Грибоводческое сооружение для фермерских и индивидуальных хозяйств

Культивируемые грибы содержат до 7,5 % белка и ряд необходимых человеческому организму витами нов 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 пре вышает 3 млн . т . в год . Наиболее крупным производи телем является Китай — около 1 млн . т , 400 тыс . т вы ращивается в СШ А . В развитых европейских странах промышленное грибоводство стало одной из основ ных отраслей сельскохозяйственного производства . Из ряда введённых в искусственную культуру съе добных грибов в основном выращиваются шампиньо ны (1 млн . т ) и вешенка (35 тыс . т .). Так в Нидерлан дах ежегодный объём производства шампиньонов составляет 255, Франции —175, Польше —120, Испа нии и Италии — по 110 тыс . т . Из стран с развитым грибоводством наиболее высокий показатель произ водства на душу населения в Нидерландах —16 кг в год . В России в последнее двадцатипятилетие нара щивается производство шампиньонов и вешенки , со ставившее в истекшем году примерно 9 тыс . т . Разра ботанной отраслевой программой предусматривается увеличение годового объема культивирования грибов до 15 тыс . т ., что несопоставимо с мировым уровнем и недостаточно для удовлетворения потребности насе ления в этом виде продукции .

Технология выращивания вешенки , для которого используются отходы сельскохозяйственного произ водства ( например , солома злаковых культур , лузга подсолнечника и гречихи ), менее сложная , чем шам пиньонов , и наиболее подходит для применения в фермерских и индивидуальных хозяйствах . К особен ностям производства вешенки , влияющим на строи тельные решения сооружений , относятся повышенная влажность воздуха в период плодоношения ( φ =75-95% при температуре 15-25°C) и необходимость есте ственного или искусственного освещения в течение 812 ч . в сутки . Биологическая особенность вешенки – более высокая урожайность на вертикальной поверх ности субстрата , чем на горизонтальной . В связи с этим средства выращивания ( например , пленочные мешки , наполненные измельченной влажной соломой с разросшейся грибницей ), устанавливаются в куль тивационное помещение рядами , высота которых зна чительно превышает их ширину .

Для культивирования вешенки используются как специальные, так и приспособленные помещения: подвалы, животноводческие постройки и др . Однако использование приспособленных помещений не всегда возможно, а строительство грибоводческого здания из традиционных материалов и конструкций (кирпича, железобетона и т.д.) требует существенных капиталовложений. 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 практической 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 расчетной 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 общей устойчивости конструкции необходимо предусматривать дополнительные распорки из труб в четвертях пролета по всей длине сооружения.

Рисунок 1 - Схема каркаса грибоводческого сооруже ния : 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 • LCi(—)+ Э(—)^ min (1)

при условии S=A·L=const, где: П – приведенные затраты на единицу площади сооружения; Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Сi – затраты на отдельные конструктивные элементы; Э – годовые затраты на отопление; S, A, L - соответственно пло- щадь, длина и пролет сооружения.

Исследование полученной функции приведенных затрат:

L 7            2

п = 0,487     + 211,67 — + 1,76 — + 87,74 — +

SS   S

+ 423,9 ^ М ) к М )

+

121,82 102,24

--1--

LS

показало их монотонное возрастание с увеличением пролета (рис. 2), что обусловлено изменением в большую сторону площади ограждающих конструкций 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 .

Рисунок 2 - Изменение удельных приведенных затрат :

1 – S = 200 м ²; 2 – S = 400 м ²; 3 – S = 600 м ²;

(–––– на 1 м ² сооружения ; - - - на 1 т продукции )

Установленные значения оптимальных пролетов наряду с технологическими и конструктивными ( к геометрической схеме арки для обеспечения самосне - гоудаления ) требованиями учитывались при разра ботке габаритных схем вешенницы , приведенных на рис . 3.

Рисунок 3 - Габаритные схемы сооружений для выра -

щивания вешенки

Вешенница с арочной формой покрытия относится к сооружениям с чисто экономической ответственно стью и имеет ряд особенностей , позволяющих уменьшить снеговую нагрузку вследствие возможно сти самоснегоудаления при подтаивании на границе снег – покрытие : совмещенное быстро прогреваемое покрытие ; небольшой коэффициент трения скольже ния снега по полимерной кровле ( от 0,02 до 0,08); достаточно высокая расчетная температура внутрен него воздуха (15° С ); необходимый уклон ( ≥ 18º) и не большая длина ската покрытия . Известно , что снег обладает теплоизоляционным свойством и при доста точной толщине осадков на покрытии температура нижнего слоя снега вследствие тепловыделений по высится до 0º С , то есть до температуры таяния , и произойдет сползание снежной массы под действием собственного веса .

Для определения толщины слоя снега, обеспечивающей нулевую температуру на поверхности покры- тия, процесс теплопередачи через ограждение принимался стационарным (рис. 4), так как в зимний пе- риод 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:

Q = Q в = Q п = Q сн = Q н (3)

где : Q в , Q п , Q сн , Q н - количество тепла , восприни маемое внутренней поверхностью , проходящее через покрытие , проходящее через слой снега на покрытии , отдаваемое наружной поверхностью снега .

Рисунок 4 - Схема теплопередачи через покрытие

_ t В - t ВП _ t В - t ВП _ t В - t ВП

1        RBp aB FB  авП

^В 180

^Q П ^- ^ П I - ~ | F x ^- ^ П V dx ;

t ВП - t П

⁵ П dx

00 П r + x )

t ВП - t П

^R П р

Q CH ^- ^ СН

t П - t НС

^{8 с} »   dx

0 n ( R + x )

t П - t НС ^R CH, p

= t НС - t Н =    t НС - t Н    = t НС - t Н

---1    -----r    R Hp aH FH      n(R + 8сн )

^а Н   180

где: αв, αн - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности;Fв,Fх,Fн–площади криволинейных поверхностей (внутренней, в теплоизоляционном слое, наружной), рассматриваемых на выделенном участке покрытия; tв, tвп, tп, tнс, tн – температуры внутреннего воздуха, внутренней поверхности, на поверхности покрытия, на поверхности слоя снега, наружного воздуха; λп, λсн – коэффициенты теплопроводности утеплителя и снега; r, R – радиусы внутренней и наружной поверхности покрытия; δп, δсн – толщина утеплителя (δп =R-r) и слоя снега на покрытии; Rвρ, Rпρ, Rснρ, Rнρ – термические сопротивления внутренней поверхности, утеплителя, слоя снега, от-

даче тепла .

М атематическое выражение требуемой толщины слоя снега , обеспечивающей нулевую температуру

на поверхности покрытия , установленное из условия

стационарного процесса теплопередачи через ограж -

дающую конструкцию :

^ CH =

< exp >

. Or

+— ^ n

I n^{r +}^ П ) ^(— t H ) Сн ^{r J}     t B

—

1(r+^П) (8)

Для определения нагрузки на арочное покрытие в условиях длительного отложения снега и неблагопри ятного сочетания значений осадков и температур предлагается следующий графоаналитический способ ( рис . 5).

Плотность снежного покрова на последний день месяца, кг/м3

Рисунок 5 - К расчету снеговой нагрузки на покрытие грибоводческого сооружения : 1 – наибольшая де кадная высота снежного покрова ; 2 – расчетная тол щина слоя снега на покрытии сооружения ; 3 – толщи на слоя снега , обеспечивающая нулевую температуру на поверхности покрытия сооружения .

воздействия освещения (tmin = 8ч), а суточная доза освещения должна составлять не менее 920 лк·ч. При проектировании вид освещения должен определяться на основании климатических особенностей 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 арочной формой покрытия и способ его создания: через ленточные фонари, предусматриваемые над проходами между рядами блоков субстрата. Так коэффициент естественной освещенности, требуемое значение которого можно принять равным 2%, в точках характерного разреза сооружения (рис. 6), рекомендуется определять по следующей зависимости e = £в ■ R ■ Kф ^0, (9) kз где: εв – геометрический КЕО в расчетной точке, определяемый от расположенного над точкой ленточного фонаря; R – коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет света, прошедшего через все ленточные фонари и затем отраженного от поверхностей сооружения и блоков субстрата; Кф – коэффициент, учитывающий тип фонаря; Кз – коэффициент запаса, учитывающий мокрый влажностный режим; τо – общий коэффициент светопропускания фонаря.

Значения коэффициента R определялись для при веденных габаритных схем сооружения пролетом 6, 7.5 и 9 м на моделях , выполненных в масштабе 1:15 с соблюдением светотехнических параметров интерье ра .

На основе климатической информации строится график наибольших декадных высот снежного покро ва за холодный период года , затем графики изменения расчетной толщины слоя снега ( δ сн . дл .) на покрытии сооружения и толщины слоя снега ( δ ⁰ _сн .), обеспечи вающей нулевую температуру на поверхности ограж дающей конструкции . Снеговая нагрузка на покрытие рассчитывается по тому месяцу года , когда δ сн . дл . ста бильно начнет превышать δ ⁰ _{сн .} 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 искусствен ным освещением , является значимой составляющей микроклимата , влияющей на эффективность техноло гического процесса . Установлено , что к факторам световой среды в вешенницах можно отнести уровень освещенности (E_min = 100 лк ) и продолжительность

Рисунок 6 - Схема характерного разреза сооружения :

1 - ленточный фонарь ; 2- блоки субстрата ;

3 - трансформирующийся светозащитный экран ;

( а - е - расчётные точки )

Внедрение полученных результатов исследования через проектирование в строительство позволит при мерно в 15 раз уменьшить массу сооружения по срав нению с конструктивным решением из традиционных материалов ( кирпича , железобетона ) и наполовину снизить единовременные затраты . Лёгкие грибовод ческие сооружения также могут быть использованы для выращивания шампиньонов , при этом совмещён ное покрытие должно выполняться светонепроницае мым .