравнению с вариантом "верхнее" позволяет при одинаковой установленной мощности источников света увеличить продуктивность растений на 52,7%, снизить удельные затраты электроэнергии на единицу продукции в 1,53 раза, увеличить выход продукции в 1,5 раза. Экономическая эффективность внедрения подтверждается тем, что расчетный срок окупаемости дополнительных затрат составляет 0,53 года.

7. Выполнен первый этап реализации разработки в Эстонии — осуществлены проектные проработки размещения оборудования и электротехнической части для теплицы 1000 м2 применительно к 2 световой зоне (Эстония).

8. Частная доходность энергии, возникающая при энергосбережении (снижении энергоемкости) и реагирующая на ценовые параметры рынка, может быть использована как критерий целесообразности использования МУГ технологии в иных условиях.

1. Автоматизация и электрификация защищенного грунта / под редакцией Л.Г. Прищепа. М.: Колос, 1976. — 300 с.

2. Булыков В.И., Мансурова Л.А., Щеголева Ю.А., Щербачева Р.А., Чука-ев Б.И. Установка для ускоренного выращивания растений. "Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства", №1, 27-28, 1977.

3. Вебер Л.А., Ерошин И.С., Попов Н.И., Сидько Ф.Я. Об использовании ксеноновых ламп для освещения растений. "Светотехника", №4, 10-11, 1977.

4. Воробьев В.Ф., Сочивко Н.И. К методике выращивания яровой пщени-цы на' УВР в условиях теплицы. Сб. "Оснащение селекционных центров светотехническим оборудованием", ЦНИИ "Электроника", М., 1(55), 21-22, 1976.

5. Воскресенская Н.П. Фотосинтез и спектральный состав света. М., "Наука", 1965. '

6. Временные методические указания по постановке опытов в сооружениях защищенного грунта. -М.: ВАСХНИЛ, 1970.

7. Гликман М.Т. Прогнозирование радиационного климата в теплицах. Сб. "Производство рассады и овощей в защищенном грунте", 143-146, Кишинев, Госкомиздат МССР, 1974.

8. Глухов И.В. Генератор импульсного тока и основы его расчета. "Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства", №7,15-17,1976.

9. Гудвин Б. Временная организация клетки. М., "Мир", 1966.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. - 415 с.

11. Доспехов Б.А., Ващенко С.Ф., Набатова Т.А. Особенности методики эксперимента с овощными культурами в теплицах. — Известия ТСХА, 1974, вып. 4, с. 117-127.

12. Жилинский Ю.М., Гусейнов О.Х. Искусственное облучение растений в осеннее зимний период в теплицах Азербайджанской GCP // Применение оптического излучения в животноводстве и растениеводстве. — Орджоникидзе, 1976. С.86.

13. Жилинский Ю.М., Свентицкий И.И. Электрическое освещение и облучение в сельскохозяйственном производстве. -М.: Колос, 1968. -с.303.

14. Карпов В.Н. Введение в энергосбережение на предприятиях АПК. — СПб: СПб ГАУ, 1999. -72 с.

15. Карпов В.Н. Энергосбережение. Метод конечных отношений. — СПб: "Аргус", 2005. -137 с.

16. П.Карпов В.Н., Кабанен Т.В. Научная концепция*энергосбережения в агропромышленном комплексе (АПК). Труды международной школы-конференции "Высокие технологии энергосбережения". — Воронеж, 2005. — С.163-164.

17. Шарупич Т.С., Капов В.Н., Кабанен Т.В., Котов A.B. Энергосберегающие технологические решения в тепличном производстве. — СПб: Межрегиональный сборник научных статей. ИжСХА, Ижевск, 2005. -С.211-221.

18. Карпов В.Н., Кабанен Т.В., Котов A.B. К функциональной теории энергетических элементов > в системах потребителя. Межрегиональный сборник научных статей. ИжСХА, Ижевск, 2005. С. 191-200.

19. Карпов В.Н., Кабанен Т.В. Специфика научно-методических проблем аграрной экономики. Материалы Ш-й международной научно-технической конференции "Аграрная энергетика в XXI столетии. — Минск, 2005. С.287-290.

20. Карпов В.Н. (Россия), Котов A.B. (Россия), Кабанен Т.В. (Эстония). Энергетическая система потребителя как объект энергосбережения. Труды международной школы-конференции- "Высокие технологии энергосбережения". Воронеж, 2005. - С.42-44.

21. Карпов В.Н. (Россия), Кабанен Т.В. (Эстония). Научная, концепция энергосбережения в агропромышленном комплексе (АПК). Труды ме- . ждународной школы-конференции "Высокие технологии энергосбережения". Воронеж, 2005. - С. 163-164.

22. Карпов В.Н., Кабанен Т.В. К структурной теории оптимизации эффективности использования- энергии в потребительских системах. Труды 5-й международной научно-технической конференции. — Москва: ВИЭСХ, 2006. С.132-138.

23. Квашин Т.Н., Айдарова В.Е. Облучательная установка с ксеноновой лампой ДПкС-1500 для импульсного облучения растений. Сб. "Проблемы электромеханизации защищенного грунта", 50, М., 1976.

24. Клешнин А.Ф. Растение и свет. М.: Изд-во АН СССР^ 1954. - 456 с.

25. Клешнин А.Ф. Теория^ и практика светокультуры растений. Труды ИФР АН СССР, т.8, вып.1, 1953, С.131-163.

26. Козинский В.А. Электрическое освещение и облучение. — М: Агро-промиздат, 1991. — 239 с.

27. Курбатов И.И., Васильева Т.М. Электрификация- овощных: культур в: теплицах с добавочным электрическим светом // Электрификация сельского хозяйства. 1936;- №2.- G136-40;

28. Курец В.К. Иркутский фитотрон: Опыт проектирования и наладки. -Новосибирск: Наука; 1974;—120 е. .

29. Леман В.М. Курс светокультуры растений. М.: Высшая школа, 1976. - 272 с. ' •

30. Леман В.М. О значении пространственной структуры оптического излучения в светокультуре растений; Сб. "Применение оптического? излучения; в животноводстве и растениеводстве", 76^78, Москва-Орджоникидзе, 1976.

31. Леман В.М., Третьяков.H.H., Фангалов O.G., Власова О.П., Айзенберг Ю.Б., Бухман Г.Б., Пятигорский В.М. О росте растений в камере с плоским световодом. Известия ТСХА, 1978, вып. 5, с. 10.

32. Леман В.М., Фанталов О.С., Власова О.П. Роль пространственной структуры светового поля в формировании урожая яровой' пшеницы. — Селекция и семеноводство, 1975, № 4, с. 20-22.

33. Лисовский Г.М., Шиленко М.П., Николайчук Л.П. Ускоренное размножение гибридов зерновых культур в зимний? период. "Селекция* и семеноводство", №6, 23, 1969.

34. Малышев В.В. О возможной замене ламп ДРЛФ400 в светильниках ОТ400 на металлогалогенные лампы // РПНА "Теплицы России" Инф. Сборник №2, 2002. С. 27-30.

35. Марков И.Е. Вопросы корреляции солнечной радиации, фотосинтеза и продуктивности культурных растений. Сб. "Биологическая спектрофо-тометрия и фитоактинометрия", 65-66, Красноярск, Изд. СО АН СССР, 1973.

36. Марков И.Е. Программирование урожаев в культивационных сооружениях. Сб. "Научные основы программирования урожаев сельскохозяйственных культур", 47-48, М., 1975.

37. Марков И.Е., Шарупич В.П. Методы совместного облучения растений в селекционных сооружениях. Сб. "Проблемы электромеханизации защищенного грунта", 43-44, М., 1976.

38. Марков И.Е., Шарупич В.П. Расчет удельной мощности облучательных устройств в сооружениях искусственного климата // Оснащение селекционных центров светотехническим оборудованием. М.: ЦНИИ "Электроника", 1976. - С.55.

39. Мешков В.В., Епанешников М.М. Осветительные установки, М: Энергия, 1973.-360 с.

40. Мошков Б.С. Выращивание растений при искусственном освещении. — Л.: Колос, 1966.-287 с.

41. Набатова Т.А. Методика отбора растений для характеристики рассады, выращенной в теплицах и статистическая обработка данных. — Труды НИИОХ, том 4, М., 1973, с. 270-274.

42. Набатова Т.А. Особенности постановки опытов в защищенном грунте. Труды НИИОХ, том 4, М., 1973, с. 264-269.

43. Нильсон Т. Теория пропускания радиации неоднородным растительным покровом //Пропускание солнечной радиации растительным покровом. Тарту: Ин-т астрофиз. и физики атмосферы АН ЭстССР, 1977.-С.5-70.144 '

44. Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады. НТП 10-95. — М.: НИПИаг-ропром, 1999.-100 с.

45. Пчелин В.М., Горяинов С.В. Развитие осветительной техники с лампой Рефлакс в защищенном грунте // РПНА "Теплицы России" Инф. Сборник №1, 2004. С. 28-30.

46. Прикупец Л.Б. Высокоэффективное светотехническое оборудование для теплиц // РПНА "Теплицы России", №2, 2007. С. 45-47.

47. Приборы, аппаратура и методы получения агрофизической информации при исследованиях по программированию урожаев. М.: ВАСХ-НИЛ; 1977.

48. Росс Ю.К. Радиационный режим и архитектоника растительного покрова.—М.: Гидрометеоиздат, 1975. 343 с.

49. Рубцов Н.А., Осетров П.А., Бондаренко С.П. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. -М.: Колос, 1971. с.101.

50. Свентицкий И.И., Жилинский Ю.М. Сельскохозяйственная светотехника. -М.: Колос, 1972. 190 с.

51. Способ контроля и управления- энергопотреблением. Патент РФ № 2212746. Опубл. 20.09.2003. Бюл. № 26//Патентообладатели СПбГАУ и Карпов В .Н.

52. Справочная книга по светотехнике, М.: Энергоатомиздат, 1983. — 472 с.

53. Справочник по климату СССР. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние. — JI.: Гидрометеоиздат, вып. 1-34, 1966.

54. Технологии финансирования, энергосбережения, выращивания и строительства в защищенном грунте России.Учеб.для вузов/ Шарупич' Т.С., Шарупич В.П., Барков A.A., Киселев А.Н. Орел: Труд, 2005276 с.

55. Тихомиров A.A., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав света и. продуктивность растений. Новосибирск: Наука. Сибирское Отделение,* 1991.- 168 с.

56. Тихомиров A.A., Шарупич В.П. Методы оценки фотобиологической эффективности источников облучения для интенсивной светокультуры огурца и томата: Препринт ИБ СО 152Б. - Красноярск: Институт биофизики, СО АН СССР, 1991.- 32 с.

57. Тихомиров A.A., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы: Учеб. пособие. — Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения Российской Академии наук, 2000.-202 с.

58. Тооминг Х.Г. Солнечная радиация и формирование урожая. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977 200 с.

59. Трембач В.В. Световые приборы, М.: Высшая Школа; 1990. - 464 с.

60. Хузмиев И:К. Энерго и ресурсосберегающие'сельскохозяйственные установки оптического излучения на повышенной частоте тока: Дис.докт. техн. наук. Л.: ЛСХИ, 1988. - 281с.

61. Чершкус Э.П. Исследования по обоснованию параметров и разработке тепличных облучательных установок с газоразрядными лампами: Автореф. дисс.канд. техн. наук. — Елгава: Латвийская,сельскохозяйственная Академия, 1975. 28 с.

62. Чучалин А.И. Радиационный режим и использование фотосинтетиче-ски активной радиации ценозом пшеницы в условиях интенсивной свеьтокультуры: Автореф. канд. дисс. — Красноярск, 1980. — 25 с.

63. Чучалин А.И., Сидько Ф.Я. О рациональном использовании ФАР ценозом пшеницы в условиях светокультуры. — В кн.: Интенсивная светокультура растений. -Красноярск, 1977, С. 100-117.

64. Шалин Ю.П., Ничипоренко М.С. Методика выращивания озимой пшеницы на установках УВР. Сб. "Оснащение селекционных центров светотехническим оборудованием", ЦНИИ "Электроника", М., 1(55), 3637,1976.

65. Шарупич В.П. Организационная структура, фотосинтетическая и продукционная деятельность ценозов томата при выращивании методом многоярусной узкостеллажной гидропоники, Красноярск,: Институт биофизики СО АН СССР, 1990, Препринт № 143Б - 43 с.

66. Шарупич В.П. Рекомендации по расчету и проектированию радиационного режима отдельных сооружений селекционных комплексов. -Орел: Гипронисельпром, 1982. 108 с.

67. Шарупич В.П. Исследование и расчет режимов совместного облученияв теплицах: Дисс.канд. техн. наук. Красноярск: Институт физикиим. Л.В. Киренского СО АН СССР, 1978. 236 с.

68. Шарупич Т.С. Энергоресурсосбережение: и интенсификация- продукционного процесса в отрасли защищенного грунта. Учебное пособие: для ВУЗов. Орел: Из-во "Патент" Град-РИЦ; ПФ "Картуш!', 2006. -172 с.

69. Шарупич Т.С., Шарупич В.П., Барков А.А., Киселев А.Н. Технологии-финансирования, эенргосбережения, выращивания, строительства в. защищенном грунте России. Орел: Труд, 2005. - 276 с.

70. Шульгин И.А. Растение и солнце. JI;, "Гидрометеоиздат", 1973.

71. Armstrong J. Delvin. Oscillating light apparatus. Пат. США, к 240-48

72. F21m7/00), № 3882.306, опубликовано'6.05.75.

73. Howard R. The role of light in the science of agriculture // Lighting Desing and Application. 1971.—vol.1.5. -P.28-30:

74. Kinham H.G., Smith C.V. S-W orientation provides useful extra light // The Grower. 1970. - P.795-796

75. Lights Speed tomato growth// Elektricity on the Farm. 1972, vol.45, 4.34.

76. Markham R. Shades glasshouse orientation;// The Grower. 1974. - 18. -P.888

77. Nisen A. Construction, orientation, et forme des serres // Acta.Horticulturae, 1965. — № 2, P.7-15

78. Smith W. T., Downs R. Y., Bonamimo V. P. An economic system of supplying supplemental light in greenhouses. Amer. Soc. Of Agricultural Engineers, 74, 1-10, 1974i