Технические науки/ 6.Электротехника и радиоэлектроника.

Шарупич С.В., Ермошин В.А., Шарупич П.В., д.т.н. Шарупич В.П.

НИПИ “Градоагроэкопром”, Россия.

Энергоэффективные зеркальные лампы «СЭТ» для облучения растений в промышленных, фермерских, приусадебных, специальных теплицах

1 Общие замечания

Затраты на электроэнергию для облучения растений достигают в себестоимости продукции 35 и более %, что требует высокой эффективности облучательных установок.

Круглогодичное производство цветов и овощей в теплицах невозможно без электродосвечивания [1-4].

Источники искусственного облучения растений должны отвечать требованиям растений к интенсивности, направленности, спектральному составу, продолжительности облучения [1-4].

Из всего многообразия существующих в мире современных источников света для растений ни один из них не отвечает полностью требованиям растений.

Нерациональные потери светового потока ламп достигают 30-40%.

На тепличных комбинатах и в отрасли отсутствуют профессиональные светофизиологи и светотехники теплиц, что открывает свободный доступ в отрасль светотехнической продукции, не отвечающей требованиям максимальной фотосинтетической и продукционной деятельности растительных ценозов, энергоресурсосбережения и энергоэффективности.

Этому способствует ассоциация, в которой поставщики устаревшей светотехнической продукции объединившись, от имени ассоциации препятствуют поступлению на тепличный рынок новых видов продукции с более высокой надежностью, качеством и эффективностью.

Одной из основных функций тепличных облучателей является пространственное распределение света.

Краевые растения, расположенные вблизи боковых ограждений теплиц и технологических дорожек, испытывают острый дефицит в свете, что приводит к резкому снижению их продуктивности.

Облучатели должны разрабатываться с учетом равномерности облучения ценозов группой облучателей, независимо от того, находятся они непосредственно под тепличным облучателем, в промежутке между ними или на краях облучаемой зоны.

Первые разработки специальных комплектов краевых ламп для краевого облучения растений с целью снижения потерь светового потока и увеличения продуктивности растений были выполнены Шарупичем В.П. в 1975 году [3].

Первые конструкции краевых ламп для растений приведены в монографии Шарупича В.П. «Радиационный режим и светотехническое оборудование теплиц 0-7 зон СССР». –Орел: МИИП «Поиск», 1992 г.[2].

Дальнейшее развитие направление по производству краевых облучателей получило в институте НИПИ «Градоагроэкопром» компании ООО «Патент» и нашло отражение в учебнике для ВУЗов авторов Шарупича С.В., Шарупича П.В., Шарупича Т.С., Шарупича В.П. «Светотехника и электротехнология», Том 1. -Орел, Изд. «Патент. Град-РИЦ», 2010 г.[4].

2 Зеркальные натриевые лампы и облучатели СЭТ

Изготовление специальных краевых ламп для краевого облучения площадей теплицы, имеющих конструктивные отличия от традиционных ламп, не всегда оправданно технологией и экономикой.

В связи с этим с 2011года компания ООО «СЭТ» (г. Саранск, Мордовия) серийно выпускает универсальные зеркальные натриевые лампы высокого давления с высокой светоотдачей мощностью 400 и 600 Вт на напряжение 220 вольт и 600 Вт на 380 вольт для максимального равномерного облучения ценозов, размещенных во внутренних и краевых зонах теплиц (таблица 1, рис.1).

Таблица1

Инженерно-технологические характеристики ламп и облучателей компании ООО «СЭТ» для облучения растений в теплицах

Натриевые зеркальные лампы ДНаЗ/СЭТ
Тип ламп	Напряжение сети	Мощность	Ток лампы	Световой поток, номин	Габаритные размеры, мм		Тип цоколя	Срок службы тыс.час	Цена руб.
	В	Вт	А	Клм	диаметр колбы	длина лампы
Тепличное облучение (с повышенной световой отдачей)
ДНаЗ 400	220	400	4,6	52,0	120	285	Е40/52	16,0	892,00
ДНаЗ 600		600	6,2	82,0		302			1198,00
ДНаЗ 600-1	380		3,6						1315,00
Натриевые трубчатые лампы ДНаТ/СЭТ
Тепличное облучение (с повышенной световой отдачей)
ДНаТ 600	220	600	6,2	86,0	48	290	Е40	20,0	740,00
ДНаТ 600-1	380		3,6						850,00
Металлогалогенные зеркальные лампы ДРИЗ/СЭТ
Тепличное облучение
ДРИЗ 150	220	150	1,8	11,0	90	240	Е40/52	8,0	482,0
ДРИЗ 250		250	2,15	20,0					538,0
ДРИЗ 400		400	3,25	32,0	120	285			608,0

Облучатели для облучения растений в теплицах в комплекте с натриевыми зеркальными лампами ДНаЗ/СЭТ
Тип светильника	Ток лампы А	Световой поток, Клм	Внешний вид и габариты светильника, мм	Цена руб.
ЖСП 55-600-003 (с электронным ПРА на 220 в)	3,2	86,0	670х167х200	4280,00
ЖСП 55-600-002 (с электронным ПРА на 380 в)	1,9	86,0		4590,00
ЖСП 30-400-010 (с электромагнитным ПРА на 220 в)	4,6	52,0	680х167х197	2680,00
ЖСП 30-600-010 (с электромагнитным ПРА на 220 в)	6,2	86,0		3380,00
Облучатели для облучения растений в теплицах в комплекте с натриевыми трубчатыми лампами ДНаТ/СЭТ
ЖСП 30-600-015 (с электронным ПРА на 220 в)	3,2	86,0	670х16х200	4320,00
ЖСП 30-600-013 (с электронным ПРА на 380 в)	1,9	86,0		4620,00
Облучатели для облучения растений в теплицах в комплекте с металлогалогенными зеркальными лампами ДРИЗ/СЭТ
ГКУ 02 – 150 без стекла	1,8	11,0	650х270х265	1890,00
ГКУ 02 - 250 без стекла	2,15	20,0		2080,00
ГКУ 02 - 400 без стекла	3,25	32,0		2420,00

Лампы СЭТ эксплуатируются в облучателях с электромагнитными и электронными пускорегулирующими аппаратами.

Рис.1 Облучатель с лампой СЭТ. Внешний вид

3 Преимущества зеркальных натриевых ламп СЭТ

Основным отличием зеркальных ламп производства «СЭТ» от зеркальных ламп производства «Рефлакс-С» - г. Саранск, «Эколюм» - г. Калуга является несимметричная кривая светораспределения с максимумами излучения под 50º. (рис.2).

Рис.2 Лампа СЭТ. Общий вид

В конструкции ламп «СЭТ» впервые применен пружинный цоколь, позволяющий:

- за счет использования безмастичного цоколевания, устранить выход ламп из строя по причинам связанным с цоколевочной мастикой, разрушающейся от высокой влажности и температуры и выводящей из строя не только лампу, но электроаппаратуру;

- исключить случаи нарушения электрического контакта в цоколе ламп и патроне у ранее выпускаемых зеркальных ламп, приводящие к выводу их из строя;

- значительно снизить стоимость лампы за счет низкой себестоимости изготовления колбы и цоколя.

Лампы «СЭТ» имеют:

- высокий КПД;

- высокую стабильность параметров;

- высокие потребительские свойства;

- повышенную надежность, простоту конструкции.

Зеркальные Лампы «СЭТ» позволяют при одинаковой установленной мощности получать освещенность на 10% выше, чем под трубчатыми лампами с внешними металлическими отражателями за счет:

- высокой стабильности свойств зеркального отражающего покрытия, практически не меняющейся с наработкой ламп;

- отсутствия необходимости в периодической замене и чистки отражателя;

- меньших габаритов светильника и площади затенения естественного света;

- меньшего падения и поглощения отраженных лучей от отражателя на горелку колбы.

4 Недостатки зеркальных натриевых ламп «Рефлакс-С» и «Эколюм»

Зеркальные лампы производства «Рефлакс-С» - г. Саранск, «Эколюм» - г. Калуга не могут иметь в дальнейшем спроса на рынке тепличных ламп по причинам:

- спектральный состав света не соответствует требованиям растений;

- светораспределение ламп приводит к значительным потерям светового потока;

- имеются случаи выхода из строя ламп по причине натекания ламп;

- лампы имеют сложную конструкцию, высокую себестоимость ее составляющих частей (колбы, цоколя, деталей монтажа).

5 Эффективная полуширокая кривая силы света ламп СЭТ

Эффективность зеркальных ламп зависит от кривой светораспределения излучения, коэффициента отражения зеркальной поверхности и количества отраженных лучей, падающих обратно на горелку.

Чем выше коэффициент отражения и меньше падающих лучей на горелку, тем выше освещенность.

В лампах СЭТ снижение падающих отраженных лучей на горелку решено несимметричным размещением горелки в круглосимметричной колбе с использованием металлического зеркального отражателя (рис.3).

Рис. 3 Динамика отраженных световых потоков лампы СЭТ

Круглосимметричная колба ламп СЭТ позволяет исключить напряжения в стекле колбы при работе лампы.

При равном количестве облучателей с лампами СЭТ и облучателей с лампами «Рефлакс-С» и «Эколюм» или трубчатыми прозрачными лампами с металлическими отражателями, освещенность и ее равномерность под лампами СЭТ выше, за счет полуширокой кривой силы света и снижения падения и поглощения отраженных лучей горелкой колбы.

Оптимальность и рациональность полуширокой кривой силы света показана Малышевым В.В. «Повышение эффективности облучательных установок для теплиц», Москва, 2007, Прикупцом Л.Б. «Свет и цвет», «Цветочные технологии» №8, 2011 г.

6 Динамика отраженных световых потоков лампы СЭТ

Динамика отраженных лучей в зеркальной натриевой лампе ДНаЗ/СЭТ 600(220 В) (рис.3) показывает, что на горелку падает минимум отраженных лучей, что создает максимально возможную освещенность от лампы.

7 Кривая пространственного светораспределения лампы СЭТ

Кривая пространственного светораспределения лампы ДНаЗ/СЭТ 600(220 В) мощностью 600 Вт, измеренная в сертификационном центре во НИИС им. Лодыгина г. Саранск, показывает максимумы излучения под 50º (рис.4).

Рис.4 Кривая пространственного светораспределения от лампы СЭТ

8 Схема размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ» в теплицах, обеспечивающая равномерность освещения растений

8.1 Схема размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ» в традиционных теплицах

Облучатели с зеркальными лампами «СЭТ» мощностью 600 Вт (220 в) рекомендуется размещать по схеме с шагом в ряду равным 2 метра для внутренних облучателей и 1,5 метра для краевых облучателей, что обеспечивает равномерность облучения ценоза 86-95%.

На рис. 5 приведена рекомендуемая схема размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ» мощностью 600 Вт (220 в) в ряду общей длиной 11метров. Светильники размещены на высоте 2,2 метра от освещаемой поверхности. Расстояние между светильниками 2 метра (наиболее часто применяемое в теплицах).

Рис.5 Рекомендуемая схема размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ» в теплице

В таблице 2 приведена горизонтальная освещенность в точке от каждой лампы и их суммарная освещенность с учетом влияния соседних ламп.

Таблица 2

Горизонтальная освещенность в точке от отдельной лампы и суммарная освещенность с учетом влияния соседних ламп.

8.2 Схема размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ» в высокопродуктивных энергосберегающих теплицах типа Т100А-S

Научно-исследовательским и проектным институтом НИПИ «Градоагроэкопром» разработана схема высокоэффективного использования светового потока ламп типа «световой клин», требованиям которой отвечает лампа типа СЭТ (рис.6-7).

Рис.6. Тепличный комплекс типа ТПК с теплицами типа Т100А-S. Обслуживание комплекса

Рис.7 Схема рекомендуемого размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ» в теплицах типа Т100А-S

9 Тепличный рынок облучателей с зеркальными лампами

Зеркальные натриевые лампы и облучатели типа СЭТ это новая ступень надежности, качества и эффективности отрасли защищенного грунта.

Высокие потребительские свойства, повышенная надежность, простота конструкции, низкие цены ламп СЭТ, позволили компании ООО «СЭТ» за короткий срок - более года занять устойчивую позицию на тепличном рынке, внедрив свое светотехническое оборудование в ряд тепличных комбинатов: ОАО «Галантус» - г. Калуга, СХПК «Тепличный» - г. Вологда, ООО «Трубичино» - г. Новгород, ОАО «Тепличный комбинат «Завьяловский» г. Ижевск, ГУП РМ «Тепличное» -г.Саранск, СХПК «Тепличный» - г. Липецк, ЗАО «Нежинское» - г. Кисловодск, ОАО «Волга» - г. Саратов, ОАО «Тепличное» - г. Ульяновск и другие.

10 Перспективы использования ламп типа СЭТ

Научно-исследовательский и проектный институт НИПИ «Градоагроэкопром» после успешных производственных испытаний ламп СЭТ в комбинации со светодиодами приступил к массовому использованию данных ламп и облучателей в типовых и индивидуальных проектах наземных тепличных комплексов, специальных космических культивационных сооружениях.

Широкое применение ламп СЭТ в высокопродуктивных энергосберегающих теплицах-автоматах типа Т100А-S с многоярусной узкостеллажной гидропоникой открывает реальные перспективы светоувравляемого программирования урожаев в теплицах.

Выпуск институтом НИПИ Градоагроэкопром серии специальных учебников для ВУЗов по светофизиологии и тепличной светотехнике для образовательных стандартов высших учебных заведений по подготовке специалистов светотехников, дает гарантию появления на тепличных комбинатах светофизиологов и светотехников.

Выводы

1 Современные источники света не отвечает требованиям растений.

2 Нерациональные потери светового потока современных ламп широко используемых в теплицах достигают 30-40%.

3 Равномерность световых полей в краевых зонах теплиц для современных источников света не превышает 30%.

4 Зеркальные натриевых ламп «Рефлакс-С» и «Эколюм» имеют ряд недостатков:

- спектр не соответствующий требованиям растений;

- случаи выхода из строя ламп по причине натекания ламп;

- сложность конструкции лампы и высокая себестоимость ее составляющих частей (колбы, цоколя, деталей монтажа);

- значительные потери светового потока во внутренних и краевых зонах теплиц.

5 Компания ООО «СЭТ» производит принципиально новые высокоэффективные зеркальные натриевые лампы и облучатели типа СЭТ, устраняющие ряд недостатков современных ламп:

- лампы СЭТ имеют несимметричную кривую светораспределения светового потока с максимумами излучения под 50º;

- динамика отраженных световых потоков лампы СЭТ позволяет использовать лампу для эффективного облучения внутренних и краевых зон теплиц с традиционной и многоярусной узкостеллажной гидропоники в режиме «световой клин», обеспечивающем увеличение использования светового потока на 40-50%.

6 Для проектирования и монтажа в традиционных и высокопродуктивных энергосберегающий теплицах типа Т100А-S с многоярусной узкостеллажной гидропоникой разработаны схемы размещения облучателей с зеркальными лампами «СЭТ».

9 Для образовательного процесса по специальности «Светотехника и электротехнология теплиц» в ВУЗах институтом НИПИ «Градоагроэкопром» выпущена специальная серия учебников.

Литература

1 Тихомиров А. А., Шарупич В. П., Лисовский Г. М.
«Светокультура растений». - Издательство СО РАН, Новосибирск, 2000 г.

2 Шарупич Т.С., Кабанен Т.В., Шарупич П.В. Энергосберегающие светотехнические установки и оборудование для многоярусных тепличных технологий», Учебник для ВУЗов, Том. 1. -Орел, Изд. «Патент. Град-РИЦ», 2008 г., 308 с.

3 Шарупич В.П. «Радиационный режим и светотехническое оборудование теплиц 0-7 зон СССР». –Орел: МИИП «Поиск». 1992 г., 216 с.

4 Шарупича С.В., Шарупича П.В., Шарупича Т.С., Шарупича В.П. «Светотехника и электротехнология», Учебник для ВУЗов, Том. 1. -Орел, Изд. «Патент. Град-РИЦ», 2010 г., 264 с.