Рациональные строительные решения фермерского тепличного хозяйства

Введение. Для малых форм хозяйствования заводами-изготовителями предлагаются два типа теплиц: блочные (сблокированные) и ангарные (отдельностоящие) [1-4]. Методическими рекомендациями по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады РД-АПК1.10.09.01-14 для строительства в фермерских хозяйствах рекомендуется следующая номенклатура теплиц круглогодового использования: блочного типа площадью 5 и 10 тыс. м²; ангарного типа – 500 и 1 000 м² (рис. 1).

Каждый из видов теплиц имеет как достоинства, так и недостатки. При одинаковой площади застройки расход стали на несущие конструкции блочных теплиц несколько меньше по сравнению с ангарными теплицами, а расходы на отопление блочных теплиц в холодный период года ниже примерно на 6%. Главный недостаток блочных теплиц – возможность разрушения стеклянной кровли в случае накопления снега между скатами теплицы, в связи с чем их строительство целесообразно в южных регионах с небольшими снеговыми нагрузками. В средней полосе страны предпочтительно использование в фермерских хозяйствах ангарных теплиц площадью

500 и 1000м2, снег с покрытия которых самоудаляется при подтаивании вследствие тепловыделений сооружением [5-7].

Рисунок 1 – Конструктивные схемы теплиц для фермерских хозяйств: а) блочная стоечно-балочной конструктивной схемы, б) ангарная рамной конструктивной схемы

1 – фундамент, 2 – рама сплошного или сквозного сечения, 3 – прогон, 4 – стойка, 5 – лоток, 6 – затяжка,7 – коньковый прогон, 8 – шпросы

Цель исследования предусматривала обоснование рациональных строительных параметров ангарных теплиц площадью выращивания 500 и 1000м² и разработку схемы планировочной организации тепличной фермы для указанных площадей.

Метод исследования аналитический, предусматривал обобщение и анализ информационных данных по техническим решениям теплиц, использование элементов математической статистики и математического анализа.

Результаты. Для экономии энергетических затрат в зимний период ограждающие конструкции ангарных теплиц следует предусматривать из сотовых поликарбонатных листов, а площадь ограждающих конструкций теплицы должна быть минимальной. Минимальной площади ограждения сооружения будет соответствовать наименьшее значение коэффициента ограждения, показывающего отношение площади светопрозрачных ограждающих конструкций к площади застройки теплицы. Сооружению с меньшим коэффициентом ограждения соответствуют более низкие значения тепловых потерь и площади ограждающих конструкций, обусловливающие снижение соответственно эксплуатационных и единовременных затрат

Выведенное математическое выражение коэффициента ограждения ангарной теплицы имеет следующий вид

« огр

2h + 1 + ² ^ + L-tga L cosa A 2A

где h – высота продольного вертикального ограждения, не менее 1,5 м по технологическим требованиям;

L и A – соответственно ширина и длина теплицы;

α – угол наклона скатов кровли равный 30^о.

Минимальное значение коэффициента ограждения можно установить, подставив в формулу (1) значение длины теплицы А = F / L ( F – требуемая площадь теплицы), продифференцировав выражение по L и решив полученное уравнение относительно ширины теплицы. Так, для теплицы площадью 500 м² получим

L³ ■ tga + 2hL² — 1000h = 0

Откуда оптимальное значение пролёта теплицы L опт = 12 м, а соответствующий пролёту минимальный коэффициент ограждения К оГр = 1,56.

Используя аналогичные математические вычисления для ангарной теплицы площадью 1000 м², получим оптимальное значение пролёта L опт = 15 м.

Рациональные расстояния между элементами стального каркаса теплицы из прокатных швеллеров (кровельными прогонами, поперечными рамами) устанавливались применительно к снеговой нагрузке для Орловской обл., в соответствии с СП 107.13330.2012 «Теплицы и парники» равной 200 Па (20 кгс/м2) [8]. Шаг швеллерных прогонов покрытия (b), зависящий от максимально возможного прогиба сотовых поликарбонатных листов равного b/150, определялся из следующего выражения

f =

ь _ , q^H b⁴

150 "  EI

откуда

^ max

3 1 0,007EI

J kq^H

• где b – расстояние между прогонами;

• k – коэффициент, зависящий от числа пролётов и для многопролётной схемы опирания поликарбонатных листов равный 0,0068;

• q^н – нормативная нагрузка нормальная к скату теплицы (с учётом собственного веса листа и ветровой нагрузки);

• E – модуль упругости поликарбонатных листов;

I – момент инерции 1м ширины листа.

Вычисленные максимальные расстояния между прогонами b мах приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Максимальные расстояния между прогонами покрытия

Максимальный шаг кровельных прогонов	Толщина сотовых листов 10 мм	Толщина сотовых листов 16 мм
b мах , см	60	100

Вычисленные удельные расходы стали на прогоны покрытия и рамы каркаса на 1м2 площади теплицы приведены в табл. 2, 3.

Таблица 2 – Расход стали на прогоны, кг/м2

Шаг прогонов b , м	Расход стали на прогоны при расстоянии между рамами каркаса а , м
	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
1,0	6,04	6,14	6,28	6,46	6,66

Таблица 3 – Расход стали на рамы каркаса, кг/м2

Пролёт рам, м	Шаг рам, м
	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
12,0	7,70	5,37	4,72	4,29	3,85
15,0	9,31	6,68	5,12	4,69	4,40

Из данных таблиц 2, 3 следует, что минимальный расход стали на каркас сооружения для ангарных теплиц площадью 500м2(оптимальный пролёт 12м) и 1000м2 (оптимальный пролёт 15м) соответствует шагу рам каркаса 6м.

Для тепличных фермерских хозяйств площадью выращивания 500 и 1000м2 разработаны схемы их планировочной организации, приведенные на рис. 2, 3.