Оптические спектральные свойства семян растений различной влажности

УДК 535.243:57.087

ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СЕМЯН РАСТЕНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ВЛАЖНОСТИ

© 2016

Беляков Михаил Владимирович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Оптико-электронные системы» филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», Смоленск

Аннотация. Введение. Статья посвящена исследованию свойств отражения, поглощения и люминесценции семян сельскохозяйственных растений различной степени влажности для последующего создания оптического влагомера, работающего в видимой области спектра и использующего явление люминесценции семян.

Материалы и методы. Для измерения спектральных характеристик семян зерновых и зернобобовых растений различной влажности использовали спектрофотометр Spekol-10 с приставкой Rd/0, а также спектроф-луориметр «Флюорат-02-Панорама». Проводили предварительное увлажнение и высушивание семян с контролем их влажности.

Результаты. Измерены спектральные характеристики возбуждения, люминесценции и отражения семян от влажности. Вычислены относительные потоки люминесценции и получены градуировочные кривые влагомера, аппроксимированные полиномами первой степени.

Обсуждение. Для всех исследованных культур характеристики возбуждения и люминесценции имеют для различных влажностей качественно схожий вид. Стоксов сдвиг не меняется ни у одной из исследованных культур: разница между максимумами графиков возбуждения и люминесценции семян с различным содержанием влаги практически всегда постоянна и не зависит от неё. Интенсивность люминесценции с увеличением влажности образцов уменьшается. Спектральные характеристики отражения семян различной влажности не имеют качественных различий. С увеличением длины волны увеличивается доля отражённого излучения, однако никаких зависимостей между влажностью исследуемых образцов и долей отражённого излучения не наблюдается. Кривые р (X) расположены хаотично и количественно нет никаких различий между отражением сухих и сильно увлажнённых образцов.

Заключение. Полученные зависимости характеристик и параметров возбуждения и люминесценции семян от влажности позволяют построить градуировочные характеристики оптического люминесцентного влагомера. В то же время спектральные зависимости отражения мало отличаются друг от друга, что не позволяет использовать их для определения влажности семян.

Ключевые слова: влажность, градуировочная кривая, зерновые и зернобобовые культуры, линейная аппроксимация, оптический влагомер, оптическое излучение, поток люминесценции, семена растений, спек-трофлуориметр, спектрофотометр, спектры возбуждения, спектры люминесценции, спектры отражения.

OPTICAL SPECTRAL QUALITIES OF PLANT SEEDS WITH DIFFERENT MOISTURE

© 2016

Belyakov Mikhail Vladimirovich, candidate of technical science, associate Professor Head of the chair «Optoelectronic systems» Branch of National Research University «Moscow Power Engineering Institute» in Smolensk, Smolensk

Abstract. Introduction. The article is devoted to the study of the properties of reflection, absorption and luminescence of seeds of agricultural plants of varying degrees of moisture for subsequent optical hygrometer operating in the visible region of the spectrum and utilizing the phenomenon of luminescence of seeds.

Materials and methods. To measure the spectral characteristics of seeds of grain and leguminous plants with different moisture used a spectrophotometer Spekol-10 with the prefix Rd/0, and the spectrofluorimeter «Fluorat-02-Panorama». Conducted preliminary hydration and drying of seeds with control their moisture.

Results. The measured spectral characteristics of the excitation, luminescence and reflection of the seeds from moisture. The calculated relative fluxes of luminescence and obtained calibration curves of the probe, approximated by polynomials of the first degree.

Discussion. For all investigated crops characteristics of excitation and luminescence for different moisture qualitatively similar appearance. Stokes shift does not change in any of the investigated crops: the difference between the maxima of the graphs of excitation and luminescence of seeds with different moisture content are almost always constant and does not depend on it. The luminescence intensity with increasing moisture content of samples decreases. Spectral reflection characteristics of seeds of different moisture do not have qualitative differences. With increasing wavelength increases the proportion of the reflected radiation, however, no dependencies between the humidity of the samples and the proportion of the reflected radiation is not observed. The curves p(^) are arranged randomly and there are no quantitative differences between the reflection of the dry and wet samples.

Conclusion. The dependences of characteristics and parameters of the excitation and luminescence of the seeds from humidity allow to build the calibration characteristic of the optical fluorescent hygrometer. At the same time, the spectral dependence of the reflection differ little from each other that you can't use them to determine seed moisture.

Keywords: humidity, calibration curve, cereals and legumes, linear approximation, optical meter, optical radiation, luminescence flow, plant seeds, spectrofluorometer, spectrophotometer, excitation spectra, luminescence spectra, the reflectance spectra of.

Работа выполнена при поддержке РФФИ. Проект 16-48-670810

Введение

Влажность вещества является одним из определяющих показателей качества. Технологические и физические свойства, способность к хранению в большой степени зависят от влажности сырья и полуфабрикатов. Присутствие воды в веществах даже в незначительных количествах сильно влияет на их свойства. Это связано с особыми свойствами воды, обладающей высокой диэлектрической проницаемостью, значительной электропроводностью и способностью избирательного поглощения электромагнитного и оптического излучения.

Известные методы измерения влажности по-разному реагируют на формы связи влаги. Метод высушивания и ряд других аналитических методов не учитывают химически связанной воды. Диэлько-метрическому с сверхвысокочастотному методам свойственно то, что химически связанная вода имеет значительно меньшую диэлектрическую проницаемость и не зависит от частоты электрического поля.

Оптические методы основаны на зависимости оптических свойств вещества от их влагосодержа-ния. Они применимы для широкого набора веществ и материалов, как жидких, газообразных, так и твёрдых. Для твёрдых веществ и жидкостей используется инфракрасная и видимая области спектра. В влагомерах используется преимущественно коротковолновая область инфракрасного спектра. В этой области имеются интенсивные полосы поглощения жидкой воды. Измерение влажности представляет собой одно из аналитических приложений инфракрасной абсорбционной спектроскопии [1, с. 19-85].

Характерными особенностями оптических методов являются высокая избирательность, чувствительность, точность и воспроизводимость измерений, а также возможность непрерывного неразру-шающего контроля, бесконтактность и экспресс-ность анализа [2, с. 35-38; 3, с. 63-77, 117-129, 165-175]. Оптические методы позволяют создавать полуавтоматические и автоматические приборы для контроля влажности многокомпонентных сред как органического, так и неорганического происхождения [4]. Достоинством оптических влагомеров является то, что их показания мало зависят от температуры.

В настоящее время разработаны двухволновые влагомеры, работающие в инфракрасной области спектра [5, с. 246-252]. Их недостатками являются наличие кварцево - галогенного источника излучения, обладающего довольно широкой спектральной характеристикой, вследствие чего присутствует необходимость в колесе с набором светофильтров и применении электродвигателя для его вращения. В оптоэлектронных влагомерах для повышения точности измерения требуется прилагать физическое усилие для плотного контакта исследуемого материала с линзой, при этом часть образцов разрушается и присутствует необходимость в тщательной очистке влагомера перед каждым циклом измерений.

Повышение качества сельскохозяйственной продукции связано, в том числе с соблюдением допустимых пределов влажности материалов. Целью работы является исследование свойств отражения, поглощения и люминесценции семян сельскохозяйственных растений различной степени влажности для последующего создания оптического влагомера, работающего в видимой области спектра и использующего явление люминесценции семян.

Материалы и методы

Исследование люминесценции семян проводили на основе аппаратно-программного комплекса, состоящего из многофункционального спектрофлуо-риметра «Флюорат-02-Панорама», компьютера с установленным программным обеспечением «Panorama Pro» и внешней камеры для исследуемых образцов.

Спектрофлуориметр «Флюорат-02-Панорама» - многофункциональный прибор, предназначенный для измерения массовой концентрации неорганических и органических примесей в различных средах, технических материалах, продуктах питания, биообъектах в соответствии с методикой выполнения измерений. Прибор может быть использован в качестве автоматического детектора при исследовании спектров возбуждения и регистрации люминесценции, изучении фотометрических характеристик, характеристик фосфоресценции различных объектов [6].

Спектрофлуориметр состоит из низковольтного источника питания, оптической схемы с источни-

ком и приёмниками излучения, высоковольтного источника питания фотоэлектронного умножителя, систем сканирования монохроматоров, электронного измерительного блока, микропроцессорного контроллера и пульта управления.

Источником излучения прибора служит ксе-ноновая лампа высокого давления, работающая в режиме испускания коротких импульсов, частота повторения которых составляет 25 Гц и определяется параметрами микропроцессорного контроллера. Оптическая часть прибора обеспечивает прохождение световых потоков от источника света через мо-нохроматоры к кювете с анализируемой пробой и далее на соответствующие фотоприёмники.

Наиболее полно реализовать измерительные возможности прибора и приборных комплексов на его основе можно только при использовании внешнего компьютера с установленным программным обеспечением «Panorama Pro». Математическая обработка результатов измерений осуществляется средствами поставляемого ПО или иными программными продуктами, для чего предусмотрен экспорт результатов измерения в форматы ASCII и MS Excel.

Измерение спектров возбуждения (поглощения) и люминесценции семян проводили по ранее разработанной методике [7, С. 135-148; 8, С. 101104; 9, С. 33-37] в спектральных диапазонах типовых спектров семян [10, С. 521-525].

Измерения спектрального апертурного коэффициента отражения производились на дифракционном спектрофотометре «Spekol-10» с применением приставки Rd/0. Исследуемые семена, размещённые в кювете в несколько слоёв (для устранения влияния стенок камеры образцов), освещались диффузно, с помощью фотометрического шара Ульбрихта, а приёмник излучения был установлен под углом около нуля градусов к нормали - фотометрическая схема «диффузное/0» [11, С. 88-92; 12, С. 45-52].

Для определения спектральных характеристик отражения слоёв семян последовательно измерялись апертурные коэффициенты отражения для длин волн в диапазоне 400...850 нм с шагом 50 нм. При этом контролировалась влажность семян. Для каждого вида семян опыт повторялся пять раз. Опыты проводили с учётом ранее разработанной автором методики и ранее полученных результатов [13, с. 83-85; 14, с. 9-11; 15, с. 65; 16, с. 210-211; 17, с. 134-136; 18, с. 39-42; 19, с. 65-69].

Подготовка семян зерновых сельскохозяйственных растений различной влажности основывалось на исходной партии воздушно-сухих семян, из

которой отбиралась одна проба для уменьшения влажности и три пробы для увеличения влажности относительно исходной. Увлажнение осуществлялось путём помещения необходимого количества исследуемых биообъектов в стеклянную ёмкость объёмом 250 мл. На дно сосуда помещался увлажнённый поролон, пропитанный влагой (дистиллированной водой) в определённом соотношении с количеством семян. Ёмкость плотно закупоривалась пробкой и помещалась в недоступное солнечным лучам место на небольшой промежуток времени, достаточный для увлажнения до необходимого состояния партии семян. Высушивание семян осуществлялось в сушильном шкафу в течение нескольких часов. Влажность партии семян определялась методом высушивания согласно [20].

Результаты

Результаты измерений спектров возбуждения (поглощения) и люминесценции семян различной влажности представлены на рис 1, 3, 5, 7, 9 и 11. Каждая кривая на графиках является усреднённым значением из 20 кривых отдельно взятых семян определённой влажности. Параметры возбуждения и люминесценции сведены в таблицах 1-5. Вычислены интегралы от кривых (позиции H и Ф в табл. 1-5), для чего в программном комплексе «Panorama Pro» предусмотрена функция вычисления интеграла на заданном промежутке при помощи функции integral f a, b), где f - буквенные обозначения кривых, a и b - начальная и конечная точка заданной кривой. Интеграл Ф от кривой фл(^) имеет физический смысл относительного потока люминесценции семян в заданном спектральном интервале.

Аппроксимация проводилась в программе Excel линейной функцией, т. е. полиномом первой степени. Уравнение данной зависимости имеет вид

Ф = aW + a0,

где W - влажность исследуемых образцов, a0 и a1 -соответствующие коэффициенты.

Для инженерных расчётов используют надёжность a = 0,9, для биологических объектов применяется надёжность a = 0,5, т. к. они имеют большой разброс параметров (размер, цветовой оттенок и др.).

Были исследованы семена наиболее распространённых зерновых (овёс, пшеница, рожь, кукуруза) и зернобобовых (горох, горчица) сельскохозяйственных культур.

ЧЪ о е

350 400 450 500 550 600

Рисунок 1 - Усреднённый результат сканирования семян овса различной влажности по возбуждению

и регистрации

Таблица 1 - Параметры возбуждения и люминесценции семян овса

Ж, % Спектр возбуждения Спектр люминесценции

Н, о. е. ^З^акс е. Ф, о. е.

4,0 1 747,2 30,1 3 191,0 30,5

8,8 1 236,2 21,0 2 371,0 21,5

14,2 946,0 14,7 1 710,0 15,2

20,4 651,0 10,9 1 232,4 11,1

23,0 581,3 9,8 1 152,0 10,8

Ф, о.е 3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

О

> Ф = -!(№ +3424 А

<

\У5 %

10

15

20

25

Рисунок 2 - Зависимость относительного потока люминесценции семян овса от влажности

Рисунок 3 - Усреднённый результат сканирования семян пшеницы различной влажности

по возбуждению и регистрации

Таблица 2 - Параметры возбуждения и люминесценции семян пшеницы

W, % Спектр возбуждения Спектр люминесценции

Н, о. е. ^э^ак^ о. е Ф, о. е. фл,макс, о. е

3,8 710,6 10,3 1 255,5 12,4

9,2 612,7 9,1 964,2 9,1

16,1 498,2 5,6 746,3 5,9

17,7 478,9 5,2 709,1 5,8

20,4 395,9 5,1 581,9 5,6

Ф, о.е. 1400

1200

1000

800

600

400

200

0

0 5 10 15 20 25

Рисунок 4 - Зависимость относительного потока люминесценции семян пшеницы от влажности

350 400 450 500 550 600

Рисунок 5 - Усреднённый результат сканирования семян ржи различной влажности по возбуждению

и регистрации

Таблица 3 - Параметры возбуждения и люминесценции семян ржи

W, % Спектр возбуждения Спектр люминесценции

Н, о. е. Ф, о. е. фл^ак^ о. е.

5,6 756,0 10,0 1088,6 10,5

7,8 573,7 6,6 885,8 7,6

14,4 453,2 5,9 799,4 6,5

17,6 452,6 5,5 717,5 6,4

30,2 390,9 5,1 686,2 5,4

Ф, о.е. 1200

1000

800

600

400

200

1 1

1 Ф = 14^ + 1 047,2

11

1

%

10

15

20

25

30

35

Рисунок 6 - Зависимость относительного потока люминесценции семян ржи от влажности

0

0

5

тъ= Фь о-е.

3:0 400 4:0 500 550 600

Рисунок 7 - Усреднённый результат сканирования семян кукурузы различной влажности по возбуждению

и регистрации

Таблица 4 - Параметры возбуждения и люминесценции семян кукурузы

Ж, % Спектр возбуждения Спектр люминесценции

Н, о. е. Пэ,макс, о. е. Ф, о. е. фл,макс, о. е

4,0 2 253,8 50,7 4 637,0 50,4

6,9 1 849,0 38,8 3 845,2 39,8

12,0 1 455,2 29,5 3 061,0 29,4

13,9 1 031,4 20,7 2 105,5 21,0

15,0 823,4 16,1 1 545,7 16,0

Ф, о.е.

5000

4000 3000 2000 1000

Ф = -259^ + 5728,5

^ %

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Рисунок 8 - Зависимость относительного потока люминесценции семян кукурузы от влажности

350 400 450 500 550 600

Рисунок 9 - Усреднённый результат сканирования семян гороха различной влажности

по возбуждению и регистрации

Таблица 5 - Параметры возбуждения и люминесценции семян гороха

W, % Спектр возбуждения Спектр люминесценции

Н, о. е. Пэ,макс, е. Ф, о. е. фл^ак^ о. е.

5,0 831,6 12,7 953,2 10,9

11,4 806,0 11,8 915,3 10,0

17,6 604,9 8,5 694,0 7,7

19,0 425,3 5,7 465,1 5,13

32,3 424,6 5,5 460,3 5,07

Ф, о.е. 1000

800

600

400

200

0

Ф = -24^ + 137,6

1

%

0 5 10 15 20 25 30 35

Рисунок 10 - Зависимость относительного потока люминесценции семян гороха от влажности

390 410 -1-30 4:0 -1-70 490 510 530 550 570 590 610 630 Рисунок 11 - Усреднённый результат сканирования семян горчицы различной влажности

по возбуждению и регистрации

Таблица 6 - Параметры возбуждения и люминесценции семян горчицы

W, % Спектр возбуждения Спектр люминесценции

Н, о. е. Пэ,макс, о. е. Ф, о. е. фл,макс, о. е.

4,3 971,5 13,7 1212,2 14,4

6,0 883,8 11,7 1045,1 11,9

15,5 614,1 8,6 906,2 9,6

19,2 462,6 7,0 725,7 8,4

29,4 394,4 5,5 598,3 6,4

Ф, о.е. 1200

1000

800

600

400

200

0

2 7 12 17 22 27 32

Рисунок 12 - Зависимость относительного потока люминесценции семян горчицы от влажности

Рисунок 13 - Усреднённый результат измерения спектральных характеристик отражения семян пшеницы

различной влажности

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

Рисунок 14 - Усреднённый результат измерения спектральных характеристик отражения семян ржи различной

влажности

Результаты измерения спектральных свойств отражения семян пшеницы и ржи приведены на рисунках 13-14. Каждая кривая представляет собой усреднённое значение по 5 измерениям отдельно взятой партии семян определённой влажности. Зависимости р (X) для других исследованных культур имеют примерно схожий характер.

Обсуждение Для всех исследованных культур характеристики возбуждения Пэ(^) и люминесценции фл(Х) имеют для различных влажностей качественно схожий вид. Для зерновых культур характерны одномо-дальный спектр возбуждения и одномодальный спектр люминесценции. Для зернобобовых в спектре возбуждения одномодальность менее выражена. С увеличением влажности семян спектры возбуждения и люминесценции уходят вниз: снижается величина

максимумов и уменьшается интегральное значение (площадь под кривой). Пик максимума интенсивности люминесценции приходится на 500-510 нм для большинства исследованных культур (исключение -кукуруза, пик люминесценции которой составляет 465 нм). Рабочий диапазон (по уровню 0,5 от максимального значения) с увеличением влажности расширяется: максимум становится менее выраженным, как в случае с сухими образцами.

Стоксов сдвиг не меняется ни у одной из исследованных культур: разница между максимумами графиков возбуждения и люминесценции семян с различным содержанием влаги практически всегда постоянна и не зависит от неё.

Полученные графики Ф(^ (рис. 2, 4, 6, 8, 10, 12) представляют собой зависимость относительного потока люминесценции от влажности, на которых присутствует явная зависимость: интенсивность

люминесценции с увеличением влажности образцов уменьшается. Это справедливо для всех исследованных культур, однако с увеличением влажности разница в интенсивностях становится всё менее заметной (рис. 1, 3, 5). Данное явление накладывает ограничение на диапазон измерения влажности данным методом. Зависимость Ф(W) падающая и может быть аппроксимирована линейной зависимость вида (1). При этом коэффициенты a0 и a1 для всех исследованных культур зависят от величины сигнала: от наибольшего у кукурузы до наименьшего у ржи. Коэффициент a1 отрицательный и меняется от -259,6 до -14,0.

Выбивающиеся точки на кривых Ф(W) (рис. 6 и 10) свидетельствуют о возможной ошибке в единичных измерениях или погрешности метода определения влажности.

Полученные результаты в дальнейшем будут использованы для градуировки влагомера, созданного на основе измерения интегрального потока люминесценции с поверхности семян [21, с. 277-281].

Как видно из рисунков 13 и 14, спектральные характеристики отражения семян различной влажности не имеют качественных различий. С увеличением длины волны увеличивается доля отражённого излучения, вплоть до 80-90 % в ближней ИК-области. Однако никаких зависимостей между влажностью исследуемых образцов и долей отражённого излучения не наблюдается: кривые р(^) расположены хаотично и количественно нет никаких различий между отражением сухих и сильно увлажнённых образцов.

Заключение

Полученные зависимости характеристик и параметров возбуждения и люминесценции семян от влажности являются однозначными и позволяют построить градуировочные характеристики оптического люминесцентного влагомера. В то же время спектральные зависимости отражения р(^) не являются однозначными и мало отличаются друг от друга, что не позволяет использовать их для определения влажности семян.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мухитдинов М., Мусаев Э. С. Оптические методы и устройства контроля влажности. М. : Энергоатомиздат, 1986. 96 с.

2. Башилов А. М. Распознавание здоровых и некондиционных клубней картофеля по спектрам люминесценции. Труды МИИСП, 1980, т. 12, вып. 13. С. 35-38.

3. Башилов А. М. Электронно-оптическое зрение в аграрном производстве. М. : ГНУ ВИЭСХ, 2005. 326 с.

4. А. с. №561896 (СССР). Оптический влагомер/ В. П. Коробцев, ТянХак Су, Л. И. Лапенко. Опубл. в Б. И., 1977. № 22.

5. Рахимов Н. Р., Кутенкова Е. Ю., Исаев М. П., Болтабоев И. М. Оптоэлектронный метод определения влажности сыпучих материалов // Сборник материалов Международной научной конференции СибОптика. 2013. Новосибирск : СГГА. Том 1. С.246-252.

6. Технические характеристики спектро-флуориметра Флюорат-02-Панорама. Сайт компании «Люмэкс». Режим доступа: http://www.lumex.ru/ cаtаlog/flyuorаt-02-pаnorаmа.php#specifícаtion (Дата обращения: 27.02.2016).

7. Башилов А. М., Беляков М. В. Спектральные характеристики люминесценции и отражения семян агрокультур. Монография. М. : ФБГНУ ВИЭСХ, 2015. 288 с.

8. Беляков М. В. и др. Оценка влажности семян методом фотолюминесценции // Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции «Энергетика, информатика, инновации -2014» Смоленск : Универсум. 2014. С. 101-104.

9. Бондарева И. В. и др. Определение влажности семян по кинетике фотолюминесценции // Тезисы докладов XII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» Смоленск : Универсум, 2015. С. 33-37.

10. Беляков М. В. Типовые спектральные характеристики люминесценции семян растений // Естественные и технические науки, 2015. № 11. С.521-525.

11. Беляков М. В. Исследование спектральных характеристик семян пшеницы как приёмников излучения // Конкурс молодых учёных : Сборник материалов. Смоленск : Универсум, 2006. С. 88-92.

12. Беляков М. В. Оптико-электронная технология и средства управления биологической активностью семян. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М, 2008. 143 с.

13. Гомонов А. А., Беляков М. В. Оптические спектральные свойства семян // Наука - сельскохозяйственному производству и образованию. Сборник материалов международной научно-практической конференции. Т. 2 Агрономия. Ч. 1. ФГОУ ВПО «ССХИ». Смоленск, 2004. С. 83-85.

14. Беляков М. В. Оптические спектральные свойства отражения семян пшеницы // Материалы докладов научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии,

энергетика и экономика» Смоленск: филиал ГОУВ-ПО «МЭИ(ТУ)» в г. Смоленске, 2004. Т. 2. С. 9-11.

15. Беляков М. В. Оптические спектральные свойства семян растений // Материалы докладов и сообщений XI Российской конференции по теплофи-зический свойствам веществ. Т. 2. С-Петербург, 2005, с. 65

16. Беляков М. В. Спектральные и энергетические характеристики семян растений как приёмников излучения // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. XII Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. Тез. докл. в 3 томах. Т. 1. М. : МЭИ, 2006. С. 210-211.

17. Belyakov M. V. The spectral characteristics of cereal and leguminous plants seeds reflection // Fundamental science and technology-promising developments VII: Proceedings of the Conference. North Charleston 1-2.12.2015North Charleston, SC, USA: Create Space, 2015.p.134-136.

18. Belyakov M. V. The spectral characteristics of oilseed, fodder and vegetable plants seeds reflection // X International scientific and practical conference «International scientific review of the problems and prospects of modern science and education». Boston, USA, 2016 p. 39-42.

19. Ковалев И. И. Оценка ультрафиолетовых излучателей // Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. 1982. Вып. 1. С. 65-69.

20. ГОСТ 13586.5-93 Зерно. Метод определения влажности. Введен 01.01.1995. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск. 8 с.

21. Гавриленков В. А., Чулакова В. Г. Синтез оптической системы модели анализатора фотолюминесценции // Тезисы докладов V Международной научно-технической конференции «Энергетика, информатика, инновации - 2015» Смоленск : Универсум, 2015, Т. 1, С. 277-281.

REFERENCES

1. Muhitdinov M., Musaev Je. S. Opticheskie me-tody i ustrojstva kontrolja vlazhnosti. , M., Jenergoato-mizdat, 1986. , 96 pp.: il.

2. Bashilov A.M. Raspoznavanie zdorovyh i ne-kondicionnyh klub-nej kartofelja po spektram ljumines-cencii, Trudy MIISP, 1980, t.12, vyp.13, pp. 35-38.

3. Bashilov A.M. Jelektronno-opticheskoe zrenie v agrarnom proizvodstve, M. : GNU VIESH, 2005, 326 pp.

4. A. s. №561896 (USSR), Opticheskij vlagomer, V. P. Korobcev, TjanHak Su, L. I. Lapenko. Opubl. v B. I., 1977, No. 22.

5. Optojelektronnyj metod opredelenija vlazhnosti

sypuchih materialov / N. R. Rahimov, E. Ju. Kutenkova, M. P. Isaev, I. M. Boltaboev, Sbornik materialov Mezh-dunarodnoj nauchnoj konferencii SibOptika, 2013, Novosibirsk: SGGA, Tom 1., pp. 246-252.

6. Tehnicheskie harakteristiki spektrofluorimetra Fljuorat-02-Panorama. Sajt kompanii «Lumex». - Rez-him dostupa: http://www.lumex.ru/catalog/flyuorat-02-panorama.php#specification Data obrashhenija: 27.02.2016.

7. Bashilov A. M., Beljakov M. V. Spektral'nye harakteristiki ljuminescencii i otrazhenija semjan agro-kul'tur. Monografija, M.: FBGNU VIESH, 2015, 288 pp.

8. Beljakov M. V. etc. Ocenka vlazhnosti semjan metodom fotoljuminescencii, Tezisy dokladov IV Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Je-nergetika, informatika, innovacii - 2014», Smolensk: Universum, 2014, pp. 101-104.

9. Bondareva I. V. etc. Opredelenie vlazhnosti semjan po kinetike fotoljuminescencii, Tezisy dokladov XII Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii studentov i aspirantov «Informacionnye tehnologii, je-nergetika i jekonomika» Smolensk: Universum, 2015, pp. 33-37.

10. Beljakov, M. V. Tipovye spektral'nye harakteristiki ljuminescencii semjan rastenij, Estestvennye i tehnicheskie nauki, 2015, No11, pp.521-525.

11. Beljakov M. V. Issledovanie spektral'nyh ha-rakteristik semjan pshenicy kak prijomnikov izluchenija, Konkurs molodyh uchjonyh: Sbornik materialov, Smolensk: Universum, 2006 pp. 88-92.

12. Beljakov M. V. Optiko-jelektronnaja tehnolo-gija i sredstva upravlenija biologicheskoj aktivnost'ju semjan. Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni kandi-data tehnicheskih nauk, M, 2008, 143 pp.

13. Gomonov, A. A., Beljakov M. V. Opticheskie spektral'nye svojstva semjan, Nauka - sel'skohoz-jajstvennomu proizvodstvu i obrazovaniju. Sbornik materialov mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. T. 2 Agronomija. Ch.1. FGOU VPO «SSHI», Smolensk, 2004, pp. 83-85.

14. Beljakov M. V. Opticheskie spektral'nye svojstva otrazhenija semjan pshenicy, Materialy dokla-dov nauchno-tehnicheskoj konferencii studentov i aspi-rantov «Informacionnye tehnologii, jenergetika i jekonomika» Smolensk: filial GOUVPO «MPEI(TU)» v g. Smolenske, 2004 T. 2, pp. 9-11.

15. Beljakov M. V. Opticheskie spektral'nye svojstva semjan rastenij, Materialy dokladov i soobsh-henij XI Rossijskoj konferencii po teplofizicheskij svojstvam veshhestv. T. 2., S-Peterburg, 2005, pp. 65

16. Beljakov M. V. Spektral'nye i jenergeticheskie harakteristiki semjan rastenij kak prijomnikov izluchenija, Radiojelektronika, jelektrotehnika i jenergetika. XII

Mezhdunar. nauch.-tehn. konf. studentov i aspirantov. Tez. dokl. v 3 tomah. T. 1 M.: MPEI, 2006, pp. 210-211.

17. Belyakov M. V. The spectral characteristics of cereal and leguminous plants seeds reflection, Fundamental science and technology-promising developments VII: Proceedings of the Conference. North Charleston 1-2.12.2015-North Charleston, SC, USA: Create Space,

2015.p.134-136.

18. Belyakov M. V. The spectral characteristics of oilseed, fodder and vegetable plants seeds reflection, X International scientific and practical conference «International scientific review of the problems and prospects of modern science and education». - Boston, USA,

2016.p.39-42.

19. Kovalev I. I. Ocenka ul'trafioletovyh izlucha-telej, Nauchno-tehnicheskij bjulleten' po jelektrifikacii sel'skogo hozjajstva, 1982. Vyp. 1. pp. 65-69.

20. GOST 13586.5-93 Zerno. Metod opredelenija vlazhnosti. Vveden 01.01.1995. Mezhgosudarstvennyj sovet po standartizacii, metrologii i sertifikacii. Minsk, 8 pp.

21. Gavrilenkov V. A., Chulakova V. G. Sintez opticheskoj sistemy modeli analizatora fotoljuminescen-cii, Tezisy dokladov V Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Jenergetika, informatika, innovacii - 2015», Smolensk: Universum, 2015, T. 1, pp.277-281.

УДК 338.516.46; 621.3

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОТЕЛЬНЫХ

ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

© 2016

Бугров Сергей Александрович, кандидат технических наук, директор Нижегородский филиал «РЭА» Минэнерго России, Нижний Новгород

Мамонов Андрей Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроэнергетика, электроснабжение и силовая электроника» Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород

Аннотация. Основной задачей при оптимизации расчета себестоимости выработки тепловой энергии на котельных является в том числе и определение объектов с неэффективным использованием топливно-энергетических ресурсов и разработка мероприятий по повышению эффективности использования энергии. Квалифицированных кадров для проведения энергетических обследований не хватает, и в Российской Федерации организуется такое обучение во многих высших учебных заведениях. В этих условиях важным является комплексный подход к энергосбережению в целом, а именно: сокращение потребления энергоресурсов при выработке тепловой энергии и оптимизация статей затрат при защите тарифов в региональных службах по тарифам. При участии авторов проведено энергетическое обследование более 500 объектов коммунального хозяйства, включающих в состав котельные различного назначения и мощности. Анализ полученных в результате обследований позволяет сделать выводы о том, что плановая и аварийная замена оборудования в котельных происходит при отсутствии системного подхода. Отсутствуют алгоритмы подбора оборудования, и модернизация или ремонт проходят по принципу покупки наиболее дешевого или доступного аналога. При отсутствии официально установленного федеральным органом экономического развития системного порядка расчета и согласования (утверждения) плановой потребности в тепловой энергии для присоединенных (намечаемых к присоединению) объектов теплоснабжения, в целях оценки необходимой мощности для создания новой (реконструкции существующей) котельной и других ее параметров, возникает превалирующее право проектных организаций устанавливать любой размер мощности базированный на коммерческую основу стоимости проектирования.

Складывается ситуация, когда мощность установленного оборудования в несколько раз превышает необходимые значения, что приводит к нерациональной работе всей системы теплоснабжения. Учет всех факторов при модернизации котельных, включая требования гидравлической наладки системы, позволит не только снизить потребление топлива, электроэнергии или воды, но и повысить эффективность экономической составляющей деятельности. Оптимизация тарифной политики облегчит поиск средств на ремонт оборудования и позволит избежать убыточного процесса производства тепловой энергии.

Ключевые слова: тепловые котельные, повышение энергетической эффективности, энергоаудит, тариф на тепловую энергию, мероприятия по энергосбережению, регулируемые организации.