Высокоэффективное светотехническое оборудование для теплиц. Возможности выбора.

Л.Б.Прикупец,
зав. лабораторией ООО «ВНИСИ им. С.И.Вавилова»,
исп. вице-президент Межрегионального светотехнического общества

Современная отрасль тепличного растениеводства в России является одной из самых энергоемких и, одновременно, самых  энергоэффективных областей использования искусственного освещения В тепличных облучательных установках (ОУ) привычными в последние годы становятся уровни освещенности 10 – 12 килолюкс (клк) при удельной установленной мощности 80 – 100 Вт/м²; существует тенденция к повышению уровней освещенности для выращивания ряда культур в условиях светокультуры.

Сооружения защищенного грунта – одна из немногих областей применения светотехники, где не нужно убеждать потребителя разрабатывать специальные меры   и вводить технические регламенты, позволяющие ускорить внедрение энергоэкономичных систем освещения. Интерес к последним существенно возрастает в связи с развитием в овощеводстве и цветоводстве технологий светокультуры, повышающих степень влияния светоэнергетических параметров ОУ на продуктивность и себестоимость продукции.

История тепличных облучателей, как отдельной группы светотехнических изделий, началась 35 лет назад выпуском на Кадошкинском электротехническом заводе (КЭТЗ) светильников ОТ400 с лампами типа ДРЛФ400.

 

 

Тепличный сектор на разных стадиях своего развития всегда востребовал самые современные и энергоэкономичные источники света, технический уровень которых за последние десятилетия существенно вырос (рис. 1). Начиная с 90-х годов  прошлого века в тепличных  ОУ, практически, монопольное положение у нас в стране и за рубежом заняли натриевые лампы высокого давления (НЛВД). Современный этап характерный использованием НЛВД мощностью 600 Вт с максимально высокой из массовых источников света световой отдачей (до 150 лм/Вт) начался в последние годы прошлого века. Эти лампы с несколько улучшенными, применительно к освещению растений спектральными характеристиками, выпускаются рядом зарубежных фирм под специальными названиями: SON - T PIA “ Green Power ” ( Philips ), “ Planta Star ” ( Osram ), SHP - TS Gro - Lux   ( Sylvania ), « Lucalox XO Photosynthesis Light Lamp ( Gen . Electric ) и др.

Первая тепличная ОУ с НЛВД 600 Вт была оборудована ВНИСИ в 1999 г. в теплице ООО «Агригазтеплица», г. Малоярославец.

На основе технологических принципов, положенных в основу создания НЛВД 600 Вт, фирма Gen . Electric в 2003 г. начала производство   лампы мощностью 750 Вт, которая  в настоящее время широко используется в тепличных хозяйствах Канады, Норвегии, Нидерландов и др. стран. В России непропорционально высокие цены на лампы 750 Вт тормозят начало их массового использования в тепличных ОУ.

За прошедшие несколько лет тепличные хозяйства в полной мере оценили преимущества, которые обеспечиваются заменой стандартных НЛВД и металло-галогенных ламп  (МГЛ) ДРИ мощностью 400 Вт на НЛВД 600 Вт. При обеспечении постоянного  уровня освещенности число «световых точек» при переходе с варианта «400 Вт» на «600 Вт»  снижается~ 2 раза для НЛВД и почти в три раза при замене по схеме «МГЛ – НЛВД». Еще большая выгода может быть получена при переходе с варианта «400 Вт» на «750 Вт», эффект на уровне 25 % достигается даже при переходе с НЛВД 600 Вт на 750 Вт. 

Технический прогресс последних лет в области тепличных облучателей обусловлен не только лампами, но и другими их комплектующими и элементами конструкции.

В последние годы в светотехнике стремительно растут масштабы применения для включения НЛВД и МГЛ вместо традиционных электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) электронных аппаратов (ЭПРА). Однако, если для целей общего освещения применение ЭПРА ограничивается мощностью 250 Вт (очень редко 400 Вт), то тепличное освещение и здесь ставит свои рекорды: в ряде стран, в том числе и в России, освоены в производстве и поставляются в составе облучателей в теплицы ЭПРА для НЛВД мощностью 400, 600, 750 и даже 1000 Вт.

Какова мотивация и целесообразность использования ЭПРА в настоящее время в тепличных облучателях вместо традиционных ПРА?  Рассмотрим основные факторы подобной замены.

1.Энергоэкономичность.

Очень часто говорят, что замена традиционного электромагнитного ПРА на ЭПРА повышает энергоэкономичность облучателя. Наши прямые измерения и данные ф. Osram (каталог «Источники света», 2007 г.) показывают, что при переходе от НЛВД 400 Вт к лампам 600 и 750 Вт активные потери в ПРА снижаются до уровня 6,5 – 8% от мощности лампы и, практически, совпадают с уровнем потерь в ЭПРА. Таким образом, с  точки зрения энергоэкономичности новые ЭПРА не несут с собой  преимуществ.

2.Срок службы самого ЭПРА и его влияние на срок службы НЛВД.

Как известно, индуктивный ПРА относится к изделиям повышенной надежности, его ресурс достигает 10 лет. К сожалению, данные о ресурсе ЭПРА для мощных НЛВД носят в настоящее время «гипотетический» характер, поскольку опыт их эксплуатации в реальных условиях тепличных хозяйств в России находится в стадии формирования.

Влияние ЭПРА на срок службы НЛВД, безусловно, положительное; в то же время и в схеме с обычным ПРА ресурс современных НЛВД при правильной эксплуатации превышает 10 тыс.ч.

3.Влияние ЭПРА на возможность управления «световым режимом» в теплице.

Современные интенсивные тепличные технологии рассчитаны на обеспечение высоких и стабильных уровней освещенности, особенно значим этот фактор в «темные» зимние месяцы, когда искусственная освещенность в несколько раз превосходит естественную.

К сожалению,   потребитель очень часто  забывает или не знает, что в схемах со стандартными ПРА электрическая мощность ламп, а, следовательно, их световой поток и уровень освещенности в ОУ «неумолимо» следует за изменением напряжения сети (рис. 2). Таким образом,   длительное   снижение U_c уже на 10 % означает при номинальном Е = 8 клк потерю не менее 2 клк освещенности со всеми, как говорится, вытекающими последствиями для продуктивности.

Иная картина гарантируется потребителю при использовании ЭПРА, большинство типов которых при изменениях сетевого напряжения в пределах 180 – 250 В поддерживают мощность ламп, а, следовательно, световой поток и освещенность на постоянном уровне.

Таким образом,  выбор в пользу ЭПРА для хозяйств, которые не могут добиться постоянства U_c ,  очевиден.

Уникальные возможности управления режимом освещения в теплицах дают ЭПРА, изготовленные по цифровому стандарту. Получая сигнал от фотодатчика, регистрирующего увеличение естественной  освещенности в теплице, с помощью специального электронного блока можно плавно уменьшить электрическую мощность ламп и снизить световой поток  светильников.

Простые   оценки   показывают, что снижение на 30 % потребляемой мощности в искусственной ОУ может обеспечить экономию затрат на эл. освещение  на 1 Га за 100 час. на уровне 30 тыс. руб.

4.Весовые и габаритные параметры.

Важнейшим достоинством ЭПРА является их существенно меньший (до 5 раз) вес, в сравнении с их электромагнитными аналогами, что может снизить общую нагрузку на конструкции на 7 – 8 т на 1 Га теплиц.

Габаритные параметры ЭПРА также существенно меньше, чем у традиционных ПРА.

5.Сопоставление стоимостных показателей стандартного ПРА и ЭПРА.

Очевидно, что соответствующие оценки будут не в пользу последних: новые ЭПРА пока, минимум, в 2 раза дороже традиционных. Это неминуемо приводит к существенному удорожанию всего облучателя, укомплектованного ЭПРА.

Принципиально, приведеннных выше данных достаточно для принятия решения о выборе облучателя с тем или иным типом пускорегулирующего  аппарата. Непреложным фактом является то, что масштабы использования ЭПРА в тепличном освещении растут. В настоящее время в России и СНГ уже около полутора десятков тепличных хозяйств эксплуатируют или начинают эксплуатировать  облучатели с ЭПРА.

Свой вклад в повышение эффективности светотехнического оборудования для теплиц вносят инновации, касающиеся оптической части облучателей. Связаны они, в основном, с применением в качестве отражателя ячеистого алюминия с высоким коэффициентом отражения ( ρ ) фирмы «Alanod» (Германия). В результате появились тепличные облучатели со стандартными НЛВД с КПД, достигающим 90 %.

Все перечисленные выше достижения мировой и отечественной светотехники в полной мере реализованы в новых конструкциях тепличных светильников последних лет производства ОАО «КЭТЗ».

Номенклатура тепличных облучателей завода учитывает разнообразные потребности рынка насчитывает более 20 типов; наиболее востребованные в настоящее время на рынке тепличного освещения новые изделия приведены на фото 1.

В качестве источников излучения в этих светильниках применяются стандартные НЛВД мощностью 600 и 400 Вт ведущих зарубежных электроламповых фирм («Planta Star», Osram   и   SON-T PIA «Green Power», Philips) с адаптированными для нужд растений спектральными характеристиками, а также зеркальные НЛВД типа ДнаЗ Reflux S 400 (600 Вт) отечественной фирмы  «Рефлакс».

Общей особенностью всех светильников со стандартными НЛВД является унифицированная бескорпусная конструкция оптического блока; отражатель, являясь также корпусом, выполнен из тонколистового (Δ = 4 мм) стойкого к агрессивным средам алюминия марки «Миро» ф. «Alanod» с предельно высоким ρ = 0,95. Применив материал этого вида для тепличных облучателей впервые в России в 2001 г., КЭТЗ, последовательно улучшая конструкцию отражателя, довел КПД светильников до ранее недостижимого уровня 0,9 – 0,92. В дальнейшем,  на подобный  принцип конструкции оптического блока перешли многие фирмы, в том числе, зарубежные.

Среди тепличных облучателей КЭТЗ изделия, интегрированные с ПРА (напр., ЖСП30-600-010, -014) или с независимым расположением аппарата (напр. ЖСП44-600-002 и ЖСП50-600-002), светильник с ПРА и НЛВД, рассчитанными на эксплуатацию при U _с = 380 В (ЖСП 30-600-013). Новинками завода являются  облучатель ЖСП 44-750-002 с стандартной  НЛВД мощностью 750 Вт и светильник ЖСП 55-600-002 с электронным ПРА. Производителем ЭПРА является   известная фирма ООО «ЭНЕФ» (Белоруссия). В 2007 г. осуществляются первые поставки этого светильника, в том числе, с электронными блоками для плавного регулирования электрической мощности и светового потока ламп..

  

В настоящее время на ОАО «КЭТЗ» осуществляются комплексные мероприятия по повышению качества тепличных облучателей: доведены до среднеевропейского уровня параметры электромагнитных ПРА и начат выпуск облучателей с ЭПРА, с использованием нового европейского оборудования (фото 2) значительно улучшено качество лакокрасочных покрытий, облучатели комплектуются импульсными зажигающими устройствами (ИЗУ) лучших зарубежных фирм: Vossloh   Schwabe (Германия) и «Tridonic» (Австрия). Одновременно с поставкой оборудования заказчику передается расчет ОУ на заданный уровень освещенности с рекомендуемой схемой размещения светильников, осуществляется авторский надзор за пуском ОУ в эксплуатацию, разъясняются условия правильной  эксплуатации изделий.

В 2004 г. ОАО «КЭТЗ» вошел в состав крупнейшего светотехнического Холдинга, в котором находятся также, кроме нескольких заводов ВНИСИ им. С.И.Вавилова, Торговый Дом «Светотехника» и другие организации.  Начиная с 2007 г. ТД «Светотехника» взял на себя ответственность за соблюдение сроков поставок тепличных облучателей, качества изделий и гарантийных обязательств по договорам.

Направление «Тепличные облучатели» рассматривается в Холдинге, как одно из самых важных и перспективных, в связи с этим будут наращиваться  усилия по обеспечению отечественной подотрасли защищенного грунта высокоэффективной светотехнической продукцией.

Иточник: журнал «Теплицы России»