Требования к освещению теплиц

Какие документы применяются

В России нет обязательной таблицы PPFD по культурам. Требования к свету в теплице собираются из документов с разным статусом, и часть из них описывает свет для растений в ваттах ФАР, а не в микромолях:

Три задачи в одной теплице

1. Свет для растений — облучённость ФАР, PPFD, DLI, спектр и фотопериод по агрономическому заданию.
2. Рабочее освещение персонала — в люксах, по СанПиН 1.2.3685-21 и СП 52.13330.2016. Для тепличных предприятий ОСН-АПК 2.10.24.001-04 (табл. 3, разд. 7) даёт 75 лк для экспедиций (сортировка, упаковка), помещений изготовления питательных кубиков и проращивания семян и 50 лк для хранения лука и корнеплодов на выгонку (п. 7.2).
3. Дежурное и аварийное освещение — в проездах и коридорах 10 лк на уровне пола, аварийное 0,5 лк (СП 107.13330.2012 п. 8.3, РД-АПК п. 9.6.6). Эвакуационное освещение — по СП 52 и ГОСТ Р 55842-2013, если оно требуется объекту.

Карта PPFD на пологе не подтверждает освещение сортировочного поста, а расчёт в люксах ничего не говорит о световой дозе растения.

Нормы облучения растений

РД-АПК 1.10.09.01-14 и ОСН-АПК 2.10.24.001-04 задают уровни в энергетических единицах ФАР (400–700 нм):

Пересчёт выполнен с коэффициентом 4,6 мкмоль/Дж (солнечный спектр). Для светодиодных источников коэффициент зависит от спектра: у красного 660 нм он выше (около 5,5 мкмоль/Дж), у белого — около 4,6–4,8, поэтому паспорт светильника сравнивают с нормой в Вт/м² через спектральное распределение, а не через один множитель.

Другие положения РД-АПК, которые стоит перенести в задание:

• досвечивание предусматривают, если суточное количество ФАР, проходящее в теплицу, меньше 0,9 минимального физиологического критерия (п. 6.1.1);
• в круглогодовых теплицах севернее 45° с. ш. в европейской части и 50° с. ш. в азиатской системы досвечивания рассады обязательны для проекта (п. 9.2.1);
• равномерность: у крайних растений не менее 70 % от уровня в центре установки, в 1 м от края — не менее 80 %, в 2 м — 90 % (п. 9.2.4);
• в теплицах с искусственным облучением предусматривают горизонтальные светоотражающие экраны (п. 9.2.3);
• продолжительность облучения рассады — по фазам (табл. 13): всходы 24 ч 2–3 дня, сеянцы томата 16 ч 10–12 дней, рассада до расстановки 16 ч, после расстановки 14 ч, затем 12 ч; для IV–VI световых зон 8–18 ч в сутки.

Агрономические ориентиры по культурам

Цифры ниже — не нормы, а сводные ориентиры из практики защищённого грунта и университетских программ по светокультуре. Для конкретного сорта, стадии, температуры и концентрации CO₂ их уточняет агроном:

Сравните с РД-АПК: 70 Вт/м² ФАР для овощных теплиц — около 320 мкмоль/(м²·с), рекомендованные 80–160 Вт/м² при искусственном облучении — 370–740 мкмоль/(м²·с). Российские рекомендательные нормы и зарубежная практика лежат в одном диапазоне.

Расчёт досветки

Шаг 1. Естественный свет

Ориентировочный DLI на открытой площадке по данным солнечной радиации; внутри теплицы умножьте на светопропускание ограждения — обычно 0,5–0,7 с учётом конструкций, загрязнения и экранов:

Шаг 2. Дефицит

DLI дефицит = DLI целевой − DLI естественный внутри теплицы

Томат в Москве в декабре: целевой DLI 25 моль (ориентир), снаружи 3 моль, внутри при светопропускании 0,6 — около 2 моль. Дефицит 23 моль/(м²·сут).

Шаг 3. Требуемый PPFD досветки

PPFD = DLI дефицит / (часы × 0,0036)
PPFD = 23 / (16 × 0,0036) = 399 ≈ 400 мкмоль/(м²·с)

Проверка по РД-АПК: 400 мкмоль/(м²·с) — около 87 Вт/м² ФАР, внутри рекомендованных 80–160 Вт/м² (п. 6.1.4).

Шаг 4. Количество светильников

N = (PPFD × S) / (PPF × UF × MF)

• PPF — фотонный поток светильника по паспорту, мкмоль/с;
• UF — доля фотонов, попадающих на полезную площадь: зависит от оптики, высоты подвеса и экранов, для верхнего досвечивания 0,8–0,9 по фотонной карте производителя;
• MF — коэффициент эксплуатации: загрязнение, деградация светодиодов, температура, 0,85–0,9 по паспортным кривым.

Пример: 1000 м², целевой PPFD 400 мкмоль/(м²·с), светильник LED 600 Вт с PPF 1800 мкмоль/с (PPE 3,0 мкмоль/Дж), UF 0,85, MF 0,9:

N = (400 × 1000) / (1800 × 0,85 × 0,9) = 400 000 / 1 377 = 290,5 → 291
С учётом рядов: 292 светильника (4 ряда по 73)
Установленная мощность: 292 × 0,6 = 175 кВт, или 175 Вт/м²

Итог подтверждают моделью массива по фотонной карте производителя и проверяют сетку PPFD на нескольких высотах полога.

Размещение

• Высоту подвеса и шаг определяют расчётом (СП 107.13330.2012 п. 8.4), а не по мощности прибора: у светильников с разной оптикой одинаковая мощность даёт разную равномерность.
• Верхнее досвечивание над рядами — для шпалерных культур (томат, огурец); шахматное — для салата и рассады; межрядное — когда верхний ярус затеняет нижний.
• Критерий равномерности берите из РД-АПК п. 9.2.4 или из агрономического задания; проверяйте PPFD у крайних растений, а не только в центре.
• Разные зоны — разные уровни: рассадное отделение (ориентир 150–250 мкмоль/(м²·с)), основная культура (300–600), буферная зона адаптации и отбраковки (100–200).

Требования к светильникам

Кратко — подробности в статье Фитосветильники: как выбрать для теплицы:

• PPF и PPE по протоколу испытаний, спектральное распределение и фотонная карта — обязательные данные; требования к LED-облучателям для промышленных теплиц устанавливает ГОСТ Р 57671-2017;
• степень защиты по ГОСТ 14254-2015 — по фактическому воздействию: конденсат и полив (IP65), мойка под давлением (IP66 и IPX9 по ГОСТ 14254-2015 или IP69K по ISO 20653);
• стойкость корпуса, кабелей и уплотнений к удобрениям и средствам обработки — по паспорту, степень IP её не описывает;
• работа при температуре под кровлей летом (30–40 °C) без потери потока и ресурса — по температурным кривым паспорта;
• маркировка EAC (ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011), класс защиты и заземление для особо сырых помещений по ПУЭ, УЗО в цепях освещения;
• фотобиологическая безопасность для персонала при UV и мощном синем излучении — по ГОСТ Р МЭК 62471.

Управление досветкой

Пример программы (томат, целевой DLI 25 моль, тёмный период с 22:00):

06:00 — расчёт прогноза естественного DLI на день
Если прогноз меньше 25 — включить досветку с PPFD, достаточным для дефицита за оставшиеся часы
Каждый час — пересчёт по фактическому датчику ФАР, диммирование
22:00 — отключение досветки, тёмный период до 06:00

Экономия от управления по DLI зависит от региона и сезона: в декабре в Москве светильники работают почти всё расписание, в марте — часть дня. Считайте её по фактическим данным облучённости, а не по общим процентам. При двухставочном тарифе часть досветки переносят на ночные часы — в пределах допустимого фотопериода культуры.

Электроснабжение и экономика

Из примера выше: 175 кВт на 1000 м², то есть около 1,75 МВт на гектар — досветка часто определяет мощность ввода тепличного комбината. Годовое потребление при 2 000 часах досветки (примерно с октября по март в Москве при управлении по DLI):

175 кВт × 2 000 ч = 350 000 кВт·ч в год на 1000 м²
При тарифе 6 руб/кВт·ч — около 2,1 млн руб (подставьте свой тариф)

Сравнение с ДНаТ при одинаковом PPF на пологе. Паспортные значения PPE для примера: LED 3,0 мкмоль/Дж, ДНаТ с электронным ПРА 1,8 мкмоль/Дж:

Разница около 1,4 млн руб в год на 1000 м² только по электроэнергии. К ней добавьте замену ламп ДНаТ (ресурс по паспортам 10–24 тысячи часов со снижением потока) и снижение тепловой нагрузки на вентиляцию. Срок окупаемости считайте по своим ценам: стоимость LED-комплекта с монтажом, делённая на годовую экономию с учётом замен ламп. Прибавку урожая от спектра включайте в расчёт только по данным агронома или испытаний на вашем объекте.

Типовые ошибки

1. Норма «из интернета» вместо задания

Результат: спор с проектировщиком и поставщиком, какие цифры правильные. Решение: агрономическое задание с PPFD, DLI, спектром и фотопериодом, ссылка на РД-АПК в ТЗ.

2. Расчёт в люксах

Результат: светильник с высоким световым потоком для глаза и низким фотонным потоком для растений. Решение: PPF и PPFD по паспорту и квантовому датчику; люксметр — только для рабочих мест персонала.

3. Равномерность не проверена у края

Результат: крайние ряды отстают в росте. Решение: критерий РД-АПК п. 9.2.4, светоотражающие экраны, сетка измерений после монтажа.

4. Светильники общего назначения в теплице

Результат: конденсат в корпусе, коррозия от удобрений, отказы драйверов от жары. Решение: степень защиты по условиям зоны, химстойкость по паспорту, температурные кривые, ГОСТ Р 57671-2017 в договоре поставки.

5. Досветка без управления

Результат: лишние киловатт-часы весной и осенью, нарушение фотопериода. Решение: датчик ФАР и управление по DLI, диммируемые светильники.

Заключение

1. Обязательной нормы PPFD в России нет — уровни задают РД-АПК 1.10.09.01-14 и ОСН-АПК в Вт/м² ФАР (25 для рассады, 70 для овощных теплиц, 80–160 при искусственном облучении) и агрономическое задание.
2. Своды правил и рекомендации работают через ТЗ — запишите их в задание на проектирование.
3. Считайте дефицит DLI по региону и сезону, затем PPFD и количество светильников с UF и MF.
4. Персонал и аварийное освещение нормируются отдельно, в люксах.
5. Итог подтверждайте измерением сетки PPFD квантовым датчиком на высоте полога.

О физике фотонных величин — в статье Освещение для растений: спектр и фотосинтез. Предварительный расчёт массива можно сделать в 3D-калькуляторе.

Смотреть каталог светильников для теплиц и ферм