Разработка и обоснование эффективности технологического светодиодного освещения птичника промышленного стада кур-несушек тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Новоселов, Иван Михайлович

• Новоселов, Иван Михайлович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Новоселов, Иван Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПТИЧНИКОВ ПРОМЫШЛЕННОГО СТАДА КУР-НЕСУШЕК И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 История развития птицеводства в России и систем технологического освещения в промышленном птицеводстве.

1.2 Роль светового режима в создании микроклимата птичника.

1.3 Недостатки систем технологического освещения птичников промышленного стада и существующие способы их решения.

1.4 Параметры светового режима птичника промышленного стада и их влияние на продуктивность кур-несушек.

1.5 Выводы и задачи исследования.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПТИЧНИКАХ ПРОМЫШЛЕННОГО СТАДА КУР-НЕСУШЕК КРОССА «ХАЙСЕКС БРАУН».

2.1 Условия проведения опытов.

2.2 Оценка качества существующей системы технологического освещения птичников.

2.3 Оценка эффективности применения ламп накаливания и люминесцентных ламп в системе технологического освещения птичников.

2.4 Оценка влияния средней освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи в период яйценоскости на недельную продуктивность кур-несушек.

2.5 Оценка влияния средней освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи в период яйценоскости на сезонную продуктивность кур-несушек.

2.6 Выводы по главе.

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕТОВОГО ПОЛЯ ИДЕАЛИЗИРОВАННОГО СВЕТИЛЬНИКА С ЛИНЕЙКАМИ ТОЧЕЧНЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА.

3.1 Обоснование и выбор идеализированного светильника для освещения многоярусной клеточной батареи.

3.2 Моделирование оптимального светораспределения идеализированного светильника в поперечной плоскости.

3.3 Моделирование оптимального светораспределения идеализированного светильника в продольной плоскости.

3.4 Выводы по главе.

4 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

ПАРАМЕТРОВ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ МНОГОЯРУСНЫХ КЛЕТОЧНЫХ БАТАРЕЙ ПТИЧНИКА ПРОМЫШЛЕННОГО СТАДА КУР-НЕСУШЕК.

4.1 Обоснование конструкции светодиодного светильника для освещения многоярусных клеточных батарей.

4.2 Расчет параметров системы технологического светодиодного освещения многоярусных клеточных батарей.

4.3 Расчет параметров светодиодного светильника для освещения многоярусных клеточных батарей.

4.4 Выводы по главе.

5 ОЦЕНКА ОЖИДАЕМОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ МНОГОЯРУСНЫХ КЛЕТОЧНЫХ БАТАРЕЙ С СОДЕРЖАНИЕМ КУР-НЕСУШЕК ПРОМЫШЛЕННОГО СТАДА.

5.1 Исходные положения и принятые допущения.

5.2 Оценка энергетической эффективности.

5.3 Оценка полезного эффекта от повышения продуктивности кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» вследствие создания оптимальной освещенности на кормушках.

5.4 Определение ожидаемой эффективности применения светодиодных светильников в птичнике с содержанием кур-несушек кросса «Хайсекс Браун».

5.5 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование эффективности технологического светодиодного освещения птичника промышленного стада кур-несушек»

Актуальность темы. Птицеводство — динамично развивающаяся отрасль сельского хозяйства России. За 2010 год в хозяйствах всех категорий страны получено 40,6 млрд. штук куриного яйца, что на 2,9% больше, чем за 2009 год и на 6,6% больше чем в 2008 году. Численность птицы во всех хозяйствах страны в 2010 году составила 449 млн." голов, что на 3,1 % больше, чем за 2009 год и на 10,9% больше чем в 2008 году [152]. При этом уровень производства яиц, по сравнению с 1990 годом, до сих пор остается ниже и составляет 86;2% от уровня производства в 1990 года [11]. Обеспеченность основными5 пищевыми продуктами по отношению к рекомендуемым рациональным размерам их потребления составляет (на 2009 год): мясо и мясопродукты -|68%, молоко и молокопродукты - 61 %, яйца - 88%, рыба и рыбопродукты -;56%, овощи и бахчевые - 76%, фрукты и ягоды - 72%. Потребление сахара, картофеля, хлебопродуктов соответствует нормам; [24].

Федеральный закон №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и1 о внесении; изменений^ в отдельные законодательные: акты российской федерации»[114] устанавливает ряд ограничений в области {использования ламп накаливания. В частности, с 1 января 2013 года могут быть запрещены к обороту на территории Российской Федерации электрические лампы накаливания мощностью семьдесят пять ватт и более, а с 1 января 2014 года - электрические лампы накаливания мощностью двадцать пять ватт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока для освещения; По оценке В. Л. Фисинина [116], их доля, по сравнению с другими источниками света^ в птицеводстве России составляет более 85%.

Очевидно, что со стороны птицефабрик, в связи с принятием ФЗ №261, появился отчетливый спрос на модернизацию системы освещения птичников. Существующие системы технологического освещения птичников промышленного! стада кур-несушек не обеспечивают оптимальной освещенности кормушек ярусов клеточной батареи. До настоящего времени существуют различные мнения в оценке эффективности применения ламп накаливания, люминесцентных ламп и светодиодов для технологического освещения птичников промышленного стада кур-несушек, в оценке оптимальной освещенности кормушек клеточных батарей в период продуктивности птицы. Остаются недостаточно выясненными вопросы влияния уровня средней освещенности кормушек в период яйценоскости на продуктивность кур-несушек различных кроссов.

Светодиодное освещение, особенно тепло-белого цвета, наиболее близко по спектру излучения и по влиянию на продуктивность кур-несушек к лампам накаливания. Светодиоды, несмотря на высокую стоимость, по мно г гим показателям превосходят лампы накаливания и люминесцентные лампы. В связи с этим вопросы исследования и обоснования эффективности технологического светодиодного освещения птичников промышленного стада кур-несушек являются своевременными и актуальными.

Цель работы — исследование и обоснование эффективности технологического светодиодного освещения птичника промышленного стада при содержании кур-несушек в многоярусных клеточных батареях, обеспечивающего оптимальную освещенность кормушек и повышение продуктивности птицы.

Задачи исследования:

- провести обзор и,анализ современного состояния технологического освещения птичников промышленного стада при содержании кур-несушек в многоярусных клеточных батареях;

- оценить влияние уровня освещенности кормушек по ярусам клеточной батареи на продуктивность кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» и определить оптимальный уровень средней освещенности кормушек, соответствующий максимальной продуктивности птицы;

- разработать модель идеализированного светильника с линейками то чечных направленных источников света для исследования светодиодной системы освещения многоярусных клеточных батарей;

- предложить конструкцию светодиодного светильника для освещения многоярусной клеточной батареи с содержанием кур-несушек промышленного стада, позволяющую обеспечить оптимальную среднюю освещенность кормушек на всех ярусах клеточной батареи;

- обосновать светотехнические параметры светодиодного светильника и системы технологического светодиодного освещения многоярусных клеточных батарей птичника промышленного стада кур-несушек;

- предложить рекомендации по инженерному расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек;

- оценить ожидаемую экономическую эффективность использования светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

Объект исследования - система технологического освещения птичника промышленного стада с содержанием кур-несушек в многоярусных клеточных батареях.

Предмет исследования - влияние уровня освещенности кормушек на продуктивность кур-несушек и закономерности пространственного распределения светового потока светодиодных светильников, обеспечивающие оптимальную среднюю освещенность на кормушках клеточных батарей.

Научную новизну результатов исследования составляют:

- математическая модель нелинейной регрессионной связи между средней освещенностью кормушек за период яйценоскости по ярусам клеточных батарей и средней сезонной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» при их содержании в многоярусных клеточных батареях;

- модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света;

- зависимости светотехнических и конструктивных параметров системы технологического освещения со светодиодными светильниками от конструктивных параметров клеточной батареи и птичника.

Практическую значимость представляют разработанная конструкция светодиодного светильника, позволяющая обеспечить оптимальный уровень освещенности кормушек многоярусной клеточной батареи, и рекомендации по инженерному расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Выявленная нелинейная регрессионная связь между средней освещенностью кормушек за период яйценоскости по ярусам клеточных батарей и средней сезонной продуктивностью кур-несушек кросса «Хайсекс Браун», позволяющая определить величину оптимальной средней освещенности кормушек, обеспечивающей максимальную продуктивность птицы.

2. Разработанная модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света, позволяющая:

- установить зависимости светотехнических и конструктивных параметров системы технологического освещения со светодиодными светильни' I I ками от конструктивных параметров клеточной батареи и птичника;

- разработать методику расчета параметров светодиодных светильников и системы освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

3. Предложенная конструкция светодиодного светильника для освещения многоярусной клеточной батареи с содержанием кур-несушек промышленного стада, позволяющая обеспечить оптимальную среднюю освещенность кормушек и заданную неравномерность освещения вдоль кормушек на всех ярусах клеточной батареи.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием основных законов светотехники, геометрии, тригонометрии, дифферёнциального и интегрального исчисления, специализированной компьютерной программы Dialux v.4.9. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием программ Microsoft Excel.

Реализация результатов исследований. Работа проведена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА по теме «Повышение эффективности работы технологических энергоустановок в сельском хозяйстве Удмуртской Республики», per. № 01200951811. Разработанные рекомендации по инженерному расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек приняты и используются при разработке технического задания и конструировании светодиодных светильников в ООО «Южно-Уральские технические системы управления», г. Челябинск.

Апробация результатов исследования.- Материалы теоретических и экспериментальных исследований доложены и обсуждены на Всероссийских научно-практических конференциях ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА (2008-2011 г.г.); на конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов ИжГСХА (2009 г.), на втором этапе Всероссийского конкурса научных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Уфа (2010-2011 г.г.); на первом ежегодном форуме молодых ученых, инноваторов и специалистов Удмуртской Республики в ИжГТУ, г. Ижевск (2010 г.); на республиканском конкурсе «Молодой изобретатель Удмуртской Республики», г. Ижевск (2010 г.); на I окружном этапе молодежного инновационного конвента по Приволжскому федеральному округу, г. Пермь (2010 г.), на III Всероссийском форуме «Российским инновациям - российский капитал», г. Ижевск (2010 г.).

Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 10 печатных работах, в том числе: в трех статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, и одном патенте на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 131 страницу машинописного текста, 37 иллюстраций, 28 таблиц, 4 приложения и список литературы из 159 наименований, в том числе 27 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Новоселов, Иван Михайлович

5.5. Выводы по главе t . !

По результатам проведенных расчетов можно сделать следующие выводы:

1. Применение предлагаемых светодиодных светильников для освещения клеточных батарей с содержанием кур-несушек в птичнике на 50 ООО кур-несушек является выгодным: Экономические показатели составили следующие значения:

Необходимые первоначальные капитальные вложения 1 391 ООО руб.

Чистый дисконтированный доход, при ставке дисконта 15%, за 10 лет эксплуатации составил 632 41'5,99 руб.

Среднегодовая рентабельность проекта составила 14,55 %/год.

Внутренняя норма доходности составила 20,7 %.

Срок окупаемости первоначальных вложений составил 1,6 года.

2. Полезный эффект от применения предлагаемых светодиодных светильников в птичнике составил:

От экономии электроэнергии: 83 045,46 руб./год.

От повышения продуктивности: увеличение на 2,3 %/год, или 784 051,52 руб./год в птичнике на 50 000 кур-несушек с содержанием в клеточной батарее «Техна» ТБК-В. 1 • 1

3. Учитывая то, что цена светодиодной продукции имеет тенденцию к понижению, эффективность применения светодиодных светильников в птичнике с содержанием кур-несушек с течением времени окажется более высокой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Замена ламп накаливания на люминесцентные лампы в системе технологического освещения птичника промышленного стада с содержанием кур-несушек в многоярусных клеточных батареях нецелесообразна, так как приводит к снижению продуктивности птицы. Реальной альтернативой лампам накаливания, несмотря на высокую стоимость, являются светодиоды тепло-белого цвета, наиболее близкие к ним по спектру излучения и превосходящие их по воздействию на продуктивность кур-несушек.

2. Существующие системы технологического освещения не обеспечивают оптимальной освещенности на кормушках клеточной батареи птичника промышленного стада кур-несушек. Поддержание оптимальной средней освещенности на кормушках всех ярусов клеточной батареи позволяет повысить продуктивность птицы. Существующие методы обеспечения оптимальной освещенности кормушек клеточной батареи системами светодиодного освещения нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

3. Между средней освещенностью кормушек по ярусам клеточных батарей и средней сезонной продуктивностью за период яйценоскости кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» существует сильная нелинейная корреляционная связь, характеризуемая корреляционным отношением т]2Х = 0,803.

4. Предложена математическая модель, адекватно аппроксимирующая

I . / вид нелинейной регрессии между средней освещенностью кормушек по ярусам клеточных батарей и относительной средней сезонной продуктивностью за период яйценоскости кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» в диапазоне освещенности кормушек от 5 до 30 лк с вероятностью р = 0,90.

5. Оптимальной средней освещенностью кормушек для существующих условий содержания кур-несушек кросса «Хайсекс Браун» с вероятностью р = 0,90 следует считать среднюю освещенность 10,00±1,05 лк, обеспечиваю 120 • ; щую максимальную среднюю сезонную продуктивность птицы за период яйценоскости.

6. Разработана модель идеализированного светильника с линейками точечных направленных источников света, позволяющая установить зависимости светотехнических и конструктивных параметров системы технологического светодиодного освещения от конструктивных параметров клеточной батареи и птичника.

7. Предложена конструкция светодиодного светильника для освещения многоярусной клеточной батареи с содержанием кур-несушек промышленного стада, позволяющая обеспечить оптимальную среднюю освещенность кормушек и требуемую неравномерность освещения вдоль кормушек на всех ярусах клеточной батареи.

8. Разработана инженерная методика по расчету параметров и конструированию светодиодных светильников для освещения многоярусных клеточных батарей птичников промышленного стада кур-несушек.

9.Экономическая оценка ожидаемой эффективности применения предлагаемой светодиодной системы освещения показала, что первоначально вложенные средства окупаются за 1,6 года. I I 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Новоселов, Иван Михайлович, 2011 год

1. Айзенберг, Ю.Б. Основы конструирования световых приборов: Учебное пособие для вузов АЮ.Б. Айзенберг.,- М.: Энергоатомиздат, 1996. -704 с.

2. Айзенберг, Ю.Б. Справочная книга по светотехнике / Ю.Б. Айзенберг. 3-е изд. М.: Знак, 2006. - 972 с.

3. Акатов, А.Е. Влияние освещенности на воспроизводительные качества яичных кур при люминесцентном освещении/А. Е. Акатов// Передовой научно-производственный опыт в птицеводстве. Экспресс информация, 1988, №6. Загорск. - С. 10-13.

4. Акатова, Е.В. Продуктивность клеточных несушек при режиме прерывистого освещения лампами ЛДЦ-36 и ЛДТД-18 : автореф. дис. . канд. с-х. наук / Е.В. Акатова. М., 1993. - 20 с.

5. Асриян, М. А. Ресурсосберегающая технология производства яиц: автореф. дис. . д-ра с.-х. наук / М. А. Асриян. Сергиев Посад, 1992. -28 с.

6. Асриян, М.А. Зоотехническая и физиологическая оценки различных световых режимов для кур-несушек промышленного стада / М.А. Асриян, A.B. Броерский, Т.С. Тагиев // с-х. биология. 1987. - № 7. - С. 49-56.

7. Асриян, М. Рациональные световые режимы для кур-несушек. / М. Асриян //Птицеводство.- 1987.- №7. С. 33-35.

8. Баринов, П. А., Кузнецов А. Ф. Влияние различного спектра освещения на рост, развитие и продуктивность кур // Сб. науч. трудов /Саратовского СХИ. 1975. С. - 64-70.

9. Барнев, В. Влияние уровня освещенности внутри клетки на показатели яичной продуктивности кур-несушек / В. Барнев // Науч.- произв. опыт в птицеводстве. 2001. - № 1. С - 16-17.

10. Блинов, Е.В. Разработка способа повышения однородности промышленного стада кур-несушек : автореф. дис. .'. канд. с.-х. наук / Е.В. Блинов. Краснодар, 2009. - 24 с.

11. Бондарь, О. О. Управление продовольственной безопасностью региона (на материалах краснодарского края) : автореф. дисс. . канд. э. наук. /. О.О. Бондарь. Ставрополь, 2010. - 24 с.

12. Буяров, B.C. Ресурсосберегающие технологии в птицеводстве Орловской области. Техника и оборудование для села. 2009. Т. 150. № 12. С. 17-18.

13. Валеев, Ф. Н. Повышение продуктивности кур-несушек за счет установления рационального режима освещения в птицеводческом помещении : автореф. Дис. . канд. техн. наук / Ф.Н. Валеев. Уфа, 2002. -20 с.

14. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. М., 1967. 159 с.15