Стоит признать, что все принятые в России и мире способы нормирования освещения в тепличных комплексах не выдерживает никакой критики. Добросовестные производители проектируют системы освещения в теплицах, базируясь на собственном опыте, вынуждены фиксировать реальные значения в расчётах, на которые зачастую в последующем опираются агрономы, сопоставляя их с данными других тепличных комплексов.
Основные светотехнические показатели
Среди наиболее важных показателей: уровень освещенности (лк), уровень плотности фотосинтетического фотонного потока (мкмоль/с/м2), удельная электрическая мощность (Вт) и наиболее необоснованная, на наш взгляд, ламповая мощность (Вт). В чём неточность применения таких абстрагированных единиц измерения и какие особенности надо учитывать при сравнении систем освещения в различных тепличных комплексах, будем обсуждать в следующих заметках. Тема, которую мы затронем сейчас, касается всех способов нормирования.
Расчёт необходимого количества светильников
Рассмотрим сперва простую задачу. Имеется квадратная теплица 100 х 100 м (1 га) в средней полосе России, и мы хотим выращивать томаты. Предположим, что нам необходимо получить уровень освещённости 20 000 лк. Опираясь на прошлые статьи, давайте примерно рассчитаем, сколько понадобится светильников для решения задачи. Не учитывая потери и особенности распределения света, посчитаем минимальный суммарный световой поток, который они должны генерировать. Мы знаем, что освещенность равна световому потоку, делённому на площадь, соответственно, выполняем обратное действие и умножаем освещенность в 20 000 лк на площадь 10 000 м2, получая 200 000 000 лм. Именно такой минимальный световой поток нам необходим.
Представим, что у нас относительно низкая теплица с высотой подвеса светильников 4.5 м, поэтому применять натриевый светильник 1000 Вт мы не можем, чтобы не обжечь макушки растений. Световой поток натриевого светильника с подходящей лампой номинальной мощности 600 Вт в среднем составляет 82 000 лм. Чтобы определить минимальное возможное количество светильников для 1 га мы возьмем суммарный световой поток 200 000 000 лм и разделим на поток от одного светильника 82 000 лм. В результате получим 2 439 штук. На практике, с учётом особенностей светораспределения и различного рода потерь, это число составит 2 564 штук. Но главное, что с определенной долей погрешности, но мы добились на 1 га уровня освещенности в 20 000 лк.
Кто-то может сказать, что получилось слишком много светильников. Возможно, они правы. Увеличение количества светильников провоцирует рост капитальных затрат. В большинстве случаев чем больше удельная мощность одного светильника, тем дешевле стоимость единицы света. Допустим, что существует светильник мощностью 5 000 Вт, а его световой поток составляет 700 000 лм. Тогда для всей теплицы понадобилось бы всего 200 000 000 лм / 700 000 лм = 286 светильников. Это было бы действительно эффективное количество.
Размещение светильников в теплице
Теперь давайте подумаем, как нам разместить светильники. Вновь пренебрегая светораспределением, устанавливаем их на объекте равномерно. Так как теплица квадратная, сделаем сетку 17 х 17 штук (289 светильников). Поскольку ширина и длина теплицы равна 100 метрам, расстояние между двумя соседними светильниками составляет почти 5.9 метров. При том же самом равномерном расположении светильников на 600 Вт понадобится сетка 50 х 50 и суммарно 2 500 штук. Не сложно прикинуть, что расстояние между светильниками будет 2 метра.
Проанализируем полученные данные. Огурцы и томаты в теплицах напоминают джунгли, а для света, учитывая ряды растений и листовую массу, они становятся почти глухими стенами. Дополним расчёты данными о ширине пролета («домика») – 8 метров. Допустим, что у нас 4 ряда подвесных лотков растений. Ширина «стены» (расстояние между шпалерами) 0.6 метра и высота «живой перегородки» из наших томатов составляет 3 метра. Схематично изобразим сценарий применения в теплице реального натриевого светильника 600 Вт и виртуального 5 000 Вт.
Как видно на первом изображении растения экранируют огромное количество света, поэтому на полу мы никогда не получим ожидаемых 20 000 лк. В варианте, показанном на второй картинке, количество светильников позволяет разместить их согласно рядности томатов, что уменьшает эффект затенения.
Измерение освещённости с учётом затенения
Что если, не принимать во внимание наличие растений на схемах? Тогда и в первом, и во втором случае свет бы одинаково хорошо достигал пола. Вынуждены вас расстроить – во время реального проектирования системы поставщики чаще всего соревнуются уровнем освещенности в абсолютно пустой теплице. Есть небольшое уточнение: чаще всего для измерений используется плоскость не на уровне пола, а выше на 1.5 – 2 метра, но принципиально сути дело это не меняет, поскольку высота растений в основном превышает 3 метра.
Однако, не стоит поднимать панику. Производители, дорожащие репутацией, при проектировании оптимизируют развес светильников таким образом, чтобы снизить эффект затенения из-за растений. Но «бумажная» борьба на уровне спецификаций ламп в каталогах и погоня за средним уровнем освещенности на плоскости в тепличных комплексах до сих пор не прекращается.