Modelová řešení osvětlovacích soustav ve vybraných zemědělských objektech
Petr Hutla, Václav Bíma, Rostislav Mičín, Miroslav Češpiva
Certifikovaná metodika
Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Praha 2013
Metodika je výstupem řešení výzkumného záměru MZE 0002703102 ,,Výzkum efektivního využití technologických systémů pro setrvalé hospodaření a využívání přírodních zdrojů ve specifických podmínkách českého zemědělství“
Autorský kolektiv: Ing. Petr Hutla, CSc.
VÚZT, v.v.i., Praha
Ing. Václav Bíma
Trevos a.s., Mašov
Ing. Rostislav Mičín
Modus, spol. s r.o., Praha
Ing. Miroslav Češpiva
VÚZT, v.v.i., Praha
© Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Praha, 2013 ISBN 978-80-86884-72-1 Oponenti:
Ing. Karel Trapl, Ph.D.
Ministerstvo zemědělství ČR
Mgr. Josef Zeman, Ph.D.
ČZU v Praze
Osvědčení č. 1/2013 o uznání uplatněné certifikované metodiky vydalo Ministerstvo zemědělství ČR – Odbor environmentálního a ekologického zemědělství dne 21. 11. 2013
2
Realizace této metodiky byla umožněna s finanční podporou firem
TREVOS, a. s.
FARMTEC a. s.
3
Modelová řešení osvětlovacích soustav ve vybraných zemědělských objektech
Petr Hutla, Václav Bíma, Rostislav Mičín, Miroslav Češpiva
Certifikovaná metodika
Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Praha 2013
4
Modelová řešení osvětlovacích soustav ve vybraných zemědělských objektech Abstrakt: Návrhy osvětlovacích soustav v zemědělských objektech vycházejí z normy ČSN EN 124641. Ve stájích pro dojnice je výhodné použití zářivkových svítidel, která je možno stmívat v závislosti na denním osvětlení. Je třeba použít vhodně konstruovaných svítidel s ohledem na prostředí obsahující mírné koncentrace amoniaku. V halách pro opravu zemědělské techniky jsou porovnány osvětlovací soustavy zářivkové a výbojkové. Ekonomické porovnání soustav je srovnatelné. Klíčová slova: stáje pro dojnice, opravárenské haly, živočišná výroba, osvětlení
Model Solutions of Illuminating Systems in Selected Agricultural Structures Abstract : The designs of illuminating systems in agricultural structures stem out the standard ČSN EN 12464–1. In the stables destined for dairy cows there is advantageous to use the fluorescent lamps, which can be screened depending on daylight. It is necessary to use the appropriately designed lighting units owing to the ambient containing the moderate concentrations of ammonia. In the halls serving to the repairs and maintenance of agricultural machinery there are compared the fluorescent and gas tube illuminating systems. Economically, these systems are comparable. Keywords: stables for dairy cows, repair and maintenance halls, livestock production, illumination
5
Obsah I. CÍL METODIKY II. VLASTNÍ POPIS METODIKY 1.
Úvod
2.
Požadavky na osvětlení
3.
Moderní světelné zdroje a jejich porovnání
4.
Svítidla
5.
Příklady osvětlovacích soustav
6.
Ekonomika osvětlení a porovnání osvětlovacích soustav
III. SROVNÁNÍ NOVOSTI POSTUPU IV. POPIS UPLATNĚNÍ METODIKY V. SEZNAM POUŽITÉ SOUVISEJÍCÍ LITERATURY VI. SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE
6
I. CÍL METODIKY Cílem metodiky je poskytnout ucelené informace o možnostech osvětlování typických zemědělských objektů s využitím moderních světelných zdrojů a svítidel.
II. VLASTNÍ POPIS METODIKY 1. Úvod Tato metodika je zaměřena na vybrané zemědělské objekty, které jsou typické pro zemědělské podniky a které se vyskytují ve značných počtech. Jedná se především o opravárenské a údržbářské haly a dílny. Práce, které se v nich vykonávají mají obdobné požadavky na osvětlení. Osvětlení zde tvoří významnou složku pracovního prostředí a zásadním způsobem ovlivňuje produktivitu práce a její kvalitu. Další skupinou jsou některé objekty živočišné výroby, z nichž jsme se zaměřili na stáje pro chov dojnic. Jedná se o objekty s mnohonásobnou opakovatelností a kvalitní osvětlovací soustavy zajišťují jednak vhodné pracovní prostředí, zároveň i potřebné fyziologické osvětlení pro chovaná zvířata. Vedle dosažení příznivého welfare má osvětlení i výrazný vliv na užitkovost, a to především u dojného skotu. Požadavky na osvětlenost ve stájích pro dojnice vycházejí z Evropských norem pro osvětlování a odrážejí především hospodárnost investice i provozu osvětlovací soustavy. Na základě speciálních zootechnických požadavků lze však volit i hladiny osvětlenosti několikanásobně vyšší, s ohledem na předpokládanou vyšší užitkovost zvířat. Osvětlovací soustavy jsou navrženy s využitím nejnovějších technických poznatků, a to s ohledem na minimalizaci provozních nákladů, tedy spotřebu elektrické energie a zároveň i se zohledněním požadavků na maximální provozní spolehlivost. Minimalizace nákladů tak může výrazně ovlivnit hospodaření zemědělského podniku.
2. Požadavky na osvětlení Požadavky na osvětlovací soustavy vycházejí především z normy ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů – Část 1: Vnitřní pracovní prostory. Pro víceúčelové opravárenské a údržbářské prostory je třeba dosáhnout udržované osvětlenosti Ēm = 300 lx, index oslnění UGRL <25 a rovnoměrnosti osvětlení Uo > 0,6. Pro náročnější práce, např. strojní opracování kovů, broušení apod. se vyžaduje Ēm = 500 lx, UGRL <19 a Uo > 0,7. Pro oba typy prostorů se vyžaduje index podání barev Ra > 80. Srovnávací rovina pro výpočet osvětlení je zde ve výšce 0,85 m nad podlahou místnosti.
7
Ve stájích pro hospodářská zvířata je požadovaná udržovaná osvětlenost dle ČSN EN 12464-1 Ēm = 50 lx,, rovnoměrnost osvětlení Uo = 0,4, index oslnění UGRL není předepsán a index Ra > 40. Podrobnější požadavky jsou uvedeny např. v [6]. Ve stájích pro dojnice se požaduje odstupňované osvětlení, kde v prostoru pohybu zvířat je osvětlenost Ēm = 50 lx a v místě krmení je Ēm = 100 lx. Dostatečné osvětlení v místě krmení u dojnic vychází z požadavku maximálního spotřebování krmiva zvířetem, z čehož se přímo odvíjí jeho mléčná užitkovost. Krmivo je tak třeba osvětlit co nejvíce, aby jeho dostatečný jas vytvořil u zvířete vhodný motivační impuls.
3. Moderní světelné zdroje a jejich porovnání Světelné zdroje zažívají v posledním období značný rozvoj. Správná volba světelného zdroje je základním předpokladem pro úspěšný návrh osvětlovací soustavy. Je třeba jej správně zvolit, a to s uvážením následujících vlastností -
měrný výkon zdroje
-
užitečný život
-
cena
-
vhodnost s ohledem na princip osvětlovací soustavy. Dříve rozšířené teplotní zdroje (žárovky, halogenové žárovky) již svými parametry
nestačí současným požadavkům. Obdobná situace je u rtuťových a směsových výbojek. Na druhé straně se intenzivně rozvíjejí světelné zdroje založené na nových konstrukčních principech. V tomto směru jsou zajímavé zejména světelné diody, halogenidové výbojky s keramickým hořákem a bezelektrodové indukční výbojky. Jejich použití v zemědělské praxi však nelze doporučit pro jejich zatím vysokou cenu. Takovéto výrobky se vyskytují na trhu i v cenách nižších. Jejich kvalita je však v těchto případech nedostatečná. Před takovýmito produkty je proto třeba uživatele varovat. Pro osvětlení zemědělských objektů, které jsou uvedeny v této metodice lze doporučit buď zářivky, nebo halogenidové výbojky. Oba tyto typy světelných zdrojů mají vysoký měrný výkon a dostatečně dlouhý život. Dřívější názory na nevhodnost zářivkového osvětlení v objektech živočišné výroby byly překonány, neboť moderní zářivková svítidla jsou vysoce odolná proti vlivu stájového prostředí a při použití elektronických předřadníků je eliminován i velký počet dříve nutných kontaktů, které byly tradičně příčinou provozních poruch.
8
Zářivky
jsou
vyráběny
v nejrůznějším
provedení.
Pro
praktické
použití
v zemědělských provozech přicházejí v úvahu lineární zářivky T5 s průměrem 16 mm. Konstrukčně jsou provedeny v délkách 1149 mm nebo 1449 mm (obr. 1). Oproti dříve užívaným zářivkám T8 (Ø 26 mm) mají vyšší měrný výkon (o 10 až 14 %) i delší život. Podle chromatičnosti světla jsou nejvhodnější provedení označovaná jako studená bílá, s náhradní teplotou chromatičnosti 3500 – 5300 K. Index podání barev Ra je běžně v rozmezí 80 – 89. Jejich příkony jsou 25, 50, 54 W (1149 mm), nebo 32, 45, 49, 73, 80 W (1449 mm). Vybrané typy (Osram) a jejich parametry jsou uvedeny v tab. 1. Výrobce uvádí kromě řady vysokovýkonné (HO) i vysokovýkonnou řadu úspornou (HO ES), která vykazuje při stejném světelném toku další úsporu el. energie cca 10 %.
Obr. 1: Lineární zářivka T5 Halogenidové výbojky jsou vyráběny v mnoha provedeních, lze je však rozdělit do dvou skupin: výbojky s křemenným hořákem a výbojky s keramickým hořákem. Jsou vhodné pro osvětlení rozlehlých prostorů, s výškou stropu od cca 6 m, do rotačně symetrických svítidel. Obdobně jako zářivky jsou vyráběny s různou teplotou chromatičnosti světla. Vhodným provedením je neutrálně bílá. Výbojky jsou pro tato svítidla v provedení s jednou paticí, s baňkou čirou nebo s elipsoidní baňkou pokrytou luminoforem. Výbojky s čirou baňkou, které jsou zde instalovány ve svislé poloze, však vytvářejí v ose svítidla nevhodné světelné efekty, proto je vhodnější použití výbojek s luminoforem. Vybrané typy (Osram) a jejich parametry jsou uvedeny v tab. 2 a na obr. 2. Výhodou při použití halogenidových výbojek 250 nebo 400 W je jejich vysoký světelný tok a z toho vyplývající nízký počet světelných míst (tj. svítidel). Z toho pak vyplývá jednodušší elektrická instalace a jednodušší údržba. Nevýhodou je rozběhový čas pro dosažení plného světelného toku, nutnost vychladnutí výbojek před znovuzapnutím při výpadku el. proudu a vyšší pokles světelného toku v průběhu života. Udává se, že světelný tok poklesne na 80 % počáteční hodnoty. U zářivek je tato hodnota asi 85 %.
9
Tab. 1: Vybrané typy lineárních zářivek Označení
Příkon W
Sv. tok lm
Délka mm
4310
Sv. tok při 35°C lm 4900
HO 49 W/827
49
HO 49 W/830
49
4310
4900
1449
HO 49 W/840
49
4310
4900
1449
HO 49 W/865
49
4100
4600
1449
HO 49 W/880
49
4050
4610
1449
HO 54 W/827
54
4450
5000
1149
HO 54 W/830
54
4450
5000
1149
HO 54 W/835
54
4450
5000
1149
LUMILUX
HO 54 W/840
54
4450
5000
1149
T5 HO HIGH OUTPUT
HO 54 W/865
54
4100
4750
1149
HO 54 W/880
54
4000
4500
1149
HO 80 W/827
80
6150
7000
1449
HO 80 W/830
80
6150
7000
1449
HO 80 W/840
80
6150
7000
1449
HO 80 W/865
80
5700
6650
1449
HO 80 W/880
80
5550
6400
1449
HO 45 W/827 ES
45
4310
4900
1449
HO 45 W/830 ES
45
4310
4900
1449
HO 45 W/840 ES
45
4310
4900
1449
HO 45 W/865 ES
45
4100
4600
1449
HO 50 W/827 ES
50
4450
5000
1149
HO 50 W/830 ES
50
4450
5000
1149
HO 50 W/840 ES
50
4450
5000
1149
HO 50 W/865 ES
50
4100
4750
1149
HO 73 W/827 ES
73
6150
7000
1449
HO 73W/830 ES
73
6150
7000
1449
HO 73 W/840 ES
73
6150
7000
1449
HO 73 W/865 ES
73
5700
6650
1449
1449
LUMILUX T5 HO HIGH OUTPUT ENERGY SAVER
10
Tab. 2: Vybrané typy halogenidových výbojek Označení HQI-E 250/D/PRO
Příkon W 250
Sv. tok lm 19000
Průměr mm 90
Délka mm 226
HQI-E 400/N clear
400
42000
120
285
HQI-E 400/N coated
400
40000
120
285
HQI-E 400/D/PRO
400
34000
120
290
HQI-E 1000/N
1000
100000
165
380
Obr. 2: Halogenidové výbojky POWERSTAR HQI-E (Osram)
4. Svítidla Vzhledem k neustálému zdokonalování světelných zdrojů dochází k upřesňování možností jejich aplikace v zemědělských objektech. Současně s tím se neustále technicky zdokonalují svítidla a zvyšuje se jejich provozní spolehlivost. Dřívější názory na použití zářivek v objektech živočišné výroby se značně změnily především zvýšením jejich spolehlivosti. Téměř výhradně se pro zářivková svítidla používají elektronické předřadníky, takže se snížilo množství kontaktů, které byly zdrojem poruch. Současně je běžné krytí svítidel IP 65 až IP 66, které s dalšími technickými opatřeními zajišťují vysokou ochranu vnitřních částí svítidla. Obdobně toto platí i pro svítidla výbojková, jejichž výhoda zůstává v možnosti použití zdrojů s vysokým příkonem. V objektech živočišné výroby jsou možnosti zavěšení svítidel v nejnižší části obvykle kolem 3 m. Z důvodů rovnoměrnosti osvětlení je nutno použít zdroje nižších příkonů, tedy zářivky. Svítidla je nutno volit tak, aby měla dostatečné krytí, nejlépe IP 66 a byla vyrobena z materiálů, které odolávají mírně agresivnímu prostředí, obsahující amoniak, příp. další nepříznivé složky. Příkladem vhodného svítidla je typ PRIMA 245 AC ET 5, uvedený na obr. 3. Běžně se těleso tohoto svítidla vyrábí z polykarbonátu (PC) a světelný kryt z čirého polykarbonátu. Tyto materiály jsou mechanicky značně odolné a jsou vhodné do prostorů bez
11
chemicky působících látek. V objektech živočišné výroby, tj. především ve stájích pro skot a prasata je těleso svítidla vyrobeno z ABS plastu (Forsan) a světelný kryt z akrylu (AC). Použité světelné zdroje jsou výhradně zářivky T5 (Ø 16 mm) s teplotou chromatičnosti 4000 K (bílá). Výhodou těchto zářivek je, že oproti zářivkám T8 (Ø 26 mm) dosahují maximálního světelného toku při 35°C. Této teploty je dosaženo uvnitř uzavřeného svítidla. Svítidla musí být vybavena elektronickým předřadníkem T5 v kombinaci se zářivkou typu ES. Jeho výhodou oproti elektronickému předřadníku T8 je nižší spotřeba elektrické energie až o 10 %, oproti konvečnímu předřadníku T8 až o 40 %.
Obr. 3: Zářivkové svítidlo 2 x 45 W Variantou je provedení s elektronickým stmívatelným předřadníkem T5, a to -
s rozhraním 1-10 V – řízeným analogovým signálem
-
s rozhraním DALI – ovládaným digitálně DALI protokolem nebo s funkcí Touch DIM
Tento způsob umožňuje stmívání osvětlovací soustavy v závislosti na denním osvětlení a časově lineárně nabíhající a zhasínající osvětlení. Při požadavku minimálního osvětlení v noci je možno jej provozovat pro dosažení bezpečnostního osvětlení s osvětleností několika lx. Pro umožnění stmívaného režimu osvětlovací soustavy je nutno použít adapteru (obr. 4), který může být přímo připojen ke svítidlu, nebo může být připojen samostatným kabelem. Při požadavku spínání, kdy je osvětlení spínáno v závislosti na dosažení požadované osvětlenosti denním světlem je možno použít kombinaci jednoduchého čidla osvětlenosti a časového spínače, která ovládá spínání osvětlovací soustavy.
12
Obr. 4: Adapter pro regulaci osvětlení Při použití svítidel v mírně agresivním prostředí objektů živočišné výroby je z hlediska provozní spolehlivost nesmírně důležité, aby při dostatečném krytí byla zajištěna zábrana vnikání vzduchu do svítidla. Toho je dosaženo ventilační ucpávkou, např. typu BVPB – 01 (obr. 5). Ucpávka je vyrobena z polyamidu velikosti M12 x 1,5 a zajišťuje eliminaci kondenzačních par ve svítidle. Svítidla je navíc třeba osadit šroubovacími vývodkami, např. PG 13,5 pro bezpečné zajištění těsnění a eliminaci pnutí. Takto vybavené svítidlo je uvedeno na obr. 6.
Obr. 5: Ventilační ucpávka svítidla
13
Obr. 6: Zářivkové svítidlo vybavené ventilační ucpávkou a šroubovacími vývodkami Při montáži a instalaci svítidel, především v prostorách živočišné výroby, je třeba dbát na pečlivost, zajišťující jejich dokonalé utěsnění. V praxi je proto vhodné nakoupit svítidla již smontovaná, a to včetně všech doplňků, které dodavatelská firma přiveze na místo instalace. Pro použití ve vyšších prostorech, kde je možno volit závěsnou výšku svítidel alespoň 6 m, je vedle zářivkových osvětlovacích soustav variantou i použití výbojkových svítidel s vysokým jmenovitým příkonem. Výhodou je malý počet světelných míst (svítidel) a z toho vyplývající jednodušší montáž i údržba. Nevýhodou je časová prodleva mezi zapnutím svítidel a dosažením provozního světelného toku. Vhodnými prostory pro takovéto použití mohou být opravárenské a údržbářské haly zemědělských podniků. Svítidla jsou nejlépe rotačně symetrická, v krytí IP 65 až IP 66, se světlenými zdroji 250 W, lépe však 400 W. Z důvodů vhodného barevného podání i dostatečně vysokého měrného výkonu jsou použitelné halogenidové výbojky. Příkladem vhodného svítidla je typ MODUS BELAL 400 Q, uvedený na obr. 7.
14
Obr. 7: Výbojkové svítidlo halogenidové 400 W
5. Příklady osvětlovacích soustav 5.1.
Osvětlení opravárenské haly, varianta zářivky
Typická hala pro opravu zemědělské techniky s půdorysnými rozměry 11,7 x 30 m, sedlová střecha, výška stěn 6,1 m, jeřábová dráha. Předpokládá se průměrná čistota prostředí a činitel odrazu stropu 0,6, stěn 0,4 a podlahy 0,2. Světelné technické požadavky Ēm = 300 lx UGRL = 22 Uo = 0,6 Ra = 80 Použitá svítidla TREVOS a.s. Typ: PRIMA 245 AC ET5 ES Název: 2x45W, T5, EVG, průmyslové Krytí: IP66 Zdroj: FQ 45 W/840 ES G5, LUMILUX T5 HO Cool White 16 mm 45W, 4900 lm, 20000 hod, Ra 80
15
Počet svítidel: 33
Schématicky je soustava v perspektivním pohledu uvedena na obr. 8. Celkový počet svítidel je 33, jejich rozteč v řadě je 2,727 m, vzdálenost řad je 3,9 m. Závěsná výška svítidel je 6 m.
Obr. 8: Zářivková osvětlovací soustava opravárenské haly Světelně technické parametry osvětlovací soustavy jsou následující: Udržovací činitel
0,62
Minimální osvětlenost
187 lx
Střední osvětlenost
328 lx
Maximální osvětlenost
390 lx
Rovnoměrnost
0,57
UGR
minimální
20,6
střední
21,2
maximální
22,0
Předpokládaný interval čištění svítidel je 12 měsíců.
16
5.2
Osvětlení opravárenské haly, varianta výbojky
Stejná hala jako v odst. 5.1. Použitá svítidla MODUS Praha Typ: MODUS BELAL 400Q/3,5 A/S17 Název: Výbojkové svítidlo, halogenidová výb., objímka pol. horní Krytí: IP65 Zdroj: HQI-E 400/N E40, POWERSTAR HQI-E, coated 400 W, 40000 lm, 12000 hod. Počet svítidel: 8 V perspektivním pohledu je soustava uvedena na obr. 9. Celkový počet svítidel je 8, ve 3 řadách, v počtu 3-2-3. Rozteč svítidel v řadách je 12 m, vzdálenost řad je 3,5 m. Závěsná výška svítidel v krajních řadách je 5,8 m, ve střední řadě 6,5 m.
Obr. 9: Výbojková osvětlovací soustava opravárenské haly Světelně technické parametry osvětlovací soustavy jsou následující: Udržovací činitel
0,58
Minimální osvětlenost
234 lx
17
Střední osvětlenost
334 lx
Maximální osvětlenost
430 lx
Rovnoměrnost
0,70
UGR
minimální
20,8
střední
22,7
maximální
24,8
Předpokládaný interval čištění svítidel je 12 měsíců.
5.3
Osvětlení strojní dílny Typický prostor dílny pro jemné strojní práce, broušení, tolerance < 0,1 mm.
Půdorysné rozměry 6 x 12,5 m, výška 3 m. Předpokládá se průměrná čistota prostředí a činitel odrazu stropu 0,6, stěn 0,4 a podlahy 0,2.
Světelné technické požadavky Ēm = 500 lx UGRL = 19 Uo = 0,6 Ra = 80 Použitá svítidla TREVOS a.s. Typ: PRIMA 245 AC ET5 ES Název: 2x45W, T5, EVG, průmyslové Krytí: IP66 Zdroj: FQ 45 W/840 ES G5, LUMILUX T5 HO Cool White 16 mm 45W, 4900 lm, 20000 hod, Ra 80 Počet svítidel: 12
18
Schématicky je soustava v perspektivním pohledu uvedena na obr. 10. Celkový počet svítidel je 12, jejich rozteč v řadě je 2,083 m, vzdálenost řad je 3m.
Obr. 10: Zářivková osvětlovací soustava strojní dílny Světelně technické parametry osvětlovací soustavy jsou následující: Udržovací činitel
0,61
Minimální osvětlenost
407 lx
Střední osvětlenost
686 lx
Maximální osvětlenost
814 lx
Rovnoměrnost
0,59
UGR
minimální
15,9
střední
17,5
maximální
19,0
Předpokládaný interval čištění svítidel je 12 měsíců. 5.4
Osvětlení stáje pro dojnice (99 ks), šířky 17,5 m Typizovaná stáj s rozponem 17,5 m a délkou 56,4 m. Doporučená plocha
prosvětlujících dílů střechy je 10 % z celkové plochy střešního pláště. Stáj má 3 řady boxů a
19
bočně umístěnou krmnou chodbu. Výška u podélných stěn je 3,5 m, střecha má sklon 22°, nejvyšší výška 7 m. Předpokládá se činitel odrazu stropu (střechy) 0,4, stěn 0,5 a podlahy 0,3. Světelně technické požadavky: Ēm = 50 lx, osvětlenost v místě krmení 100 lx Osvětlovací soustava spínaná ve dvou stupních: 1. Ēm = 50 lx v celém půdorysu stáje 2. Ēm = 100 lx v místě krmení, Ēm = 50 lx v ostatním půdorysu stáje UGRL není předepsán Uo = 0,4 Ra > 40 Použitá svítidla TREVOS a.s. Typ: PRIMA 145 ABS AC VU PG ET5 ES Název: 1x45W, T5, EVG, průmyslové, základna ABS, difuzor AC, ucpávka, vývodka Krytí: IP66 Zdroj: FQ 45 W/840 ES G5, LUMILUX T5 HO Cool White 16 mm 45W, 4900 lm, 20000 hod, Ra 80 Počet svítidel: 35
Rozmístění svítidel je uvedeno na obr. 11, 12 a 13. Celkový počet svítidel je 35, jsou umístěna ve 3 řadách, vzdálených 6,25 m. Závěsná výška svítidel střední řady je 6,5 m, krajních řad 4 m. Základní rozteč svítidel v řadě je 7,05 m, v řadě nad krmnou chodbou je 3,525 m. Na koncích střední řady a řady nad krmnou chodbou jsou přidána svítidla (rozteč od předposledního svítidla 2,325 m).
20
Obr. 11: Rozmístění svítidel ve stáji pro 99 dojnic – řez
Obr. 12: Rozmístění svítidel ve stáji pro 99 dojnic – půdorys (osvětlení krmné chodby 100 lx)
Obr. 13: Rozmístění svítidel ve stáji pro 99 dojnic – půdorys (osvětlení celé stáje 50 lx)
21
Světelně technické parametry osvětlovací soustavy jsou následující: při krmení krmná ostatní chodba plocha 0,63 0,61
Udržovací činitel Minimální 87 lx 37 lx osvětlenost Střední osvětlenost 108 lx 68 lx Maximální 135 lx 102 lx osvětlenost Rovnoměrnost 0,81 0,55 Předpokládaný interval čištění svítidel je 12 měsíců. 5.5
mimo krmení (Ēm = 50 lx v celé ploše) krmná ostatní celková chodba plocha plocha 0,58 0,57 0,57 38 lx
38 lx
38 lx
62 lx
58 lx
59 lx
87 lx
87 lx
87 lx
0,61
0,65
0,64
Osvětlení stáje pro dojnice (252 ks), šířky 32 m – osvětlení nad krmným stolem Typizovaná stáj s rozponem 32 m a délkou 72 m. Doporučovaná plocha
prosvětlujících dílů střechy je 10 % z celkového střešního pláště. Stáj má 6 řad boxů a symetricky umístěnou krmnou chodbu. Výška u podélných stěn je 3,5 m, střecha má sklon 22°, nejvyšší výška je 9,95 m. Předpokládá se činitel odrazu stropu (střechy) 0,4, stěn 0,5 a podlahy 0,3. Světelně technické požadavky jsou stejné jak uvedeno v odst. 5.4 Použitá svítidla TREVOS a.s. Typ: PRIMA 245 ABS AC VU PG ET5 ES Název: 2x45W, T5, EVG, průmyslové, základna ABS, difuzor AC, ucpávka, vývodka Krytí: IP66 Zdroj: FQ 45 W/840 ES G5, LUMILUX T5 HO Cool White 16 mm 45W, 4900 lm, 20000 hod, Ra 80 Počet svítidel: 39
22
Rozmístění svítidel je uvedeno na obr. 14, 15 a 16. Celkový počet svítidel je 39, jsou umístěna ve 3 řadách, vzdálených 10 m. Závěsná výška svítidel střední řady je 8,5 m, krajních řad 5,5 m. Rozteč svítidel v krajních řadách je 9 m, ve střední řadě 3,18 m. Světelně technické parametry soustavy jsou následující: při krmení krmná ostatní chodba plocha 0,60 0,59
Udržovací činitel Minimální 66 lx 31 lx osvětlenost Střední osvětlenost 107 lx 78 lx Maximální 117 lx 105 lx osvětlenost Rovnoměrnost 0,61 0,40 Předpokládaný interval čištění svítidel je 12 měsíců.
mimo krmení (Ēm = 50 lx v celé ploše) krmná ostatní celková chodba plocha plocha 0,59 0,57 0,59 56 lx
28 lx
28 lx
64 lx
60 lx
61 lx
71 lx
88 lx
88 lx
0,87
0,47
0,46
Obr. 14: Rozmístění svítidel ve stáji pro 252 dojnic, svítidla nad krmnou chodbou – řez
Obr. 15: Rozmístění svítidel ve stáji pro 252 dojnic, svítidla nad krmnou chodbou – půdorys (osvětlení krmné chodby 100 lx) 23
Obr. 16: Rozmístění svítidel ve stáji pro 252 dojnic, svítidla nad krmnou chodbou – půdorys (osvětlení celé stáje 50 lx) 5.6
Osvětlení stáje pro dojnice (252 ks), šířky 32 m – osvětlení nad krmišti Jedná se o stejný typ stáje, jak je uvedeno v odst. 5.5. Rozdíl je ve způsobu osvětlení
krmné chodby. Světelně technické požadavky jsou stejné jak uvedeno v odst. 5.4. Použitá svítidla TREVOS a.s. Typ: PRIMA 245 ABS AC VU PG ET5 ES Název: 2x45W, T5, EVG, průmyslové, základna ABS, difuzor AC, ucpávka, vývodka Krytí: IP66 Zdroj: FQ 45 W/840 ES G5, LUMILUX T5 HO Cool White 16 mm 45W, 4900 lm, 20000 hod, Ra 80 Počet svítidel: 36
24
Rozmístění svítidel je uvedeno na obr. 17, 18 a 19. Celkový počet svítidel je 36 a jsou umístěna ve 4 řadách, symetricky k podélnému řezu stavbou. Dvě řady svítidel nad krmišti jsou od sebe vzdáleny 4 m, vzdálenost od nich ke krajním řadám je 8,825 m. Rozteč svítidel v řadách nad krmišti je 7,2 m, v krajních řadách 9,257 m. Závěsná výška svítidel je 5,5 m. Světelně technické parametry soustavy jsou následující: při krmení
mimo krmení (Ēm = 50 lx v celé ploše)
krmná
ostatní
krmná
ostatní
celková
chodba
plocha
chodba
plocha
plocha
0,60
0,59
0,59
33 lx
25 lx
25 lx
65 lx
54 lx
56 lx
88 lx
84 lx
88 lx
0,51
0,47
0,45
Udržovací činitel 0,61 0,59 Minimální 65 lx 33 lx osvětlenost Střední osvětlenost 116 lx 72 lx Maximální 136 lx 116 lx osvětlenost Rovnoměrnost 0,56 0,46 Předpokládaný interval čištění svítidel je 12 měsíců.
Obr. 17: Rozmístění svítidel ve stáji pro 252 dojnic, svítidla nad krmišti – řez
25
Obr. 18: Rozmístění svítidel ve stáji pro 252 dojnic, svítidla nad krmišti – půdorys (osvětlení krmné chodby 100 lx)
Obr. 19: Rozmístění svítidel ve stáji pro 252 dojnic, svítidla nad krmišti – půdorys (osvětlení celé stáje 50 lx) Při porovnání osvětlovací soustavy s variantou dle odst. 5.5 je zde instalováno o 3 svítidla méně (o 8 %). Svítidla pro osvětlení střední části stáje jsou umístěna v nižší výšce a jejich příspěvek na osvětlení této části je větší než při svítidlech v jedné řadě ve vyšší výšce (odst. 5.5). Nevýhodou ovšem může být narušení prostoru touto instalací.
26
6.
Ekonomika osvětlení a porovnání osvětlovacích soustav Požadavky na osvětlení v pracovních prostorech či v prostorech pro chov zvířat jsou
vždy určitým kompromisem mezi fyziologickými potřebami lidí či zvířat a náklady na dosažení světelně technických parametrů. Tyto vztahy jsou velmi komplikované a jejich řešením je v praktické podobě akceptování parametrů osvětlovacích soustav, které jsou uváděny v technických standardech. V následujícím proto uvádíme příklady porovnání nákladů na osvětlovací soustavy, u nichž je dosaženo stejných světelně technických parametrů. Uvádíme náklady na svítidla a světelné zdroje, tj. bez dalšího elektroinstalačního vybavení a nákladů na montážní práce. 6.1
Osvětlení opravárenské haly Porovnání zahrnuje halu dle odst. 5.1, resp. 5.2, kdy je porovnáváno použití zářivek a
výbojek, viz tab. 3. Uvažované ceny svítidel a světelných zdrojů jsou následující (bez DPH), včetně recyklačních příspěvků: svítidlo PRIMA 245 AC ET5 ES................................... 922,- Kč zářivka FQ 45W/840 ES G5, Lumilux T5 ..................... 178,- Kč svítidlo MODUS BELAL 400Q ................................ 1 805,- Kč výbojka HQI 400/N, POWESTAR ............................... 950,- Kč
27
Tab. 3: Porovnání nákladů na osvětlení opravárenské haly Osvětlovací
Svítidlo
Světelný
soustava
(Příkon)
zdroj
Počet svítidel
Počet
Náklady na
Náklady na
Náklady na
Celkový
světelných
svítidla
sv. zdroje
svítidla a sv.
příkon
zdrojů Zářivková
PRIMA 245
FQ 45W/840
AC ET5 ES
ES G5
zdroje
ks
ks
Kč
Kč
Kč
kW
33
66
30 426,-
11748,-
42 174,-
3,3
8
8
14 440,-
7 600,-
22 040,-
3,4
(100 W) Výbojková
MODUS
HQI 400/N
BELAL 400 Q
POWESTAR
(425 W)
28
6.2
Osvětlení stáje pro dojnice Porovnání zahrnuje stáj pro dojnice (252 ks), šířky 32 m, ve dvou variantách instalace
svítidel nad krmnou chodbou a to ve nestmívané a stmívané variantě. Údaje jsou uvedeny v tab. 4. Uvažované ceny svítidel, světelných zdrojů a regulačních komponentů jsou následující -
svítidlo PRIMA 245 ABS AC VU 3F PG ET5 ES.......................................... 1303,- Kč
-
svítidlo PRIMA 245 ABS AC VU 3F PG ERT5 DIM ES se stmívatelným předřadníkem ............................................................................ 2163,- Kč
-
zářivka FQ 45W/840 ES G5, Lumilux T5 ................................................... .... 178,- Kč
-
senzor (HFDIM MICO 1-10V) ................................................................. ..... 2070,- Kč
Při použití stmívaného osvětlení dojde k úspoře elektrické energie asi 35 % oproti variantě, kdy je osvětlovací soustava spínána v závislosti na dosažení požadované osvětlenosti denním světlem.
29
Tab. 4: Porovnání nákladů na osvětlení stáje pro dojnice Osvětlovací
Svítidlo
Světelný
Počet
Počet
Náklady na
Náklady na
Náklady
soustava
(Příkon)
zdroj
svítidel
světelných
svítidla
regulační
na sv.
vybavení
zdroje
zdrojů Nad krmným stolem – nestmívaná Nad krmným stolem – stmívaná Nad krmnými chodbami – nestmívaná Nad krmnými chodbami stmívaná
PRIMA 245 ABS AC VU 3F PG ET5 ES
45W/840
Časově
příkon
střední příkon
ks
ks
Kč
Kč
Kč
Kč
kW
kW
39
78
50 817,-
-
13 884,-
64 701,-
3,9
3,9
39
78
84 357,-
2 070,-
13 884,-
100 311,-
3,94
2,56
36
72
46 908,-
-
12 816,-
59 724,-
3,6
3,6
36
72
77 868,-
2 070,-
12 816,-
92 754,-
3,64
2,37
ES G5 FQ
VU 3F PG ERT5
45W/840
DIMES
ES G5
VU 3F PG ET5 ES
Celkový
FQ
PRIMA 245 ABS AC
PRIMA 245 ABS AC
Celkem
FQ 45W/840 ES G5
PRIMA 245 ABS AC
FQ
VU 3F PG ERT5
45W/840
DIM ES
ES G5
30
III.
SROVNÁNÍ NOVOSTI POSTUPU Způsoby osvětlení ve vybraných zemědělských objektech zavádějí progresivní
technická řešení, u nichž jsou optimalizovány světelně technické parametry. Novost postupu spočívá především ve zjištění optimálních variant řešení, jak z hlediska použití technických prvků, tj. svítidel a světelných zdrojů, tak z pohledu optimalizace světelně technického řešení, tj. geometrického uspořádání a dosažení optimálních světelně technických parametrů při minimalizaci výrobních a provozních nákladů.
IV.
POPIS UPLATNĚNÍ METODIKY Způsoby řešení osvětlovacích soustav je vhodné použít při výstavbě nových stájí pro
dojnice i pro rekonstrukce stávajících objektů. Použití osvětlovacích soustav v pomocných zemědělských provozech, jako jsou opravárenské a údržbářské haly, je aktuální ve všech případech, kdy dochází k obnově elektroinstalace i pro případy, kdy je rozhodnuto o totální výměně osvětlovacích soustav pro jejich celkovou zchátralost. Volba mezi zářivkovou či výbojkovou variantou závisí v podstatě na uživateli, příp. na jeho subjektivním technickém přístupu.
V.
LITERATURA 1) ČSN EN 12665 (36 0001). Světlo a osvětlení – Základní termíny a kritéria pro stanovení požadavků na osvětlení. 2012 2) ČSN EN 12464-1 (36 0450). Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů – Část 1: Vnitřní pracovní prostory. 2012 3) NOVOTNÝ, J. Nová norma pro osvětlování. Světlo, 2003, roč. 6, č. 2, s. 39. ISSN 12120812 4) NOVOTNÝ, J.: Evropská norma pro osvětlování vnitřních prostorů. Světlo, 2004. roč. 7, č. 2, s. 44-46. ISSN 1212-0812 5) Umělé osvětlení v zemědělských provozech. Doporučený standard technický. Praha, ČKAIT 1998, 25 s. 6) HUTLA, P.: Osvětlování v zemědělství. Praha, ÚZPI 1998. 53 s. 7) HUTLA, P.: Energie pro osvětlení v živočišné výrobě. Světlo, 2001, roč. 4, s. 15-18. ISSN 1212-0812
31
8) DOLEŽAL, O., ČERNÁ, D.: Technika a technologie chovu skotu – dojnice: Světlo ve stájích a dojírnách. Metodické listy 03/06. 1. vyd.. 8 s. Praha Uhříněves: Výzkumný ústav živočišné výroby. 2006, ISBN 80-86454-74-6 9) HUTLA, P., BOUČEK, J: High-pressure sodium discharge tubes lighting systems for dairy cows stables. Res. Agr. eng., 2000, roč. 46, č. 1, s. 17-23. ISSN 1212-9151 10) DOLEŽAL, J. et al.: Komfortní ustájení vysokoprodukčních dojnic. In: Odborná publikace VÚŽV. Uhříněves, VÚŽV 2002, s. 59-60. ISBN 80-86454-23-1 11) HUTLA, P.: Požadavky na osvětlování v objektech živočišné výroby. Mechanizace zemědělství, ŽV Speciál, 1998, č. 2, s. 30-33 12) VEGRICHT, J.: Modelová řešení stájí a farem pro chov dojnic. Praha, VUZT 2008. 112 S., ISBN 978-80-86884-34-9 13) TNI 36 0451. Údržba vnitřních osvětlovacích soustav. 2006 14) HABEL, J. et al.: Světlo a osvětlování. Praha, FCC Public 2013. 624 s. ISBN-978-8086534-21-3
VI.
SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE
HUTLA, P.,VYHLÍDKO, L., ŠIMON, J.: Osvětlení stájí pro dojnice. Světlo, 16, (2013), č. 6, s. 40-43. ISSN 1212-0812 HUTLA, P., BÍMA, V., MIČÍN, R.: Možnosti osvětlení zemědělské opravárenské haly. Agritech Science, 8, (2014), ISSN 1802-8942 [v tisku]
32
Autoři: Ing. Petr Hutla, CSc. Ing. Václav Bíma Ing. Rostislav Mičín Ing. Miroslav Češpiva Název: Modelová řešení osvětlovacích soustav ve vybraných zemědělských objektech Vydal:
Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. Praha 6 - Ruzyně
Foto na obálce: FARMTEC, a.s. Rok vydání: 2013 Náklad:
80 výtisků
ISBN:
978-80-86884-72-1
33
