CC BY
29
УДК 725.3
РУКАВИШНИКОВА АННА МИХАЙЛОВНА, аспирант, anna_ru_84@mail. ru
ЛИХАЧЕВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ, канд. архит., профессор, советник РААСН,
Новосибирская государственная архитектурно-художественная академия, 630099, г. Новосибирск, Красный проспект, 38
ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В ЭНЕРГОЗАТРАТНЫХ УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
В статье рассмотрены классификация, особенности функционально-технологических процессов на животноводческих комплексах, размещаемых в энергозатратных условиях Сибири, приемы организации и преимущества застройки территорий - павильонной, блокированной, моноблочной. Проведен обзор современной практики проектирования и строительства животноводческих комплексов в Западной Сибири, а также сравнительный анализ архитектурно-строительных решений основных животноводческих корпусов, определены оптимальные параметры габаритных и конструктивных схем животноводческих зданий. Отмечено, что в Новосибирской и Кемеровской областях животноводческие комплексы с начала 2000-х гг. строятся по проектам и с поставками строительных конструкций, технологического оборудования немецкой фирмы Stein Baum. Рассматривается вопрос энергоэффективности при создании оптимальных технологических и ветеринарно-санитарных условий микроклимата в животноводческих помещениях.
Ключевые слова: животноводческие комплексы; архитектурно-планировочная организация; технологические процессы; энергоэффективность; энергосбережение.
ANNA M. R UKA VISHNIKOVA, Graduate Student, anna_ru_84@mail. ru
YEVGENIYN. LIKHACHEV, PhD, A/Professor, Novosibirsk State Academy of Architecture and Fine Arts, 38, Krasnyy Ave., 630099, Novosibirsk, Russia
ARCHITECTURAL AND PLANNING ORGANIZATION OF INTENSIVE LIVESTOCK UNITS IN WESTERN SIBERIA
The article deals with classification and characteristics of engineering and technical processes at livestock units taking into account energy consumption in Western Siberia as well as problems of arrangement and advantages of such building as mill, integrated, and single-block. A review of modern design and construction of livestock units in Western Siberia is presented, and a comparative analysis of architectural and construction concepts of the main livestock buildings, and their optimal dimensions and structural drawings is given herein. It is noted that since the early 2000s, in Novosibirsk and Kemerovo regions livestock units are built by projects and with procurements of building structures and equipment provided by the German company Stein Baum. The article considers a problem of energy efficiency in creating optimal technological and sanitary conditions in a livestock unit.
Keywords: livestock units; architectural and planning organization; engineering processes; energy efficiency; energy saving.
© А.М. Рукавишникова, Е.Н. Лихачев, 2013
Животноводство в России является одним из приоритетных направлений в развитии сельского хозяйства страны.
С 80-х гг. до начала XXI в. в хозяйствах Новосибирской области и других регионах Сибири практически не строились животноводческие комплексы, не проводилась их модернизация, применялись устаревшие архитектурно-планировочные технологии и устаревшая техника, не обеспечивающая оптимальных условий содержания и обслуживания животных.
В настоящее время условия рынка диктуют предприятиям по выращиванию крупного рогатого скота и свиней необходимость соблюдения экономии на всех этапах организации и ведения бизнеса, начиная от выбора площадки для строительства и до реализации продукции. Максимальная эффективность на всем жизненном цикле производственного процесса достигается за счет применения современных технологий и оборудования. Поиск путей и способов сокращения затрат сегодня особенно актуален, а опыт внедрения современных мировых технологий, адаптированных к российским условиям, крайне полезен.
Животноводческий комплекс отличается высоким технологическим уровнем организации архитектурного пространства (совокупность зданий, сооружений, водных источников, дорог и земельной территории, объединенных единым технологическим процессом). Важнейшая особенность комплекса не столько в большом поголовье скота, сколько в тесной взаимосвязи организационной структуры предприятия, технологических приемов, конструкций помещений, системы машин, кормовой базы и других элементов производства [1].
Организация животноводческих комплексов (ферм) прежде всего связана с обоснованием их специализации и размеров, определением видов и количества размещаемого скота.
Животноводческие комплексы подразделяются по четырем признакам (рис. 1):
Рис. 1. Классификация животноводческих комплексов
1. По видам: крупнорогатый скот (КРС), свиноводство, овцеводство, коневодство и т. д.
2. По назначению: племенные (занимаются совершенствованием пород и выращиванием племенного молодняка), товарные (занимаются производством мяса и молока).
3. По специализации: КРС - молочные, мясные, по выращиванию ремонтного молодняка, по откорму молодняка; свиноводство - репродуктивные, откормочные, с законченным производственным циклом.
4. По мощности: малые (200-400 голов), средние (600-1200 голов), крупные (2000-6000 голов), крупнейшие 10 000 и более голов.
Животноводческий комплекс включает большой набор технологических, производящих и обслуживающих систем, на взаиморасположении и сочетании которых строится вся его объемно-планировочная структура (рис. 2) [1].
ЖИВОТНЫЕ
Получение
готовой продукции
Кормление М-
| Поение
Создание микроклимата
Гигиена и ветеринарная служба
Удаление отходов
содержание и отдых животных - производство продукции
и
обработка \ выдача продукций]
прием кормов ^ хранение
приготовление ^ раздача кормов
получение и хранение воды
подготовка и распределение
подготовка и распределение
сбор и очистка
выброс отработанного и очищенного воздуха
ветеринарным контроль
дезинфекция
облучение
освещение
выбраковка, удаление и ликвидация больных животных
сбор навоза
удаление и хранение
переработка и использование
ЧЕЛОВЕК
| работа| обслужи вание
раздача воды | забор воздуха
■4- -
■4- --
-1
■4- -
-1
-
М- -
управление и учас тие в производстве
приход на работу _
подготовка к производственному процессу
переодевание
х
санитарная обработка
ОТ£
завершение работы и уход домой
1 ф2
3
Рис. 2. Технологические и функциональные процессы на животноводческих комплексах: 1 - наиболее ответственные процессы; 2 - рабочие посты; 3 - наблюдение
Оптимальный уровень концентрации скота определяется не только преимуществами содержания на крупных фермах, но и территориальными условиями землепользования. Как всякие крупные предприятия, животноводческие комплексы и фермы должны иметь устойчивые транспортные связи, которые зависят от их размещения относительно сельскохозяйственных угодий, жилых территорий и производственных центров, пунктов сдачи продукции, а также определяются развитием транспортной инфраструктуры дорожной сети, по которой могла бы осуществляться доставка кормов, готовой продукции, рабочего персонала, топлива, оборудования, необходимых грузов.
В силу этого территориальное обоснование комплексов - достаточно сложная и ответственная проектная задача, при решении которой следует учитывать экономические, социальные, экологические, а также архитектурно-планировочные условия.
В практике проектирования и строительства сложились следующие приемы организации застройки территории животноводческих комплексов.
1. Павильонный прием застройки, который делится на строчную (одно-и двухрядную), радиальную, кольцевую или периметральную и групповую (рис. 3). Павильонный прием застройки представляет собой сочетание отдельно стоящих зданий, преимущественно одноэтажных, относительно небольшой ширины. К павильонному приему застройки, кроме того, относятся:
- свободная застройка, которая характеризуется отсутствием строгой геометрической системы в расположении зданий. Такая застройка вызывается природными условиями и особенностями сложившейся застройки при реконструкции действующих ферм;
- смешанная застройка, в которой сочетаются различные приемы застройки.
□ □□□ □ □□□
Строчная
О рття О о'™' О
Радиальная
Кольцевая (периметральная)
00
00
Групповая
Рис. 3. Павильонная застройка комплексов
2. Блокированный прием застройки, который подразделяется на двустороннюю гребенку, двустороннюю гребенку со смещением, одностороннюю гребенку и звездообразную центрическую (рис. 4).
Двусторонняя гребенка
1
в
Двусторонняя гребенка со смещением
V//////
Односторонняя гребенка
Звездообразная центрическая
а
б
Рис. 4. Блокированная застройка животноводческих комплексов (а), молочный комплекс на 1200 коров при боксовом содержании (б) (реконструкция фермы на 800 коров стойлового содержания):
1 - коровник на 300 голов; 2 - доильный зал; 3 - столовая; 4 - доильно-молочный блок; 5 - родильное отделение; 6 - ветлечебница; 7 - стационар на 10 мест; 8 - изолятор на 10 мест; 9 - весовая; 10 - котельная; 11 - выгульные площадки; 12 - помещения для тракторов; 13 - дезбарьер; 14 - сенажная траншея; 15 - овощехранилище; 16 - санпропускник; 17 - кормоприготовительная; 18 - склад корнеплодов; 19 - склад концентратов
Блокированный прием застройки характеризуется объединением зданий основного и вспомогательного назначения в один или несколько блоков (объемов). Здания могут блокироваться под одной крышей или с помощью закрытых переходов [2].
Примером блокированной застройки является молочный комплекс на 1200 коров с беспривязно-боксовым содержанием (рис. 4, б), реконструированный из молочной фермы на 800 коров стойлового содержания. Все здания для содержания коров (в комплексе существовала павильонная застройка) сблокированы путем строительства между ними доильно-молочных блоков, столовых для кормления коров и доильных залов; кроме того, в них оборудованы переходные галереи для прохода коров к доильным залам [3].
3. Моноблочный прием застройки включает в себя одномоноблочную и двухмоноблочную застройки (рис. 5).
Одномоноблочная
Двухмоноблочная
8 —
7
3 1 1 1 5
2
4 1 1 1 6
Рис. 5. Моноблочная застройка комплексов (а); схема комплекса по производству молока на 800 коров (б): 1 - коровник; 2 - кормоприготовительная; 3 - доильно-молочный блок; 4 - административно-бытовое помещение; 5 - выгульные площадки; 6 - изолятор; 7 - дезбарьер; 8 - силосная траншея; 9 - дезблок для транспорта; 10 - площадка для хранения корнеплодов; 11 - сарай для сена; схема зонирования здания-моноблока (в): 1 - помещение для коров; 2 - доильное помещение; 3 - родильное отделение; 4 - телятник; 5 - бытовые помещения; 6 - помещение для хранения инвентаря; 7 - помещение для хранения и приготовления кормов; 8 - навозохранилище
а
б
в
Блокирование зданий и сооружений позволяет более чем на 50 % сократить территорию комплекса, периметр наружных стен зданий, протяженность коммуникаций, облегчить управление производством, а также улучшить бытовое обслуживание работающих на комплексе. К недостаткам блокирования можно отнести усложнение в организации микроклимата производственных помещений и естественной освещенности, увеличение стрессов животных [2].
Примером моноблока является комплекс по производству молока на 800 коров (рис. 5, б, в.)
На рис. 6 представлены конструкции животноводческих зданий различной ширины и принципиальная схема блокировки помещений для крупного рогатого скота [3].
Анализ практики строительства животноводческих комплексов Сибири показал, что до середины 70-х гг. преобладала строчная павильонная застройка, в конце 80-х - моноблочная. В настоящее время ведется широкое строительство животноводческих комплексов ангарного типа по проектам фирмы Stein Baum с поставками технологического оборудования и строительных конструкций из Германии. Так, в с. Пеньково Новосибирской области в 2012 г. введён в эксплуатацию молочный комплекс ангарного типа на 1800 голов, построенный с использованием передовых технологий в животноводстве. В их числе: беспривязное содержание поголовья в коровниках Wolf System с групповыми и индивидуальными боксами, содержание телят на свежем воздухе в индивидуальных домиках, электронный менеджмент стада, сбалансированные рационы и технологии кормления. В п. Ваганово Кемеровской области построена первая очередь автоматизированного животноводческого комплекса на 2100 коров элитных пород с достижением надоя на корову 9000 кг молока в год. Большой коровник на 625 голов размером 33x152 м и специальная вентиляция обеспечивают комфортное содержание коров, а конструкции из дерева - оптимальный микроклимат без конденсата и излишней влажности. На нем используются следующие технологии: роботодоение, интеллектуальные скребки навозоудаления, каучуковые матрацы для лежанок, автоматические щетки для чистки коров и др. [4].
На рис. 6 и 7 приведены габаритные и конструктивные схемы животноводческих зданий.
Рис. 6. Габаритные схемы животноводческих зданий: а - одноэтажные, однопролетные здания; б - одноэтажные здания большей площади; в - широкогабаритные здания
Рис.7. Конструктивные схемы животноводческих зданий:
а - деревянные конструкции; б - металлоконструкции
В строительстве животноводческих комплексов раньше применялись железобетонные конструкции. Практика показала, что использование таких конструкций не способствует повышению продуктивности скота. Причина -плохой микроклимат во внутренних помещениях. Летом они очень сильно нагреваются на солнце, а зимой из-за больших теплопотерь в помещениях холодно. Появление новых технологий и современных материалов улучшили условия содержания скота. Сегодня при строительстве коровника чаще применяют деревянные конструкции, камень, кирпич, металлический профиль и сэндвич-панели.
Лучшим материалом в силу экологических характеристик является дерево, но оно подвержено гниению. Увеличить срок эксплуатации деревянного животноводческого комплекса можно за счет обработки защитной пропиткой, устройством системы контроля и регулировки влажности и температуры внутренних помещений, но это увеличивает его стоимость.
Все чаще в последнее время строительство животноводческого комплекса осуществляется путем возведения ангаров, в которых используются сэндвич-панели. Материал их покрытия достаточно устойчив к агрессивной среде внутренних помещений.
Каменные животноводческие комплексы малопригодны для содержания скота в регионах с холодным климатом: из-за большой влажности, плохого воздухообмена и низких температур скот в них часто болеет. В животноводческих комплексах из кирпича (кирпич воздухопроницаем и влагоустойчив) микроклимат значительно лучше, чем в каменных, они долговечны.
Передовые технологии строительства животноводческих комплексов с применением легких металлических конструкций и сэндвич-панелей позволяют снизить расходы на их возведение в несколько раз. Небольшой срок строительства ангара и возможность строить его независимо от времени года - это важные аргументы в пользу такого материала, кроме того, сокращение сроков строительства обеспечит сокращение трудозатрат.
Высокая функциональность здания, достигаемая благодаря современным технологиям строительства и рационально спроектированным внутренним помещениям, позволяет повысить рентабельность производства. Современные технологии по строительству животноводческих комплексов обеспечивают сокращение сроков окупаемости затрат на их строительство.
Одна из самых актуальных проблем сегодняшнего времени - вопросы энергоэффективности и энергосбережения.
Эффективность животноводства в значительной мере зависит от микроклимата, создаваемого в животноводческих помещениях [5].
Так, отклонение параметров микроклимата от установленных пределов приводит к уменьшению удоев молока на 10-20 %, прироста живой массы -на 20-33 %, увеличению отхода молодняка до 5-40 %, уменьшается устойчивость животных к заболеваниям, увеличивается расход дополнительного количества кормов, сокращается срок службы оборудования, машин и самих зданий [6].
С другой стороны, общие затраты энергии на создание и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях составляют 32 % от всей энергии, потребляемой в отрасли. Поэтому в животноводстве в общем комплексе задач по экономии и эффективному использованию топливно-энергетических ресурсов одним из важных направлений является разработка и внедрение энергосберегающего оборудования для создания оптимального микроклимата.
Важные направления экономии энергоресурсов в животноводстве - утилизация тепла, содержащегося в воздухе животноводческих помещений [7]. Основное же условие для получения экономии электроэнергии в системах микроклимата - правильный выбор теплоутилизатора для конкретного животноводческого помещения.
Наиболее перспективным направлением энергосбережения является создание требуемого микроклимата непосредственно в зоне расположения животных с полной регенерацией воздуха животноводческого помещения, реализуемое с помощью автоматизированной системы кондиционирования воздуха [8].
Таким образом, следует повышать эффективность функционирования животноводческих комплексов путем строительства новых и реконструкции уже существующих на основе современных технологических и архитектурно-планировочных решений.
Библиографический список
1. Архитектурное проектирование агропромышленных комплексов // под ред. В.В. Мусатова. - М. : Агропромиздат, 1990. - С. 140-145.
2. Демин, О.Б. Проектирование агропромышленных комплексов / О.Б. Демин, Т.Ф. Ель-чищева. - Тамбов : ТГУП, 2005. - С. 131.
3. Планировка сельских населенных мест // под ред. В.М. Богданова. - М. : Колос, 1980. -С. 160-189.
4. Пустоветов, Г.И. Тенденции развития типологии сельских общественных и производственных объектов в аграрной зоне Сибири / Г.И. Пустоветов, Е.Н. Лихачев // Вестник ТГАСУ. - 2012. - № 4. - С. 57-65.
5. Панченко, Ю.Ф. Энергоэффективность использования нового теплозащитного материала для снижения теплопотребления зданий и сооружений / Ю.Ф. Панченко, Г.А. Зима-кова, Д.А. Панченко // Вестник ТГАСУ. - 2011. - № 4. - С. 97-106.
6. Амерханов, Р.А. Решение задачи воздухообмена в животноводческом помещении: Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве / Р.А. Амерханов, К.А. Гарька-вый, И.В. Шевчук // Тр. 3-й Международной научно-технической конференции (14-15 мая 2003 г., Москва, ГНУ ВИЭСХ).
7. Энергосберегающие технологии формирования оптимального микроклимата в животноводческих помещениях: Технологическое и техническое обеспечение производства продукции животноводства / И.Ф. Бородин, С.П. Рудобашта, В.А. Самарин, Г.Н. Самарин // Науч. тр. ВИМ, т. 142, ч. 2. - М. : ВИМ, 2002. - С. 113-115.
8. Мишуров, Н.П. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях / Н.П. Мишуров, Т.Н. Кузьмина // Научный аналитический обзор. - М., 2004. - С. 5-7.
References
1. Arhitekturnoe proektirovanie agropromyshlennyh kompleksov [Architectural design of agro-industrial complexes]. Ed. V.V. Musatov. Moscow : «Agropromizdat», 1990. P. 140-145. (rus)
2. Demin, O.B., Yelchishcheva, T.F. Proyektirovaniye agropromyshlennykh kompleksov [Design of agroindustrial complexes]. Tambov, TGUP [Tambov Derzhavin State University], 2005. P. 131. (rus)
3. Planirovka selskikh naselennykh mest [Country planning]. Ed. V.M. Bogdanov. Moscow : Ko-los, 1980. P. 160-189. (rus)
4. Pustovetov, G.I., Likhachev, Ye.N. Tendentsii razvitiya tipologii selskikh obshchestvennykh i proizvodstvennykh obyektov v agrarnoy zone Sibiri [Development trends of rural typology of public and industrial facilities in the agricultural region of Siberia]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2012. No. 4. P. 57-65. (rus)
5. Panchenko, Yu.F., Zimakova, G.A., Panchenko, D.A. Energoeffektivnost ispolzovaniya novo-go teplozashchitnogo materiala dlya snizheniya teplopotrebleniya zdaniy i sooruzheniy [Energy use of a new heat-resistant material to reduce heat consumption of buildings and structures]. Vestnik ofTomsk State University of Architecture and Building. 2011. No. 4. P. 97-106. (rus)
6. Amerkhanov, R.A., Garkavyy, K.A., Shevchuk, I.V. Resheniye zadachi vozdukhoobmena v zhivotnovodcheskom pomeshchenii: Energoobespecheniye i energosberezheniye v selskom khozyaystve [Air exchange problem in a livestock unit: Energy supply and energy saving in agriculture]. Tr. 3-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii (14-15 maya 2003 g., Moskva, GNU VIESKh).
7. Borodin, I.F., Rudobashta, S.P., Samarin, V.A., Samarin, G.N. Energosberegayushchiye tekhnologii formirovaniya optimalnogo mikroklimata v zhivotnovodcheskikh pomeshcheni-yakh: Tekhnologicheskoye i tekhnicheskoye obespecheniye proizvodstva produktsii zhivotnovodstva [Energy saving environment technologies in livestock units: Engineering and technology of animal products]. Proc. All-Russian Research Institute of Agriculture Engineering, V. 142, P. 2. Moscow : VIM, 2002. P. 113-115. (rus)
8. Mishurov, N.P., Kuzmina, T.N. Energosberegayushcheye oborudovaniye dlya obespecheniya mikroklimata v zhivotnovodcheskikh pomeshcheniyakh [Energy saving equipment for the livestock unit environment]. Nauchnyy analiticheskiy obzor [Scientific analytical survey]. Moscow, 2004. P. 5-7. (rus)
