Разработка энергосберегающих мероприятий для тепличного комбината

Л7 План подключения облучателей.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул

Л2 Схема электроснабжения ОАО ТК Спутник.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
Схема электроснабже-

Л5 Сравнительные показатели облучательных установок.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
Количество облучателей на
Расход электроэнергии
с учётом потерь в ПРА
в % к облучателю типа
Сравнительные показатели
облучательных установок
Наиболее эффективные источники
излучения для теплиц
Сравнительные показатели

Л6 План расположения облучателей.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
Облучатель ЖСП 64-600-001P
Размещение облучателей ЖСП 64-600-001Р на плане теплицы

Л8 БЖ.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
План размещения светильников ПВЛМ П-2
Освещённость на уровне пола
План размещения светильников ПВЛМ П-36+Д1
Характеристики сравниваемых вариантов

Л9 Экономика.cdw

Наименование показателя
Облучательные установки
стоимость материалов
Эксплуатационные затраты
затраты на заработную плату
амортизационные отчисления
затраты на текущий ремонт
и техническое обслуживание
затраты на электроэнергию
потери электроэнергии в ПРА
Годовая экономия электроэнергии
Коэффициент эффективности
Коэффициент мощности
Коэффициент пульсации
Коэффициент потерь в ПРА
Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
ДП 110302.01.00.СО.ТС
Технико - экономические
* по данным "Энергосбережение в освещении" Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 1999

Л1 Ген. план ОАО ТК Спутник.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
Административный корпус
Центральный тепловой пункт
Административно бытовой корпус
Биохимическая лаборатория
Соединительный коридор
ДП 110302.01.00.СО.ГП

Л4 Алглритм светотехнического расчёта.cdw

График распределения облучённости облучателя ЖСП 64-600-001Р
с лампой ДНаЗ-600 Reflux
Расположение облучателей
Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
технического расчёта
КСС лампы ДНа3-600 Reflux

Л3 Электропотребление ОАО ТК Спутник.cdw

Разработка энергосберегающих мероприятий
для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
Годовой график потребления электроэнергии ТК «Спутник» 2008 г.
Расход электроэнергии на облучение в 2008 г
Мощность установленного электрооборудования ТК «Спутник»

ПЗ.doc

Дипломный проект на тему «Разработка энергосберегающих мероприятий для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул» выполнен в объеме 110 страниц пояснительной записки и 9 листов графической части. Пояснительная записка содержит 21 таблицу и 23 рисунка. При выполнении дипломного проекта было использовано 25 источников литературы в том числе учебно-методическая справочная нормативно-правовая а также Интернет-ресурсы.
В дипломном проекте рассмотрены вопросы экономии электроэнергии при облучении растений особенности работы ПРА облучательных установок системы регулирования микроклимата в современной теплице а также произведён расчёт облучательной установки для рассадной теплицы тепличного комбината «Спутник». На примере расчета облучательной установки для рассадной теплицы выявлен потенциал экономии электроэнергии при замене устаревших облучателей типа ОТ-400 на современные энергоэффективные облучатели с натриевыми лампами высокого давления. В разделе «Безопасность жизнедеятельности» произведён расчёт дежурного освещения теплицы в программе DIALux 4.7. В технико-экономическом разделе рассмотрена целесообразность применения электронного ПРА в облучательных установках.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОТРАСЛИ И ПРЕДПРИЯТИЯ11
1 Состояние тепличной отрасли в России11
2 Характеристика производства на тепличном
1 Общая характеристика электроснабжения тепличного комбината19
2 Общая характеристика электрооборудования предприятия22
3 Общая характеристика системы электрического облучения26
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ
1 Методика энергетических обследований систем электрического облучения и освещения29
1.1 Методика проведения энергетического экспресс-обследования31
1.2 Методика проведения углубленного энергетического
2 Способы экономии электроэнергии при облучении36
3 Особенности работы ПРА облучательных установок39
4 Системы регулирования микроклимата в теплицах48
5 Расчёт облучательных установок60
5.1 Методика расчёта облучательных установок60
5.2 Исходные данные для расчёта63
5.3 Расчёт облучателя ЖСП 64-400-001Р с лампой
5.4 Расчёт и выбор кабелей73
5.5 Расчёт и выбор аппаратов управления и защиты77
5.6 Расчёт токов короткого замыкания78
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ82
2.1 Состояние организационной работы83
2.2 Состояние технической безопасности85
2.3 Состояние производственной санитарии.86
2.4 Состояние противопожарной защиты.86
3 Мероприятия по улучшению безопасности труда на
3.1 Мероприятия по устранению выявленных при анализе
3.2 Расчёт дежурного освещения помещения теплицы87
3.3 Меры безопасности при монтаже и эксплуатации
осветительных и облучательных установок89
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА93
2 Приведённые затраты сравниваемых вариантов94
2.1 Капитальные затраты сравниваемых вариантов95
2.2 Эксплуатационные затраты сравниваемых вариантов98
3 Срок окупаемости проекта101
4 Выводы по главе103
Тепличная отрасль имеет большое значение для снабжения населения свежими и богатыми витаминами овощами а также цветами в период когда из открытого грунта не поступает продукция. Особенно актуально использование продуктов тепличных хозяйств в странах с суровыми климатическими условиями к которым вполне можно отнести большинство регионов России.
По большей части основной плодоовощной продукции дефицит овощей можно снизить за счет создания запасов в специализированных овощехранилищах. По этой причине основными видами культур которые выращивают в тепличных условиях являются культуры хранение которых длительное время с сохранением пищевой ценности продукции невозможно. К таким культурам можно отнести: томаты огурцы сладкий перец баклажаны различные ягоды а также зеленые (зелень).
Сегодня защищенный грунт является основным всесезонным поставщиком натуральных овощей и ягод на столы российских граждан. Однако нынешний уровень производства обеспечивает лишь 20% от медицинской нормы потребления остальное как водится покрывает импорт.
В период «развитого социализма» тепличное хозяйство процветало. Его рентабельность достигала 70% - 200%. В первую очередь такие высокие финансовые результаты объясняются низкой стоимостью энергоносителей. Теплицестроение в РФ и странах СНГ наиболее активно начало развиваться в начале 80-х годов ХХ века и продолжалось вплоть до развала СССР. За это время на всем постсоветском пространстве был создан мощный парк стеклянных теплиц на базе конструкций Антрацитовского завода который и в настоящее время продолжает функционировать. Подавляющее число тепличных комплексов имели площади защищенного грунта до 10 га (75% или 232 тепличных комплекса).
Во времена перестройки значительная часть площадей закрытого грунта пришла в упадок более половины теплиц были разобраны или просто заброшены. Прекракращение привычных дотаций разрыв межрегиональных связей гиперинфляция
ДП 110302.02.00.00 ПЗ
Разработка энергосберегающих мероприятий для тепличного комбината "Спутник" г. Барнаул
падение уровня жизни населения а затем резкий рост цен на энергоносители привели к экономической нецелесообразности деятельности многих тепличных комбинатов как в РФ так и в сопредельных странах СНГ. В общей сложности за годы перестройки Россия потеряла около 50% площадей закрытого грунта. Сохранились лишь те тепличные хозяйства которые работают на газе (его использование примерно в три раза дешевле чем использование других энергоносителей) либо имеют льготы на энерготарифы или частичную (до 50%) компенсацию затрат на них.
Общая мировая тенденция развития тепличной отрасли – сокращение объемов закрытого грунта с одновременным увеличением объема производства. Данный тренд развития тепличной отрасли возможен в связи с повсеместным переходом к интенсивным технологиям и способам выращивания растений в закрытом грунте использованию новых конструкций материалов и энергосберегающих технологий. Кроме того в условиях глобальной урбанизации укрупнения городских конгломератов наблюдается увеличение дефицита земель пригодного для сельского хозяйства и сокращения площадей открытого грунта. В таких условиях снижение производства плодоовощной продукции открытого грунта должно быть компенсировано за счет увеличения выращивания на закрытом грунте. Тенденция перехода к здоровому и сбалансированному питанию также приводит к увеличению потребления экологически чистой тепличной продукции.
В настоящее время в связи с ростом стоимости энергоносителей большое значение приобретает проблема энергосбережения. В структуре себестоимости овощей зимних теплиц наибольший удельный вес составляет тепловая и электрическая энергия. За 2008 год повышение цены на природный газ к 2007 году составил 25% а повышение цены на электроэнергию 27% тем самым удельный вес расхода энергоресурсов в себестоимости производства овощей с каждым годом растет в зависимости от роста цен на энергоносители. Актуальные в настоящее время вопросы энергосбережения в теплицах России и стран СНГ не могут решаться только простым переходом на современные источники света (натриевые или металлогалогенные). Это только первый хотя и важный этап на пути к современному понятию энергосберегающих технологий.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОТРАСЛИ И ПРЕДПРИЯТИЯ
1 Состояние тепличной отрасли в России
Анализ тепличного рынка РФ показывает что:
обеспеченность тепличными площадями жителей России в несколько раз ниже среднемировых показателей для стран с аналогичными климатическими условиями;
с 90-х годов прошлого века идет постепенное сокращение площадей закрытого грунта за счет выхода из строя старых промышленных теплиц тенденция к росту ввода новых тепличных комплексов наметилась только в последние 3 года;
внутренний спрос на тепличную продукцию удовлетворяется за счет отечественных овощей на 20% за счет отечественных цветов на 10%;
потенциальная емкость тепличного рынка России как минимум в 2 раза выше текущего потребления овощей и в 10 раз выше текущего потребления свежих цветов;
валовой сбор тепличных овощей и зелени увеличивается в основном за счет повышения урожайности;
крупные тепличные хозяйства ориентируются на расширение ассортимента при условии внутрихозяйственной специализации;
тепличные комбинаты с площадью менее 10 га повышают урожайность овощей за счет углубления специализации;
внедрение новых технологий (капельный полив малообъемная технология светокультура пр.) всегда дает ощутимый эффект повышения рентабельности производства овощей;
рентабельность производства неуклонно снижается из-за постоянного повышения тарифов на энергоносители;
большинство новых российских масштабных проектов в теплицестроении создаются с «цветочной» специализацией.
По данным диетологов из московского НИИ Питания каждый житель России должен потреблять не менее 876 кг овощей в год. С учетом климатических условий минимум 13 кг овощей из этого количества должны выращиваться в теплицах. Если в Москве и области обеспеченность тепличными овощами и зеленью составляла около 7 кггод на человека (данные за 2006 год) то ситуация в России в целом гораздо хуже. Реальный объем потребления россиянами зелени и овощей в несколько раз ниже рекомендуемой нормы. В среднем на одного жителя РФ сегодня приходится 43 кг овощной продукции выращенной в закрытом грунте [23]. Для обеспечения минимальной медицинской нормы потребления свежих тепличных овощей годовой валовой сбор овощной продукции защищенного грунта в России должен составлять около 19 млн. тонн. В то же время реальное отечественное тепличное производство дает только около 630 тысяч тонн овощей в год (данные Ассоциации «Теплицы России» апрель 2007 год).
По данным Аналитического центра при правительстве доля продукции закрытого грунта не превышает 48% объема овощей производимых в России. Этот сегмент как и большинство секторов АПК считается депрессивным. По словам депутата Госдумы основного акционера агрофирмы "Белая Дача" Виктора Семенова с 1990 г. в стране построили всего 50 га новых теплиц. Всего ими занято чуть более 2 тыс. га [24].
В 1990-е и начале 2000-х годов новые теплицы почти не строились во многом потому что одни участники рынка сворачивали производство а другие ограничивались реконструкцией существующих мощностей. Но теперь ресурс для модернизации старых теплиц исчерпан а их дальнейший ремонт уже не принесет экономической отдачи уверен Муравьев из «Агротипа». По его словам в старых хозяйствах нет необходимой герметизации помещений они энергоемки а продуктивность растений несравнима с новыми производствами. Но главная проблема устаревших конструкций – недостаточная высота считает Муравьев. Теплицы созданные в советское время были максимум по 22 м. Сейчас "Агрисовгаз" (дочерняя компания "Газпрома") предлагает 4-метровые сооружения а высота голландских теплиц достигает 6 м.
В то время как в России судьба тепличных комбинатов туманна весь остальной мир напротив оценил их выгоду и удобство. Даже в странах с весьма благоприятным для земледелия климатом площади защищенного грунта в десятки раз больше чем в России (Рисунок 1.1). Только в Испании например под тепличный грунт используется 52 тыс. га [25].
Рисунок 1.1. Площади закрытого грунта в странах мира тыс. га.
Российским тепличным комбинатам нужны стратегические инвесторы из других отраслей способные вкладывать в строительство и модернизацию предприятий по нескольку десятков миллионов евро. От этого зависит дальнейшая судьба этого сектора: его мощности уже изношены на 80-90% а площадь теплиц в стране за последние 15 лет сократилась с 37 до 2 тыс. га к тому же многим российским комбинатам уже по 30-40 лет. Ежегодно происходит вывод из оборота от 70 до 100 га старых теплиц [24].
Однако у сектора есть потенциал для роста считают участники рынка. С 1996 по 2005 годы российское производство овощей закрытого грунта выросло с 565 до 722 тыс. т. А инвесторов привлекает высокая рентабельность тепличного бизнеса. По данным ассоциации "Теплицы России" средняя рентабельность в секторе доходит до 15% [24] а с соблюдением технологий в условиях современного тепличного комплекса она возрастает в 2-25 раза (Таблица 1.1).
Главная проблема производства внесезонных овощей – их высокая себестоимость вследствие значительных затрат на энергоресурсы. Удельный вес энергозатрат достигает от 40% до 60 % в структуре себестоимости овощной продукции закрытого грунта. В холодный период года у тепличных хозяйств расположенных в северных широтах этот показатель достигает 70%-80% в структуре себестоимости. Расход газа на 1 кг тепличной продукции в России составляет от 3 до 55 куб. м в отдельных случаях - до 6 куб.м. Для сравнения: в современной теплице - 14 - 2 куб. м на 1 кг продукции [23]. Одновременное использование современных конструкций оборудования технологий и селекционного материала повышает урожайность тепличных культур в несколько раз по сравнению со старыми и даже частично модернизированными теплицами. Если в старых стеклянных теплицах хорошими урожаями считаются 30 – 40 кгкв.м овощей в среднем или 80 – 100 розкв.м то в новых средний выход повышается до 60 – 80 кгкв.м и до 150 – 200 роз.
Таблица 1.1 – Средняя рентабельность современных промышленных теплиц
Средняя рентабельность производства
Уменьшение объемов производства отечественной тепличной продукции на фоне растущего потребительского спроса в последние годы привели к резкому росту импорта межсезонных овощей и цветов. Согласно экспертным высказываниям и данным маркетинговых исследований доля импортной цветочной продукции в России составляет 90% а на рынке свежих овощей – около 50% причем в зимне-весенний период доходит до 80-85%.
В прошлом 2008 году объем официального импорта только свежих томатов в Россию из стран дальнего зарубежья составил 3596 млн. По высказываниям ряда экспертов реальный объем импорта как минимум в 2 раза выше. Цветочный рынок РФ фактически принадлежит производителям и поставщикам Нидерландов Колумбии и Эквадора. Цветочная продукция принесла им порядка 25 млрд. в 2008 году только по самым скромным подсчетам а некоторые эксперты рынка оценивают выручку поставщиков еще выше в 35 – 4 млрд. Совокупный объем тепличной продукции реализованный в России в 2008 году таким образом достиг порядка 45 – 55 млрд. в год [23] при этом большая часть средств уходит за границу.
Без строительства новых крупных промышленных теплиц и внедрения современных агротехнологий наращивание объемов производства востребованной тепличной продукции становится невозможным. Стоимость строительства 1 га овощной теплицы достигает от 15 до 25 млн. евро в зависимости от оснастки и имеющихся коммуникаций срок окупаемости по данным рыночных экспертов - от 4 до 8 лет. Стоимость строительства 1 га цветочной теплицы 15-20 млн. евро срок окупаемости обычно укладывается в 4 – 5 лет [25]. Работающие тепличные комплексы отягощенные изношенными конструкциями и старым оборудованием редко имеют в «запасе» такие свободные средства. Коммерческие банки неохотно идут на долгосрочное кредитование промышленных теплиц по причине низкой ликвидности тепличного оборудования и строений. До последнего времени в экономике России хватало бизнес-сегментов где вложенные инвестиции окупались гораздо быстрее и приносили владельцам больше прибыли чем в производстве тепличных овощей и цветов.
Начиная с 2004 года наблюдается характерная тенденция прихода непрофильных инвесторов в тепличный бизнес озабоченных диверсификацией своих активов. Производство конечного продукта питания направленного на внутреннего потребителя с уже сложившимся менталитетом и объемом спроса выгодно отличает тепличный бизнес от экспортно-ориентированных банковских или торгово-закупочных операций напрямую зависящих от состояния экономики курса валют и снижения уровня покупательского спроса в целом. Вытеснение импорта тепличных цветов и овощей и развитие отечественных производителей на рынке промышленных теплиц становится стратегическим моментом для экономики России в целом. Особую актуальность данный вопрос получил в условиях мирового финансового кризиса с повышением стоимости импортной продукции за счет постепенной девальвации национальной валюты.
Общая площадь закрытого грунта составляет 75 га: из них 69 га зимние остеклённые теплицы ангарного типа (66 теплиц площадью 1000 м2 и 6 теплицы площадью 500 м2) и 06 га пленочные теплицы используемые для выращивания рассады в весенний период. В качестве ограждения зимних теплиц используется одинарное стекло толщиной 4 мм.
Производственное направление предприятия – выращивание овощей: огурцы томаты (помидоры) зеленые и пряные культуры (рисунок 1.2). Средняя урожайность основных видов продукции составляет 23 кгм2.
Помимо самих теплиц в структуру предприятия входят АТЦ (авто-тракторный цех) строительный цех пилорама гараж склады столовая и биохимическая лаборатория. Предприятие имеет собственную газовую котельную бойлерную и скважину. Для хозяйственного водоснабжения имеются две бетонные ёмкости объёмом по 500 м3 каждая. Предусмотрены системы инженерного оборудования водоснабжения и канализации:
- система поливочного водоснабжения;
- система хозяйственно-питьевого водоснабжения;
- система резервного полива из шлангов;
- система внутренних водостоков;
- система производственной канализации.
В тепличном хозяйстве используется малообъёмная технология выращивания растений и капельное орошение что позволяет:
- контролировано вмешиваться в процессы выращивания;
- точно управлять жизненными циклами растений;
- ускорять вегетативный рост и увеличивать урожайность;
- существенно экономить на обновлении почвыгрунта;
- экономить потребление воды.
Перед пуском теплиц в эксплуатацию и ежегодно после завершения каждого цикла выращивания овощей проводится дезинфекция помещений подготовка к новому сезону выращивания.
Себестоимость продукции составляет 45 – 48 рубкг. Численность работников колеблется в пределах 280 – 300 человек. Годовой оборот предприятия - порядка 100 млн. рублей. Средняя заработная плата по предприятию составляет 6000 рублей. Рентабельность производства в данный момент равна нулю. Все заработанные средства расходуются на оплату товаров и услуг (в первую очередь энергоносителей) и выплату заработной платы.
В среднем удельный вес энергозатрат в структуре себестоимости продукции составляет 40% а в холодные месяцы года достигает 60-70 %. Такая высокая энергоёмкость производства связана с отсутствием необходимой герметизации устаревшей конструкции теплиц и как следствие высокими теплопотерями. А также с необходимостью электрического досвечивания растений в период недостаточной солнечной радиации. Соотношение затрат на природный газ и электроэнергию составляет 7030 %. Это обусловлено тем что электрическое облучение растений используется лишь в 8% теплиц.
Целью данного проекта является разработка комплекса мероприятий направленных на снижение электропотребления тепличного комбината «Спутник» и как следствие уменьшение себестоимости (повышение конкурентоспособности) его продукции.
1 Общая характеристика электроснабжения тепличного комбината
Электроснабжение тепличного комбината «Спутник» осуществляется от РП4 ГПП Барнаульского шинного завода (Рисунок 2.1). Канализация электроэнергии реализована кабелем АЛБ-6 3x95 от ячейки 14 РП4 и кабелем АСБ-6 3x150 от ячейки 16 РП4.
Рисунок 2.1 Схема электроснабжения ТК «Спутник»: а – ТП1; б – ТП2; в – ТП3; г – ТП4.
Энергохозяйство предприятия включает в себя четыре двухтрансформаторных подстанции 604 кВ:
- ТП1: ТМ-3206 и ТМ-6306;
- ТП2: ТМ-3206 и ТМ-6306;
- ТП3: ТМ-6306 и ТМ-6306;
- ТП4: ТМ-10006 и ТМ-10006.
Электрооборудование подразделений предприятия запитано кабелем от ТП1 ТП2 и ТП3. От ТП4 питается электрооборудование газовой котельной.
От трансформаторных подстанций ТП1 ТП2 и ТП3 запитаны 8 гаражно-строительных кооперативов.
Рисунок 2.2 Годовой график потребления электроэнергии ТК «Спутник» 2008 г.
Из графика видно что:
- максимальное электропотребление приходится на холодные месяцы года что обусловлено необходимостью использования досвечивания растений а также отопления теплиц;
- потребление электроэнергии в январе в 7 раз больше чем в июле.
2 Общая характеристика электрооборудования предприятия
Силовыми электроприемниками теплиц и соединительного коридора являются электродвигатели отопительных агрегатов и механизмов открывания форточек (таблица 2.1).
В каждой теплице установлено по два водяных калорифера для регулирования температуры воздуха мощность электродвигателя вентилятора составляет 3 кВт. Для поддержания в теплицах оптимальных температурных параметров в периоды с избыточной солнечной инсоляцией предусмотрена система форточной вентиляции. Для дистанционного управления открывания и закрывания форточек на верхнем поясе ферм в центральной части каждой теплицы установлены два мотор редуктора мощностью 1 кВт каждый.
В котельной тепличного комбината установлены четыре паровых котла ДЕ-25 работающих на природном газе. Мощность силового электрооборудования каждого котла (дымосос дутьевой вентилятор) составляет 120 кВт. В котельной также установлены четыре сетевых насоса мощностью 75 кВт каждый для циркуляции воды в отопительной системе. В котельной имеется сварочный пост мощностью 30 кВт.
Тепличный комбинат имеет собственную скважину мощность насоса 33 кВт. Система подготовки воды для полива включает в себя её подогрев в бойлере. Мощность каждого из двух насосов бойлера составляет 30 кВт.
Силовыми электроприемниками ремонтного цеха являются металлорежущие станки и тельфер общая установленная мощность 65 кВт.
В строительном цехе и на пилораме установлено деревообрабатывающее оборудование общей мощностью 52 кВт.
Таблица 2.1 – Характеристика электрооборудования ТК «Спутник»
Точильно-шлифовальный
Универсально-заточной
Трубогибный механизм
Однопостовой сварочный агрегат
Токарный станок по дереву
Установка насосная и моечная
Передвижной компрессор
Точильно-шлифовальный станок
Электрическая плита
Электрожарочный шкаф
Электрический котел
Электрическая сковорода
Посудомоечная машина
Тестомесильная машина
механизм открывания форточек
3 Общая характеристика системы электрического облучения
Свет относится к одним из наиболее значимых факторов микроклимата в теплицах влияющих на урожайность выращиваемых растений. Рост растений определяется процессами фотосинтеза для которых главным источником энергии является свет. Поэтому темпы роста и развития растений пропорциональны уровню их освещенности. Система электродосвечивания растений предназначена для поддержания требуемого уровня освещенности в отделениях выращивания рассады и овощей с учетом уровня внешней солнечной радиации и времени суток особенно в осенне-зимний период.
При естественной освещенности рассаду огурца можно вырастить в пятой-седьмой световых зонах рассаду томата в седьмой зоне. В остальных районах необходимо искусственное досвечивание рассады. Алтайский край расположен в четвёртой световой зоне – сумма ФАР (фотосинтетически активная радиация) составляет 1000 – 1380 калсм2.
На тепличном комбинате «Спутник» искусственное досвечивание используют для выращивания рассады и в салатной теплице (Таблица 2.2). В качестве источников облучения используются светильники типа ЖСП 400010 с лампами ДНаЗ-400 «Рефлакс» (дуговая натриевая лампа высокого давления с зеркальным покрытием) и светильники ОТ-400 с лампами ДРЛФ-400. Для выращивания рассады огурца и томата выделяются пять рассадных теплиц. После уборки рассады теплицы используются как овощные.
Таблица 2.2 – Характеристика системы электрического облучения на ТК «Спутник»
Ввиду того что облучение является важной составляющей увеличения выхода готовой продукции а в тепличном комбинате используются не эффективные источники облучения было выбрано направление повышения энергоэффективности облучательных установок. Однако в дальнейшем необходимо не только снизить теплопотери через ограждающие конструкции но и детально рассмотреть работу котельной где тоже возможно снижение энергозатрат.
Рисунок 2.3 Расход электроэнергии на облучение в 2008 г
1 Методика энергетических обследований систем электрического облучения и освещения
В настоящее время в стране на освещение и облучение расходуется около 13% всей вырабатываемой электроэнергии что составляет порядка 108 млрд. кВт·ч. в год. Более 65% потребляют осветительные установки (ОУ) промышленных предприятий и общественных зданий [14]. Почти вся эта электроэнергия расходуется недостаточно эффективно – используются устаревшие неэкономичные источники света и светильники не уделяется должного внимания выбору систем освещения размещению светильников вопросам регулирования и эксплуатации освещения.
Важной составляющей системы энергетического менеджмента является энергоаудит – отправная точка развития программы повышения энергоэффективности любого предприятия. Он позволяет проанализировать использование энергетических ресурсов предприятий их стоимость выявить места нерационального использования ресурсов разработать программу энергосберегающих мероприятий.
Энергоаудит – это обследование осветительной (облучательной) установки предприятия с целью определения рациональности энергоиспользования оценки потенциала энергосбережения и разработки наиболее эффективных способов его реализации.
Энергетические обследования проводятся с целью оценки эффективности использования электрической энергии в осветительных (облучательных) установках предприятий и учреждений снижения затрат электроэнергии потребителей на нужды электрического освещения разработки и реализации энергосберегающих решений и мероприятий. Энергетические обследования систем освещения предприятий организаций должны проводиться не реже одного раза в 5 лег. По его результатам составляется или обновляется энергетический паспорт осветительных установок предприятия [10].
Энергетические обследования направлены на решение следующих задач:
определение соответствия действующей ОУ требованиям СНиП 23-05-95;
оценки фактического потребления электроэнергии выявление резервов экономии электроэнергии в системах освещения и облучения предприятия;
оценка технического состояния ОУ и составляющего её оборудования состояния светопроемов и использования естественного освещения рациональности использования искусственного электрического освещения наличие и функционирование систем автоматического регулирования электрического освещения;
выявление и оценка потенциала экономии ЭЭ в системах электрического освещения и облучения;
определение рационального потребления ЭЭ на нужды освещения и облучения предприятия;
определение требований к ОУ в соответствии с ее функциональным назначением характером производственного процесса.
При решении проблем энергосбережения в системах электрического освещения (облучения) и лимитирования потребления электроэнергии на цели освещения проводятся два вида энергетического обследования: экспресс-обследование и углубленное.
Экспресс-обследование проводится с целью оценки состояния систем освещения и облучения предприятия укрупненно нерационального расходования электрической энергии и определения основных направлений снижения энергетических затрат и платы за электрическую энергию.
Углубленные обследования ставят своей целью выявление резервов экономии электроэнергии в системах освещения и облучения предприятия и способов их реализации. По результатам углубленного энергетического обследования проводится сравнение фактических и нормированных затрат энергии на освещение и облучение оценивается возможный потенциал энергосбережения при использовании различных энергосберегающих мероприятий разрабатывается план энергосберегающих мероприятий и инженерно-технические энергосберегающие решения. Углубленные энергетические обследования могут завершаться составлением энергетического паспорта систем освещения (облучения) объектов предприятия.
1.1 Методика проведения энергетического экспресс-обследования
Основное содержание экспресс-обследования:
получение информации об объектах обследования по предоставленным документам и схемам: тип и площади помещений суточный график работы ОУ характеристики и параметры ОУ вариант построения электрических сетей освещения (например для сетей наружного освещения - каскадная схема построения) и т.д.;
осмотр действующих ОУ и выявление недостатков ОУ основных помещений. Основные и характерные недостатки ОУ;
эксплуатация ОУ более 8 лет без регулярных работ по реконструкции и обновлению осветительных приборов (ОП);
применение в ОУ низкоэффективных ОП устаревших конструкций с большими потерями в пускорегулирующих аппаратах без компенсации реактивных потерь;
применение низкоэффективных ламп накаливания (системы внутреннего и наружного освещения) и ламп типа ДРЛ (системы наружного освещения и системы облучения);
запыленность или визуально различимое уменьшение оптического пропускания прозрачных элементов и отражающих свойств оптических элементов ОП по причине их физического старения и эксплуатации ОУ без текущих регламентных работ (чистка и замена оптических элементов осветительных приборов контроль светотехнических параметров ОП);
нерациональное размещение OП в системах освещения помещений относительно рабочих мест (РМ) отсутствие местного освещения на РМ с высоким уровнем освещенности в соответствии с разрядом зрительной работы;
отсутствие автоматического управления ОУ с длительным периодом работы в течение суток в помещениях потенциально имеющих высокий уровень естественного освещения. Если значения удельной установленной мощности Ру ОУ наружного освещения превышают 11 Bтм2 требуется предусматривать систему управления освещением (СУО) обеспечивающую два уровня освещенности.
Полученные сведения представляются в соответствии с формой (таблица 3.1). Заполнение таблицы 3.1 осуществляется на основе предоставленных документов и схем осмотра ОУ и помещений. При этом расчет удельной установленной мощности ОУ производится из предположения соблюдения норм освещенности в помещении согласно СНиП 23-05-95 при установленной мощности действующей осветительной системы [14].
Таблица 3.1 – Техническое состояние осветительных установок
Объект (здание помещение)
Характер зрительной работы нормируемая освещенность по СНиП 23-05-95
Руд 100 лк Втм2-100 лк
Дополнительные характеристики ОУ и помещений
Примечание: Руст - установленная мощность ОУ помещения здания кВт; S - площадь помещения здания м2; % ЛН - процент ламп накаливания в ОУ; РустЛН - установленная мощность ОП с лампами накаливания кВт; Руд -100 лк удельная установленная мощность ОУ приведенная к освещенности 100 лк Втм2 -100 лк; ΔQ - резерв экономии электроэнергии от замены ЛН на высокоэффективные источники света например на ЛЛ. МВт*чгод. Дополнительные характеристики ОУ и помещений: наличие систем автоматического управления освещением режим эксплуатации ОУ использование комбинированной системы освещения (общее и локализованное) в зависимости от рода зрительной работы техническое состояние осветительной техники ее физический износ год изготовления и срок эксплуатации срок службы осветительной техники выполнение периодичности регламентных работ по обслуживанию осветительных приборов и чистота их оптических элементов состояние остекления световых проемов (окон) и соблюдение периодичности их чистки.
Оценка потенциала экономии ЭЭ в ОУ производится по формуле [10]:
где - возможная экономия электроэнергии при переходе от первого варианта установки ко второму кВт*чгод;
- число часов горения лампы ч;
- коэффициент потерь в ПРА отн. ед;
- мощность лампы кВт;
- число ламп в светильнике шт;
- число светильников.
Для оценки потенциала энергосбережения по результатам экспресс-обследования могут быть рекомендованы данные таблицы 3.2. [14].
Таблица 3.2 – Потенциал экономии электроэнергии при совершенствовании облучательных установок
переход от ламп ДРЛ и МГЛ на лампы НЛВД
улучшение стабильности характеристик ламп (снижение коэффициента запаса ОУ).
Снижение энергопотерь в ПРА:
применение электромагнитных ПРА с пониженными потерями для разрядных ламп
Применение облучателей с эффективными КСС и высоким КПД.
Применение световых приборов оптимального конструктивного исполнения с повышенным эксплуатационным КПД (снижение коэффициента запаса на 02-03).
Применение интеллектуальных цифровых схем управления в энергоэкономичном варианте в зависимости от времени эксплуатации в течение суток.
1.2 Методика проведения углубленного энергетического обследования
Методология проведения углубленных энергетических обследований включает три этапа:
первый этап энергетического обследования является подготовительным для проведения ЭО 2 и 3 этапов и ставят цель сбора информации об обследуемом объекте (тип зданий и помещений их характеристики тип электрических сетей освещения и облучения характеристики и параметры ОУ и на основе предоставленных документов собеседования с руководителями и осмотра);
второй этап энергетического обследования ставит цель получения детальной информация об эффективности использования ЭЭ в ОУ с помощью инструментального обследования; данные второго этапа должны позволить определить соответствие энергопотребления в осветительных и облучательных системах нормативным требованиям рассчитать потенциал энергосбережения в ОУ предприятия составить основу для разработки мероприятий по энергосбережению в ОУ предприятия выполнить анализ эффективности использования ЭЭ на цели освещения (облучения) и технико-экономическое обоснование мероприятий по энергосбережению в ОУ;
третий этап энергетического обследования включает в себя обработку и анализ информации полученной из документов и инструментального обследования с целью разработки технико-экономического обоснования и инженерно-технических решений создающих основу для комплексной программы реализации энергосбережения в системах освещения и облучения предприятия. Фактически третий этап ЭО представляет собой разработку программы организационных и инженерно-технических решений и рекомендаций по энергосбережению в ОУ предприятия.
2 Способы экономии электроэнергии при облучении
Поскольку облучательные установки похожи на осветительные то и способы экономии электроэнергии в них во многом совладают с таковыми для осветительных установок [10].
Можно утверждать что экономию электроэнергии в облучательных установках можно получить:
При использовании ламп спектральный состав излучения которых cоответствует спектральной чувствительности растений. Например для огурца допустимое соотношение в области ФАР синего (400-500 нм) зеленого (500-600 нм) и красного (600-700 нм) излучения составляет 20:40:40% а для томата - 20:15:65% [11]. При этом особое значение следует придавать «красной» составляющей; так для огурца увеличение красной составляющей более 40% может привести к гибели растений.
При использовании излучателей имеющих высокую энергетическую отдачу ФАР. Натриевые лампы высокого давления и МГЛ имеют наиболее высокий КПД ФАР повышенный срок службы благоприятный спектр что обеспечивает им расширяющиеся масштабы использования в светокультуре растений. КПД ФАР натриевых ламп достигает ~(25-35)% [11]. Благодаря этому параметру а также большой средней продолжительности горения НЛВД получили широкое применение в теплицах в основном в период недостаточного солнечного (естественного) излучения. Основной недостаток натриевых ламп – малое излучение в синей части спектра не превышающее 9%.
При использовании облучателей (светильников обладающих высокими КПД и кривыми светораспределения) создающих наиболее благоприятные условия (равномерность распределения потока) для роста растений.
При рациональном размещении облучателей обеспечивающим минимальные потери потока облучения.
Компенсацией реактивной мощности (поскольку коэффициент мощности индуктивных балластов не выше 05 вызывает возрастание токовой нагрузки групповых и питающих сетей в два раза).
При использовании устройств автоматического управления и регулирования потоками излучения ламп в зависимости от множества факторов влияющих на вегетативные процессы растений.
Последний фактор имеет самые большие перспективы для повышения КПД облучательных установок.
Энергетические характеристики ламп используемых для выращивания растений являются основой для выбора излучателей обеспечивающих минимальный расход электроэнергии удовлетворяющий нормальному росту растений. К энергетическим характеристикам относятся: световой поток Ф фитопоток Фф и поток фотоактивной радиации (ФАР) Фе а также соответствующие им энергетические отдачи - светоотдача Bv= Ф Р фитоотдача Вф= Фф Р и отдача ФАР= Фе Р где Р - мощность лампы Вт [12].
Для анализа эффективности и систематизации растениеводческих ламп специалистам необходимы данные о характеристиках излучения высокоинтенсивных люминесцентных ламп низкого давлении (ЛЛ) металлогалогенных (МГЛ) и натриевых ламп высокого давления (ДНаТ) широко внедряемых в настоящее время в теплицах и в многоярусных стеллажных установках ускоренного выращивания растений. В настоящее время некоторые источники оптического излучения сняты с производства (например ЛОР 1000 ДРФ 1000 с йодидами Na Ti In ДРВ 750 ЛФ 40-2 ЛФР 150 и другие) в то же время появились новые лампы-светильники для прямой замены лампы ДРЛФ-400 в светильнике ОТ-400 (ДНаЗ-350 Рефлакс).
Обычно для сравнения и анализа растениеводческих ламп спектральные характеристики представляют в виде зависимости КПД лампы от длины волны λ – отношения спектральной плотности потока излучения S(λ) в спектральном диапазоне Δλ = 290-1400 нм к потребляемой лампой электрической мощности Рл. С целью упрощения сравнительной оценки эффективности различных источников оптического излучения предлагалось в основу анализа относительного спектрального распределения положить модель в которой любое излучение со сплошным или линейчатым спектром ограничивается областью ФАР и представляется сложным состоящим из тpex квазимонохроматических излучений по числу спектральных участков ФАР в которых они сосредоточены а относительное спектральное распределение излучения оценивается сочетанием усреднённых относительных энергий излучения Sотнi в тех же участках ФАР (в процентах от общего излучения) например 30%-50%-20% т.е.
для Δλ1 = 380 - 500 нм Sотн1 = 30%;
для Δλ2 = 500 - 600 нм Sотн2 = 50%;
для Δλ3 = 600 - 720 нм Sотн3 = 20%.
Оценка спектральных характеристик источников оптического излучения на основе процентного распределения в спектральных участках ФАР используется за рубежом и не является новым требованием однако в нашей стране до настоящего времени она не получила распространение в нормативно-технической документации очевидно из-за отсутствия необходимых данных и стандартизированной методики использования в оценочных расчетах.
Специалисты в теплицах часто испытывают трудности при переводе различных измерений освещенности (в люксах) в облучённость в области ФАР (в Втм2 ) т.к. эти показатели зависят от спектрального состава используемых источников оптического излучения и требуют отличных друг от друга коэффициентов перевода. За рубежом используются следующие переводные коэффициенты из люксов в ВтФАРм2: для солнечного света - 000402; для ДНаТ - 000245; для ламп накаливания - 000397; для ДРЛФ - 000262; для MГJI - 000305 [12] которые можно рекомендовать агрономам в нашей стране при использовании люксметра типа Ю-116.
Величины ФАР Фе рекомендуется использовать при энергетическом сопоставлении при реконструкции или новом проектировании теплиц.
3 Особенности работы ПРА облучательных установок
Экономичность облучательной установки необходимо рассматривать с учетом характеристик пускорегулируюшей аппаратуры (ПРА). Активные потери в стандартных электромагнитных ПРА могут достигать 25% мощности потребляемой ОУ потери в электронных высокочастотных ПРА (ЭПРА) не превышают 10% [14].
Стандартные электромагнитные ПРА экономически целесообразно использовать в относительно недорогих светильниках в ОУ с малым временем эксплуатации в течение года. В ОУ с годовой наработкой более 2000 ч. укомплектованных относительно дорогими светильниками преимущественно с зеркальными оптическими элементами экономически целесообразно использовать электромагнитные ПРА с пониженными потерями и ЭПРА. Применение ЭПРА эффективно в ОУ с системами автоматического управлением освещением.
Потенциал экономии электроэнергии при установке энергоэффективной пускорсгулирующей аппаратуры определяется по формуле [14]:
где - потенциал экономии электроэнергии при замене ПРА (кВтчгод);
- экономия электроэнергии одного прибора (кВтчгод);
- коэффициент потерь в устанавливаемых ПРА;
- коэффициент потерь в ПРА существующих светильников системы освещения i-го помещения.
Простой расчет показывает что при замене обычной лампы накаливания (Р = 100 Вт) световой поток которой 1380 лм на люминесцентную лампу (с дросселем) -18 Вт + 3 Вт выделяемые на дросселе - световой поток 1150 лм - экономится около 75 Вт мощности. Если же взять люминесцентную лампу с ЭПРА то для получения того же светового потока на неё достаточно подать 15 Вт а это экономия 85 Вт мощности. К тому же следует добавить что срок службы обыкновенной лампы накаливания 1000 часов (в реальных условиях нашей нестабильной электросети срок службы значительно ниже) а срок службы люминесцентной лампы с дросселем 10 тыс. час. Если же использовать люминесцентную лампу с ЭПРА то срок ее службы возрастает до 20 тыс. час.
Это достигается благодаря ряду мер которые обеспечивает ЭПРА (старт на разогретые катоды снижение нагрузки на катоды стабилизация тока лампы и др.). Также следует отметить возможность регулирования фитопотока облучательной установки; возможность зажигания ламп при низких температурах.
Для зажигания разрядных ламп необходим импульс напряжения порядка нескольких сотен вольт а для стабилизации процесса горения требуется ограничение рабочего тока лампы до нескольких сотен миллиампер. Обе функции в обычных ПРА выполняет индуктивное сопротивление (дроссель) в комплекте со стартером.
ЭПРА зажигает лампу быстро и «без миганий»; потери в электронных ПРА более чем в 2 раза ниже чем у обычных дросселей в электромагнитных ПРА [10]. Электронный ПРА включает несколько функциональных блоков показанных на рисунке 3.1.
Сетевое напряжение 220 В частотой 50 Гц преобразуется выпрямителем 1 со сглаживающим конденсатором в постоянное напряжение - 325 В. Высокочастотный генератор на двух транзисторах 2 преобразует это постоянное напряжение в переменное (с прямоугольной формой кривой) частотой выше 40 кГц. Напряжение с выхода преобразователя через усилитель мощности 3 подается на лампу 4 включенную как и в стандартных стартерно-дроссельных схемах через дроссель 5. Однако благодаря тому что схема работает на высокой частоте индуктивность дросселя и его габариты очень малы по сравнению с обычным ПРА. Вместо стартера параллельно лампе обычно включается конденсатор 6. Дроссель 5 и конденсатор 6 образуют последовательный резонансный контур.
Рис. 3.1. Структурная схема ЭПРА: 1 – выпрямитель; 2 – инвертор; 3 – усилитель мощности; 4 – лампа; 5 – дроссель; 6 – конденсатор; 7 – блок управления.
Электронный блок управления 7 выполняет несколько функций: стабилизирует ток лампы при колебаниях сетевого напряжения; корректирует коэффициент мощности; обеспечивает регулирование светового и фито- потока ламп за счет изменения частоты напряжения преобразователя 2 (рисунок 3.1).
Для достижения процесса зажигания лампы как упоминалось выше к ней должно быть приложено достаточно высокое напряжение а для обеспечения приемлемого полезного срока службы электроды лампы перед зажиганием разряда должны быть прогреты до температуры электронной эмиссии. В высокочастотном режиме работы схемы ПРА указанные условия зажигания обеспечивает резонансная цепь последовательно включенная с электродами. Колебательный режим этого контура регламентируется так называемым «холодным» проводником. Помехозащитный низкочастотный фильтр на входе схемы препятствует обратному воздействию генератора высокой частоты на сеть (проникновению в сетевые провода высших гармоник тока). Благодаря встроенному электронному ПРА лампы могут включаться во все сети со стандартными значениями частот (5060 Гц) и колебания частоты на работе лампы не сказываются; возможно также питание ламп постоянным напряжением.
Таблица 3.3 – Работа ЭПРА для лампы ДНаТ-250 в различных режимах
Режим полной мощности
Потребляемая мощность
Коэффициент мощности
Режим пониженной мощности
Экономичность ЭПРА определяется уменьшенным энергопотреблением при сохранении светового потока за счет уменьшения на 50-55% потерь по сравнению с электромагнитным ПРА дополнительным энергосбережением благодаря возможности управления световым потоком лампы (переход на пониженную мощность) уменьшенными эксплуатационными расходами за счет повышения срока службы ламп. Как видно из представленных в таблице 3.3 данных коэффициент мощности имеет высокое значение при всех возможных режимах в диапазоне изменения напряжения 220В ± 15% [14].
В настоящее время разработана и изготавливается целая гамма ЭПРА. Отечественные ЭПРА не только не уступают импортным аналогам но и имеют ряд преимуществ решающим среди которых несомненно являются их значительно более низкая стоимость а также адаптация под наши светильники - конструктивно ЭПРА сделан в типоразмере дросселя что позволяет легко произвести замену дросселя на ЭПРА.
Одна из последних отечественных разработок - ЭПРА для натриевых ламп высокого давления (или ДРЛ) большой мощности 250 Вт 400 Вт. Данный ЭПРА не имеет аналогов в мире. К его особенностям относится:
высокий коэффициент использования мощности;
стабилизация постоянной мощности на лампе в диапазоне напряжений от 189 В до 280 В;
отсутствие мерцания;
увеличение срока службы ламп;
экономия электроэнергии.
Для примера можно рассмотреть зависимость мощности на лампе от прикладываемого к ней напряжения. Так стандартная лампа ДНаТ-400 при Uпит = 220 В потребляет 400 Вт что соответствует номинальному режиму работы. При снижении напряжения на 10% (Uпит = 198 В) на лампе остается лишь 337 Вт а при увеличении на 10% (Uпит = 242 В) лампа потребляет 465 Вт. Как видно при разбросе сети всего лишь на 10% мощность на лампе изменяется более чем на 15% что приводит к резкому снижению срока службы лампы (таблица 3.4). ЭПРА позволяет увеличить срок службы лампы еще и в силу того что происходит ограничение пускового тока лампы. При использовании ЭПРА пусковой ток стабилизирован на уровне рабочего. Также можно отметить низкий вес ЭПРА (менее 15 кг) и сравнительно малые габариты.
Таблица 3.4 – Снижение срока службы источников света при повышении напряжения
Повышение напряжения %
Средний срок службы ламп %
Значительная экономия электроэнергии расходуемой на облучение может быть получена за счет максимального использования естественного освещения в сочетании с автоматическим управлением искусственным облучением.
Экономия электроэнергии при применении систем автоматическoгo управления достигается за счет значительного сокращения времени использования установок искусственного облучения т. е. рационального использования естественного света.
Рациональное использование растением энергии источников искусственного освещения достигается при регулировании освещенности в зоне растения. В настоящее время для регулирования освещенности в теплицах применяются включение и отключение групп источников изменение взаиморасположения облучателей и стеллажей с растениями перераспределение светового потока за счет изменения фотометрических характеристик облучателей и некоторые другие. Недостатком большинства способов является ступенчатость регулирования освещенности с одновременным нарушением равномерности освещения и изменением фотометрических характеристик светового поля.
В последнее время все более широкое применение в теплицах находят установки с МГЛ и НЛВД которые обладают относительно высокой единичной мощностью и повышенной светоотдачей. В этом случае ступенчатое регулирование за счет отключения части ламп приводит к недопустимому ухудшению неравномерности. Плавное регулирование светового потока в этих лампах является актуальной задачей. Оно позволяет сохранить основные относительные показатели структуры светового поля теплицы: равномерность соотношение горизонтальной и вертикальной освещенностей градиент освещенности по высоте растений и т. д. Кроме того возможность плавного регулирования создает условия для реализации различных алгоритмов управления световыми режимами требующих гибкого и динамичного его изменения. На рисунке 3.2 приведена структурная схема системы управления освещением (СУО).
Рисунок 3.2 Структурная схема СУО
Для оценки возможностей плавного регулирования были исследованы световые и электрические параметры широко используемых в тепличных облучателях ламп ДНаТ-400 и ДРИ-2000 при фазовом регулировании напряжения с помощью трехфазного регулятора на симисторах.
На рисунке 3.3 показано изменение освещенности Е мощности Р световой отдачи и тока ламп I ДНаТ-400 и ДРИ-2000 при регулировании напряжения симисторным регулятором.
Установлено что возможный диапазон изменения освещенности от лампы ДНаТ-400 составляет 1:40 а ламп ДРИ-2000 - 1:15. При этом световая отдача уменьшается соответственно в 5 и 25 раза. Следует отметить что при снижении синусоидального напряжения до 09 номинального световая отдача уменьшается так же как при фазовом регулировании [10].
Для использования полученных характеристик при разработке систем освещения теплиц экспериментальные зависимости обработаны на компьютере и представлены в аналитическом виде. Зависимости освещенности Е мощности Р и тока ламп I от относительного напряжения на лампах Кu=UUн при его изменении от 1 до 06 описываются следующими выражениями:
где - освещённость лк;
- номинальная освещённость лк;
- номинальная мощность Вт;
- номинальный ток А;
Кu=UUн - относительное напряжение на лампах отн. ед.
Рисунок 3.3 Изменение освещённости Е мощности Р световой отдачи и тока I при фазовом регулировании: а – лампы ДНаТ-400; б – лампы ДРИ-2000
Рисунок 3.4 Изменение интенсивности спектральных участков ламп а – лампы ДНаТ-400; б – лампы ДРИ-2000.
Из вышеприведенных кривых следует что фазовое регулирование обеспечивает широкое и плавное изменение светового потока разрядных ламп типов ДНаТ-400 и ДРИ-2000. Можно предположить что аналогичные зависимости будут существовать и для других серий ламп ДНаТ и ДРИ а также для ламп ДРЛФ.
4 Системы регулирования микроклимата в теплицах
Современные технологии выращивания овощей рассады цветов и зеленных культур требуют постоянного поддержания определенных режимов микроклимата в теплицах. Автоматизация систем управления микроклиматом в защищенном грунте позволяет экономить 15% - 25% тепла при росте урожайности улучшения условий труда персонала и повышении общей культуры производства [12].
Современная зимняя теплица как объект управления температурно-влажностным режимом характеризуется неудовлетворительной динамикой и нестабильностью параметров вытекающими из особенностей технологии производства. В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (+-1 градус) своевременное её изменение в зависимости от уровня фотосинтетически активной облученности фазы развития растений и времени суток. Все эти обстоятельства предъявляют высокие требования к функционированию и техническому совершенствованию оборудования автоматизации управления микроклиматом в теплицах.
Существует немало систем централизованного управления микроклиматом в промышленных теплицах принадлежащих как отечественным разработчикам так и зарубежным. В основе работы систем управления положен принцип PI-контроля при котором система управления всегда стремится достичь стационарного состояния при помощи воздействий на управляющие элементы и измерения выдерживаемых величин но с учётом компенсации накопленных интегральных погрешностей (I-action) [23]. При большом количестве исполнительных систем человеческое управление становится практически невозможным. С другой стороны АСУ позволяет снизить расходы эксплуатации теплиц. Самые современные и профессиональные системы управления характеризуются следующими параметрами:
обеспечивают в теплице контроль отопления вентиляции охлаждения уровня CO2 циркуляции воздуха дополнительного освещения обработки растений химикатами;
управляют экранами и затенением увлажнением воздуха системой очистки крыши горелками отопительных котлов орошением дезинфекцией дренажной воды и рециркуляцией воды в системе орошения обеспечивает измерение погодных условий температуры и влажности внутри теплицы. Сбор данных и построение графиков производятся с помощью персонального компьютера;
имеют высокую гибкость и масштабируемость. Могут использоваться в любых теплицах в различных конфигурациях. Для каждого проекта составляется индивидуальный набор аппаратного и программного обеспечения;
имеют высокую надёжность в том числе обеспечиваемую системой резервного копирования данных;
удобство монтажа и технического обслуживания;
контроль всех параметров в теплице может осуществляться с одного операторского рабочего места оснащённого персональным компьютером;
возможность организации нескольких дублирующих рабочих мест а также удалённого управления теплицей через радиоканал или сеть Интернет.
Системы делятся на первостепенные и второстепенные.
Первостепенные системы:
система полива (дождевание капельный полив);
Второстепенные системы:
испарительное охлаждение и увлажнения воздуха;
система зашторивания;
подкормка углекислым газом;
система воздушной циркуляции.
Система отопления в теплице должна быть достаточно мощной чтобы обеспечить минимальную требуемую температуру в теплице особенно в периоды с экстремально низкими температурами. Системой отопления обеспечивается равномерность распределение тепла по всей площади теплицы а также контроль над уровнем влажности. Как правило различные котлы в современных теплицах совместимы со многими АСУ [23].
Существуют различные системы обогрева такие как водяные паровые калориферные электрические газовые биоэнергетические и др. Выбор системы обогрева и количества зависит от климатической зоны культуры конструкции теплицы и от доступности энергоносителей.
Водяное отопление является самым распространенным видом обогрева. Для обогрева теплиц используют воду нагретую до определенной температуры и циркулирующую по трубам. Поскольку пользователем задаются минимальные и максимальные значения температур воды в трубах подачи компьютер рассчитывает необходимую температуру в том или ином контуре отопления для поддержания температуры теплицы на определенном уровне.
Трубопровод может располагаться как над растениями так и внизу. Лучше всего расположить между грядами (в теплицах блочного типа) с тем чтобы обеспечить равномерный обогрев культур. Данный метод прокладки трубопровода одновременно позволяет предотвращать проблему повышения уровня влажности между растениями. В регионах с особенно низкими ночными температурами и холодными зимними месяцами рекомендуется также добавить к этой системе некоторое количество труб для обогрева растений сверху предотвращая тем самым культуры от ненужного переохлаждения переувлажнения или снижая риск появления инфекции серой гнили. Таким образом в современных теплицах находящихся в местах с суровым климатом используют три контура отопления: рельсовый (или нижний) контур отопления в зоне роста и верхний контур отопления. В местах с повышенной снеговой нагрузкой одной из функций контура верхнего отопления является удаление снега путем подогревания стекол и водосборных лотков на крыше.
В тепличном комбинате «Спутник» используется одноконтурная система отопления – трубы отопления расположены вдоль боковых ограждений. Расположить между грядами трубопровод в теплицах ангарного типа невозможно. Отопление в тепличном комбинате осуществляется от собственной газовой котельной. В теплицах помимо труб отопления установлены водяные калориферы с тем чтобы поднять температуру в случае её снижения ниже допустимого значения. Управление калориферами возможно как в ручном так и в автоматическом режиме. Для этого в теплицах установлены датчики температуры.
Система полива (или ирригации) состоит из ирригационного узла и распределенной по всей теплице водопроводной сети состоящей из труб и шлангов с разбрызгивателями или капельницами по которой осуществляется подача воды растениям. При необходимости поливная вода нагревается до температуры в теплице. Водопроводная сеть при поливе дождеванием располагается над растениями тогда как сеть капельного полива – прямо на почве или субстрате [23].
В тепличном комбинате «Спутник» растения выращиваются по малообъёмной технологии и применяется система капельного полива одной из задач которой является контроль над водно-воздушном балансом в корневой системе. Переувлажнение субстрата приводит к нехватке кислорода что оказывает отрицательное действие на корневую систему растения. Дефицит воды оказывает прямой негативный эффект на рост и продуктивность. Другой задачей капельного полива является подача с водой питательных вещества. Уровень солей ЕС (электропроводимость) и рН (кислотность) питательного раствора должны постоянно контролироваться. Поддержание правильного уровня рН субстрата играет главную роль в развитии корней и поступления к растению необходимого количества питательных веществ. В целом при высоких уровнях рН макроэлементы (N P K Ca Mg S) медленно усваиваются что ведет к их накоплению тогда как при низких показаниях усваиваются медленно микроэлементы (Fe Mn Zn B Cu Mo).
Система капельного полива состоит из автоматизированного растворного узла трубопроводов и капельниц различных типов.
Растворный узел предназначен для приготовления питательного раствора заданной концентрации макро- и микроэлементов (ЕС) и с оптимальным значением рН путём смешивания с водой двух или более маточных растворов и кислотыщелочи. Смешивание с водой обычно происходит в пропорции 1:100. В растворном узле смешивание происходит непрерывно по мере подачи раствора насосом в теплицы.
Управление поливом производится по программе задаваемой с пульта микрокомпьютера. Это дает возможность гибко программировать количество воды и минеральных удобрений выходящих из растворного узла позволяя оптимально организовать сбалансированное питание растений.
Распределительная сеть при капельном поливе обеспечивает равномерное поступление раствора к каждому растению с помощью комплекса трубопроводов и капельниц. Подача раствора регулируется с помощью электромагнитных клапанов управляемых компьютером.
Гидропоника является разновидностью малообъемной технологии. Основное отличие гидропоники от традиционной малообъемной технологии выращивания - использование вместо субстрата питательного раствора. В тепличном комбинате «Спутник» зелень (салат) выращивается по методу проточной гидропоники (рисунок 3.5).
Сущность метода проточной гидропоники заключается в следующем: в пластиковые каналы замкнутого сечения 1 имеющие в верхней части круглые отверстия расположенные с определенным шагом помещаются горшочки с растениями. В горшочках имеются прорези-отверстия для выхода корневой системы. Пластиковые каналы размещаются на подвижных платформах УГС (установка гидропонная стеллажная) с уклоном. Питательный раствор по системе магистральных трубопроводов 4 и распределительных коллекторов 5 через калиброванные отверстия поступает в пластиковые каналы с растениями и сливается в сборный желоб 6 далее по желобу он поступает в сборный резервуар 2.
Рисунок 3.5 Схема проточной малообъемной установки: 1 – пластмассовые лотки; 2 – резервуар с питательным раствором 3 – насос; 4 – магистральный трубопровод; 5 – трубы для подачи питательного раствора; 6 – сливной желоб.
Приготовление питательного раствора производится путем добавления в оборотный раствор необходимых растворов минеральных удобрений и доведения рН до нужной величины добавлением кислоты. Эту работу выполняет автоматизированный растворный узел. Почти все этапы производства полностью автоматизированы что дает возможность значительно сократить применение ручного труда что соответственно влияет на формирование себестоимости продукции.
Система вентиляции теплиц и соединительного коридора предназначена для их естественного проветривания наружным воздухом через вентиляционные проемы в верхнем ограждении [12].
Во всех пролетах теплицы предусматривается открывание до 25 % площади теплицы. Данная площадь вентиляционных проемов позволяет обеспечить поступление необходимого объема наружного воздуха в теплицы для поддержания оптимальных температурных параметров в периоды с избыточной солнечной инсоляцией. Угол подъема форточек и площадь вентиляционного проема должны регулироваться в зависимости от температуры воздуха скорости ветра и осадков.
Рисунок 3.6 Система форточной вентиляции
Конструкция механизма открывания и закрывания форточек теплицы с приводом от мотор-редуктора обеспечивает их одновременный подъем или опускание на всей площади каждого отделения теплицы (рисунок 3.6). Каждый механизм состоит из реечных редукторов установленных на верхнем поясе ферм в центральной части теплицы с рейками штангами роликовыми опорами.
Система испарительного охлаждения
Охлаждение перегретого воздуха является необходимым элементом регулирования микроклимата в летнее время в промышленных теплицах.
Система испарительного охлаждения предназначена для искусственного снижения температуры воздуха в теплице на 5-7°С ниже температуры наружного воздуха за счет поглощения тепла при испарении мелкодисперсной влаги подаваемой в объем теплицы.
Температура листьев и цветков летом обычно на 2-7°С выше температуры воздуха в теплицах [23]. Туманообразующие форсунки распыляют воду до частиц диаметром менее 1 000 микрон что не приводит к образованию капельной влаги на листьях. Использование таких форсунок позволяет не только эффективно снижать температуру листьев за счет испарения влаги с их поверхности но и экономит энергию затрачиваемую растениями на испарение воды для охлаждения листьев. Системы для создания тумана могут также использоваться для введения удобрения в окружающую среду путем впрыскивания питательных веществ непосредственно в атмосферу. Влажность и питательные вещества поглощаются через поры с устьицами в листьях растений.
В тепличном комбинате «Спутник» нет системы испарительного охлаждения.
Система зашторивания
Система зашторивания является одной из важных составляющей современной теплицы влияющей на микроклимат и обеспечивающей ее экономичность. С помощью зашторивания можно регулировать освещенность температуру влажность а также значительно экономить тепло [12].
Система зашторивания предназначена для избегания перегрева воздуха внутри теплицы в периоды с избыточной солнечной радиацией путём затенения а также для снижения потерь тепла в теплице в холодные периоды года создания более равномерного и благоприятного для растений температурного поля.
Материал экрана чаще всего представляет собой ткань из полиэстера с вплетенными полосками из алюминиевой фольги. Материал рассчитан на длительную эксплуатацию позволяет без повреждений многократно сдвигать и раздвигать экран при этом сдвинутый экран имеет минимальные размеры что дает минимум затенения.
Практически все современные тепличные конструкции предусматривают возможность установки стандартных систем горизонтального зашторивания. В то же время в старых теплицах ангарного типа таких как в ТК «Спутник» установка экрана может быть затруднена или вообще невозможна.
Используется чаще всего централизованное управление системой зашторивания от единой системы автоматического управления теплицей. Для поддержания необходимого уровня освещенности температуры и влажности экономии тепла компьютер на основании заданной стратегии и внешних факторов рассчитывает необходимое положение экранов отдельно в каждом отделении и подает команды на соответствующие моторы-редукторы.
Подкормка углекислым газом
Система подкормки углекислым газом предназначена для обогащения внутреннего рабочего пространства теплицы двуокисью углерода для стимуляции процесса фотосинтеза и акселерации вегетативного развития растений.
Данная система особенно необходима при выращивании светокультуры овощей в зимний период и при круглогодичном выращивании цветов. Возможны три варианта подвода СО2 в теплицы:
использование отработанных газов от газовой котельной;
установка газогенераторов;
подвод СО2 из передвижного «танка» или баллонов (для малых площадей).
Несмотря на то что первый вариант является наиболее экономичным источником СО2 в ТК «Спутник» при наличии собственной газовой котельной подкормку углекислым газом не используют. Отработанные газы газовой котельной содержат до 10% чистого СО2 [23]. В условиях осенне-зимне-весенней светокультуры продолжительностью до 18-19 часов в сутки углекислотная подкормка увеличивает коэффициент полезного действия фотосинтеза за счет выработки большего чем без подкормки СО2 количества углеводов. В этот период досветки форточки обычно закрыты воздухообмен небольшой и количество углекислого газа в воздухе резко сокращается одновременно снижается КПД фотосинтеза – основы продуктивности растений. В весенне-летний и осенний периоды дополнительное внесение углекислоты также способствует росту урожайности и качества продукции даже при открытых форточках.
Система воздушной циркуляции
Система рециркуляции воздуха в теплице предназначена для его искусственного перемешивания с целью более равномерного распределения температурных полей в объеме сооружения снижения перегрева растений активизации физиологических процессов в растениях ликвидации зон с повышенной влажностью особенно в периоды когда естественная вентиляция через форточки невозможна или малоэффективна.
Система воздушной циркуляции состоит из подвешенных вентиляторов (~23 шт15га 230Вт 1400rpm) [12]. Как правило датчики температуры и влажности находятся в разных местах в одном отделении и могут показывать разные значения. Таким образом когда разница между показаниями превышает заданный уровень включаются вентиляторы. Работа вентиляторов может быть задана также в зависимости от среднего уровня температуры иили влажности.
Светокультура (электродосвечивание)
При выращивании тепличной продукции в зимнее время используют технологию доосвечивания. Свет является основным источником энергии для фотосинтеза. С увеличением интенсивности освещения улучшается качество продукции увеличивается содержание в ней витаминов снижается количество вредных для организма нитратов и нитритов пропорционально возрастает интенсивность фотосинтеза. Принято считать что повышение освещенности на 1 % дает 1 % прибавки урожая [23].
Интенсивность света влияет на скорость фотосинтеза. При низкой интенсивности света преобладают процессы дыхания растений (энергия для жизнедеятельности черпается за счет распада ранее синтезированных веществ). Интенсивный свет позволяет скоординировать фотосинтез рост и развитие растений. В то же время для выращивания зелени сильный свет вреден так как рост листовой поверхности замедляется качество листьев снижается они желтеют и становятся жесткими.
Система электродоосвечивания состоит из: ламп; отражателей; ПРА; кабелей; электрических щитов подключенных к системе управления.
Отражатели используются для того чтобы распределять поступающий свет по всему ценозу. Кроме того получающееся в ходе отражения диффузное излучение гораздо эффективнее чем направленный свет.
Интенсивность вертикального света резко падает после прохождения света через лист. Верхний лист получает 100% света следующий за ним 20% третий лист – только 4%. Обеднение спектрального состава света еще более существенно. При искусственном освещении целесообразно располагать источники излучения так чтобы излучение падало на ценозы под определенными углами.
Несмотря на то что технология электродосвечивания известна довольно давно большинство «старых» тепличных хозяйств России только начали переходить на ее широкое применение.
На тепличном комбинате «Спутник» искусственное досвечивание используют для выращивания рассады (в 5 теплицах) и в салатной теплице.
Бесполезно проводить электродосвечивание если не представляется возможным установить требуемые технологией уровни температуры и СО2. Дефицит СО2 в комбинации с использованием электродосвечивания может сокращать урожайность до 40%.
Важнейшим и обязательным условием получения должного эффекта от использования всех технологических систем является квалифицированное оптимальное и согласованное управление оборудованием. Системный подход ко всему комплексу технологического управления всеми процессами с их взаимной увязкой между собой а также с внешней метеообстановкой и котельной позволяет полностью автоматизировать все процессы управления и благодаря оптимальным алгоритмам управления повысить эффективность функционирования теплицы в целом.
5 Расчёт облучательных установок
5.1 Методика расчёта облучательных установок
В практике проектирования облучательных установок в растениеводстве в настоящее время пользуются весьма простым но неудовлетворительным методом в основу которого положены нормативы удельной электрической мощности источников излучения в ваттах на квадратный метр облучаемой поверхности [5]. Существенные погрешности этого метода объясняются тем что норматив удельной мощности источников излучения принимаемый в качестве единственного критерия не может определять собой степень эффективности воздействия облучательной установки на растения так как при данной удельной мощности эффективность установки зависит от следующих факторов:
спектрального состава излучения используемых источников;
эффективной отдачи источников;
расстояния между источниками излучения и растениями;
конструктивного исполнения облучательной установки.
При расчете тепличных облучательных установок необходимо учитывать следующие положения.
Резкое различие кривых относительной спектральной чувствительности растений и глаза человека исключает возможность использования в расчетах световых величин и единиц их измерения. Эффективным потоком является фитопоток измеряемый в фитах (фт). 1 фт равен 1 Вт излучения с длиной волны 680 нм [1].
Существующая система эффективных величин применительно к таким приемникам оптического излучения как зеленые растения не является общепринятой.
Существенное различие спектральных характеристик используемых источников излучения не позволяет судить о степени эффективности того или иного из них по каталожным данным; требуется специальный анализ их спектральных характеристик.
Уровень облученности требующийся для нормального развития и формирования растений выращиваемых в искусственных условиях если его условно выразить в единицах световой системы величин должен составлять не менее 6 8 тыс. Лк [1]. Это в десятки и более раз выше нормированных освещенностей в обычных осветительных установках.
Для создания столь высоких уровней облученности требуется весьма значительная удельная установленная мощность источников излучения достигающая 400 Втм2 и более. Такие высокие установленные мощности не встречаются в осветительных установках. К этому надо добавить специфические требования к облучательным установкам и конструктивные особенности их чтобы стало ясно что разработанные справочные материалы сложившиеся методы расчета и конструирования осветительных установок непригодны для проектирования тепличных облучательных установок.
При конструировании облучательных установок в которых используются точечные излучатели и стандартные облучатели с симметричным распределением потока излучения в пространстве практически трудно обеспечить равномерное распределение облученности по облучаемой поверхности. Вместе с тем представляется возможным конструировать установки с заданной минимальной облученностью при заданной степени неравномерности.
Расположение облучателей определяется характером пространственного распределения их потока излучения и основными размерами облучаемой площади.
Высота подвеса h облучателей над растениями зависит от типа источника излучения и выбирается так чтобы обеспечить заданный уровень облученности и вместе с тем не перегреть растения (обычно для стационарных установок с точечными излучателями h > 05 м) [5].
Расчет целесообразно вести по минимальной облученности причем коэффициент минимальной облученности z (3.9) не следует принимать менее 08 .
где - коэффициент минимальной облучённости отн. ед.;
- минимальная фитооблучённость фтм2;
- максимальная фитооблучённость фтм2.
Горизонтальная фитооблученность в точке от одного облучателя определяется по формуле (3.10) общая облученность точки равна сумме облученностей от всех близкорасположенных источников [5].
где - горизонтальная фитооблученность фтм2;
- сила света облучателя в направлении расчетной точки Кд;
- угол между перпендикуляром опущенным из точки нахождения облучателя и линией соединяющей расчетную точку с облучателем грд.;
- коэффициент перевода светового потока источника в фитопоток фтЛм;
- расчётная высота подвеса облучателя м.
Пользуясь кривой пространственного распределения потока излучения принятого типа облучателя строят кривую распределения создаваемой им облученности как функции расстояния r при h=const. По данной кривой рассчитывают фитооблученность в характерных точках на плане участка облученность в которых может оказаться наименьшей. Максимальное расстояние L между облучателями выбирают так чтобы обеспечить в характерных точках выполнение условия (9).
5.2 Исходные данные для расчёта
В тепличном комбинате «Спутник» для выращивания рассады огурца и томата используется пять рассадных теплиц площадью 1000 м2 каждая. Для облучения рассады используются облучатели типа ОТ-400 с лампами ДРЛФ-400.
Сравнительный расчёт облучательных установок проводится с целью выявления наиболее экономичного варианта замены морально устаревших облучателей ОТ-400. Вариант прямой замены ламп ДРЛФ-400 на энергоэффективные лампы ДНа3-350 в облучателях типа ОТ-400 не рассматривается по причине физического износа последних.
Характеристики выбранных для сравнительного расчёта облучателей и источников оптического излучения приведены в таблицах 3.5 и 3.6.
Нормируемая облучённость для рассады огурца и томата Emin = 8 фтм2 [3].
Таблица 3.5 – Характеристики сравниваемых облучателей
Номинальная мощность Вт
Номинальное напряжение сети В
Рабочий ток (при напряжении 220В) А
Импульсный ток при включении А
Длительность импульсного тока при включении мс.
Масса (без лампы) кг
Степень защиты отсека ПРА
Таблица 3.6 – Характеристики источников излучения
OSRAM NAV PLANTASTAR 600
Ток лампы** А при 220 В
Примечание: Sотн Ф – световой поток; Фе – лучистый поток; Фф – фитопоток поток; цоколь ЕХ – специальный вращающийся.
На рисунке 3.7 представлен план теплицы.
Рисунок 3.7 План теплицы: 1 2 – калорифер; 3 4 – грядка.
5.3 Расчёт облучателя ЖСП 64-400-001Р с лампой ДНаЗ-S-400 Reflux
Для светильника ЖСП 64-400-001Р принимаем высоту подвеса h = 145м. Для построения зависимости фитооблучённости от расстояния r используем кривую распределения силы света (КСС) лампы ДНаЗ-S-400 Reflux (рисунок 3.8).
Рисунок 3.8 КСС лампы ДНаЗ-S-400 Reflux (кд1000Лм)
Для этого последовательно задаемся значениями расстояния r по радиусу от проекции лампы на облучаемую плоскость. Угол α (рисунок 3.9) между осью облучателя и направлением на точку определяем по формуле [2]:
где - угол между перпендикуляром опущенным из точки нахождения облучателя и линией соединяющей расчетную точку с облучателем грд.;
- расстояние от проекции лампы на облучаемую плоскость до контрольной точки м;
Рисунок 3.9 К расчёту облучённости в контрольной точке
По углу α из кривой светораспределения лампы ДНаЗ суперReflux S 400-2 находим силу света Iое в относительных единицах. Силу света в относительных единицах пересчитываем в именованные единицы по формуле [5]:
где - сила света Кд;
- сила света отн. ед;
- световой поток лампы Лм.
Коэффициент перевода светового потока источника излучения в фитопоток производится по формуле [5]:
где - коэффициент перевода светового потока источника в фитопоток фтЛм;
Фф – фотосинтезный поток фт;
Ф – световой поток Лм.
Затем вычисляем облучённость в искомой точке по формуле (3.10).
Результаты расчётов сводим в таблицу 3.7.
По данным таблицы 3.6 строим зависимость Еф = f(r) (рисунок 3.10).
Рисунок 3.10 График распределения облучённости облучателя ЖСП 64-400-001Р с лампой ДНаЗ-S-400 Reflux
На плане грядки ориентировочно размещаем облучатели по вершинам квадратов (рисунок 3.11) так что L1=L2 L3=L4 [2].
Рисунок 3.11 Расположение облучателей на плане теплицы
На плане намечаем несколько точек А В и С облучённость в которых может быть наименьшей. Чтобы обеспечить в этих точках выполнение условия (3.9) необходимо определить максимально допустимые расстояния на плане от облучателя 1 (рисунок 3.11) до точек А В С (rA rB rC). Для этого по кривой Еф = f(r) (рисунок 3.10) находим rA = 066м при котором Еф = 8 фтм2 считая что облучённость точке А создаётся ближайшим источником [2].
Облученность в точке В создается в основном двумя ближайшими источниками 1 и 2. Поэтому из того же графика по облученности от одной лампы Emin2 = 4 фтм2 определяем rB = 145м.
Облученность в точке С создается четырьмя лампами 1 2 5 6. Поэтому из графика по облученности от одной лампы Emin4 = 2 фтм2 находим rC = 225 м.
По полученным трем значениям принимаем: расстояние от ламп до края грядки L3 = 066м; расстояние между лампами L1 определяется по теореме Пифагора:
Меньшее из двух полученных значений L принимаем как максимальное допустимое расстояние между облучателями при расположении их по вершинам квадратов L1 = 26 м.
Уточняем расстояния rA rB и rC
Для определения коэффициента минимальной облучённости на плане грядки необходимо наметить точки с возможными наибольшей и наименьшей облученностями. Точки с наименьшей облученностью примем те же (А В и С). Точки с возможной наибольшей облученностью – это точки непосредственно под лампами [2].
Из графика Еф = f(r) (рисунок 3.10) находим суммарные облучённости в точках А В и С
По формуле (9) определяем коэффициент минимальной облученности
Условие выполняется следовательно расчёт выполнен верно. Окончательно размещаем облучатели на плане теплицы: 5 рядов по 27 облучателей.
Остальные облучательные установки рассчитываются аналогично. Кривые распределения сил света и графики распределения облучённости представлены в приложениях 1 – 5. Результаты расчётов всех облучателей сводим в таблицу 3.8.
Таблица 3.8 – Сравнительные показатели облучательных установок
Расстояние между облучателями м
Количество облучателей на 1000 м2 теплицы при облучённости 8 фтм2 шт
Установленная мощность кВт
Продолжительность работы облучателей чгод
Расход электроэнергии с учётом потерь в ПРА кВт*чгод
в % к облучателю типа ОТ-400
КПД облучательного прибора %
Анализируя таблицу 3.8 можно сделать следующие выводы:
С увеличением мощности источников оптического излучения уменьшается количество световых точек а также установленная мощность приборов.
Увеличение мощности облучательных установок приводит к увеличению высоты подвеса облучателей.
Дальнейшее увеличение мощности облучателей нецелесообразно так как конструкция теплиц ангарного типа не позволяет разместить крайние ряды выше 2 м.
Из расчёта следует что оптимальным вариантом для рассадной теплицы является облучатель типа ЖСП 64-600-001Р с лампой ДНа3-600 Reflux. Поэтому окончательно принимаем данный вариант и размещаем облучатели на плене теплицы как это показано на рисунке 3.12. На рисунке 3.13 представлен общий вид облучателя ЖСП 64-600-001Р.
Рисунок 3.12 Размещение облучателей ЖСП 64-600-001Р на плане теплицы
Рисунок 3.13 Облучатель ЖСП 64-600-001Р
5.4 Расчёт и выбор кабелей
Все облучатели распределяем на 6 однофазных групп равномерно по фазам – по 12 облучателей в каждой группе (рисунок 3.14). Каждая группа запитывается от группового распределительного щита кабелем ВВГ проложенным в лотке.
Рисунок 3.14 План сети электродосвечивания
Сечение жилы выбираем исходя из расчетного тока нагрузки.
Для групповой сети расчетный ток нагрузки определяется по формуле [9]:
где - расчетный ток нагрузки сети А;
- коэффициент учитывающий потери мощности в ПРА отн. ед.;
- активная мощность нагрузки Вт;
- фазное напряжение сети В;
- коэффициент мощности нагрузки.
По справочнику выбираем кабель ВВГ 3×6 Iдоп = 42 А [15].
Определяем потерю напряжения на самом удалённом светильнике которая должна составлять ΔU≤25% [15]. По данным службы энергетика тепличного комбината «Спутник» потеря напряжения от ТП до вводно-распределительного устройства (ВРУ) составляет ΔU=05%. Таким образом располагаемая величина потери напряжения составляет 2%.
Потеря напряжения определяется по формуле [9]:
где М – момент нагрузки кВт*м;
С – коэффициент учитывающий систему сети род тока и материал проводника;
s – сечение провода мм2.
Определяем момент нагрузки в самой удалённой точке сети (рисунок 3.15).
Момент нагрузки определяется по формуле [9]:
где Р – мощность участка сети кВт;
L – длина участка м.
Рисунок 3.15 Распределительная сеть рассадной теплицы
Таблица 3.9 – К расчёту моментов нагрузки сети
Определяем потерю напряжения в самой удалённой точке сети по формуле (3.17)
Определяем ток нагрузки на участке L1 по формуле [9]:
- линейное напряжение сети В;
По справочнику выбираем кабель ВВГ 4×25 Iдоп = 85 А [15].
Определяем потерю напряжения участке L1 по формуле (3.17)
Рассчитываем ток нагрузки на участке групповая сеть - облучатель по формуле (3.16)
По справочнику выбираем кабель ПВС 3×15 Iдоп = 19 А [15].
Определяем потерю напряжения на участке групповая сеть – облучатель по формуле (3.17)
Общая потеря напряжения от ТП до удалённого облучателя
- что удовлетворяет требованиям ПУЭ следовательно сечение проводов выбрано верно.
5.5 Расчёт и выбор аппаратов управления и защиты
Каждую группу облучателей запитываем однополюсным автоматическим выключателем.
Для защиты осветительных сетей необходимо применять автоматические выключатели с комбинированным расцепителем. Выбор автоматических выключателей для защиты осветительных сетей с газоразрядными лампами высокого давления осуществляется по условию [7]:
где Iнтр – номинальный ток уставки теплового расцепителя автоматического выключателя;
Iр – рабочий ток электроустановки.
Iнтр ≥ 13 * 361 = 469 А
Для групповых линий выбираем автоматические выключатели ВА47 – 100 1р Iнтр = 50А Iнэр = 7 – кратность электромагнитного расцепителя. Выбранные автоматическе выключатели устанавливаем в распределительный щит ПР11-3045-54У1 – 6 однополюсных автоматических выключателей без вводного [16].
Автоматический выключатель на вводе
Iнтр ≥ 13 * 725 = 943 А
Выбираем автоматический выключатель ВА47 – 100 3р Iнтр = 100А Iнэр = 7 – кратность электромагнитного расцепителя. Выбранный автоматический выключатель устанавливаем в РП.
Проверяем выбранный кабель для групповой сети по условию [7]:
Для групповой сети 42 50 – условие не выполняется поэтому принимаем сечение жилы кабеля для групповой сети на одну ступень выше ВВГ 3×10 Iдоп = 55 А [15].
Проверяем выбранный кабель для участка сети РП-ЩР по условию (3.21)
100 – условие не выполняется поэтому принимаем сечение жилы кабеля для участка сети РП-ЩР – ВВГ 5×35 Iдоп = 108 А [15].
5.6 Расчёт токов короткого замыкания
Для проверки чувствительности аппаратов защиты произведём расчёт токов короткого замыкания в точках К1 и К2 (рисунок 3.16).
Ток однофазного короткого замыкания рассчитывается по формуле [9]:
где - ток однофазного короткого замыкания А;
полное сопротивление трансформатора при однофазном к.з. Ом;
полное сопротивление петли фаза-нуль линии до наиболее удалённой точки сети Ом.
Рисунок 3.16 Расчёт токов короткого замыкания
Сопротивление петли фаза-нуль определяется геометрическим сложением активного r и индуктивного x сопротивлений по формуле [9]:
где - полное сопротивление петли фаза-нуль Ом;
- активное сопротивление линии Омкм;
- индуктивное сопротивление линии Омкм.
Рассчитываем сопротивление петли фаза-нуль до контрольных точек К1 и К2 по формуле (3.23) используя данные таблицы 3.10
Рассчитываем ток однофазного короткого замыкания в контрольных точках К1 и К2 по формуле (3.22)
Таблица 3.10 – Данные для расчёта тока короткого замыкания
Схема соединения тр-ра
Коэффициент чувствительности срабатывания отсечки при коротком замыкании проверяется по условию [7]:
где - коэффициент чувствительности отн. ед.;
- ток однофазного короткого замыкания А;
- ток срабатывания отсечки А;
- ток уставки автоматического выключателя А;
- кратность электромагнитного расцепителя.
Рассчитываем коэффициент чувствительности для точек К1 и К2 по формуле (23)
Чувствительность защиты достаточна.
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В соответствии со статьей 209 Трудового Кодекса Российской Федерации безопасные условия труда – условия труда при которых воздействие на работающих вредных и (или) опасных производственных факторов исключено либо когда уровни их воздействия не превышают установленных нормативов. Условия труда – совокупность факторов производственной среды и трудового процесса; оказывающих влияние на работоспособность и здоровье работника [6].
Реализация основных направлений государственной политики в области охраны труда обеспечивается согласованными действиями органов государственной власти РФ органов государственной власти субъектов РФ и органов местного самоуправления работодателей объединений работодателей а также профессиональных союзов их объединений и иных уполномоченных работниками представительных органов по вопросам охраны труда.
Охрана труда – это система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности включающая в себя правовые социально-экономические организационно-технические лечебно-профилактические реабилитационные и иные мероприятия [6].
Охрана труда базируется на анатомо-психофизиологических особенностях организма человека взаимодействующего в процессе производства с предметами труда средствами труда и окружающей средой.
Сложность поведения человека при угрозе его жизни и здоровья а также благополучный выход из тяжелых ситуаций обусловлены: своевременностью обнаружения опасности; правильностью ее диагностирования; выбором способа адекватного реагирования на опасность.
Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий и средств обеспечивающих защиту людей от опасного электрического тока электрической дуги электромагнитного поля и статического электричества.
Исход поражения электрическим током зависит от следующих факторов [6]:
- индивидуальные особенности организма человека.
- сопротивление тела человека;
- сила тока протекающего через тело пострадавшего;
- временя действия тока;
- пути протекания частоты и рода тока.
Основной поражающий фактор электрического тока – сила тока проходящая через тело человека в зависимости от условий.
2.1 Состояние организационной работы
Приказом директора по предприятию ответственным за электробезопасность на комбинате назначен главный энергетик.
Допуск к работе оформляется распоряжением или перечнем работ в порядке текущей эксплуатации утверждённым лицом ответственным за электрохозяйство [20].
На комбинате осуществляется периодический контроль за охраной труда ответственными лицами и комиссией профкома. Проводятся «Дни охраны труда» один раз в квартал.
Периодический контроль проверки знаний ПОТ ПТЭ ППБ ПУЭ и должностных инструкций у электротехнического и электротехнологического персонала проводится 1 раз в год. В состав комиссии входят: главный энергетик начальник цеха мастер цеха и инженер по ОТ. По результатам проверки продлевается или заменяется удостоверение о «проверке норм и правил по электробезопасности» [20].
Медицинские осмотры проводятся работникам при приёме на работу и периодически в соответствии с приказом Минздрава и соц. развития РФ от 16.09.04г. №83 «Об утверждении перечней вредных и (или) опасных производственных факторов и работ при выполнении которых проводятся предварительные периодические мо (обследования) и порядка проведения этих осмотров (обследований)» и приказом Минздрава и медицинской промышленности РФ от 14.03.96г. №90 «О порядке проведения предварительных и периодических мо работников и медицинских регламентах допуска к профессии».
Лица не достигшие 21 года проходят периодический мо ежегодно.
Электромонтеры по обслуживанию электрооборудования – 1 раз в 2года.
- «Типовыми нормами бесплатной выдачи спецодежды спецобуви и др. СИЗ работникам сквозных профессий и должностей всех отраслей экономики» (Приложение К к «Постановлению Минтруда и соцразвития РФ от 16.12.1997г №69»)
- согласно «Правил обеспечения работников спецодеждой спецобувью и др. СИЗ» (Постановление Минтруда и соцразвития РФ от 18.12.1998г №51»)
2.2 Состояние технической безопасности
Теплицы относятся к сырым помещениям с токопроводящими полами то есть к особо опасным помещениям. Какие-либо работы непосредственно на токоведущих частях или замена ламп без снятия напряжения не допускается.
Электрифицированные машины с питанием по гибкому кабелю применяемые в парниково-тепличном хозяйстве имеют устройство контроля целостности зануляющей жилы в питающем кабеле а так же защитное отключение по току в нулевом проводе. Целесообразно применять и защитное отключение по току утечки.
При включенном облучении какие-либо работы в теплицах запрещены. В теплицах источником ультрафиолетового излучения являются облучающие установки которые используют для облучения рассады овощей и в салатной теплице. Воздействие УФИ приводит в первую очередь к ряду специфических изменений в коже и органе зрения. Установлено что оно может сопровождаться и общими неблагоприятными реакциями организма. Однократное облучение кожи УФ приводит к эритемной реакции с последующим усилением пигментации способствует фотосинтезу витамина Д3. При систематическом воздействии могут проявляться такие последствия как гиперплазия эпидермиса канцерогенез и старение кожи.
Включение и отключение облучающих установок разрешено персоналу с I группой по электробезопасности.
2.3 Состояние производственной санитарии.
Состояние производственной санитарии влияет на условия труда. Производственная санитария характеризуется: микроклиматом (температурой воздуха в помещении относительной влажностью скоростью движения воздуха в помещении) освещенностью запыленностью загазованностью.
В тепличном хозяйстве нагревающий микроклимат. Это такое сочетание параметров при котором происходит изменение теплообмена человека с окружающей средой проявляющееся в накоплении тепла в организме и увеличение доли потерь тепла испарения влаги (более 30%). У работающих может возникать напряжение в деятельности функциональных систем организма обеспечивающих температурный гомеостаз. Это сопровождается ухудшением самочувствия снижению работоспособности производительности труда и может привести к нарушению здоровья.
2.4 Состояние противопожарной защиты.
В каждом цехе имеется оборудованный пожарный щит укомплектованный первичными противопожарным средствами. Во всех помещениях имеется противопожарный водопровод объединенный с производственным. В случае пожара предусмотрена быстрая эвакуация людей из всех помещений согласно имеющимся планам эвакуации при пожаре.
Согласно межотраслевым правилам по охране труда в электроустановках применяются углекислотные огнетушители для тушения электрооборудования до 1000 вольт.
Назначены ответственные лица за пожарную безопасность на производственных участках.
Каждый работник четко знает и выполняет требования правил пожарной безопасности и противопожарный режим на объекте не допускает действий которые впоследствии могут привести к пожару или возгоранию.
На основании проведённого анализа было установлено что нет дежурного освещения в теплицах и дежурный персонал в ночное время пользуется фонариком при обходах и осмотрах технологического оборудования что может привести к травмам из-за плохой видимости при авариях и технологических нарушениях работы оборудованием. Предлагаю установить дежурное освещение в помещениях теплиц.
3.2 Расчёт дежурного освещения помещения теплицы
Расчёт дежурного освещения производим в программе DIALux 4.7
Размеры помещения: длина А = 760 м; ширина В = 140 м; высота в коньке теплицы H = 50 м. По СНиП 23.05.95 нормированная освещенность для данного помещения: разряд зрительной работы - общее наблюдение за инженерными коммуникациями - Енорм = 20Лк [21]. Коэффициенты отражения потолка стен пола: ρп = 6% ρс = 6% ρ = 5%.
Для освещения теплицы выбираем светильник типа ПВЛМ - светильник пылевлагозащищенный для трубчатых люминесцентных ламп с диффузным отражателем предназначенный для производственных помещений с повышенным содержанием пыли и влаги.
Рисунок 4.1 План размещения светильников ПВЛМ П-2×36+Д2 в помещении теплицы (значения в Лк масштаб 1:544)
Рисунок 4.2 План размещения светильников ПВЛМ П-36+Д1 в помещении теплицы (значения в Лк масштаб 1:544)
Таблица 4.1 – Характеристики сравниваемых вариантов
Освещённость на уровне пола Лк
Таблица 4.2 – Характеристики светильников ПВЛМ
Из таблицы 4.1 видно что при прочих равных показателях неравномерность освещения в первом варианте в 15 раза выше чем во втором. Однако поскольку дежурное освещение используется не часто (при осмотрах технологического оборудования) – выбираем первый вариант – 8 светильников по центральному проходу как более удобный при эксплуатации.
3.3 Меры безопасности при монтаже и эксплуатации осветительных и облучательных установок
При выполнении электромонтажных работ и при работах по эксплуатации электроосветительных установок необходимо выполнять требования Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей и местных типовых инструкций по эксплуатации и монтажу осветительных и облучательных установок [8].
Персонал обслуживающий ОУ должен иметь квалификационную группу по электробезопасности не ниже III. при этом он должен быть обучен приемам оказания первой помощи пострадавшему от электрического тока. При обслуживании ОУ работающими должны использоваться электрозащитные СИЗ.
Работы связанные с осмотром чисткой и ремонтом элементов осветительной (облучательной) арматуры а также с заменой ламп в осветительных (облучательных) приборах производят со снятием напряжения с групповой сети или с отдельного светильника. При выполнении работ со снятием напряжения с групповой сети необходимо [8]:
- произвести отключение и принять меры предотвращающие подачу напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;
- на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационной аппаратурой вывесить запрещающие плакаты;
- проверить отсутствие напряжения на токоведущих частях на которые должно быть наложено заземление для защиты работающих от поражения электрическим током;
- наложить заземление.
При работе на высоте должны выполняться следующие требования безопасности:
- применять инвентарные средства подмащивания прошедшие испытания в установленные сроки;
- при работе на высоте более 13 м рабочие места должны иметь защитные ограждения высотой 11 м а при их отсутствии необходимо применять предохранительный пояс;
- подавать предметы работающему на высоте следует с помощью веревки. Во избежание раскачивания предмет необходимо придерживать оттяжкой;
- запрещается работать на монтируемых конструкциях лотках ходить по ним а также перелезать через ограждения;
- ограждать места установки приставных лестниц на участках движения транспорта или людей;
- запрещается применять в качестве средств подмащивания ящики бочки или другие случайные предметы;
При работе с электрифицированным инструментом запрещается:
- допуск к работе лиц имеющих квалификационную группу по электробезопасности ниже второй;
- передавать его для работы (хотя бы и на непродолжительное время) неаттестованным лицам;
- выполнение работ с приставных лестниц;
- оставлять электроинструмент без надзора и включенным в электрическую сеть.
При монтаже кабельных линий необходимо выполнять следующие требования безопасности [8]:
- перед перемещением барабана с кабелем принять меры исключающие захват одежды рабочих. Для этого необходимо удалить с барабана торчащие гвозди а концы кабеля надежно закрепить;
- на трассах прокладки кабелей имеющих повороты запрещается размещаться внутри углов поворота кабеля поддерживать кабель на углах поворота а также оттягивать его вручную. На прямолинейных участках трассы электромонтажникам следует находиться по одной стороне кабеля;
- при ручной прокладке кабеля количество электромонтажников должно быть таким чтобы на каждого из них приходился участок кабеля массой не более 35 кг;
- при массе кабеля более 1 кг на 1 м его подъем и крепление с приставных лестниц или лестниц-стремянок запрещаются;
- разогревать и переносить ковш с припоем а также сосуды с кабельной массой следует в защитных очках и брезентовых рукавицах длиной до локтя.
При монтаже осветительных сетей необходимо выполнять следующие требования безопасности [8]:
- размещать трубы и металлоконструкции на земле или на полу на подкладках;
- концы труб опиливать и очищать от заусенцев;
- перед установкой групповых щитков и аппаратов проверить надежность их монтажно-заготовительных узлов и сборок;
- проверку совпадения отверстий в соединяемых конструкциях осуществлять с помощью специальных монтажных приспособлений;
- при монтаже тросовых проводок их окончательное натяжение осуществлять при помощи натяжных устройств после устройства промежуточной подвески;
- установку осветительной арматуры массой более 10 кг осуществлять вдвоем. Допускается выполнение этой работы одним рабочим с применением специального приспособления;
- забивку электродов заземления вручную производить кувалдой с длиной ручки (держателя) не менее 07 м.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
В данном разделе необходимо решить две принципиальные задачи:
Определить из двух технически равноценных вариантов облучательной установки наиболее выгодный с экономической точки зрения.
Определить срок окупаемости принятого варианта в случае его реализации.
Согласно светотехническому расчёту (пп 3.5.3) наиболее эффективными облучателями являются ЖСП 64-600-001Р с лампой ДНа3-600 Reflux. Для технико-экономического сопоставления выбран данный облучатель в двух возможных комплектациях:
- с электронным ПРА (ЭПРА);
- с электромагнитным ПРА (ЭмПРА).
В таблицу 5.1 сводим данные сравниваемых вариантов облучательной установки.
Таблица 5.1 – Данные сравниваемых вариантов
Параметр на 5 рассадных теплиц
Количество облучателей при облучённости 8 фтм2 шт
Необходимое количество кабеля ВВГ 3×10 м
Необходимое количество кабеля ВВГ 3×16 м
Необходимое количество щитов распределительных шт
Необходимое количество ответвительных коробок
2 Приведённые затраты сравниваемых вариантов
Экономическую целесообразность принимаемого решения при полном сопоставлении технико-экономических показателей сравниваемых равноценных по светотехническому эффекту вариантов учитывают по критерию минимума приведённых затрат которые в общем виде можно выразить [17]:
Еп – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Еп = 010);
Эзуi – удельные эксплуатационные затраты рубед. продукции (работы).
При сопоставлении вариантов должны соблюдаться условия экономической сопоставимости. Эти условия заключаются в учете всех затрат при определении капиталовложений и эксплуатационных затрат и в соблюдении равноточности всех используемых в расчетах материалов (один и тот же уровень цен тарифных ставок нормы амортизационных отчислений и т.д.).
2.1 Капитальные затраты сравниваемых вариантов
Нормы трудозатрат на электромонтажные работы определяем по ГЭСНм-2001-08 [19] (Государственные элементные сметные нормы на электромонтажные работы) (Таблица 5.2). Стоимость материалов для монтажа рассматриваемых вариантов облучательной установки сводим в таблицу 5.3. Расход неучтённых материалов при монтаже определяем по ФЕРм-2009 [22].
Таблица 5.2 – Нормы трудозатрат на электромонтажные работы
Трудо-затраты на ед. изм. чел.-ч
Трудо-затраты чел.-ч
Демонтаж облучателей
Снятие приборов аппаратов.
Демонтаж кабеля проложенного с креплением скобами.
Прокладка кабелей по установленным лоткам с установкой ответвительных коробок
Установка облучателя с ПРА.
Опробование на зажигание.
Монтаж осветительного щита
Подготовка к включению.
Написание обозначений на щитках.
Таблица 5.3 – Стоимость материалов для монтажа облучательной установки
Лампа ДНа3-600 Reflux
Ответвительная коробка
Щит распределительный ЩРН 1-12
Расход неучтённых материалов при монтаже кабеля
Расход неучтённых материалов при монтаже облучателей
Расход неучтённых материалов при монтаже осветительного щита
Дополнительные капитальные вложения рассчитываются по формуле [17]:
где См – стоимость материалов руб;
Зд=01* См – затраты на доставку материалов руб;
ЗП – заработная плата рабочих руб.
Заработная плата определяется по формуле [17]:
Зп = (Тф+Дф)*Кр*Ксоц*Котп(5.3)
гдеТФ – тарифный фонд руб;
Дф – доплаты к тарифному фондуруб включают в себя компенсации все виды поощрений и премий дотаций % ( Дт= 10%×Тф)
КР – районный коэффициент % (Кр=115 для Алтайского края)
Котп- коэффициент учитывающий отчисления на отпуск % (Котп = 1067%);
Ксоц - коэффициент учитывающий отчисления на социальные нужды%
Тарифный фонд определяется по формуле [17]:
tр – время работы ч.
tрI = tрII = 12236 ч
ТфI = ТфII = 122385 * 357 = 4369145 руб
ДфI = ДфII = 4369145 * 01 = 436915 руб
Зп I = Зп II = (4369145 + 436915) * 115 * 12 * 1067 = 707673 руб
Капитальные вложения рассчитываем по формуле (5.2) и результаты сводим в таблицу 5.4
Таблица 5.4 – Капитальные затраты по сравниваемым вариантам
Стоимость материалов
2.2 Эксплуатационные затраты сравниваемых вариантов
В эксплуатационные затраты включают текущие расходы связанные с эксплуатацией электрооборудования. Эксплуатационные затраты средств электрификации и автоматизации определяются по формуле [17]:
где Зп – зарплата обслуживающего персонала руб.;
Ао – амортизационные отчисления руб.;
ТПО – затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание руб.;
Сэ – стоимость израсходованной электроэнергии руб.;
Пр – прочие расходы (1% от КВ) руб.
Заработную плату на обслуживание облучательной установки определяем по формулам 6.3 и 6.4
Затраты труда на обслуживание одного облучателя составляют – 15 чел*часгод [13]
ТфI = ТфII = 15*360*357 = 192780 руб
Тфсущ = 15*1440*357 = 771120 руб
ДфI = ДфII = 192780*01 = 19278 руб
Дфсущ = 771120*01 = 77112 руб
Зп I = Зп II = (192780 + 19278)*115*12*1067 = 312247 руб
Зп сущ = (771120 + 77112)*115*12*1067 = 1248988 руб
Амортизационные отчисления [17]:
а m – количество видов основных фондов.
Норма амортизационных отчислений для облучателей составляет 10% что соответствует сроку эксплуатации 10 лет [4].
Затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание [17]:
гдеni – годовая норма отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание по i основным фондам %.
годовая норма отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание электрооборудования составляет 51 % [4]
Стоимость израсходованной электроэнергии [17]:
где - время работы облучателя чгод;
- число облучателей шт;
Тээ – тариф на электроэнергию рубкВт·ч.
СэI = 500*106*06*360*385 = 4407480 руб
СэII =500*11*06*360*385 = 4573800 руб
Результаты расчётов сводим в таблицу 5.5
Таблица 5.5 – Эксплуатационные затраты по сравниваемым вариантам
Рассчитываем приведённые затраты по формуле 5.1
З I = 18160902 * 01 + 7534667 = 9350757 руб
З II = 16767681 * 01 + 7585643 = 9262411 руб
3 Срок окупаемости проекта
Рассчитываем срок окупаемости проекта по формуле [17]:
где - срок окупаемости год;
- капитальные затраты руб;
- годовая экономия денежных средств рубгод.
Годовую экономию денежных средств определим как разность затрат на оплату электроэнергии существующей и проектируемой облучательной установки. По формуле 5.8 рассчитываем годовую стоимость электроэнергии существующей облучательной установки
Сэсущ = 500*11*04*1440*385 = 1219680 рубгод
ЭГI = Сэсущ - Сэ прI = 1219680 – 440748 = 778932 рубгод
ЭГII = Сэсущ - Сэ прII = 1219680 – 457380 = 762300 рубгод
Срок окупаемости проекта по формуле 5.9
Определяем коэффициент эффективности по формуле [17]:
Все рассчитанные затраты сводим в таблицу 5.6
Таблица 5.6 – Сводная таблица экономических расчетов
Наименование показателя
Капиталовложения тыс. руб
2 стоимость материалов
Эксплуатационные затраты тыс. рубгод
1 затраты на заработную плату рабочим
2 амортизационные отчисления
3 затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание
4 затраты на электроэнергию
5 потери электроэнергии в ПРА
Годовая экономия электроэнергии
Срок окупаемости год
Коэффициент эффективности
Коэффициент мощноссти
Коэффициент пульсации %
Коэффициент потерь в ПРА
Сопоставление технико-экономических показателей рассматриваемых вариантов показало преимущество электромагнитного ПРА. Однако приведенные затраты на ЭПРА превышают аналогичные затраты на ЭмПРА лишь на 1%. Капитальные вложения на ЭПРА превышают затраты на ЭмПРА на 75%. Срок окупаемости ЭПРА выше на 5%. В то же время эксплуатационные затраты сравниваемых вариантов практически равны а затраты на электроэнергию и текущий ремонт на ЭПРА ниже чем на ЭмПРА. Кроме того в приведённом технико-экономическом расчёте не были учтены ряд преимуществ ЭПРА таких как: меньший по отношению к ЭмПРА коэффициент пульсаций стабильность фитопотока при колебаниях напряжения сети возможность автоматического управления уровнем облучённости растений.
Исходя из вышесказанного считаю целесообразным принять вариант облучателя ЖСП 64-600-001Р с электронным ПРА.
Капитальные затраты в случае реализации проекта составят 182 млн. рублей. Годовые эксплуатационные издержки – 7535 тыс. рублей. Потребление электроэнергии спроектированной облучательной установки в 28 раза ниже чем в существующей.
Срок окупаемости проекта – 233 года.
Выполненный анализ состояния тепличного хозяйства в России показал что в доле затрат на получение продукции закрытого грунта до 80% -затраты на энергоресурсы. В Алтайском крае в силу природно-климатических условий до 9 месяцев необходимо выполнять не только досвечивание в теплицах но и жестко поддерживать тепловой режим.
В представленном дипломном проекте предложено заменить существующие облучательные установки на энергоэффективные что позволило снизить затраты на электроэнергию в 28 раза по отношению к существующим.
Багаев А.А. Багаев А.И. Куликова Л.В. Электротехнология: учебное пособие. Барнаул: АГАУ 2006. 320 с.
Баев В. И. Практикум по электрическому освещению и облучению. – М.: КолосС 2008. – 191 с.
Баранов Л.А. Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. – М.: КолосС 2006. – 344 с.
Водянников В.Т. Экономическая оценка проектных решений в энергетике АПК. – М.: КолосС 2008. – 263 с.
Жилинский Ю.М. Кумин В.Д. Электрическое освещение и облучение. – М.: Колос 1982. – 272 с.
Зотов Б.И. Курдюмов В.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве. – М.: КолосС 2004. – 432 с.
Кабышев А.В. Обухов С.Г. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок: учебное пособиеА.В. Кабышев С.Г. Обухов. – Томск: Изд-во ТПУ 2006 – 248 с.
Коломиец А.П. Кондратьева Н.П. Монтаж электрооборудования и средств автоматизации. – М.: КолосС 2007. – 351 с.
Кнорринг Г.М. и др. Справочная книга для проектирования электрического освещения Г.М. Кнорринг И.М. Фадин В.Н. Сидоров – 2-е изд. перераб. и доп. – СПб.: Энергоатомиздат 1992. – 448 с.
Кунгс Я.А. Цугленок Н.В Энергосбережение и энергоаудит в осветительных и облучательных установках: Учеб. пособие Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск 2002. – 266 с.
Справочная книга по светотехнике Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Знак 2006. – 972 с.
Цугленок Н.В. Долгих П.П. Кунгс Я.А. Энергетическое оборудование тепличных хозяйств: Учеб. пособие Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск 2001. - 139 с.
Электрооборудование осветительных и облучательных установок. Под ред. В.П. Степанцова. – Мн.: Ураждай 1991. – 191 с.
Энергосбережение в освещении. Под ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Издательство «Знак» 1999 264 с.
Алиев И.И. Электротехнический справочник. – М.: ИП РадиоСофт 2002. – 384 с.
Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат 1991. – 464 с.
Методические пособия
Болтенков А.А. Методические указания по выполнению экономического раздела дипломного проекта по направлению «Агроинженерия» А.А. Болтенков М.В. Жуков. Барнаул: Изд-во АГАУ 2007. 155 с.
Федоренко И.Я. Дипломное проектирование: методические указания для студентов агроинженерных специальностей. Барнаул: АГАУ 2007. 130 с.
Государственные элементные сметные нормы на монтаж оборудования ГЭСНм-2001-08 сборник №8 Электротехнические установки. Росстрой 2008 – 296 с.
ПОТ Р М-016-2001 Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок.
СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».
ФЕРм – 2009 Федеральные единичные расценки на монтаж оборудования. Часть – 8 Электротехнические установки.
КСС лампы ДНа3-600 Reflux
График распределения облучённости облучателя ЖСП 64-600-001Р с лампой ДНаЗ-600 Reflux
КСС облучателей ЖСП 64-400-001T и ЖСП 64-600-001T
График распределения облучённости облучателя ЖСП 64-400-001T с лампой ДНаТ-400
График распределения облучённости облучателя ЖСП 64-600-001Т с лампой OSRAM NAV PLANTASTAR-600

Титульный.doc

Министерство сельского хозяйства и продовольствия
Российской Федерации
Алтайский государственный аграрный университет
Кафедра: Электрификация и автоматизация сельского хозяйства
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ
Тема: Разработка энергосберегающих мероприятий для тепличного комбината «Спутник» г. Барнаул
0302 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства
Наименование раздела дипломного проекта
Срок выполнения задания
Консультант раздела (ученая степень должность Ф.И.О.)
Отметка консультанта о выполнении работ по разделу (дата подпись)
Характеристика отрасли и предприятия
д.т.н. профессор Куликова Л.В.
Технико-экономическое обоснование проекта
Дата выдачи задания
Руководитель проекта
Факультет: ИТАИ Кафедра: ЭлАСХ
ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Студенту: Голубенкову Виталию Николаевичу
Тема проекта: Разработка энергосберегающих мероприятий для тепличного комбината «Спутник» г. Барнаул
утверждена приказом по университету № от « » 2009 г.
Исходные данные к проекту:
) Ген план тепличного хозяйства;
) Данные по электропотреблению;
) План расположения потребителей электрической нагрузки;
) Данные по нормам облучения.
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
) Общая характеристика объекта;
) Обоснование энергоэффективных источников облучения;
) Безопасность жизнедеятельности;
) Технико-экономическое обоснование проекта.
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):
) Алгоритм светотехнического расчёта;
) Сравнительные показатели облучательных установок;
) План расположения облучателей;
) План подключения облучателей;
) Дежурное освещение теплицы;
) Технико-экономические показатели проекта.