CC BY
28
УДК 69:[620.9:662.6.004.18]
С. Ю. Плешков, Дженнаро Бракале, С. А. Бирюкова, Ю. О. Климантова
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ И РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА ОСВЕЩЕНИЯ КОРПУСА ПТИЦЕФЕРМЫ НА ПЛАТФОРМЕ ПОЛЫ1Х ТРУБЧАТЫ1Х СВЕТОВОДОВ
Рассматривается проект освещения корпуса птицефермы (поселок Белокаменный, г. Асбест Свердловской области), организационно входящего в состав птицефабрики «Свердловская». Особенность проекта состоит в том, что реально существующий вариант освещения предлагается заменить на энергоэффективный экологичный проект, позволяющий не только окупить первоначальные затраты, но и систематически поддерживать более высокую производительность ценных пищевых продуктов - яиц и мяса птицы. Представлен расчет освещенности помещения, выполненный с помощью эксклюзивной компьютерной программы, разработанной инженерами итальянской компании «Solarspot International S.R.L.». Приводятся рекомендации по увеличению производства птицы и яиц за счет применения инновационной энергоэффективной технологии транспортировки естественного света для производителей. Доказана рентабельность данной технологии при применении ее в животноводческом комплексе Российской Федерации при различной стоимости национальной валюты.
Ключевые слова: светотехнические системы на основе полых трубчатых световодов, естественное освещение, световой поток, светодиодные светильники.
Введение
Производство мяса птицы и яиц вносит существенный вклад в экономику России, обеспечивая ее продовольственную безопасность. В 2016 г. на российский рынок мяса птицы и яиц было поставлено на 5 % больше по сравнению с 2014 г. [1]. Однако в настоящее время развитие отрасли осуществляется в основном экстенсивными методами, т. е. за счет увеличения количества птицефабрик. Новейшие достижения науки пока используются недостаточно, поэтому целью работы явилось исследование применения инновационной технологии естественного освещения корпусов птицеферм, которая, по нашему мнению, способна не только экономить стремительно уменьшающиеся энергоресурсы России, но и способствовать интенсивному развитию птицеводства.
Общая характеристика исследуемого объекта строительства
Выбранный нами объект исследования - инкубаторий ОАО «Птицефабрика «Свердловская», расположенный в пос. Белокаменный г. Асбест Свердловской области (рис. 1).
Рис. 1. Одноэтажный однопролетный птичник птицефабрики «Свердловская» [2]
Однопролетный (пролет 18 м) птичник размерами 18,00 х 90,00 х 5,86 м имеет двухскатную кровлю, отапливается, предназначен для выращивания до 80 тыс. кур, которые содержатся в четырехъярусных клеточных батареях. Внутри помещения поддерживается температура +20 °С (при
температуре наружного воздуха до -35 °С). Здание выдерживает снеговую нагрузку до 240 кг/м2. Фундамент под колонны каркаса - буронабивные сваи с железобетонным ростверком. Каркас здания состоит из стальных металлоконструкций (колонны, фермы покрытия). Стены - трехслойные сэндвич-панели (горизонтальная раскладка, цвет синий (RAL 5005/9002), желтый (RAL 1018/9002)) с минераловатным утеплителем толщиной 120 мм. Ворота подъемно-секционные, двери металлические утепленные; окна ПВХ (однокамерный стеклопакет, открываются на 30 %), в проемах имеются жалюзийные решетки. Кровля состоит из трехслойных сэндвич-панелей с минераловатным утеплителем толщиной 150 мм. Профнастил С44-0,7 RAL 1018 [2].
Обоснование оптимального выбора варианта освещения корпуса птицефермы, основанного на применении полых трубчатых световодов
Известно, что на рост птицы и производство яиц существенно влияет не только интенсивность света, но и продолжительность светового дня, а также цвет освещения. В различные периоды роста птицы, в зависимости от породы, внимание акцентируется на красном интенсивном цвете для кур-несушек и на зеленом и синем при выращивании бройлеров. В продуктивный период на птиц благотворно влияет снижение яркости света на 2-5 люкс, способствующее снижению агрессивности.
Но наиболее эффективно птицы развиваются и несутся при естественном освещении, при наибольшей продолжительности светового дня (до 16 часов), обеспечивающей более раннее половое созревание кур, и при оптимальном температурном режиме (при низких значениях температуры яйценоскость снижается). Например, куры породы «Хай-лайн» в вышеописанных условиях приносят от 340 до 350 шт. яиц в год при их впечатляющей средней массе 60-65 г [3]! Следует отметить, что специально созданные условия птицефабрик в настоящее время позволяют получать всего 200-250 яиц в год (в зависимости от породы птицы), т. е. на 57-71 % меньше! Существенно отличается и интенсивность роста животных.
Для освещения рассматриваемого птичника применяются люминесцентные лампы ЛД 80Вт G13, световой поток лампы - 2400 лм [4]. Для получения максимально объективных результатов исследования мы предложили в одном из вариантов использовать энергоэффективные светодиодные светильники DOMINO LED 80 D120 4000K [5], которых для получения аналогичной средней равномерной освещенности 50 лк потребуется не менее 40 шт., что подтверждает расчет, выполненный в среде немецкой программы «DIALux» (рис. 2).
:г// 2£2Р\
а
5( 5С 5(
0.00
_1-
11-25
Ч-
33.75
Н-
56 25
Высота помещения: 5.860 т, Монтажная высота: 5.360 т, Коэффициент эксплуатации: 0.80
Поверхность Рабочая плоскость Полы Потолок Стенки (4)
Рабочая плоскость:
Высота: 0.150 m
Растр: 128 x 128 Тонки
Краевая зона: 0,000 m
Число точек, имеющих менее 400 люкс (для IEQ-7): 100.00%.
н-
78.75
. 18.00 m
"11.25 "6.75
"0,00
Ч
90.00 m
р [%] Еф[1х] EminN Emax М
/ 57 4,35 212
20 57 4,38 205
50 11 3 95 19
30 27 4.64 354
Значения в Lux, Масштаб 1:644
^min ^ ^ср
0.076 0.077 0.376 /
Рис. 2. Схема освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью светодиодных светильников DOMINO LED 80 D120 4000K, лк
На рис. 2 видно, что данный тип энергоэффективных светильников дает весьма неравномерный вариант освещения. В центрах освещаемых зон присутствуют нежелательные точки «пиковой» освещенности» силой до 200 лк. В то же время довольно большая поверхность пола будет освещена слабо - в пределах 10-20 лк. Эту ситуацию можно исправить, применив значительно большее количество светильников меньшей мощности. Но в итоге мы получим нерентабельный проект с длительным сроком окупаемости.
В другом, на наш взгляд, более эффективном варианте, мы предлагаем использовать светотехнические системы на основе полых трубчатых световодов (ПТС) итальянской компании «Solarspot International S.R.L.», позволяющие транспортировать в помещение естественный свет (как солнечный, так и диффузный). Диффузоры (рассеиватели света) комплектуются новейшими светодиодными лампами, которые начинают свою работу при уменьшении естественного освещения вне помещения. Кроме того, компания «Solarspot International S.R.L.», изделия которой успешно используются в 47 странах мира, готова совершенствовать технологию естественного освещения с применением систем «LEDSolarspot®» различного цвета, специально адаптированную для российских птицеферм с целью повышения производительности мяса птицы и яиц.
Расчет освещенности инкубатория птицефабрики «Свердловская» с помощью энергоэффективных экологичных светотехнических систем на основе ПТС итальянской компании «Solarspot International S.R.L.»
Для более равномерной освещенности поверхности пола, а также для увеличения продолжительности светового дня для животных, создания необходимого цветового спектра освещения мы предлагаем использовать системы «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, позволяющие оптимизировать процесс экономии энергии и максимально сократить ее расход.
Для выполнения расчетов нами использовалась запатентованная методика Дж. Бракале [6].
Проанализировав структуру и цветовую палитру внутренних поверхностей инкубатория, примем их отражающую способность: для потолка - 50 %, для стен - 30 %, для пола - 20 %. Высоту заданной рабочей поверхности примем 0,15 м, что примерно соответствует уровню расположения глаз курицы. «Фактор использования» (UF) найдем из соответствующей таблицы официального отчета CIE 173:2006 Технического комитета ТС3.38 «Трубчатые световодные системы» Международной комиссии по освещению [7], учитывая при этом значение индекса помещения и отражающую способность внутренних поверхностей: UF будет равен 0,80.
Расчеты естественного освещения производились для светового климата населенного пункта Михалицы (ближайшая точка к г. Екатеринбургу, по которой имеются сведения европейской базы данных естественного и солнечного света «SATEL-LIGHT» [8]).
Значения освещенности приняты в 60 % от среднегодовой продолжительности светового дня (2 758 ч), при которой она составляет 14,2 клк, и в 40 % от среднегодовой продолжительности светового дня (1 834 ч) - 29,1 клк. Рекомендованный средний уровень освещенности для исследуемого помещения - 50 лк.
Количество необходимых систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм определяется соотношением светового потока, который должен быть доставлен в помещение, к световому потоку, обеспечиваемому одним световодом «Solarspot®». Получаем 18 систем.
Следующим шагом исследования явился расчет освещенности птичника в среде немецкой программы «DIALux», в которую была интегрирована соответствующая информация по системам «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм. На рис. 3, 4 видно, насколько равномерно, в пределах заданных значений, освещены поверхности инкубатория. Средняя освещенность помещения -47 лк; минимальная - 16 лк; максимальная - 66 лк. При таких параметрах птица не будет ослеплена, силы света вполне достаточно для ее жизнедеятельности и интенсивного роста. Кроме того, исключаются случаи агрессивности птиц, вызванной ярким освещением. Свет - естественный, гармонично совмещенный с искусственным, что крайне важно для психологической устойчивости животных. Необходимую продолжительность светового дня обеспечат энергоэффективные светодиодные лампы, а дополнительные лампы различной цветовой гаммы будут работать в различные периоды роста птицы, обеспечивая наивысшую яйценоскость и интенсивность набора животными веса.
Рис. 3. Диаграмма освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью 18 систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, лк. Комбинированное освещение естественным светом и светодиодными лампами
Рис. 4. Схема освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью 18 систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, лк
Очень хороший результат дает освещение без использования светодиодных светильников (рис. 5).
Рис. 5. Схема освещенности исследуемого корпуса птицефермы с помощью 18 систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, лк, только естественным светом без использования светодиодных ламп
Такой вариант освещения (средняя освещенность - 15 лк, максимальная - 20 лк) не предусматривает использование искусственного освещения, благодаря чему экономится электроэнергия; его следует чередовать с периодами высокой освещенности (например, после планового приема птицей пищи). Это позволит птице снизить активность, отдохнуть, что в целом будет способствовать интенсивному набору веса и позволит курам-несушкам производить яйцо в спокойной обстановке.
Экономическое обоснование оптимального выбора варианта освещения корпуса птицефермы при использовании ПТС итальянской компании «Solarspot International S.R.L.»
Рентабельность проекта освещения была доказана при различной стоимости национальной валюты. В расчетах учтена первоначальная стоимость светодиодных светильников (за исключением ламп ЛД 80Вт G13, которые закуплены и работают в настоящее время) и систем «LEDSolarspot®» диаметром 375 мм, ежегодный рост тарифов на электроэнергию, инфляционные процессы, затраты на замену и утилизацию отслуживших ламп. На рис. 6 отражены результаты расчетов окупаемости предложенных вариантов освещения при стоимости 1 € = 45,0559 руб. (по состоянию на 01.01.2014 г. [9]).
2 200 2 000 1 800 1 600 Чу 1 400
5 1 200
Й £
о
1 000 800 600 400 200
000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 0,00
■Люминесцентные лампы
■ Светодиодные лампы
- Световоды LED 375 мм Solarspot
012345678
Время эксплуатации, лет
Рис. 6. Результаты расчетов окупаемости рассмотренных вариантов освещения при стоимости 1 € = 45,0559 руб. (по состоянию на 01.01.2014 г.)
Крайне низкие затраты на эксплуатацию светотехнических систем «ЬЕВ8о1агеро1®» позволили бы окупить затраты на их приобретение приблизительно через 2,5 года по сравнению с использованием люминесцентных ламп. Но в настоящее время национальная валюта, после периодов серьезной девальвации, закрепилась на уровне 61,20 руб. за 1 €. При такой стоимости окупаемость проекта несколько выше - в пределах 3-х с лишним лет (рис. 7).
2 200 2 000 1 800 1 600
^ 1 400
&
з 1 200
Й 1 000
& 800
со
600 400 200
000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 000,00 0,00
■Люминесцентные лампы
- Светодиодные лампы
-Световоды LED 375 мм Solarspot
012345678
Время эксплуатации, лет
Рис. 7. Результаты расчетов окупаемости рассмотренных вариантов освещения при стоимости 1 € = 61,20 руб. (по состоянию на 01.03.2017 г.)
В выбранном нами варианте животные будут развиваться в более комфортных условиях, что благотворно повлияет на их рост и яйценоскость. Увеличение продуктивности также позволит ускорить возврат средств.
Заключение
Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Долгосрочные инвестиции в энергоэффективные светотехнические системы на основе полых трубчатых световодов в российское птицеводство рентабельны.
2. Применение рассмотренных светотехнических систем существенно экономит расходование энергоресурсов, защищает окружающую среду, что приобретает особую актуальность в 2017 г., объявленном в России Годом экологии, а также создает предпосылки для увеличения производства мяса птицы и яиц, обеспечивая продовольственную безопасность страны.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Новицкий И. Птицеводство в России: использование инноваций и особенности отрасли. URL: https://сельхозпортал.рф/articles/ptitsevodstvo-v-rossii/ (дата обращения: 28.02.2017).
2. Центр по строительству и комплектации зданий. URL: http://sendvichstroy.ru/ready/ptizha/ (дата обращения: 18.01.2017).
3. Секреты яйценоскости кур. URL: http://prokyr.ru/razvedenie-i-soderjanie/vse-ob-yajtsenoskosti-2650/ (дата обращения: 22.02.2017).
4. Люминесцентная лампа ЛД 80Вт G13. URL: http://e-burg.el.ru/catalogue/lamps/0/357 (дата обращения: 01.03.2017).
5. Каталог компании «Световые технологии». URL: http://www.ltcompany.com/ru/products/domino-led/domino-led-80-d120-4000k/ (дата обращения 14.02.2017).
6. Бракале Дж. Естественное освещение помещений с помощью пассивной световодной системы «Solarspot®» // Светотехника. 2005. № 5. С. 34-42.
7. Оселедец Е. Ю., Кузнецов А. Л. Транспортировка света. Современные системы естественного освещения. URL: http://lightonline.ru/svet/articles/LightTransport.html (дата обращения: 24.02.2017).
8. Satel-Light - The European Database of Daylight and Solar Radiation. URL: www.satel-light.com. (дата обращения: 02.03.2017).
9. Курсы валют. URL: http://kurs-dollar-euro.ru/euro-01-14.html (дата обращения: 06.03.2017).
Статья поступила в редакцию 14.03.2017
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Плешков Сергей Юрьевич — Россия, 620002, Екатеринбург; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; канд. экон. наук, доцент; доцент кафедры гидравлики; [email protected].
Бракале Дженнаро — Италия, Коккуио-Тревизаго; д-р физ. наук, д-р физ.-мех. наук; эксперт технического комитета ТС3-38 Международной комиссии по освещению; [email protected].
Бирюкова Светлана Александровна — Россия, 620002, Екатеринбург, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; магистрант кафедры гидравлики; [email protected].
Климантова Юлия Олеговна — Россия, 620002, Екатеринбург; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; магистрант кафедры гидравлики; [email protected].
S. Yu. Pleshkov, Gennaro Brakale, S. A. Biryukova, Ju. O. Klimantova
ECOLOGICAL EFFICIENCY AND PROFITABILITY OF THE PROJECT OF THE POULTRY FARM ILLUMINATION ON THE PLATFORM OF HOLLOW MIRRORED TUBULAR LIGHT GUIDES
Abstract. The article deals with the project of lighting the hull of a poultry farm (Belokamenniy village, Asbest town, the Sverdlovsk Region), which is organizationally a part of the poultry farm "Sverdlovskaya". The peculiarity of the project is that a real-life version of lighting is proposed to be replaced with an energy-efficient, eco-friendly project that allows not only to cover the initial costs, but also systematically support a higher production of valuable food products, such as eggs, poultry meat. The work presents the calculation of the illumination of the room, performed with the help of an exclusive computer program developed by the engineers of the Italian company " Solarspot International S.R.L.". Recommendations are given to increase the production of poultry and eggs through the use of innovative energy-efficient technology for the transportation of natural light for producers. The profitability of this technology is proved when applied in the cattle-breeding complex of the Russian Federation in terms of different value of the national currency.
Key words: energy-efficient lighting technologies, energy-efficient construction, lighting systems based on hollow tubular light guides, natural light, light flux, LED lamps.
REFERENCES
1. Novitskii I. Ptitsevodstvo v Rossii: ispol'zovanie innovatsii i osobennosti otrasli [Poultry farming in Russia: using innovations and description of the industry]. Available at: https://serkhozportal.rf/ articles/ptitsevodstvo-v-rossii/ (accessed: 28.02.2017).
2. Tsentrpo stroitel'stvu i komplektatsii zdanii [the Center of construction and assembling structures]. Available at: http://sendvichstroy.ru/ready/ptizha/ (accessed: 18.01.2017).
3. Sekrety iaitsenoskosti kur [Secrets of layers' productive life]. Available at: http://prokyr.ru/razvedenie-i-soderjanie/vse-ob-yajtsenoskosti-2650/ (accessed: 22.02.2017).
4. Liuminestsentnaia lampa LD 80Vt G13 [Luminescent bulb LD 80Wt G13]. Available at: http://e-burg.el.ru/catalogue/lamps/0/357 (accessed: 01.03.2017).
5. Katalog kompanii «Svetovye tekhnologii» [Catalogue of the Group "Lighting Technologies"]. Available at: http://www.ltcompany.com/ru/products/domino-led/domino-led-80-d120-4000k/ (accessed: 14.02.2017).
6. Brakale Dzh. Estestvennoe osveshchenie pomeshchenii s pomoshch'iu passivnoi svetovodnoi sistemy «Solarspot®» [Room natural lighting using fiber optic system "Solarspot"]. Svetotekhnika, 2005, no. 5, pp. 34-42.
7. Oseledets E. Iu., Kuznetsov A. L. Transportirovka sveta. Sovremennye sistemy estestvennogo osveshche-niia [Light transportation. Modern systems of natural lighting]. Available at: http://lightonline.ru/svet/articles/ LightTransport.html (accessed: 24.02.2017).
8. Satel-Light - The European Database of Daylight and Solar Radiation. Available at: www.satel-light.com (accessed: 02.03.2017).
9. Kursy valiut [Currency rates]. Available at: http://kurs-dollar-euro.ru/euro-01-14.html (accessed: 06.03.2017).
The article submitted to the editors 14.03.2017
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Pleshkov Sergey Yurievich — Russia, 620002, Ekaterinburg; Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Candidate of Economics, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Hydraulics; [email protected].
Brakale Gennaro — Italy, Cocquio Trevisago; Doctor of Physical Sciences, Doctor of Physical-Mechanical Engineering; CIE TC3-38 Expert for Tubular Daylight Guidance Systems; [email protected].
Biryukova Svetlana Aleksandrovna — Russia, 620002, Ekaterinburg, Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Master's Course Student of the Department of Hydraulics; [email protected].
Klimantova Julia Olegovna — Russia, 620002, Ekaterinburg; Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Master's Course Student of the Department of Hydraulics; [email protected].
