Содержание к диссертации
Введение
1 Опыт и проблемы строительства сооружений для выращивания шампиньонов на промышленной основе 15
1.1 Грибоводческие сооружения - основа повышения эффективности шампиньоноводства 15
1.2 Технологический процесс и его влияние на объемно-планировочное решение здания 19
1.3 Конструктивные особенности шампиньонниц 25
1.4 Классификация зданий для выращивания шампиньонов 42
1.5 Факторы, влияющие на объемно-конструктивные решения шампиньонниц 46
Выводы по разделу 1 51
2 Исследование строительных решений шампиньонниц промышленного типа 54
2.1 Методика обоснования рациональных строительных решений шампиньонниц 54
2.2 Оптимальный состав помещений основного производственного назначения 60
2.3 Влияние параметров стеллажей для выращивания шампиньонов на экономичность здания 77
2.4 Рациональная сетка колонн железобетонного каркаса шампиньонницы 85
2.5 Экспериментальные исследования обшивок ограждающих конструкций помещений основного производства 94
Выводы по разделу 2 111
3 Рациональные объемно-планировочные и конструктивные решения шампиньонниц 113
3.1 Принципы функциональной организации шампиньонницы 113
3.2 Планировочные параметры и габаритные схемы шампиньонниц 1255
3.3 Строительные решения шампиньонниц для южных регионов России, фермерских и индивидуальных хозяйств 141
3.4 Метод определения снеговой нагрузки на сооружение с арочной формой покрытия 146
3.5 Конструктивные параметры стеллажей для выращивания шампиньонов 157
Выводы по разделу 3 160
4 Эффективные строительные решения сооружений для выращивания вешенки 162
4.1 Рациональные конструктивные схемы сооружений 162
4.2 Оптимальные пролеты сооружений с арочной формой покрытия.Габаритные схемы сооружений 180
4.3 Световая среда в культивационном сооружении 188
4.4 Энергоэкономичные грибоводческие сооружения для индивидуальных хозяйств 197
4.5 Теплица для культивирования кольцевика 204
Выводы по разделу 4 209
5 Основы строительных решений цехов по производству субстрата для выращивания шампиньонов 212
5.1 Технологический процесс и его влияние на окружающую среду 212
5.2 Классификация сооружений для приготовления субстрата 215
5.3 Факторы, влияющие на объемно-планировочные и конструктивные решения сооружений 219
5.4 Метод определения рациональных планировочных размеров цеха 226
5.5 Оптимальный шаг поперечных рам стального каркаса однопролетного цеха 235
5.6 Основные требования к строительным решениям цеха субстрата 248
Выводы по разделу 5 251
Общие рекомендации по строительству грибоводческих сооружений и их комплексов 254
Заключение 261
Список использованных источников 267
- Конструктивные особенности шампиньонниц
- Влияние параметров стеллажей для выращивания шампиньонов на экономичность здания
- Строительные решения шампиньонниц для южных регионов России, фермерских и индивидуальных хозяйств
- Факторы, влияющие на объемно-планировочные и конструктивные решения сооружений
Конструктивные особенности шампиньонниц
В процессе выращивания шампиньонов для борьбы с болезнями и вредителями используется ряд пестицидов [51, 121]. Применяемые препараты имеют короткий срок действия и не накапливаются в грибах. Продукция шампиньонниц периодически подвергается контролю на содержание остаточных количеств ядохимикатов.
Проведенные Институтом экспериментальной ботаники и Институтом радиобиологии АН Республики Беларусь исследования показали высокую поглощающую способность дикорастущих грибов по отношению к радиоизотопному цезию 134Cs и I37Cs. Из других радионуклидов отмечено повышенное накопление отдельными видами грибов серебра ( Ag). Исследования проводились в Гродненской, Могилевской и Гомельской обл., попавших в зону радиоактивного заражения [175]. Проведенный информационный поиск не выявил отечественных публикаций по содержанию радионуклидов в культивируемых шампиньонах. Возможно это связано с тем, что в соответствии с утвержденными Минздравом ВДУ-88 № 129-252-2 «Временные допустимые уровни суммарного содержания радионуклидов цезия-137 и цезия-134 в продуктах питания и питьевой воде» выращиваемые грибы не входят в перечень продуктов питания, подлежащих радиационному контролю.
Вышеизложенные результаты проведенного информационного поиска позволяют сделать следующие выводы: - строительство шампиньонниц для выращивания грибов на промыш v!P ленной основе является необходимым условием для развития грибоводче-ской отрасли в Российской Федерации; - культивируемые шампиньоны по пищевым качествам удовлетворяют требованиям санитарных норм.
На начальной стадии развития грибоводства в нашей стране для выращивания шампиньонов использовались напольные гряды, передвижные стеллажи и стальные ящики. Применение морально устаревшей технологии обу-словливало низкую урожайность культуры - до 20 - 30 кг/м в год. В последней четверти 20 века в Российской Федерации наметился перевод шампиньо-новодства на промышленную основу, предусматривающий развитие грибоводства на базе стеллажного способа выращивания (рис. 1), для которого разработано соответствующее технологическое оборудование [52, 100].
За рубежом выращивание грибов осуществляется на стационарных многоярусных стеллажах или в крупногабаритных ящиках в условиях комплексной механизации процессов и автоматического регулирования параметров микроклимата в помещениях основного производства. Количество технологических зон в здании изменяется от одной до трех, выход продукции обычно составляет 120 - 200 кг/м" площади выращивания в год [64, 66, 81, 114].
Независимо от принятой системы и способа выращивания технологический цикл производства шампиньонов включает следующие основные процессы [9, 46, 51, 53, 56, 63, 73, 95, 122, 123, 124, 129, 135, 163, 186, 213]: - приготовление субстрата для выращивания грибов (например, ч ! V гщША fMtbt m jt Щ Г№ &Щщ . 1 1 І иинниним Рис. 1. Стационарные стеллажи для выращивания шампиньонов ІВ її ІВ Рис.2 . Шампиньонница агрокомбината «Московский» Московской области f« посредством внесения куриного помета в мокрую солому, увлажнения и сме шивания компонентов); - пастеризацию и кондиционирование (доведение до требуемых параметров влажности, содержания аммиака и др.) субстрата при температуре воздуха 60 - 48С и относительной влажности 95 - 100 %, осуществляемых на стеллажах, в ящиках или в массе; - посадку грибницы (мицелия) в субстрат и ее проращивание на стеллажах, в ящиках или в массе при температуре воздуха в помещении 24 - 26С и относительной влажности 90 - 95 %; - приготовление и укладку на субстрат на стеллажах и в ящиках no rth, кровного материала (смесь торфа и известняка) слоем 4-5 см; - выращивание грибов на стеллажах или в ящиках при температуре воздуха в культивационном помещении 15 - 17С и относительной влажности 85 - 90 %, сбор грибов; - подготовку помещения для выращивания шампиньонов к следующему культурообороту - пропарку помещения при 70 - 75С, удаление отработанного субстрата, чистку помещения.
Для приготовления субстрата и покровного материала используются специальные здания, остальные процессы обычно выполняются в шампинь оннице (рис.2). Здания производственного назначения проектируются и строятся отдельностоящими (рис. 3) или сблокированными. В настоящее время общепризнанно, что пастеризация и кондиционирование субстрата в массе является более прогрессивным технологическим процессом по сравнению с подготовкой субстрата на стеллажах и в ящиках, так как субстрат получается более качественным, увеличивается срок службы помещений для выращивания грибов, а также возрастает число культурооборотов в культивационных помещениях. Подготовка субстрата в массе проводится посредством циркуляции через его слой, уложенный на решетчатый пол помещения (см. рис 15), увлажняемого и подогреваемого паром воздуха [54, 168, 214].
Влияние параметров стеллажей для выращивания шампиньонов на экономичность здания
Шампиньонница, построенная в одном из крупнейших венгерских сельскохозяйственных кооперативов "Дуна", представляет собой трехпро-летное бескаркасное здание из стеклопластиковых панелей, сочетающих несущие и ограждающие функции. Использовались панели двух типов: плоские - для стен и криволинейного очертания - для покрытия. Наружные слои панелей выполнены из фибергласса, средний слой - из самозатухающего биостойкого пенополиуретана. Масса 1 м2 панели равна 10 кг. Как показали экспериментальные исследования и опыт эксплуатации, пластмассовые панели не корродируют во влажных газах, тепло- и влагостойки, паронепроницаемы, хорошо моются. По мнению разработчиков проекта, возведение шампиньонниц из таких панелей позволяет сократить сроки и стоимость строительства, v точнее и с меньшими затратами поддерживать технологический режим в культивационных помещениях [204].
В настоящее время изделия на основе пластмасс нашли за рубежом широкое применение в ограждающих конструкциях производственных помещений шампиньонниц [214]. В последние годы стали использоваться также полимерные пленки [64]. Из них выполняются внешние слои так называемого "мягкого" ограждения (средний слой устраивается обычно из минеральной ваты или изделий из нее) помещений пастеризации субстрата, проращивания мицелия и выращивания грибов. Укладка такого ограждения осуществляется на металлические арки с повышенной затяжкой [130, 201].
Ф Киевским ЭПКТБ "Стройпластик" разработаны конструктивные реше ния помещения выращивания грибов (рис. 11) с ограждающими конструкциями из цельнопрессованных стеклопластиковых панелей [6]. Эти решения использованы в проектах шампиньонниц, разработанных Укрниигипросель-хозом и Укрпроектстальконструкцией (г. Киев), для строительства под г. Киевом и в г. Подольске Московской обл. Производство стеклопластиковых панелей освоено ЭПКТБ "Стройпластик" и цехом пластмасс комбината "Ки-евпромстрой". Панель (рис. 11) состоит из стеклопластиковых обшивок, изготовленных на фенольно-формальдегидном связующем, внутреннего складчатого элемента из такого же материала и теплоизоляционного слоя, получаемого заливкой в полости панели после её горячего прессования фенольно v резольного пенопласта. Масса 1 м панели равна 12-18 кг. Научно исследовательским институтом гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс (ВНИИГЕНТОКС) установлено, что материалы, из которых изготовляются панели, не выделяют во внешнюю среду вредных веществ. На основании этого органами здравоохранения было разрешено применение панелей в сельскохозяйственном и промышленном строительстве [104, 143]. Лабораторные испытания стеклопластиковых образцов на тепловое старение показали возможность использования панелей в помещениях
Наряду с каркасами из стали и древесины в грибоводческих зданиях применяются каркасы из сборного железобетона, пролёты в которых изменяются от 6 до 18 м. Например, полный каркас из железобетонных элементов предусмотрен в эксплуатирующихся шампиньонницах площадью выращива 1 ния 10 тыс. м2 в сельхозпредприятиях «Разуменский» Белгородской обл.,
«Подольский» Московской обл., «Весенний» г. Набережные Челны, в ряде проектных решений зданий. Так шампиньонница агрофирмы «Весенний» (рис. 4в) запроектирована с каркасом рамно-связевого типа. Рама каркаса принята пятипролетной (12+18+6+18+12 м) с высотой до низа балок покрытия 5,4 м, шаг рам 6 м. Несущими элементами покрытия являются сборные железобетонные плиты 3x6 м. Наружные стены здания предусмотрены из легкобетонных панелей, стены помещений для пастеризации субстрата, проращивания мицелия и выращивания грибов - из керамзитобетонных блоков с фактурными слоями из тяжелого бетона. Покрытие помещений основного производства запроектировано из железобетонных плит размерами 3x12 м. В шампиньонницах хозяйств "Разуменский" и "Подольский" ограждающие конструкции производственных помещений выполнены из асбестоцементных экструзионных панелей, утепленных минеральной ватой и защищенных от увлажнения и агрессивных газов лакокрасочным покрытием.
Обобщение опыта проектирования и строительства зданий для производства шампиньонов показало многовариантность их конструктивных решений. По конструктивной схеме здания можно разделить на бескаркасные, с неполным и полным каркасом - железобетонным, стальным или деревянным. Применяются в основном два типа решения ограждающих конструкций по мещений основного производственного назначения — из каменных массивных (кирпича, легкобетонных блоков, железобетонных плит) и эффективных (металлические, пластмассовые панели, металлические обшивки с минерало-ватным утеплителем и т. д.) материалов и изделий. С целью выявления наиболее рациональных конструкций помещений были подсчитаны их технико-экономические показатели для распространенных в практике и перспективных строительных решений (табл. 5).
Строительные решения шампиньонниц для южных регионов России, фермерских и индивидуальных хозяйств
Проведенный информационный поиск не выявил отечественных работ по обоснованию объемно-планировочных и конструктивных решений зданий для выращивания шампиньонов на промышленной основе и грибоводческих сооружений для индивидуального строительства. Отсутствие отечественных исследований по строительным решениям шампиньонниц можно объяснить начальным этапом развития промышленного грибоводства в стране.
За рубежом - в Голландии, Англии, Франции, Германии, Италии, США, Канаде и некоторых других странах — накоплен значительный опыт строительства и эксплуатации шампиньонниц. На основании этого опыта опубликован ряд работ по строительным решениям грибоводческих зданий [187, 188, 198, 199, 204, 205, 207, 210, 212]. Однако эти работы носят описательный характер и не содержат результатов научных исследований. В них отсутствуют сведения по обобщению и анализу влияния факторов на экономичность объемно-планировочного решения здания, рациональной номенклатуре помещений основного производства, габаритным схемам зданий. Рекомендуемые варианты конструктивных решений производственных помещений, среда в которых является агрессивной по отношению к строительным конструкциям, не рассмотрены с позиции надежности. Изучение патентов стран с развитым грибоводством выявило также отсутствие изобретений по строительным решениям зданий. Изобретения в основном относятся к технологии производства грибов.
Обобщение строительных решений шампиньонниц показало, что при их проектировании возможен ряд вариантов номенклатуры помещений основного производства, их габаритов, компоновочных и конструктивных решений, габаритных схем, влияющих на генеральные параметры здания, стоимость его строительства и эксплуатационные качества. В связи с этим возникает необходимость обоснования рациональных архитектурно - строительных решений шампиньонниц.
Разработанной методической основой исследований наряду с определением объемно-планировочных и конструктивных решений шампиньонниц для приведенной в нормах технологического проектирования их номенклатуры площадей выращивания (0,35; 0,7 и 1 га) предусматривалось выявление различного рода закономерностей и положений, на основании которых могли бы быть сформулированы общие принципы проектирования таких сооружений любой производительности.
Обоснование рациональных строительных решений шампиньонницы представляет собой процесс, затрагивающий все аспекты функционального, объемного и конструктивного построения объекта. Для решения поставленных задач целесообразным является использование элементов комплексного подхода. Комплексный подход предусматривает поэтапное достижение цели [1,2,90,91,101].
Для обоснования рациональных объемно-планировочных и конструктивных решений шампиньонниц целесообразно выделить следующие этапы работ: - "вскрыть" структуру объекта и определить цели (подзадачи), достижение которых необходимо для решения поставленной задачи; - выбрать критерии и ограничения. Критерий — основной признак, по которому одно решение выбирается из многих возможных [142]. Критерии должны учитывать существенные стороны объекта и носить количественный характер [90]; - наметить методологические средства для достижения поставленных целей; - установить взаимосвязи между компонентами задачи и наметить схему её решения; - решить подзадачи; - согласовать решения подзадач и разработать варианты строительных решений здания; - проанализировать варианты и выбрать наиболее рациональное решение.
Количество намечаемых целей должно обеспечивать всестороннее рассмотрение проблемы, при этом все частные цели должны быть подчинены общей [72]. На рис. 14 приведена дифференциация конечной цели, учитывающая аспекты функционального и объемно-конструктивного построения здания. Реализация приведенной иерархии целей требует сочетания линейной, циклической и разветвленной стратегий. Линейная стратегия состоит из цепочки последовательных действий, для циклической стратегии характерна обратная связь, а разветвленная стратегия предусматривает параллельное выполнение этапов работ [55].
Ключевым вопросом при разработке объемно-планировочной композиции шампиньонницы является определение экономически целесообразного состава помещений основного производственного назначения. Как было установлено ранее, номенклатура производственных помещений должна влиять на площадь застройки здания, а следовательно, и его стоимость. В связи с этим при обосновании состава помещений, предназначенных для осуществления основного технологического процесса, в качестве критерия оптимальности целесообразно принять минимум рабочей площади на единицу продукции. Состав и площади помещений, не относящихся к основному производству, при различных технологиях будут одинаковыми.
Факторы, влияющие на объемно-планировочные и конструктивные решения сооружений
Проведенными исследованиями установлен ряд требований к планиро вочному решению шампиньонницы: в здании следует выделять зону культи д вирования грибов и зону подготовки субстрата в массе; помещения для пас теризации субстрата и проращивания мицелия располагать вне блока помещений для выращивания грибов; предусматривать раздельные технологические коридоры для проведения погрузочно-разгрузочных работ и для выполнения вспомогательных процессов, при этом в здании должен располагаться только один (для номенклатуры шампиньонниц, рекомендуемой технологическими нормами [41]) «чистый» коридор.
На рис. 38 приведены компоновочные решения зданий для выращивания шампиньонов, разработанные с учетом указанных требований. Схемы даны для номенклатуры площадей выращивания, рекомендуемой нормами технологического проектирования шампиньонных комплексов. Для решения оптимизационной задачи средние колонны каркаса размещены по торцам культивационных помещений.
Размеры здания в плане являются переменными величинами, зависящими только от количества и ширины стеллажей в помещениях выращивания грибов, так как габариты коридоров и помещений для подготовки субстрата в массе определяются технологическими требованиями. Изменение геометрических параметров здания будет влиять на стоимость его строительства и затраты в период эксплуатации. В связи с этим при обосновании пла (Щ нировочных размеров шампиньонницы в качестве критерия оптимальности
Компоновочные решения и схематичные разрезы зданий для выращивания шампиньонов: 1 - помещения для выращивания грибов; 2 — помещения для подготовки субстрата; 3 — коридор для загрузки производственных помещений; 4 - коридор для передвижения производственного персонала; 5 - помещение для вентиляционного оборудования; 6 — перекрытие для установки инженерного оборудования 126 ш целесообразно принять минимум приведенных затрат [87]. Задача формули руется следующим образом: найти минимум целевой функции n3=C3+333=F{ac,nc) (41) при выполнении следующих условий: 1,2 зс 1,5; р = 1; 2 при Fr=350QM2 3 пс 6; (р = 2 при Fr=7000 и 10000л 2, где Я3 — контролируемая часть приведенных затрат, руб.; С3 - контролируемая часть единовременных затрат на возведение здания, руб.;
Э3 - годовые затраты на эксплуатационное содержание здания, руб.; Т3 — нормативный срок окупаемости капитальных вложений, год; ф - количество рядов производственных помещений в здании. Под контролируемой частью единовременных и эксплуатационных затрат подразумеваются затраты, изменение которых в процессе варьирования регулируемых параметров модели существенно влияет на приведенные затраты. Полученные в результате оптимизации размеры в плане шампиньонницы и помещений для выращивания грибов в необходимых случаях должны быть откорректированы с учетом модульных требований.
Для выявления и учета слагаемых контролируемой части единовременных затрат были проанализированы сметные стоимости шампиньонниц и установлена следующая примерная структура затрат по зданию (%):
Общестроительные работы 66,7 в том числе: земляные работы 0,5 фундаменты 3,3 сборный железобетонный каркас 10,4 наружные стены 8,3 внутренние стены и перекрытие 15,0 кровля 11,2
В приведенной структуре затрат две трети приходится на общестроительные работы. При обосновании планировочного решения шампиньонницы изменение стоимости земляных работ можно не учитывать в связи с их небольшим удельным весом в общей сумме капиталовложений. Практически постоянными будут затраты на металлоконструкции (основная доля которых приходится на стеллажи для выращивания грибов), инженерное и технологическое оборудование.
С учетом результатов анализа сметной стоимости шампиньонницы была принята следующая структура контролируемой части единовременных затрат на здание (С3) G=QvfbQflf=Q7B+Q«r z/f (42) где Сок - стоимость ограждающих конструкций; Снк - стоимость несущих конструкций; Спв - стоимость пола в помещениях выращивания грибов; Спк - стоимость пола в коридорах для загрузки и разгрузки производ 128 m ственных помещений; Сш - стоимость пола в коридоре для передвижения производственного персонала; Спо - стоимость пола в помещении для вентиляционного оборудования; Спс - стоимость продольных наружных стен; Стс - стоимость торцовых наружных стен; Ссп - стоимость стен и покрытий помещений выращивания грибов; Спр - стоимость покрытия над коридорами для загрузки и разгрузки производственных помещений; Ш Скч - стоимость покрытия над коридором для передвижения производственного персонала и частично помещением для вентооборудования; Соп - стоимость ограждающей части покрытия над производственными помещениями; Спч - стоимость перекрытия над коридором для передвижения производственного персонала; Сск - стоимость средних колонн каркаса; Снп - стоимость несущих конструкций покрытия над производственными помещениями. .Щк При обосновании планировочных параметров здания рассматривались рациональные решения его конструктивных элементов, разработанные с уче ) том комплекса предъявляемых к ним требований. Климатические воздейст вия на здание и экономические показатели типовых строительных конструк ций (табл. 16) определялись применительно к Орловской области. Одним из важных направлений технического прогресса в капитальном строительстве является расширение области применения стальных конструкций [39]. Одна ко анализ вариантов каркаса, разработанных на основе типовых конструкций (табл. 16) показал, что в условиях действующих сметных цен применение стальных, а также клееных деревянных конструкций оказывается неэффек щу тивным. В результате проведенного технико-экономического анализа целе 129 сообразным было признано следующее конструктивное решение здания: каркас сборный железобетонный с использованием плоскостных несущих конструкций покрытия; шаг колонн 6 м; наружные стены из железобетонных трехслойных панелей с эффективным утеплителем; ограждающие конструкции помещений выращивания грибов и подготовки субстрата — из алюминиевых листов и полужестких минераловатных плит, монтируемых методом полистовой сборки по стальному каркасу; несущие элементы покрытия - железобетонные плиты 3x6м (для сельскохозяйственных зданий), утепленные полужесткими минераловатными плитами; кровля рулонная; полы бетонные; фундаменты под колонны монолитные
