Многофункциональное производственное сооружение для фермерских и личных хозяйств Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 631.216:631.115.1

А.А. Блажнов, кандидат технических наук ИСИ ФГБОУ ВПО Орёл ГАУ

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ И ЛИЧНЫХ ХОЗЯЙСТВ

Разработана конструктивная схема лёгкого арочного сооружения. Предложен способ прогнозирования снеговой нагрузки, учитывающий физические свойства покрытия. Показана целесообразност ь учета экономических

факторов при определении сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций рассмотренного сооружения. Арочное сооружение, снеговая нагрузка, ограждающие конструкции, сопротивление теплопередаче.

Ключевые слова: сооружение, вешенка, нагрузка,

многофункционал ност , теплопередача.

В соответствии с Федеральной целевой программой «Социальное развитие села до 2012 года» и приоритетным национальным проектом «Развитие АПК» на селе осуществляется строительство жилья и стимулируется создание малых форм хозяйствования, способствующие устойчивому развитию сельских территорий. Становление хозяйства требует значительных капиталовложений, в том числе и на сооружения производственного назначения. С целью снижения стоимости и трудо мкости строительства для фермерских и личных хозяйств разработано многофункциональное производственное сооружение из л гких несущих и ограждающих конструкций. Несущими элементами каркаса являются арки (например, из прямоугольных труб, гнутых профилей)

Construction scheme of light arched building is projected. The snow load prognostication method, taking in account the physical properties of the surface is suggested. The suitability of the economic factors record at identification of resistance to heat transfer of the building envelope that has been investigated is shown.

Arched building, snow load, building envelopes, resistance to heat transfer.

Key words: construction, oyster, load, versatility, heat transfer.

с повышенной затяжкой и проволочные прогоны (рис. 1). Покрытие сооружения предусмотрено утеплённым трёхслойным: внутренний слой - из долговечной полимерной плёнки, средний - из эффективных теплоизоляционных материалов, наружный - из поликарбонатных панелей или

светостабилизированной плёнки долговечностью три - семь лет. Замена внешнего слоя из такой пленки возможна в процессе эксплуатации. В зависимости от конъюнктуры рынка сооружение может использоваться, например, для содержания

некрупных сельскохозяйственных животных, птицы, выращивания грибов, овощей, цветов. Сооружения могут блокироваться с жилым домом или предусматриваться отдельностоящими.

Рисунок 1 - Схема каркаса грибоводческого сооружения: 1 - арка; 2 - проволочные прогоны; 3 - распорка; 4 - связи

Одним из возможных видов деятельности фермерских и личных хозяйств является круглогодичное культивирование высших грибов: шампиньонов, вешенки и др., позволяющее получать до 100 кг/м2 белково-витаминной продукции. Грибы выращиваются при относительной влажности воздуха 75-80%, требуемая температура воздуха в холодный период года составляет 13-15 оС. Грибоводческое сооружение определ нной площади может быть запроектировано с различными размерами в плане. Исследование стоимостной функции сооружения, единовременные и энергетические затраты в которой

были выражены через пролёт арки, показало, что при площади сооружения до 200 м2 его ширину целесообразно принимать 6-7 м, в пределах 200...300 м2 - 7,5-8,5 м и 300.400 м2 - 9-10 м. По результатам исследования разработаны три габаритные схемы сооружения с арочной и складчатой формой покрытия: пролётом 6, 7.5, 9 м и высотой

соответственно 3.9, 4.5 и 4.8 м (рис. 2).

а)

б)

4,800

Рисунок 2 - Г абаритные схемы сооружения

Разработанное многофункциональное сооружение имеет ряд особенностей, обеспечивающих возможность снижения расчётной снеговой нагрузки: совмещённое лёгкое покрытие, температура воздуха в холодный период года 12-15°, малый коэффициент трения скольжения снега (0,02-0,08) по полимерной кровле, необходимый уклон (не менее 18°) для самоудаления снега и небольшая длина ската покрытия. Проверка возможности самоудаления снега с покрытия арочного сооружения и снижения снеговой нагру*ки осуществлялась в холодные периоды 2008-2010 г.г. на фрагменте, поперечный профиль которого был выполнен в масштабе 1:2 по отношению к габаритной схеме пролётом 6 м. Размеры фрагмента в плане: длина 3,5 м, ширина 3,2 м, угол наклона кровли к гори*онту в коньке составлял 18-20°. Совмещенное покрытие, уложенное

В процессе наблюдений установлено следующее. При выпадении осадков снег откладывался на покрытии почти равномерным слоем - с небольшим уменьшением толщины от конька к крутой части ската, что соответствует приведенной в нормах [1] схеме снеговой нагру*ки для покрытий в виде стрельчатых арок. Повышение внутренней температуры во*духа до расчётного *начения 13° обусловливало самоудаление снега с покрытия, при этом фактическое время от начала включения отопления до соскаль*ывания снега примерно в три раза превышало расчётное. Так при понижении наружной температуры от -5° до -10° в течение 10 часов и толщине слоя снега на покрытии 0,16м период времени от подачи тепла до самоудаления снега с фрагмента составил 36 ч, а рассчитанный методом

по проволочным прогонам, состояло из пароизоляционного плёночного слоя,

теплоизоляционного слоя толщиной 8 см из пенополистирольных плит марки 15 и кровли из поликарбонатных панелей толщиной 4 мм (на одном скате покрытия) и полиэтиленовой плёнки (на другом скате). Толщина утеплителя определялась для расчётной внутренней температуры 13° (применительно к культивированию грибов), обеспечение которой осуществлялось

электрообогревом. Проверка влияния

тепловыделений сооружения на самоудаление снега осуществлялось неоднократно по мере накопления осадков на покрытии. При проведении эксперимента регистрировались толщина и плотность слоёв снега на *емле и покрытии, наружная температура, даты выпадения осадков и самоудаления снега с покрытия.

конечных разностей - 10 ч. Значительное превышение фактического времени над расчётным в основном обусловлено неучтёнными теплопотерями чере* грунт и неравномерным прогревом покрытия (коэффициент вариации температуры внутренней поверхности равнялся ± 6%). Самоудаление снега и смешанных осадков с обоих скатов неотапливаемого фрагмента происходило при нулевой или небольшой положительной температуре уже при толщине слоя 23см. Отмечено соскальзывание снега под действием силы собственной тяжести с большей части плёночной кровли неотапливаемого фрагмента при -2° и толщине слоя осадков до 8 см. В связи с неоднократным сходом снега толщина и плотность его слоя на покрытии фрагмента за зимний период не превысили 50% толщины и 70% плотности снежного

\

\

\

\

Рисунок 3 - Схема теплопереди через покрытие

покрова. Максимальная высота осадков на покрытии равнялась 0,16 м при плотности 130 кг/м3, снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию покрытия при этом не превысила 0,25 кПа (25 кгс/м2). Например, в начале марта 2009г. при весе снегового покрова 0,85 кПа нагрузка на фрагмент была равна нулю.

Полученные ре*ультаты пока*али, что в течение холодного периода накопление снега на полимерной кровле отапливаемого малопролётного арочного сооружения будет происходить периодически вследствие неоднократного самоудаления снега под влиянием ряда факторов: оттепелей, теплопотерь через покрытие, силы собственной тяжести. В связи с этим определённая по СНиП 2.01.07-85* снеговая нагру*ка на арочное сооружение будет иметь завышенное значение, так как районирование нагру*ок в нормах выполнено на основе характеристик длительно формировавшегося снежного покрова. Накопление данных о реальных нагру*ках потребует *начительного периода времени. Учитывая физические свойства покрытия рассматриваемого сооружения, прогно*ируемое значение снеговой нагрузки (5) можно определить чере* наибольшие во*можные *начения плотности слоя снега на покрытии (о) и его толщины (8&н),

установленной из условия подтаивания снега на кровле вследствие тепловыделений сооружением:

^ = Р'^СН (1)

С достаточной для практических целей точностью толщина слоя снега на покрытии, обеспечивающая нулевую температуру на кровле, определяется при допущении о стационарности теплового потока чере* ограждение. Такое допущение, применяющееся в теплотехнических расчётах ограждающих

конструкций, возможно в связи с небольшой суточной амплитудой наружного во*духа и практически стационарным режимом в ночное время в зимний период. При стационарном режиме количество тепла, проходящее в единицу времени чере* покрытие и слой снега (тепло не *атрачивается на снеготаяние), должно быть постоянным:

О = Ов = Оп = Оси = Он , (2)

где Ов, Оп, Осн, Он - количество тепла, воспринимаемое внутренней поверхностью,

проходящее чере* покрытие, проходящее чере* слой снега на покрытии, отдаваемое наружной поверхностью снега. Или:

і — і

‘'В 1ВП

л

1ВП

1П

'П 8„

а

пг

180

I

ёл п(г + л) 180

' _ _ Лсн

ехр

Ґ

і — і

1П 1нс

і — і

1нс 1н

где ав, ан - коэффициенты теплоотдачи

внутренней и наружной поверхности; ^ 1вп, ^ 1нс, ^ -температуры внутреннего во*духа, внутренней

поверхности, на поверхности покрытия, на

поверхности слоя снега, наружного воздуха; 8п, 8сн -коэффициенты теплопроводности утеплителя и снега; г, Я - радиусы внутренней и наружной поверхности

1

ёл

п( N + л)

1

п( Я + дСн )

(3)

180

а

н

180

покрытия; 5п, 5сн - расчётная толщина утеплителя (5п =Я-г) и слоя снега на покрытии.

После преобра*ований получим математическое выражение требуемой толщины слоя снега, обеспечивающей нулевую температуру на поверхности покрытия:

V авг

Л

П

(— гн Л

"сн

У

і

в

>(г + 6п ).

(4)

Для определения 8&н необходимо установление

расчётных *начений наружной температуры,

предельной для *начительных осадков в виде снега в рассматриваемом районе, и теплопроводности снега.

На Европейской части страны снегопады наблюдаются в диапазоне температур от +4 до -20°, при температурах более высоких и более ни*ких снегопады не отмечались. Максимум снегопадов приходится на температуры от -2 до -10°. В южной полосе страны снегопады наблюдались при температуре до -15° [3,4]. Наибольшая интенсивность выпадения снега (мм/ч) отмечается при небольшой отрицательной температуре, при понижении температуры интенсивность быстро уменьшается [2]. На основании опубликованных климатических данных расчетную температуру наружного во*духа в (4) для III снегового района можно принять -20°, для

II и I - равной -15°. В соответствии с [5] число дней со 158

средней суточной температурой выше -20° и -15° в наиболее холодном месяце в регионах,

расположенных в ука*анных снеговых районах, в среднем составляет более двух декад, что по*воляет обеспечить самоудаление снега с арочного сооружения вследствие его подтаивания на кровле.

Теплопроводность снега пропорциональна его плотности и при *начении плотности сухого снега до 350 кг/м3 может быть вычислена по формуле: Ясн = 10-6 • 2,856р2сн , Вт (м °С) [4,6]. Как показали

ре*ультаты эксперимента, самоудаление снега с покрытия фрагмента в течение *имы происходило неоднократно. В свя*и с этим продолжительность накопления снега на сооружении при определении его плотности можно ограничить одним месяцем. Для определения расчётного *начения теплопроводности снега в качестве ба*ового месяца для регионов, расположенных в III снеговом районе, целесообразно

1

0

0

Г

принять декабрь, в конце которого плотность снегового покрова в соответствии с [5] составляет более половины плотности на последнюю декаду снеготаяния. Для регионов, расположенных в I и II снеговых районах и характери*ующихся недлительным *алеганием снежного покрова, при установлении коэффициента теплопроводности снега целесообра*но исполь*ование *начения плотности, приходящейся на декаду наибольшей высоты снежного покрова. При определении расчётного значения плотности снега на покрытии (р) учитывалось её уменьшение по *начения по отношению к плотности снегового покрова *емли:

р М(рсн + 3°СН ),

(5)

где ¡и — коэффициент перехода от плотности снегового покрова *емли к плотности снега на покрытии, с учётом опытных данных принятый равным 0,8; рсн и <Усн - средняя плотность и

среднее квадратическое отклонение плотности снегового покрова *емли.

Обработка климатических данных [5] показала, что в III снеговом районе расчётное значение плотности снега на покрытии по регионам и*меняется от 186 до 226 кг/м3, во II снеговом районе - от 168 до

220 кг/м и в среднем составляет соответственно 208 и 192 кг/м3. На основании полученных результатов расчётные *начения плотности снега на покрытии и коэффициента его теплопроводности можно принять равными для III снегового района 230 кг/м3

(ЛСН = 0,151Вт / м ■ °С), для II района -220

кг/м3 (Л&Н = 0,138Вт / м ■ °С).

Прогно*ируемое *начение снеговой нагру*ки на гори*онтальную проекцию покрытия, определённое на основании установленных расчётных характеристик слоя снега на арочном сооружении, в

III снеговом районе равно 1,0 кПа, во II снеговом районе - 0,66 кПа, что меньше вычисленных по нормам [1] значений нагрузки, изменяющихся в *ависимости от пролёта арки в ука*анных районах соответственно в пределах 1,26-1,5 кПа и 0,84-1,0 кПа.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций зданий регламентируется нормами [7]. Установлено, что для разработанного сооружения при невысокой внутренней температуре (например, 1213°) толщина утеплителя, определённая на основании ука*анных норм, может ока*аться меньше толщины утеплителя, вычисленной с учетом экономических факторов:

Sy

і

)(te - tcн.)Z • СТmrÄyj,

С

- (Re + RH )Лут , (6)

УТ

где Т - период окупаемости сооружения, не превышающий трёх лет; ^ - расчётная температура

внутреннего воздуха; ^ н и Z - средняя температура

наружного во*духа *а отопительный период и продолжительность отопительного периода; т -коэффициент, учитывающий ежегодное повышение стоимости тепловой энергии; Г - коэффициент, учитывающий влияние ветра на теплопотери; С*Т и

сТ - стоимость утеплителя в конструкции, руб/м3, и

'Т

тепловой энергии; Äy)

теплопроводности утеплителя;

коэффициент R и -

сопротивление тепловосприятию и теплоотдаче внутренней и наружной поверхности ограждения.

В формуле (6) стоимость тепловой энергии *ависит от способа её прои*водства и поставщиков (продавцов), которых может быть несколько в регионе, а стоимость теплои*оляции - от способа во*ведения сооружения (собственными силами, подрядный). Например, применительно к г. Орлу при строительстве сооружения собственными силами и исполь*овании тепловой энергии от МУП «Орёлгортеплоэнерго» (СТ= 887 руб/Гкал, т =1,2) оптимальная толщина утеплителя при расчётной внутренней температуре 12° равна 0,09 м, что превышает требуемую по нормам [7] толщину теплои*оляции и* пенополистирольных плит 0,06м.

На основании полученных ре*ультатов применительно к разработанному сооружению можно сделать следующие выводы: предложенный способ

прогнозирования снеговой нагрузки, учитывающий физические свойства покрытия, позволяет на 20% уменьшить её расчётное значение; термическое сопротивление ограждающих конструкций целесообразно определять также с учётом экономических факторов.

Литература

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

2. Снег. Справочник. / Под ред. Д.М. Грея и Д.Х. Мейла (пер.с англ.) - Л.: Гидрометеоиздат, 1986, 751 с.

3. Михель, В.М. Переносы снега при метелях и снегопады на территории СССР / В.М. Михель, А.В. Руднева, В.И. Липовская - Л.: Гидрометеоиздат, 1969, 203 с.

4. Копанев, И.Д. Методы изучения снежного покрова / И.Д. Копанев - Л.: Гидрометеоиздат, 1971, 226 с.

5. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные - Часть 1-6. -Л.: Гидрометеои*дат, 1990.

6. Кузьмин П.П. Физические свойства снежного покрова / П.П. Кузьмин - Л.: Гидрометеоиздат, 1957 -179с.

7. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

Вестник Орел Г Ay

№5(38)

октябрь 2012

Теоретический и научно-практический журнал. Основан в 2005 году

Учредитель и издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный Университет»_______________________________________________________

Редакционный совет:

Парахин Н.В. (председатель) Амелин А.В. (зам. председателя) Астахов С.М.

Белкин Б.Л.

Блажнов А.А.

Буяров В.С.

Гуляева Т.И.

Гурин А.Г.

Дегтярев М.Г.

Зотиков В.И.

Иващук О.А.

Козлов А.С.

Кузнецов Ю.А.

Лобков В.Т.

Лысенко Н.Н.

Ляшук Р.Н.

Мамаев А.В.

Масалов В.Н.

Новикова Н.Е.

Павловская Н.Е.

Попова О.В.

Прока Н.И.

Савкин В.И.

Степанова Л.П.

Плыгун С.А. (ответств. секретарь) Золотухина О.А. (редактор)

Адрес редакции:

302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69.

Тел.: +7 (4862) 45-40-37 Факс: +7 (4862) 45-40-64 E-mail: nichogau@yandex.ru Сайт журнала: http://ej.orelsau.ru Свидетельство о регистрации ПИ №ФС77-21514 от 11.07.2005 г.

Специалист регионального методического центра по УДК: Служеникина А.М. Технический редактор: Мосина А.И.

Сдано в набор 10.08.2012 г. Подписано в печать 23.09.2012 г. Формат 60x84/8. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Объём 21,5 усл. печ. л. Тираж 300 экз. Издательство Орел ГАУ, 302028, г. Орел, бульвар Победы, 19. Лицензия ЛР №021325 от 23.02.1999 г.

Журнал рекомендован ВАК Минобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основное научное содержание кандидатских и докторских диссертаций

Содержание номера

Экономика АПК

Парахин Н.В., Прока Н.И. Адаптация механизма государственной поддержки аграрного сектора

России к условиям ВТО.......................................................................2

Гуляева Т.И., Волобуева Т.А. Крестьянские (фермерские) хозяйства Орловской области: состояние

и перспективы развития...................................................................... 10

Иващук О.А., Константинов И.С., Архипов О.П. Подходы к созданию автоматизированной

систем+i управления «умными фермами»........................................................ 15

Проняева Л.И. Состояние и проблемы инновационного развития процесса воспроизводства

основного капитала в АПК.................................................................... 21

Григорьева Н.В. Приоритетные направления развития рынка труда сельских муниципальных

образований Орловской области............................................................... 26

Дармограй О.В. Влияние вступления России в ВТО на развитие сельского хозяйства.............. 33

Калиничева Е.Ю., Романов А.Д. Экономическая оценка реализации ресурсного потенциала

свеклосахарной отрасли в Орловской области.................................................. 36

Сидоренко О.В. Ценовая паритетность зерновой отрасли в условиях присоединения России в ВТО.. 40

Бураева Е.В. Минимальная заработная плата: роль в экономике и проблемы использования в

современной России.......................................................................... 45

Карлова Е.В., Полянин А.В. Перспективные направления производства побочной продукции

сахарной промышленности..................................................................... 51

Иванова А.А. Основные направления повышения экономической эффективности свиноводства

Орловской области........................................................................... 54

Трясцина Н.Ю. Ключевые направления и вектор развития молочно-продуктового подкомплекса

Орловской области........................................................................... 59

Савкин В.И., Деулина А.В., Крыгин А.А., Ерёмин А.А. Малые формы хозяйствования -

приоритет развития аграрного сектора экономики (на примере Орловской области)............... 66

Лисютченко Н.Н. Оценка формирования и использования производственных ресурсов в отраслях

животноводства Орловской области............................................................ 72

Полухин А.А., Алпатов А.В., Ставцев А.Н. Оценка состояния, использования и воспроизводства

материально-технической базы сельскохозяйственных организаций Орловской области............. 78

Ловчикова Е.И. Анализ состояния и использования трудовых ресурсов села как основы

обеспечения сельского хозяйства квалифицированными кадрами.................................. 85

Бычкова С.И. Анализ факторов, сдерживающих формирование механизма эффективного

стратегического управления на современном этапе развития экономики.......................... 90

Кравченко Т.С. Показатели экономической эффективности освоения отраслевых инноваций в

растениеводстве............................................................................. 93

Медолазов А.С. Приоритетные направления социально-экономического развития сельских

территорий Орловской области................................................................ 100

Первых Н.А., Гришаева О.Ю. Тенденции формирования и развития трудовых ресурсов в сельском

хозяйстве Орловской области................................................................. 105

Бухвостов Ю.В., Волков А.А. Экономико-статистический анализ инновационного потенциала

Орловской области........................................................................... 109

Зеленская И.А. Методические аспекты прогнозирования численности трудовых ресурсов в

сельской местности.......................................................................... 112

Жаравина О.М. Оценка выполнения руководителями функциональных обязанностей (на примере

сельскохозяйственных организаций)........................................................... 114

Лытнева Н.А., Сысоева О.Н. Развитие инновационных методов в управлении результативностью

хозяйственных систем........................................................................ 118

Рыбалкин Д.А. Возможности инвестирования временно свободных денежных средств................ 123

Куликов И.Н. Состояние и прогноз развития плодоводства в Российской Федерации............... 126

Животноводство

Гамко Л.Н., Шкурманов П.Н. Мергель и белково-витаминно-минеральный концентрат в рационах

молодняка свиней............................................................................ 130

Концевенко А.В., Концевенко В.В. Изучение особенностей остеодистрофии у коров

промышленных комплексов Белгородской области................................................ 133

Усачев К.И., Усачев И.И. Результаты исследований микробиоценоза слизистой оболочки

подвздошной кишки овец...................................................................... 135

Шкурманова Е.С. Изменения параметров роста и развития мышц у цыплят-бройлеров в 10-, 20- и

30-дневном возрасте при разном уровне обменной энергии...................................... 137

Зверева Г.П. Основные тенденции экономического развития отечественного свиноводства......... 140

Зеленский В.О. Состояние и направления развития рынка яиц Иркутской области................. 143

Ярован Н.И., Новикова И.А. Окислительный стресс у высокопродуктивных коров при

субклиническом кетозе в условиях промышленного содержания................................... 146

Нуриев Г.Г., Боровик Е.С. Показатели переваримости и использования питательных веществ при

включении в кормовую смесь зерна тритикале.................................................. 149

Технические науки

Пичугин И.Л. Роль энергоаудита при разработке энергосберегающих мероприятий в бюджетных

организациях................................................................................ 151

Блажнов А.А. Многофункциональное производственное сооружение для фермерских и личных

хозяйств.................................................................................... 155

Васильев А.Н., Будников Д.А., Грачёва Н.Н. Экспериментальное исследование сушки зерна

электроактивированным воздухом.............................................................. 160

Фомин И.Н., Суров Л.Д. Дистанционный контроль над действиями выключателей в кольцевой сети 163 Чичиланов И.И., Арженовский А.Г., Асатурян С.В. Методика и результаты диагностирования

тракторных дизелей с ГТН.................................................................... 167

Информационное сообщение К юбилею профессора Максимова Владимира Ильича.............................................. 171

© ФГБОУ ВПО Орел ГАУ, 2Q12