Современная концепция освещения в птицеводстве

Основная часть. В настоящее время практически все вновь возводимые птичники оборудуются светодиодными системами освещения, а в существующих при первой возмо^ности заменяются лампы накаливания и люминесцентные источники света на светодиодные светильники [1-3].

Основой такой концепции в настоящее время мо^но считать выбор и использование в целях увеличения энергоэффективности, наде^ности и срока слу^бы, улучшения экономических характеристик, безопасности осветительного оборудования и зоотехнических показателей птицы следующих параметров.

• 1) . Ко^^е^и^ованной цветовой темпе^ату^ы (КЦТ) и д^ины во^ны (ДВ) из^учения светодиодны^ источников света. КЦТ – характеристика излучения широко используемых, в том числе в птицеводстве, светодиодных источников белого света, а ДВ – монохромных светодиодов различного цвета (красного, зеленого, синего и др.). Следует помнить, что свечение белым светом большинство современных светодиодов приобретает с помощью люминофора, нанесенного поверх полупроводникового кристалла, излучение которого ле^ит в области синего цвета [4,5].

Из-за особенностей светодиодов при производстве они делятся на группы по цветовой температуре, называемые «bin» или «rank». Как правило, КТЦ выпускаемой партии светодиодов, а значит и светодиодных источников света в птичнике, представляет собой диапазон значений в пределах, например, 28003200 К для теплого белого цвета со средним значением 3000 К, 3800-4200 К для нейтрального белого 4000 К и соответственно 4800-5200 К для среднего значения 5000 К холодного белого и мо^ет различаться для разных производителей.

Для монохромных светодиодов следует помнить, что их спектр представляет излучение на практически одной ДВ, что принципиально отличает их от цветных люминесцентных источников света, где спектр включает в себя излучение и других видимых ДВ. В этом случае, ощущение определенного цвета достигается использованием люминофоров, преобразующих основную энергию в соответствующую ДВ излучения, преобладающую в общем спектре.

Следует учитывать особенности зрения птицы – их диапазон ДВ видимого излучения шире человеческого, а в его ни^ней части (синий цвет) и верхней (красный цвет) чувствительность зрения выше [6].

Как показывают исследования, КЦТ светодиодных источников света оказывает существенное влияние на зоотехнические показатели [7]. В общем случае рекомендуется использование теплого белого цвета (3000 К). Однако так^е следует ориентироваться и на рекомендации производителей кросса птицы.

В настоящее время изучена и подтвер^дена эффективность использования нескольких значений КЦТ и/или ДВ излучения светодиодных источников света в период содер^ания птицы, ее изменение происходит совместно с уровнем освещенности и представляет единый механизм влияния на зоотехнические показатели птицы в ре^име прерывистого освещения птичника [8].

Компания «ТЕХНОСВЕТ ГРУПП», обладает технологиями, позволяющими производить системы освещения, в которых источники света по заданной программе изменяют не только световой поток, но и КЦТ (длину волны) излучения.

• 2) . У^овень освещенности. Базовое значение освещенности и место, где она дол^на обеспечиваться, определяется рекомендациями по выращиванию птицы. В то^е время реальное значение освещенности в начале эксплуатации дол^но учитывать деградацию (потерю светового потока) светодиодов с течением времени, сни^ение коэффициента светопропускания корпуса светильников, влияние их загрязненности, а так^е пыли в помещении. Как показывает практика, деградация светодиодов при планируемой эксплуатации в течение 6-7 лет на современном этапе развития светодиодных технологий составит 10-15% от начального значения светового потока. Такой ^е запас будет ну^ен для компенсации загрязненности светильников и птичника. Таким образом, общее превышение заданного значения освещенности в птичнике в начале эксплуатации дол^но составлять 25-30%.

• 3) . Равноме^ность освещения. Обеспечение одинакового уровня освещенности в требуемых местах птичника является ва^ным фактором создания равных условий для всего поголовья птицы и в общем случае зависит от количества используемых источников света, их располо^ения и геометрических размеров [9]. Ва^ным фактором, влияющим на равномерность освещения, является кривая силы света (КСС) светодиодных светильников, показывающая как распределяется в пространстве их световой поток. Большинство производителей систем светодиодного освещения для птицеводства используют в составе светильников светодиоды SMD (Surface Mount Devices), легко монтируемые на поверхность алюминиевой платы и имеющие КСС с углом половинной яркости равной 120º-140º.

В настоящее время ФНЦ «ВНИТИП» Р^Н и компания «ТЕХНОСВЕТ ГРУПП» проводят исследование по определению оптимальной КСС светодиодных светильников для клеточного содер^ания птицы, его целью является улучшение равномерности освещения многоярусных клеточных батарей.

Порядок определения количества и располо^ения светильников различается для напольного и клеточного содер^ания птицы. В общем случае, как показывает практика, для обеспечения достаточной равномерности освещения при напольном содер^ании птицы при высоте подвеса от 2,5 до 3,5 метра на один светодиодный светильник дол^но приходиться от 10 до 20 м² площади освещаемой поверхности. При этом требуемый уровень освещенности достигается выбором мощности светильника, а, следовательно, значением и его светового потока. На рис. 1 представлены два варианта обеспечения требуемой освещенности различными по мощности светильниками. Справа – для освещения половины птичника используются 2 линии освещения по 28 светильников мощностью 14 Вт, слева – 3 линии освещения по 37 светильников мощностью 7 Вт. При использовании большего числа менее мощных светильников и 3 линий освещения равномерность освещения значительно лучше. В то^е время, стоимость осветительного оборудования в этом случае выше на 10-15%.

Рисунок 1 – Светотехнический расчет для корпуса напольного содер^ания родительского стада с необходимым уровнем освещенности 100 лк и использованием 2 линий по 28 светильников СН575-14-24-Т мощностью 14 Вт в ка^дой (слева) либо 3 линий освещения по 37 светильников СН375-7-12Т мощностью 7 Вт (справа)

При использовании клеточного оборудования в птичнике размещение светодиодных источников света возмо^но тремя основными способами [10]:

– традиционный способ размещения светильников в проходах ме^ду клеточными батареями;

– локальный способ располо^ения маломощных светодиодных светильников, при котором в ка^дой клетке с птицей организуется индивидуальное освещение;

– комбинированный способ, при котором в дополнение к традиционному способу размещения светильников в проходах ме^ду батареями, часть клеток (как правило, на ни^них ярусах клеточных батарей) оборудуется индивидуальными светодиодными светильниками.

Локальный способ является предпочтительным для обеспечения одинакового светового микроклимата в клетках на разных ярусах, но для его реализации, например, в птичнике размерами 18х96 метров с четырехъярусным клеточным оборудованием для выращивания цыплят-бройлеров и содер^ания кур-несушек понадобится соответственно свыше 1700 и 5000 светильников.

Сегодня практически ка^дый комплект клеточного оборудования для выращивания цыплят-бройлеров устанавливается с локальным светодиодным освещением, а клеточное оборудование для содер^ания кур-несушек с ним практически не используется.

Локальное освещение экономически целесообразно в случаях располо^ения кормушек и поилок внутри клетки, а так^е при нахо^дении внутри клетки только поилок, если в нее са^аются цыплята. При использовании локального светодиодного освещения существенно сни^ается паде^ в начальный период выращивания птицы, она быстрее набирает ^ивую массу и меньше подвер^ена стрессу.

Располо^ение светильников при традиционном способе размещения светильников выше человеческого роста и в удалении от металлических частей клеточного оборудования позволяет обеспечивать безопасность при использовании источников света с потенциально опасным напря^ением промышленной сети 220 В, особенно в период мойки и санитарной обработки в птичниках.

Существующие нормативы предписывают располо^ение светильников на расстоянии 2,5-3,5 метра друг от друга. При этом равномерность освещения находится на недопустимо низком уровне, а увеличение количества светильников с целью ее повышения приводит к экономически невыгодному расходу электроэнергии при использовании ламп накаливания и невозмо^ности создания требуемых низких уровней освещенности из-за отсутствия надежного управления световым потоком компактных люминесцентных ламп.

В случае клеточного содер^ания промышленного стада яичных кур нормативные уровни освещенности находятся в пределах 10 лк, что позволяет использовать светодиодные источники света мощностью от 2 Вт при традиционном способе располо^ения светильников в проходе ме^ду клеточными батареями, расстояние ме^ду светильниками сокращается до 1,5 метров для существенного улучшения равномерности освещения (рис. 2).

Рисунок 2 - Разность значений освещенности под светильником и между светодиодными светильниками на высоте 3 м от пола по ярусам клеточных батарей птичника для содержания кур-несушек, расстоянии между светильниками 1,5 и 3 метра и средней освещенности 10 лк

Особенностью организации освещения для ремонтного молодняка в клеточных батареях является необходимость создания заданной освещенности 4060 лк не только на кормовом фронте, но и внутри каждой клетки, особенно на поилках. Для обеспечения требуемого светового микроклимата цыплятам, как показывает практика, уже начиная с четырехъярусной клетки и более, при традиционном способе располо^ения светодиодных светильников в одну линию недостаточно. В таких случаях освещенность внутри клетки и на поилках с четвертого яруса сверху и ниже не соответствует нормам и ведет к значительному ухудшению равномерности освещения по ярусам. Улучшение равномерности освещения в этом случае мо^но обеспечить либо опусканием светильников на монта^ной цепи, как показано выше, до середины высоты клеточной батареи, либо организацией локального освещения на ни^них ярусах. В этом случае способ организации освещения является комбинированным - общее освещение организуется традиционным способом в проходах ме^ду батареями, а ни^ние яруса, либо те, в которые изначально са^аются цыплята, дополнительно оборудуются локальным освещением. При этом светильники могут располагаться в верхней части клетки на краю со стороны прохода ме^ду клеточными батареями, как на птицефабрике «КИНЕШЕМСКАЯ» Ивановской области (рис. 3 слева).

Снизить стоимость осветительного оборудования мо^но использованием одного светильника на две клетки (рис. 3 справа).

Рисунок 3 - Комбинированный способ освещения клеточного оборудования для содер^ания ремонтного молодняка, при котором светильники локального освещения расположены на краю клетки со стороны прохода между батареями (слева) и между двумя клеточными отсеками

• 4) . Управление световым потоком светильников и реализация сов^еменны^ а^го^итмов п^е^ывистого освещения в птичнике.

Управлять световым потоком светодиодных светильников, а значит и освещенностью в помещении, где они установлены, можно двумя основными способами:

• -    изменением непосредственно рабочего напряжения и тока светодиода в соответствии с управляющим воздействием с заданной градацией;

• -    использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) рабочего напряжения и тока питания светодиода.

В настоящее время основным способом управления освещенностью в птичниках является ШИМ питающего напряжения светодиодных светильников, использование которой позволяет существенно повысить эффективность, наде^ность, снизить себестоимость организации управления светодиодным освещением, а так^е повысить электробезопасность эксплуатации и обслу^ивания осветительного оборудования за счет использования низкого до 50 В напря^ения питания светильников. В настоящее время ШИМ используется в светодиодных системах освещения на более чем 90% птицеводческих предприятиях России и ближнего зарубежья.

• 5) . Пульсация освещенности в птичнике. Условием эффективного управления световым потоком и другими характеристиками светодиодных источников света является использование ШИМ их питающего напря^ения, для которой характерен максимальный коэффициент пульсации (мерцания) освещенности 100% и частота изменения от нескольких сотен Гц до нескольких кГц. Для выходящих из обращения, но все еще используемых в птичниках лампах накаливания и люминесцентных источников света, пульсации светового потока достигают значения коэффициента пульсации 50% с частотой от 100 Гц до нескольких сотен кГц. В птичниках, где используются эти источники света, курица и человек, обслу^ивающий оборудование и обеспечивающий ее ^изнедеятельность, находятся в одинаковом световом микроклимате. Поэтому влияние характеристик освещения, в том числе и пульсации освещенности, на птицеводческих предприятиях необходимо рассматривать не только с точки зрения зоотехнических показателей птицы, но и сотрудников, проводящих большое количество времени внутри птичника.

^нализ показывает, что воздействие пульсации освещенности на птицу в условиях искусственного освещения птичников носит разноплановый характер и может влиять на ее зоотехнические показатели [11]. Домашняя курица довольно часто выступает как экспериментальный организм в различных биомедицинских, физиологических и поведенческих опытах, а ее зрительная система достаточно изучена. Исследования в целях определения пороговых значений параметров пульсации освещенности для птицы основываются на анализе поведенческой реакции цыплят и взрослых особей, и дают возмо^ность сравнивать результаты с реакцией человека на аналогичное воздействие. Развитие современных систем светодиодного освещения в птицеводстве позволяет производить их с параметрами, сни^ающими до безопасного уровня негативное влияние пульсации освещенности на зоотехнические показатели птицы.

Исследования, проведенные в ФНЦ «ВНИТИП» Р^Н с компанией «ТЕХНОСВЕТ ГРУПП» показали, что влияние на зоотехнические показатели птицы отсутствуют при использовании ШИМ для управления световым потоком светодиодных светильников с частотой изменения рабочего напря^ения более 488 Гц.

• 6) . Безопасность и ^авноме^ность освещения в птичнике п^и низково^ьтном питании светодиодны^ свети^ьников. Использование светодиодных светильников с питанием от источников постоянного напря^ения номиналом до 50 В в отличие от ламп накаливания и люминесцентных светильников, требующих питания от сети переменного напря^ения 220 В, позволяет обеспечить высокий уровень электробезопасности при эксплуатации и, особенно, при обслу^ивании и мойке оборудования в птичниках. Кроме того, впервые дало возмо^ность организовать индивидуальное освещение ка^дой клетки с птицей, обеспечив одинаковый световой микроклимат для всего поголовья, что существенно повышает зоотехнические показатели.

Однако сни^ение напря^ения питания приводит к пропорциональному возрастанию рабочего тока в линиях электропитания светодиодных светильников и увеличению потерь электроэнергии [12, 13]. Показателем этого являются потери напря^ения в системе электроснаб^ения, в нашем случае выра^енные в различии напря^ения на светильниках по линии электропитания от одного источника, в зависимости от расстояния до него. Так как световой поток светодиодов зависит от проходящего через них тока, а он, в свою очередь, имеет нелинейную зависимость от напря^ения на входе светильника, то в птичниках, длина которых составляет, как правило, несколько десятков, а то и сотен метров, освещенность мо^ет отличаться в несколько раз. Все это крайне негативно сказывается на зоотехнических показателях, так как световой микроклимат для птицы совершенно отличается в разных местах птичника или в клетках.

Использование стабилизаторов тока в ка^дом низковольтном светодиодном светильнике, электрических кабелей сечением медных ^ил до 2,5 мм² включительно, позволяет обеспечить равномерность освещения при высоком классе электробезопасности в птичниках длиной до 120 метров с располо^ением оборудования электропитания вне помещений с птицей. Кроме того, в настоящее время существуют современные технические решения, позволяющие сохранять равномерность освещения и при бо́льших размерах корпусов с птицей.

Линейный стабилизатор тока в светодиодных светильниках рабочим напря^ением 48 В позволяет использовать в птичниках относительно небольших размеров (длиной до 96 метров) кабель с меньшим сечением ^ил, что существенно сни^ает стоимость систем светодиодного освещения. Спектр излучения светодиодов в определенной степени зависит от ре^има их работы и стабилизация тока в ка^дом светильнике позволяет сохранить одинаковые оптические характеристики всех источников света в птичнике. Следует так^е отметить, что стабилизатор тока в светодиодных модулях выполняет в определенных пределах и функции защиты светодиодов от превышения напря^ения и перегрева.

• 7) . Наде^ность и с^ок с^у^бы осветите^ьного обо^удования . Как показывает опыт, безотказная работа осветительного оборудования в птичниках во многом зависит от наде^ности мест соединения и подключения электрооборудования. Герметичность светильников и блоков сопря^ения, где

  находятся блоки питания и управление освещением, дол^на быть не ни^е IP-65 по ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013). При этом необходимо учитывать, что класс защиты оболочками начиная с IP-67 предполагает погру^ение изделия в воду, не обязывая производителя обеспечивать герметичность при воздействии струй воды, что и происходит при мойке. Коммутационные коробки рекомендуется использовать с классом IP не менее 56 с герметичными вводами для кабеля (без использования сальников). Кабельно-проводниковая продукция дол^на соответствовать требованиям ГОСТ (не ТУ) и иметь соответствующий сертификат. Все соединения в шкафах и блоках управления и питания выполняются на основе стационарно установленных клеммных за^имов с подпру^иненными контактами, на входах и выходах всех блоков питания дол^ны быть предусмотрены автоматические выключатели с отключением по току. Внутренняя коммутация оборудования в шкафах дол^на быть выполнена по ГОСТ с использованием кабель-каналов для проводов. Для коммутации проводов в коммутационных коробках использовать клеммы WAGO или их аналоги.

Заключение. Таким образом, формирование современной концепции использования светодиодов в качестве источников света в системах освещения для птицеводства у^е сейчас позволяет поднять на новый уровень эффективность систем освещения и имеет потенциал дальнейшего развития.

Энергоэффективность светодиодов у^е в следующем году мо^ет возрасти на 20-30%, а модификации корпусов светодиодов позволяют создавать светильники разной мощности и формы для обеспечения оптимального светового поля в птичнике, что обеспечит, в том числе, и увеличение энергосбере^ения.

Развитие технологий управления световым потоком светодиодов позволяет не только эффективно управлять таким параметром как уровень освещенности, но и использовать в программах освещения для повышения эффективности изменение спектра (цветовой температуры) излучения на различных этапах развития птицы.

Современное развитие светодиодных технологий позволяет существенно улучшить качество освещения, исключив негативное воздействие пульсаций освещенности, характерной для ламп накаливания и люминесцентных ламп за счет дости^ения безопасных уровней частоты и коэффициента пульсаций.

Отсутствие в спектре ультрафиолетового и инфракрасного излучения делает светодиодные источники света более безопасными. Кроме того, появление новых технологий люминофоров и кристаллов светодиодов позволяет максимально приблизить их спектр к естественному солнечному, что поло^ительно отра^ается на зоотехнических показателях птицы.

Использование современных оптико–волоконных технологий для светодиодного освещения клеточного оборудования позволяет у^е сейчас обеспечить равномерное освещение в ка^дой клетке, создать одинаковый световой микроклимат для птицы.

Малое напря^ение питания и небольшое энергопотребление светодиодов позволяет достаточно легко создавать системы автономного освещения с источниками возобновляемой энергии (солнечными батареями, ветро- и водогенераторами и т.п.). При этом срок окупаемости таких систем стремительно уменьшается с ка^дым годом за счет повышения эффективности ее составляющих и внедрения новых технологий.

Светодиодные источники света, которые революционным образом изменили технологии освещения в птицеводстве, придя на смену лампам накаливания и люминесцентным лампам, имеют большой потенциал развития в будущем, что, несомненно, позволит увеличить эффективность птицеводства в бли^айшие годы. У^е сейчас более 70 % птицеводческих предприятий России используют светодиодное освещение, и их число неуклонно растет.

Vol. 40. P. 332-339.