Расчет освещения кормового желоба клетки

Автор: Виктор Швецов    •   Комментариев нет »

Расчет освещения кормового желоба клетки

Работая над конструированием светильников я вспомнил идею из прочитанной в юности научно — популярной книги о том, что глаз человека как оптический инструмент несовершенен. Оптические расчеты и натурные испытания порою дают совершенно иные результаты, чем те, на которые рассчитываешь и которые подсказывает житейский опыт.

Поводом для написания данного материала послужила статья, в которой приведен расчет освещенности при использовании светодиодных систем локального освещения для клеточного содержания ремонтного молодняка промышленного стада яичных кур, опубликованная в мае 2012 года на одном из сайтов.

В начале статьи автор сокрушается о том, что в последнее время появляется много фирм, предлагающих освещение для птицефабрик, которые «очень слабо представляют, как функционирует светодиод, как организуется питание твердотельных источников света в светодиодной системе освещения, как определяется расположение светильников в каждом конкретном случае исходя из особенностей распределения светового потока». Автор считает, что его компания не из их числа. И для этого утверждения есть веские основания: большой срок работы на рынке (более пяти лет) и индивидуальный подход к каждому проекту. Тем более стоит внимательнее проанализировать опубликованную информацию и поучиться, как следует проектировать.

Далее в статье описывается вариант расположения светильника на клетке для выращивания ремонтного молодняка промышленного стада яичных кур и способ содержания птицы при локальном освещении.

Судя по материалу статьи, метод состоит в следующем. Светильник установлен над кормовым желобом секции клетки на высоте 300 мм от его дна. Ширина секции 900 мм. Светильник представляет собой поликарбонатную трубку с двумя группами светодиодов, расстояние между центрами которых составляет 330 мм. Всего в светильнике использованы 6 светодиодов мощностью 0,2 Вт каждый. Диаграмма распределения излучения светодиода — ламбертовская (угол половинной яркости 120о).

Приведенная методика расчета учитывает диаграмму направленности излучения светодиодов. Вычислены относительные уровни освещенности по длине кормового желоба в трех точках: №1 — под группой светодиодов, №2 — посередине между светодиодами и №3 — на краю кормового желоба. Указаны допущения, использованные в расчете. Величины уровней освещенности в указанных точках согласно приведенного расчета относятся в следующей пропорции:

Е1 : Е2 : Е3 = 0,95 : 1 : 0,68

Назову это отношение результат a).

Также приведены расчетные абсолютные значения освещенности в заданных точках, величины которых составляют: в точке №1 — 38 лк, в точке №2 — 40 лк, в точке №3 — 27,2 лк.

Сделан вывод о том, что данный светильник обеспечивает равномерность освещения значительно лучшую, чем общее освещение над верхним ярусом в проходах.

Попробую разобраться. Сразу по прочтении материала статьи возникает ряд сомнений в правильности приведенных расчетов и выводов, сделанных на их основании.

Формулы расчета относительных уровней освещенности принципиально неверны, поскольку неправильно описывают физику распространения света. Известно, что освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до освещаемой поверхности. Приведенный в статье расчет это явление не отражает. Также не учтено, что освещенность уменьшается при отклонении направления падения света на освещаемую поверхность от нормали. В литературе (см. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). 2-е изд., перераб. и доп.-Л.; Энергоатомиздат, 1983, 272с., ил., стр.15) приведена другая формула для расчета освещенности точечным источником при произвольной ориентации освещаемой поверхности:

Eφ=(I/r2)*cos(φ), где

Eφ - освещенность поверхности в расчетной точке;

φ — угол между направлением падения света и нормалью к поверхности в расчетной точке.

I -сила света в направлении от источника к расчетной точке поверхности;

r - расстояние от источника света до освещаемой поверхности;

В случае освещения несколькими источниками света суммарная освещенность поверхности рассчитывается как сумма освещенности от каждого источника. В данном примере имеются два источника освещения.

Для вычислений принимаю те же линейные размеры, что указаны в обсуждаемом расчете (см.рисунок). За единицу расстояния принимаю расстояние |BF|, ( h = |BF| = 300 мм), поскольку отрезок [BF] лежит на прямой, совпадающей с направлением максимальной интенсивности излучения светодиода.

 

Вычисляю углы:

φ1 = acctg(|CF|/h); |CF| = 165; φ1 = acctg(165/300) = 28.811o;

φ2 = acctg(|DF|/h); |DF| = 330; φ2= acctg(330/300) = 47.726o;

φ3 = acctg(|EF|/h); |EF| = 615; φ3= acctg(615/300) = 63.997o;

φ4 = acctg(|ED|/h); |DF| = 285; φ4= acctg(285/300) = 43.531o.

В анализируемом расчете диаграмма интенсивности излучения светодиода принята равной ламбертовской и взята из американской монографии. Обычно, эту диаграмму берут из технического описания конкретного примененного светодиода, которое приводит изготовитель на основе лабораторных испытаний. Это делают потому, что ламбертовское распределение интенсивности излучения не учитывает отражение излучения на границе преломления раздела сред и особенности конструкции конкретной модели светодиода. Тем не менее, использую приведенную диаграмму распределения, откуда бы она не была взята. Принимаю значения относительной интенсивности излучения света светодиодом по нормали I(0o)=1. Значения I(φ)при других значениях угла φ беру из статьи, учитывая близость рассчитанных величин углов к их округленным значениям и с учетом ошибок определения величин графическим методом: I(φ1)=0.87, I(φ2)=0.68, I(φ3)=0.45, I(φ4)=0.73.

Подставляю в формулу освещенности значения величин в трех точках. В точке 1 (D) получаю:

 E1 = [I(0o )/{(h/h)2}]*cos(0o)+[I(φ2)/{(|BD|/h)2}]*cos(φ2);

|BD| = √(|DF|2+|BF|2) √(3302+3002)=446.0 мм

 E1 = 1+ [0.68/{(446/300)2}]*cos(47.726o) = 1.207

 Аналогично вычисляю в точках 2 (С) и 3 (E): E2 = 1.170, E3 = 0.316.

Нормируя результаты (относительно точки 2, для удобства сравнения вариантов расчетов, поскольку так представлен результат a), получаю:

 Е1 : Е2 : Е3 = 1,032 : 1 : 0,270 — результат b).

 Очевидно, что результат b) отличается от приведенного в изучаемой статье результата a). Если вблизи середины освещаемой плоскости (кормового желоба) величины отличаются незначительно, то с краю различия в 2,5 раза в корне меняют картину.

 Кто прав? Требуется проверка другим методом. Попробую получить нормированные значения освещенности используя специализированную программу для светотехнических расчетов. Размещаю два светильника с ламбертовской диаграммой направленности и малыми размерами в заданный объем. Задаю коэффициенты отражения стен, потолка и пола равными нулю. В результате расчета по программе, выборки из таблицы значений освещенности пола и нормирования относительно точки 2 получаю:

Е1 : Е2 : Е3 = 1,058 : 1 : 0,288 – результат с).

Как видим, результаты расчетов b)и c) практически полностью совпадают. Вариант расчета a) дает близкие результаты с вариантами b) и c) в центре желоба (отношение Е1 : Е2), хотя качественный характер распределения света иной: максимум освещенности получен в центре желоба точке 2 , в то время, как в результатах b) и c) максимальный уровень освещенность находится под светодиодами в точке 1 (D и F). По краям желоба разница между вариантами b) и c) с одной стороны, и вариантом a) с другой, чрезвычайно велика.

В статье не приведены экспериментальные данные. Хотя, казалось бы, чего проще: провести несколько замеров в разных точках кормового желоба и сравнить полученные результаты с расчетом. И если бы обнаружилось расхождение экспериментальных данных с расчетными, то это могло бы насторожить автора исследования и побудить его проверить теоретическую модель.

Я поставил подобный эксперимент с использованием светодиодов, в результате замеров c последующим нормированием результатов получено отношение:

Е1 : Е2 : Е3=1,070 : 1 : 0,238 – результат d).

Как видим, данные эксперимента — результат d) полностью подтверждают правильность результатов b) и c). Неравномерность освещенности кормового желоба клетки по его краям в 2,5 раза хуже, чем заявлено в эталонном расчете. Тем не менее, подобные системы применяются в птичниках. В статье не приведен критерий допустимой величины неравномерности освещения, однако сделан вывод о допустимости и желательности применения описанного светильника и способа освещения птичника. Следовательно, полученная величина неравномерности освещенности описанными светильниками является допустимой. Освещение птичников с подобными светотехническими характеристиками могут быть получены существенно более простыми и дешевыми системами. Впрочем, это уже материал для будущих статей.

Выводы.

1. Расчеты освещенности кормового желоба, выполненные на основе учета только диаграммы направленности источника излучения дают неверные результаты.

2. Для получения корректных результатов требуется учитывать расстояние до источников света и направление на них.

3. Реальное отношение между максимальным и минимальным уровнями освещенности кормового желоба составляет более 4 раз.

4. Величина допустимой величины неравномерности освещения кормового желоба требует уточнения.

5. Неожиданный результат: разница в неравномерности освещения кормового желоба клетки при размещении светильников в проходах не так уж велика по сравнению с локальным освещением. При этом стоимость освещения проходов сейчас существенно ниже.

Также вам будет интересно:

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованыдля того чтобы оставить свой комментарий

  • О нас:

    Про нас Проект POULTRYLIGHT.RU создан для специалистов птицефабрик и призван помочь энергетикам, инженерам, зоотехникам сориентироваться в быстро меняющемся мире осветительных технологий.