Повышение продуктивности сельскохозяйственных животных во многом зависит от условий, в которых они содержатся. Особую актуальность эта проблема имеет при переводе животноводства на промышленную основу.

Цель исследования

Для нормального функционирования животного организма, а также обеспечения рабочего процесса на фермах необходим естественный и искусственный свет [1, 2, 3, 4]. Формирование режима освещения в животноводческих зданиях зависит от ряда условий: наружной освещенности, типа и конструкции здания и расположения его на местности, конструктивного решения светопропускающей части ограждений, состояния остекления, типа, расположения и мощности светильников [2, 3, 4]. Немаловажное значение имеет продолжительность светового дня. От количества и качества искусственного света зависит количество потребленного корма, что существенно влияет на количество полученной продукции. Известно, что коровы привыкают к определенному режиму производственных процессов, вследствие этого у них вырабатывается ряд условных рефлекcов. [8] Помимо режима производственных процессов, определенную роль играет и микроклимат животноводческого помещения. Параметры микроклимата животноводческих помещений оказывают большое влияние на жизнедеятельность животных, их здоровье и продуктивность, качество продукции [8]. Так, ко времени кормления у коров повышается выделение желудочного сока, а ко времени доения молочная железа подготавливается к эвакуации молока. Таким образом, нервная система содействует правильной и полноценной деятельности организма. Исследования по изучению дополнительного освещения в вечернее время животноводческих помещений показали, что опытные животные в дневное время, по сравнению с ночным периодом, больше двигаются, потребляют корм, а величина освещенности должна составлять у поилок и кормового стола от 200 до 300 лк, а в боксах для отдыха коров на уровне головы – около 200 лк. [3] Таким образом, разработка и научное обоснование эффективного и экономичного освещения является актуальным.

Материалы и методы исследования

Примером такого светильника является светодиодная осветительный прибор патент № 2015112778 [5], обеспечивающий оптимальную освещенность на горизонтальной рабочей поверхности. Техническим эффектом предлагаемого светодиодного осветительного прибора является обеспечение повышенной равномерности освещения горизонтальной рабочей поверхности светильника за счет создания специальной формы кривой силы света в поперечной плоскости при минимальном световом потоке светильника, обеспечивающего нормируемую освещенность горизонтальной рабочей поверхности.

В данном светильнике наружная сторона профиля выполнена в форме полуцилиндра, а форма кривой силы света светильника в поперечной плоскости определяется изменением числа монтажных плат со светодиодными линейками, изменением их места положения на наружной стороне профиля и изменением количества равномерно расположенных на них светодиодов с узконаправленным светораспределением. Изменение числа светодиодных линеек и изменение их места положения на наружной стороне профиля светильника позволяет изменять площадь горизонтальной рабочей поверхности, на которой необходимо обеспечить требуемую повышенную равномерность освещения. Изменение числа светодиодов с узконаправленным светораспределением, расположенных линейно, равномерно и параллельно оси цилиндрической наружной стороне профиля, позволяет изменять суммарную и среднюю по длине осевую силу света линейки светодиодов.

Результаты исследования и их обсуждение

Величина светового потока имеет максимальное значение на оптической оси светильника, а по мере удаления от оси симметрии освещенность поверхности уменьшается пропорционально квадрату расстояния от светильника до поверхности за счет уменьшения силы света в направлении отличного от осевого, что создает дискомфорт при перемещении в помещении и увеличивает время адаптации к освещению. Из основного закона светотехники [1, 6] получаем соотношение между силой света в данном направлении и заданной величиной освещенности в данной точке горизонтальной поверхности:

, (1)

где Е – нормируемая (минимальная) освещенность горизонтальной рабочей поверхности, лк;

h – высота подвеса светодиодного светильника, м; (рисунок)

Относительное светотехническое расстояние обозначим

, (2)

где х – фиксированная величина;

λ – переменная величина;

Конструктивные параметры системы светодиодного освещения

Тангенс угла излучения определяется

= λ. (3)

Используя соотношение (3) и тригонометрическое тождество

, (4)

получим

. (5)

Подставив в (1) выражения (2) и (5):

. (6)

При заданной освещенности Е и фиксированном x сила света Iα должна быть минимальной. Определим угол α, при котором сила света будет минимальна:

. (7)

. (8)

Проведя исследования, установлено, что при функция Iα достигает своего минимума.

Подставив в выражение (3) полученное относительное светотехническое расстояние l, получим оптимальную высоту подвеса

(9)

Следовательно, максимальный угол рассеивания светодиода при заданной освещенности Е составляет:

. (10)

Выводы

Таким образом, для светодиодного светильника возможно:

1) определить оптимальное значение угла αопт направления осевой силы света точечного источника, при котором заданной освещенности Е соответствует минимальное значение осевой силы света Iα светодиода;

2) рассчитать оптимальную высоту подвеса светильника, при которой одинаково заданной освещенности соответствует минимум суммы осевых сил света точечных источников;

3) определить оптимальное расстояние между точечными источниками света, при котором обеспечивается заданная освещенность.