CC BY
54
УДК 631. 234
ГРИБОВОДЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ И ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ХОЗЯЙСТВ
А. А. Блажное, к.т.н. (ФГОУВПО ОрелГАУ)
Культивируемые грибы содержат до 7,5 % белка и ряд необходимых человеческому организму витаминов и минеральных веществ. Высокие питательные и вкусовые качества грибов обусловили увеличение их мирового производства, которое за последние 20 лет возросло примерно вдвое и в настоящее время превышает 3 млн. т. в год. Наиболее крупным производителем является Китай—около 1 млн. т, 400 тыс. т выращивается в США. В развитых европейских странах промышленное грибоводство стало одно из основных отраслей сельскохозяйственного производства. Из ряда введённых в искусственную культуру съедобных грибов в основном выращиваются шампиньоны (1 млн. т) и вешенка (35 тыс. т.). Так в Нидерландах ежегодный объём производства шампиньонов составляет 255, Франции—175, Польше—120, Испании и Италии—по 110 тыс. т. Из стран с развитым грибоводством наиболее высокий показатель производства на душу населения в Нидерландах—16 кг в год. В России в последнее двадцатипятилетие наращивается производство шампиньонов и вешенки, составившее в истекшем году примерно 9 тыс.т. Разработанной отраслевой программой предусматривается увеличение годового объема культивирования грибов до 15 тыс.т., что несопоставимо с мировым уровнем и недостаточно для удовлетворения потребности населения в этом виде продукции.
Технология выращивания вешенки, для которого используются отходы сельскохозяйственного производства (например, солома злаковых культур, лузга подсолнечника и гречихи), менее сложная, чем шампиньонов, и наиболее подходит для применения в фермерских и индивидуальных хозяйствах. К особенностям производства вешенки, влияющим на строительные решения сооружени , относятся повышенная влажность воздуха в период плодоношения (/=75-95% при температуре 15-25°С) и необходимость естественного или искусственного освещения в течение 812 ч. в сутки. Биологическая особенность вешенки -более высокая урожа ность на вертикально поверхности субстрата, чем на горизонтальной. В связи с этим средства выращивания (например, пленочные мешки, наполненные измельченно влажно соломо с разросшейся грибницей), устанавливаются в культивационное помещение рядами, высота которых значительно превышает их ширину.
Для культивирования вешенки используются как специальные, так и приспособленные помещения: подвалы, животноводческие постройки и др. Однако использование приспособленных помещени не всегда возможно, а строительство грибоводческого здания из традиционных материалов и конструкци (кирпича, железобетона и т.д.) требует существенных капиталовложени . С целью снижения затрат для проектирования и строительства рекомендуется легкое сооружение с стальным каркасом (его основными элементами являются арки из облегченных
профилей и предварительно напряженные проволочные прогоны) и ограждающей конструкцией в виде мягкой утепленной оболочки с внешними слоями из светостабилизированной полиэтиленовой пленки. Предлагаемая конструктивная схема каркаса грибоводческого сооружения приведена на рис. 1. Возможность ее практическо й реализации устанавливалась на основании натурного испытания статической нагрузкой арки каркаса пролетом 9м из гнутых профилей. Анализ напряженно-деформированного состояния испытанной конструкции показал следующее: реальное поведение арки в процессе испытания соответствовало принятой расчетно й схеме; болтовые соединения элементов конструкции практически не влияли на ее де-формативность; предварительно напрягаемые проволочные прогоны недостаточно надежно раскрепляют арку из ее плоскости и для обеспечения обще усто чивости конструкции необходимо предусматривать дополнительные распорки из труб в четвертях пролета по все длине сооружения.
Рисунок 1 - Схема каркаса грибоводческого сооружения: 1 - арка; 2 - проволочные прогоны; 3 - распорка;
4 - связи
Технологически требуемая площадь арочного сооружения обусловливает возможность выбора ряда соответствующих ей значений планировочных параметров. Для нахождения оптимального пролета в функции площади сооружения составлялась и исследовалась целевая функция
П = Ен ■ X С (ь) + Э(ь)^ шш (1)
при условии 8=А-Ь=сош1;,
где: П - приведенные затраты на единицу площади сооружения; Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Сг- - затраты на отдельные конструктивные элементы; 3 - годовые затраты на отопление; Б, А, Ь - соответственно площадь, длина и пролет сооружения.
Исследование полученно функции приведенных затрат:
4 I? ь
П = 0,487 —2 + 211,67 — +1,761 + 87,74 — +
5 5
121,82 102,24
5
Ь
+
( руб_
(2)
показало их монотонное возрастание с увеличением пролета (рис. 2), что обусловлено изменением в большую сторону площади ограждающих конструк-ци и теплопотерь. В связи с этим устанавливалось изменение приведенных затрат на единицу продукции, так как при варьировании пролета изменяется масса субстрата для выращивания грибов, укладываемого в сооружение. Определенно, что при площа-
+
ди сооружения до 200 м2 экономически целесообразен пролет 6 м, от 200 до 400 м2 - 7.5 м, а свыше 400м2 - 9 м.
тия, процесс теплопередачи через ограждение принимался стационарным (рис. 4), так как в зимни период суточные амплитуды температуры, как правило, невелики. При стационарном режиме количество тепла, проходящее в единицу времени через ограждающую конструкцию и слой снега на покрытии (тепло не затрачивается на снеготаяние) должны быть равны:
0 = Ов = Оп = Оси = Он
(3)
где: 0в , Оп, 0сн, 0н - количество тепла, воспринимаемое внутренней поверхностью, проходящее через покрытие, проходящее через слой снега на покрытии, отдаваемое наружной поверхностью снега.
Рисунок 2 - Изменение удельных приведенных затрат: 1 - 8 = 200 м2; 2 - 8 = 400 м2; 3 - 8 = 600 м2;
(----- на 1 м2 сооружения; - - - на 1 т продукции)
Установленные значения оптимальных пролетов наряду с технологическими и конструктивными (к геометрическо схеме арки для обеспечения самосне-гоудаления) требованиями учитывались при разработке габаритных схем вешенницы, приведенных на рис. 3.
+4,800
рисунок 4 - схема теплопередачи через покрытие
- івп ів - івп
1
ав Рв
а,
1
пг ! 180
щивания вешенки
Вешенница с арочной формой покрытия относится к сооружениям с чисто экономической ответственностью и имеет ряд особенностей, позволяющих уменьшить снеговую нагрузку вследствие возможности самоснегоудаления при подтаивании на границе снег - покрытие: совмещенное быстро прогреваемое покрытие; небольшо коэффициент трения скольжения снега по полимерно кровле (от 0,02 до 0,08); достаточно высокая расчетная температура внутреннего воздуха(15°С); необходимый уклон (>18°) и небольшая длина ската покрытия. Известно, что снег обладает теплоизоляционным сво ством и при достаточно толщине осадков на покрытии температура нижнего слоя снега вследствие тепловыделений повысится до 0°С, то есть до температуры таяния, и произо дет сползание снежно массы под де ствием собственного веса.
Для определения толщины слоя снега, обеспечи-вающе нулевую температуру на поверхности покры-
йп =Яп\- - к =Яп ^вп-п-йх) Т йх
0 Пг+х) 180
іп - інс _
1вп
- і
п
я
(4)
(5)
пр
йсн = Ясн т
°сн
\
0
йн =
і нс - ін 1
ан Рн
йх п(я + х) 180
інс - ін
іп - інс ясн ,р
інс - і н
1
я
(6)
,(7)
а
н
(я + тсн)
нр
180
где: ав, ан - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности;Рв,Рх,Рн-площади криволи-не ных поверхносте (внутренне , в теплоизоляционном слое, наружно ), рассматриваемых на выделенном участке покрытия; 1в, 1вп, ^ 1нс, - температу-
ры внутреннего воздуха, внутренне поверхности, на
поверхности покрытия, на поверхности слоя снега, наружного воздуха; <п, <сн - коэффициенты тепло-
проводности утеплителя и снега; г, Я - радиусы внутренней и наружной поверхности покрытия; 5п, 5сн -толщина утеплителя (5п =Я-г) и слоя снега на покрытии; Явр, Япр, Яснр, Янр - термические сопротивления внутренне поверхности, утеплителя, слоя снега, отдаче тепла.
Математическое выражение требуемой толщины слоя снега, обеспечивающей нулевую температуру на поверхности покрытия, установленное из условия стационарного процесса теплопередачи через ограждающую конструкцию:
SCH=jexp
_2
aBr
п
(-tH )Лоі
H
tB
-1Ar+Sn) (8)
Для определения нагрузки на арочное покрытие в условиях длительного отложения снега и неблагоприятного сочетания значений осадков и температур предлагается следующий графоаналитический способ (рис. 5).
Плотност ь снежного покрова на последний ден ь месяца, кг/м3
, 150 , 190 , 210 , 230 , 330
1 2
г - * у < _ ^ '' 3 \ \ U \\
\\
1 г з 1 г з 1 г з 1 г з i г з i г з i г з
окт, ноябрь дек, янь, фрвр, март апр,
Рисунок 5 - К расчету снеговой нагрузки на покрытие грибоводческого сооружения: 1 - наибольшая де-
кадная высота снежного покрова; 2 - расчетная толщина слоя снега на покрытии сооружения; 3 - толщина слоя снега, обеспечивающая нулевую температуру на поверхности покрытия сооружения.
На основе климатической информации строится график наибольших декадных высот снежного покрова за холодны период года, затем графики изменения расчетной толщины слоя снега (5 сн.дл.) на покрытии сооружения и толщины слоя снега (50сн.), обеспечи-вающе й нулевую температуру на поверхности ограждающе й конструкции. Снеговая нагрузка на покрытие рассчитывается по тому месяцу года, когда 5 сн.дл. стабильно начнет превышать 50сн. Предложенный способ позволяет до 50% уменьшить снеговую нагрузку по сравнению с регламентируемой СНиП 2.01.07-85* и снизить стоимость сооружения.
Световая среда в сооружениях для выращивания вешенки, создаваемая естественным или искусственным освещением, является значимо составляюще микроклимата, влияющей на эффективность технологического процесса. Установлено, что к факторам световой среды в вешенницах можно отнести уровень освещенности (Emin = 100 лк) и продолжительность
воздействия освещения (іщіп = 8ч), а суточная доза освещения должна составлять не менее 920 лк-ч. При проектировании вид освещения должен определяться на основании климатических особенносте й региона и результатов технико-экономических расчетов. В связи с тем, что положения СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» не распространяются на проектирование освещения в вешенницах, предложен ряд формул и графиков для проектирования естественного освещения в сооружениях с арочно й формой покрытия и способ его создания: через ленточные фонари, предусматриваемые над проходами между рядами блоков субстрата. Так коэффициент естественно освещенности, требуемое значение которого можно принять равным 2%, в точках характерного разреза сооружения (рис. 6), рекомендуется определять по следующе зависимости
(9)
где: @в - геометрически й КЕО в расчетной точке, определяемы от расположенного над точко ленточного фонаря; Я - коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет света, прошедшего через все ленточные фонари и затем отраженного от поверхносте сооружения и блоков субстрата; Кф - коэффициент, учитывающий тип фонаря; Кз - коэффициент запаса, учитывающи й мокры й влажностны й режим; то - общи коэффициент светопропускания фонаря.
Значения коэффициента Я определялись для приведенных габаритных схем сооружения пролетом 6, 7.5 и 9 м на моделях, выполненных в масштабе 1:15 с соблюдением светотехнических параметров интерьера.
\
б В ,г 9.
Рисунок 6 - Схема характерного разреза сооружения:
1 - ленточный фонарь; 2- блоки субстрата;
3 - трансформирующи йся светозащитный экран; (а-е - расчётные точки)
Внедрение полученных результатов исследования через проектирование в строительство позволит примерно в 15 раз уменьшить массу сооружения по сравнению с конструктивным решением из традиционных материалов (кирпича, железобетона) и наполовину снизить единовременные затраты. Лёгкие грибоводческие сооружения также могут быть использованы для выращивания шампиньонов, при этом совмещённое покрытие должно выполняться светонепроницаемым.
