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栽培技术

专家谈食用菌工厂化的整体设计与节能降耗

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随着我国国民经济持续快速发展,能源短缺矛盾更加突出,能源已成为影响经济发展的重要因素,世界各国都对节能提出了更高的要求,并采取了相应的政策措施。食用菌由于具有较高的营养保健价值及经济回报,越来越受到消费者和投资者的青睐。近几年我国食用菌工厂化生产企业如雨后春笋般迅速发展,其产品在满足了人们的物质生活需要的同时,也带来了极为可观的经济效益及社会效益。由于食用菌工厂化栽培须采用制冷或加热设备,调节食用菌厂房温度、湿度和二氧化碳浓度,需要消耗大量的电力能源,据调查统计显示电能消耗大约占食用菌生产总成本的20%一30%。因此,如何减少电能消耗已成为食用菌工厂化栽培企业亟待解决的问题。

目前大多数的食用菌投资者关注的是前期投资成本和短期利益,忽视长远效益,因此,在设施设备投入上,只注重满足食用菌生产的需要,而常常忽视食用菌生产过程中的节能问题.致使很多食用菌工厂化生产企业普遍成为高耗能企业,使产品成本居高不下,企业获利能力降低,缺乏市场竞争力。食用菌工厂化生产是一项系统工程,影响食用菌工厂化生产能耗的因素很多,不同地区、不同品种、不同设备设施、不同栽培工艺等因素都会对生产过程中的能耗产生很大影响。要想从根本上解决食用菌工厂化生产中存在的高耗能问题,除了要有先进的技术和管理外,最根本的是要从食用菌厂房的设计入手,提倡和推行节能设计。

食用菌厂房的节能设计,大体可分为食用菌厂房工艺设计、平面及空间设计、建筑设计和环境模拟及控制系统设计。简单地说,食用菌厂房设计主要依靠食用菌厂房建筑从总体到单体的设计来保证和维持食用菌厂房的正常使用,并尽量减小能源设备装机功率,使菇房的负荷变小,为节能创造条件。环境模拟控制系统设计,包括相关环境模拟控制设备的选型、智能控制系统设计等,就是在满足实际负荷要求的情况下,依靠设备及系统本身的高效率来实现节能。而对于食用菌工厂化生产来说,需要根据食用菌的生物学特性和具体生长状况进行精细管理,因此,科学的运行管理在节能降耗管理中显得尤为重要,科学的运行管理主要是对食用菌生产过程中各个环节进行科学的动态管理。食用菌厂房设计、环境模拟控制系统设计以及科学的运行管理三者相辅相成,有机结合,才能真正实现企业的节能生产。

一、食用菌厂房建筑的节能设计

食用菌工厂化生产,不同于一般的农作物设施栽培,它是在一个相对密闭的环境条件下,利用设施和设备创造出适合不同菌类不同发育阶段的生长环境,来实现“反季节”的周年栽培。因此,食用菌工厂化生产厂房具有相对密闭、保温,环境可控制等特点。其围护结构一般由外表面层、保温层、内表面层等构成,内、外表面层材料应具有保温、防水、防湿性,不燃性和自熄性.化学稳定性好,强度高、不易开裂以及使用寿命长等性能。食用菌厂房保温效果决定供冷时间长短及生长温度变化,食用菌厂房外围结构传热占食用菌厂房总热负荷20%-35%。在一定范围内,食用菌厂房外热负荷与食用菌厂房围护结构的厚度成反比关系,随着围护结构厚度的增大,食用菌厂房外热负荷将变小,这可以减小制冷系统投资和制冷系统运行费用;但是围护结构的增厚,将会增加食用菌厂房建设的初期投资,因此,如何确定围护系统结构对于食用菌厂房建设是十分重要的。

工厂化栽培食用菌厂房与季节性栽培菇房或大棚相比,最主要的区别在于防潮,隔汽和保温,如何最大限度的杜绝“冷桥”是工厂化食用菌厂房施工中的重点和难点,也是食用菌厂房施工中节能的重要一环。食用菌厂房在施工中节点、梁柱、次钢构、管道、支吊架以及地坪等易产生冷桥部位应有科学的设计方案并严格按设计图纸施工。因为一旦形成“冷桥”,将增加食用菌厂房的热负荷。另外,食用菌厂房的外表面颜色尽量设计成白色或浅色。这主要是利用它的反射来减少辐射热量。颜色是影响反射率的主要因素。颜色越浅,反射太阳辐射的能力越大。如白色表面对太阳辐射的反射率可达0.8.而黑色只有0.1。因此,夏季在强烈的太阳照射下,白色表面的温度可比黑色表面低25-30度。
在进行食用菌厂房整体布局设计时应遵循以下原则:

(1)瞒足生产工艺流程的要求。不同食用菌栽培品种对厂房整体布局有不同的要求,即使相同的栽培品种,不同的栽培方式,栽培工艺亦有差异。

(2)厂区布置应做到近期与远期结合,以近期为主,适当考虑今后扩建的可能。企业在进行开工建设前,应进行总体规划,制定企业中长期发展战略,避免在生产过程中出现由于规模扩张带来的厂房改造成本增加或无法进行改造。

(3)由于培养房及出菇房之间温差较大,在进行食用菌厂房规划时,一般实行分区管理,尽量避免混合排列设计。实行分区管理,能够提高生产效率;此外,在培养区与出菇区分别安装隔热风幕机或设立缓冲区,可使食用菌厂房内外环境隔开,杜绝冷暖空气对流形成结雾,保障开门作业不影响菇房内温度回升,避免由于温度梯度引起的能量传递,从而达到节约能源的目的。

二、环境控制系统的节能设计

食用菌工厂化厂房环境控制系统设计里一个重要的节能措施往往被人们所忽略,这就是厂房内的气流合理组织.目前大多数食用菌厂房的气流组织是不合理或欠合理的。主要表现为:

(1)达到目标温度所需降温时间长,运行能耗增加;

(2)食用菌厂房内产生“死角”现象;

(3)食用菌厂房内部温度分布不均匀,导致培养或出菇同步性下降;

(4)出菇品质差或者产量不高。

产生食用菌厂房内气流组织不合理的因素与菇房结构尺寸、内部设计、风机选型和布局等有关。很多食用菌生产企业在进行食用菌厂房设计时,培养房倾向于采用大面积库房,单间建筑面积一般为100-200平米左右,出菇房倾向于采用小面积库房,单间建筑面积一般为60-70平米左右。在进行内部菇架摆放时,应遵循环境控制优先的原则,避免一味追求高库存量,导致厂房内部产生温度梯度,影响食用菌生长同步性;另一方面,在进行风机布局时,要注意消除厂房内部“空气回流”现象,使冷风机流向一致,保持食用菌厂房内温度场和速度场的均匀,减少厂房内空气流动的波动,同时保持一定的空气流速,强化空气及制冷设备之间的热交换过程,及时排除食用菌在培养或出菇过程中产生的二氧化碳,改善食用菌生长的环境条件。因此,优化设计食用菌栽培菇房能够达到改善其气流组织的合理性,从而达到降低生产能耗的目的。良好的食用菌工厂化厂房环境模拟控制系统的设计应该是达到目标温度的时间最短,且食用菌产品具有较高的质量和产量为评判标准。

对于食用菌工厂化栽培来说,食用菌生产过程中的温度调控主要是通过制冷机组进行控制,制冷机组的选择一方面影响食用菌厂房内环境控制的效果;另一方面影响到食用菌生产耗电量。制冷机组的选型和匹配对节能至关重要,但是,食用菌工厂化生产用冷情况特别复杂,须要根据菇房大小、最大容量、不同菌种的菌丝培养及子实体生长等方面进行综合考虑。

蒸发温度就是制冷剂液体在蒸发器内蒸发时的温度,也是制冷剂对应于蒸发压力的饱和温度。蒸发温度的高低,对制冷效率影响很大。提高蒸发温度,减少传热温差,有利于节省电能。根据估算,蒸发温度每降低1℃,耗电增加3%一4%。不同的食用菌栽培品种,都有其适合的温度范围。食用菌厂房的温度在不影响出菇产量及质量的前提下,设计时应选用较高的温度,优化组合压缩机制冷系数和各蒸发温度系统的制冷系数,实现压缩机制冷量与菇房实耗冷量的合理匹配,避免出现“大马拉小车”或“小马拉大车”的现象。

目前大多数食用菌工厂化投资者存在着只注重压缩机主机,轻视辅助设备的观念,在实际选择冷凝器、节流装置等制冷系统配件时,对其引起运行能耗的差异考虑较少。在制冷系统中辅助设备的性能制约着压缩机主机的效率,冷凝器等辅助配件的合理优化选择对制冷装置能耗的影响,必须引起食用菌工厂化投资者的高度重视。

根据冷却介质和冷却方式的不同,常用的冷凝器按其冷却介质及冷却方式一般可分为三种类型:水冷式冷凝器、空气冷却式冷凝器和蒸发式冷凝器。

在选择制冷方案时,需要根据工程的具体情况,如热源、电源、所需冷量、食用菌厂房设计及栽培食用菌品种等因素,同时结合当地的气象条件及水源情况,进行全面的比较。根据投资、占地面积、能量消耗以及运行管理难易等指标,经济合理地确定制冷方案和选择制冷机形式。

食用菌工厂化生产通过通风换气来降低厂房中的二氧化碳浓度和改善厂房空气质量,目前国内大多采用的是安装排气扇来进行通风换气,导致在进行通风时,菇房内环境变化大,制冷或加热耗能增加,尤其是当室内外温差较大时。因此,选择合适的新风换气机应用在食用茵工厂化生产中是非常必要的。全热新风换气机在排出室内二氧化碳和送人室外新鲜空气的同时,既通过传热板交换温度,又通过板上的微孔交换湿度,从而达到既通风换气又保持室内温、湿度相对稳定的效果。新风换气机的优点:①室内外双向换气,新风等量置换。②过滤处理配置不同过滤材料,新风过滤处理,可有效净化空气,防止病原菌传播。③高效节能:内置静止热交换器,热交换效率大于70%,冷热负荷不受新风影响,大幅度降低新风处理所需能量,节约新风处理能耗30%以上。

三、控制系统的节能设计

控制系统的自动控制主要有两方面的作用。一方面保护机器设备的正常运行、保护操作人员的安全;另一方面可以节省能源,据有关资料统计,与手动控制相比,自动控制可节能10%左右,并且降低了劳动力成本。

控制系统的自动控制可以在以下几个方面实现:食用菌厂房温度的自动调节、蒸发器的自动融霜,通风换气的程序控制、制冷压缩机的变频控制;辅助设备的自动控制可使制冷量与冷热负荷相适应,合理自动调节机器设备,如对冷风机上的风机采用双速电机,当热负荷较小时,自动转入低速运转以降低电耗等等。随着电子技术的发展,可变程序控制器的功能越来越强大,自动控制已成为系统节能设计中不可缺少的环节。通过对温度、湿度、二氧化碳浓度、压力、流量等数据的采集和计算,实现对压缩机、蒸发器、冷风机等设备的自动调节,从而对整个制冷系统进行控制,使系统在经济高效的状态下运行,达到节能的目的。

四、运行管理

在食用菌工厂化生产中,食用菌厂房的节能设计是基础,而企业运行管理的好坏是关键。运行节能管理主要包括两方面的内容,一个方面是生产过程中的节能管理,包括整个食用菌生产工艺的每一道工序的合理设计;另一个方面是设备运行当中的维护和保养,主要是相关设备及其关键部件的检查和维护;两者互为补充,都应该引起企业管理者的重视。

食用菌工厂化生产是一项新生的事物,涉及到建筑学、制冷工程、环境工程、微生物学等多学科知识,还需要一个认识、再认识的过程,需要多学科专家进行协同攻关。能源是社会经济的重要支柱,能源问题是世界各国普遍面临的紧迫问题。食用菌工厂化生产是高耗能产业,重点是节能。食用菌工厂化企业应该对工厂化生产进行优化设计,适当增加初期一次性投资,配置必要的节能设备,提高节能水平,降低运行费用,实现高效节能的运行目的,增强企业市场竞争力,扩大企业盈利能力。

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