食用菌節(jié)能菇棚開(kāi)發(fā)及應(yīng)用效果初探

姬利強(qiáng) 馬 威* 王運(yùn)杰 田延捧王俊勇 劉秋梅 姬世顯 曹崇敏 安婷婷

（1河南龍豐食用菌產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，河南濮陽(yáng)457300；2清豐縣科技情報(bào)服務(wù)中心，河南濮陽(yáng)457300；3清豐縣食用菌產(chǎn)業(yè)服務(wù)中心，河南濮陽(yáng)457300）

國(guó)內(nèi)食用菌設(shè)施化栽培的主流模式仍以自然條件栽培為主，存在空間利用率低和復(fù)種指數(shù)低的問(wèn)題。筆者參考工廠化食用菌栽培模式，以河南清豐縣陽(yáng)子菌菇產(chǎn)業(yè)示范帶出菇棚為研究對(duì)象，以低投入、高效、節(jié)能為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種新型的食用菌節(jié)能菇棚。該菇棚適合栽培出菇期需氧量大的中高溫型食用菌品種?，F(xiàn)將該菇棚具體構(gòu)造及應(yīng)用測(cè)試結(jié)果總結(jié)介紹如下，僅供參考。

1 節(jié)能菇棚設(shè)計(jì)和建造

節(jié)能菇棚是在河南清豐縣陽(yáng)子菌菇產(chǎn)業(yè)示范帶食用菌出菇棚基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化布局加裝用于調(diào)控溫度、濕度、光照、通風(fēng)等設(shè)備和設(shè)施，將原有50 m×4.5 m×2.8 m出菇棚劃分成6個(gè)功能區(qū)，其中包括4個(gè)11 m×4.5 m×2.8 m出菇區(qū)，2個(gè)3 m×4.5 m×2.8 m空氣預(yù)處理區(qū)（圖1）。

1.1 出菇區(qū)

共4個(gè)。各安裝送風(fēng)風(fēng)機(jī)、送風(fēng)軟管、排風(fēng)風(fēng)機(jī)、燈帶、降溫床架、加濕系統(tǒng)、緩沖間和控制系統(tǒng)。

1.1.1 送風(fēng)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)軟管

菇棚采用正壓送風(fēng)方法，風(fēng)機(jī)選用370 W防水軸流風(fēng)機(jī)，安裝在空氣預(yù)處理區(qū)一側(cè)頂部，風(fēng)機(jī)末端安裝直徑45 cm送風(fēng)軟管，軟管向3個(gè)操作通道各開(kāi)1列出風(fēng)口，出風(fēng)口直徑5 cm，間距60 cm，10.5 m風(fēng)管共開(kāi)出風(fēng)口51個(gè)。

1.1.2 排風(fēng)風(fēng)機(jī)

選用80 W軸流風(fēng)機(jī)，出菇1區(qū)和出菇4區(qū)入口兩側(cè)各安裝一個(gè)；出菇2區(qū)和出菇3區(qū)安裝在進(jìn)門(mén)對(duì)側(cè)兩端居中位置。

1.1.3 出菇光源

選用60珠白色燈帶，單區(qū)用電負(fù)荷約483 W，菇棚安裝3條燈帶共33.5 m長(zhǎng)，分布于3個(gè)過(guò)道上方。

1.1.4 降溫出菇床架

安裝降溫出菇床架2列，根據(jù)栽培袋規(guī)格和出菇方向確定床架規(guī)格。以規(guī)格16.5 cm×35 cm秀珍菇栽培袋單面?zhèn)认虺龉綖槔?，床架?0 cm，長(zhǎng)9 m，高2 m，立柱間隔1.5 m，共7層，層間距凈高23 cm，第1層距地面30 cm（圖2）。兩列出菇床架上方用管件連接固定。出菇床架采用20 mm×1.5 mm鍍鋅管、壓頂簧和十字卡扣組裝連接，縱桿用軟管連接，包扎密封，與橫撐連接處用十字卡扣固定（圖3）。需注意：（1）立柱下方須夯實(shí)，并墊硬物支撐，預(yù)防層架傾斜、坍塌；（2）十字卡扣連接須注意安裝方向，以免因?yàn)橥较虬惭b出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸引發(fā)層架坍塌。為確保出菇床架的穩(wěn)定性，除縱桿外最好采用焊接方法固定。

1.1.5 加濕

出菇區(qū)采用微噴系統(tǒng)加濕，加濕管線安裝于菇棚燈帶上方，使用直徑25 mm微噴管，間隔1 m吊裝霧化噴頭，單區(qū)安裝30個(gè)。

1.1.6 緩沖間

在入棚口處加裝緩沖間，緩沖間規(guī)格2 m×1.5 m×2.2 m，頂部呈弧形，內(nèi)門(mén)規(guī)格1 m×2 m，外門(mén)規(guī)格2 m×2 m，外門(mén)安裝防蟲(chóng)網(wǎng)，側(cè)面用黑白膜密封嚴(yán)實(shí)，白面朝上，確保緩沖間弱光環(huán)境。

1.1.7 控制系統(tǒng)

出菇區(qū)安裝控制工作時(shí)間開(kāi)關(guān)，分別控制新風(fēng)啟停，排風(fēng)啟停，光照啟停，供水電磁閥門(mén)啟停，加濕啟停，其中新風(fēng)和供水電磁閥門(mén)啟停同步。排風(fēng)與加濕開(kāi)啟同步，排風(fēng)設(shè)置延遲5 min。根據(jù)不同食用菌品種習(xí)性，生長(zhǎng)階段和外界氣候條件靈活設(shè)置各系統(tǒng)啟停時(shí)間。

圖1 節(jié)能菇棚平面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 出菇區(qū)床架結(jié)構(gòu)

1.2 空氣預(yù)處理區(qū)

共2個(gè)，各安裝進(jìn)風(fēng)口、空氣熱交換系統(tǒng)、空氣導(dǎo)流罩、回風(fēng)口與檢查口、地面防水與水回收系統(tǒng)，分區(qū)隔斷（圖4）。

1.2.1 進(jìn)風(fēng)口

進(jìn)風(fēng)口尺寸2 m×0.6 m，具備開(kāi)啟和關(guān)閉功能，進(jìn)風(fēng)口安裝40目防蟲(chóng)網(wǎng)（圖5）。

1.2.2 空氣熱交換系統(tǒng)

由微噴管和霧化噴頭組成，“目”字形安裝直徑25 mm微噴管5道，間隔50 cm安裝霧化噴頭噴淋，單區(qū)安裝43個(gè)。

1.2.3 空氣導(dǎo)流罩

采用長(zhǎng)4.6 m，寬3 m黑白膜用卡槽和卡簧固定于空氣預(yù)處理區(qū)兩側(cè)，形成空氣導(dǎo)流通道。

1.2.4 分區(qū)隔斷

安裝分區(qū)隔斷5道。隔斷骨架采用直徑20 mm鍍鋅管組裝，在出菇區(qū)一側(cè)固定壓膜卡槽，將0.12 mm黑白膜固定于壓膜卡槽上，用卡簧固定，安裝時(shí)白面朝向出菇區(qū)。

1.2.5 地面與水回收系統(tǒng)

空氣預(yù)處理區(qū)地面做成“凹”字形，中心為集水口，經(jīng)過(guò)濾后連接管道至集水池，按照10 mg/kg標(biāo)準(zhǔn)添加漂白粉后用于地面噴水、洗庫(kù)等日常用水。

1.2.6 回風(fēng)口與檢查口

分別設(shè)置于送風(fēng)風(fēng)機(jī)下方兩側(cè)，回風(fēng)口尺寸寬0.6 m，高1.2 m，回風(fēng)口加裝40目防蟲(chóng)網(wǎng)；檢查通道位于回風(fēng)口另一側(cè)，寬0.6 m，高1.5 m，用于霧化噴頭檢修和日常維護(hù)。

2 指標(biāo)測(cè)試與分析

2.1 通風(fēng)指標(biāo)

包括新風(fēng)風(fēng)機(jī)送風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)排風(fēng)。新風(fēng)量計(jì)算公式：

Q=S×n×v

Q：新風(fēng)量，單位 m3/s；S：出風(fēng)口表面積，單位m2；n：出風(fēng)口數(shù)量，單位個(gè)；v：出風(fēng)口風(fēng)速，單位m/s。

（1）新風(fēng)風(fēng)機(jī)送風(fēng)指標(biāo)測(cè)試，單區(qū)菇房共預(yù)留直徑5 cm風(fēng)口51個(gè)，出風(fēng)口平均風(fēng)速3 m/s。每小時(shí)最大新風(fēng)量Q=S×n×v×3600=（3.14×0.025×0.025）×51×3×3600=1081 m3，出菇區(qū)容積V=110 m3，換氣次數(shù)n=Q÷V=9.83次/h，新風(fēng)換氣效率6.1 min/次。

（2）排風(fēng)風(fēng)機(jī)指標(biāo)，單區(qū)菇棚安裝排風(fēng)風(fēng)機(jī)2個(gè)，直徑30 cm，經(jīng)測(cè)試，出風(fēng)口平均風(fēng)速3 m/s，每小時(shí)最大風(fēng)量Q=S×n×v×3600=3.14×0.15×0.15×2×3×3600=1526.04 m3，出 菇區(qū) 容積 110 m3，換 氣 次 數(shù)13.87次/h，新風(fēng)換氣效率4.33 min/次。2019年秀珍菇出菇高峰期測(cè)試，設(shè)施內(nèi)二氧化碳濃度最低可以控制在600 mg/kg。

圖4 空氣預(yù)處理區(qū)

圖5 進(jìn)風(fēng)口

2.2 制冷指標(biāo)

節(jié)能菇棚降溫設(shè)施包括降溫床架和空氣預(yù)處理。經(jīng)過(guò)2019年秀珍菇80%庫(kù)容率出菇應(yīng)用測(cè)試，高峰期單區(qū)制冷總功率是39.98 kW。其中降溫床架貢獻(xiàn)19.6 kW，空氣預(yù)處理貢獻(xiàn)20.38 kW。直接熱交換公式：

Q：交換熱量，單位kJ；c：交換介質(zhì)比熱容，單位kJ/（kg·℃）；m：交換介質(zhì)質(zhì)量，單位kg；△t：溫差，單位℃。

水由液相變?yōu)闅庀辔鼰嵊?jì)算公式：

（1）空氣含水量計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式：

Hs：空氣含水量，單位 kg/m3；φ：相對(duì)濕度，單位%；Ps：某一溫度值水的飽和壓力，單位Pa；P：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，單位Pa。

（2）水相變吸熱量公式：

Hs1：熱交換后空氣含水量，單位kg/m3；Hs2：熱交換后空氣含水量，單位kg/m3；V：新風(fēng)體積，單位m3；r：水的汽化熱，單位kJ/kg。

（1）降溫床架制冷量：降溫床架共有8個(gè)出水端，通過(guò)進(jìn)水閥門(mén)控制排水流量，結(jié)果顯示，單一出水端平均排水流量420 L/h，8個(gè)合計(jì)3360 L/h，高溫季節(jié)最高進(jìn)水溫度18℃，同期出水溫度23℃。降溫床架熱交換量Q=c×m×△t=4.2kJ/（kg·℃）×3360 kg×（23-18）=70 560 kJ，換算成制冷功率是P=Q÷3600 kJ/h=70 560 kJ÷3600 kJ/h=19.6 kW。

（2）空氣預(yù)處理制冷量：空氣預(yù)處理區(qū)設(shè)置霧化噴頭43個(gè)，每個(gè)霧化噴頭流量70 L/h，空氣預(yù)處理區(qū)最大水消耗量3010 L/h，經(jīng)測(cè)試，微噴進(jìn)水溫度18℃，排水溫度23℃；外界39℃高溫時(shí)，進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)溫度34℃（進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在菇棚陰面），進(jìn)風(fēng)濕度35%，新風(fēng)風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度23℃，送風(fēng)濕度85%，新風(fēng)量1081 m3/h。空氣預(yù)處理區(qū)熱交換量包括外界空氣與霧化水直接熱交換量Q1和水氣化吸熱量Q2，其中Q1=c×m×△t=4.2 kJ/（kg·℃）×3010 kg×（23-18）=63 210 kJ；34 ℃，水的汽化潛熱2420.2 kJ/kg[1]，水的飽和大氣壓5322.6Pa[1]，23℃，水的飽和大氣壓2810.0 Pa[1]，Q2=（Hs1-Hs2）× 1081 × 2417.8 kJ/kg=[（85%×18÷22.4×2810.0÷（101 325-2810.0）-35%×18÷22.4×5322.6÷（101 325-5322.6）]×1081×2420.2=10 175.73 kJ，兩項(xiàng)熱交換量合計(jì)是Q1+Q2=73 385.73 kJ，換算成制冷功率是P=Q÷3600 kJ/h=73 386.15 kJ÷3600 kJ/h=20.38 kW。

2.3 加濕指標(biāo)

菇棚安裝微噴加濕系統(tǒng)，單區(qū)安裝30個(gè)霧化噴頭，每個(gè)霧化噴頭流量70 L/h，每小時(shí)加濕量m=30×70=2100 L。催蕾環(huán)節(jié)用水量最大，每3 h開(kāi)啟5 min，該階段每天累計(jì)加濕時(shí)間40 min，加濕量1400 L/d。

2.4 光照指標(biāo)

菇棚安裝三道60珠白光燈帶，單區(qū)用電功率483 W，光通量計(jì)算公式：

n：光通量系數(shù)，單位lm/W；P：燈帶功率，單位W。

平均照度計(jì)算公式：

Φ：菇棚光通量，單位lm；n1：空間利用系數(shù)；n2：維護(hù)系數(shù)；S：照射面積，單位m2。

節(jié)能菇棚采用110 lm/W白光燈帶，單區(qū)菇房光通量Φ=110×483=53 130 lm。菇房空間利用系數(shù)0.75，因菇棚相對(duì)空間濕度較高，維護(hù)系數(shù)設(shè)定為0.6，照射面積 165.5 m2，包括地面49.5 m2，床架側(cè)面72 m2，菇棚兩側(cè)44 m2。平均照度53 130×0.75×0.6÷165.5=144.46 lx。經(jīng)測(cè)試，該照度滿足秀珍菇催蕾和育菇期子實(shí)體色澤需要。

2.5 庫(kù)容

以16.5 cm×35 cm規(guī)格秀珍菇栽培袋單面?zhèn)认虺龉綖槔瑔螀^(qū)菇房安裝降溫床架2列，每列6個(gè)單元，每單元7層，每層碼放出菇菌包48包，每單元碼放336包，12個(gè)單元合計(jì)碼放菌包4032包，出菇密度=4032÷4.5÷11=81.45包/m2。每個(gè)菌包質(zhì)量1.4 kg，單區(qū)菌包質(zhì)量5644.8 kg，空間體積110 m3，庫(kù)容率51.32 kg/m3。

2.6 能耗

節(jié)能菇棚單區(qū)用電荷載包括1個(gè)370 W新風(fēng)風(fēng)機(jī)、2個(gè)80 W排風(fēng)風(fēng)機(jī)和483 W燈帶，單區(qū)用電荷載1013 W，按照平均50%最大用電負(fù)荷計(jì)，電耗12.16 kW/d。秀珍菇60 d出菇周期，以農(nóng)業(yè)用電0.5元/（kW·h-1）核算，電費(fèi)不超過(guò)364.8元，分?jǐn)傠娰M(fèi)成本0.09元/包。

2.7 投入

前述節(jié)能菇棚是在原有菇棚基礎(chǔ)上改造而成，新增用于調(diào)控溫度、濕度、光照、通風(fēng)四個(gè)參數(shù)的設(shè)備和設(shè)施，為便于管理調(diào)控，新增控制系統(tǒng)。在投入方面，以225 m2菇棚改造為16.5 cm×35 cm規(guī)格秀珍菇栽培袋單面?zhèn)认蚬?jié)能出菇菇房為例，改造成本約27 076元。其中包括：（1）送風(fēng)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)軟管4套約 1936元；（2）隔斷 5道，約 600元；（3）排風(fēng)機(jī) 8個(gè)，約 800元；（4）燈帶 134 m，約1340元；（5）降溫床架，約14 400元；（5）緩沖間4個(gè)，約800元；（6）加濕系統(tǒng)，約 500元；（7）控制系統(tǒng) 4套，約4200元；（8）空氣預(yù)處理系區(qū)2個(gè)，約1500元；（9）電路系統(tǒng)，約1000元。原有菇棚建設(shè)成本約13 600元，合計(jì)節(jié)能菇棚總成本約40 676元，單位面積投入180.78元/m2。

2.8 產(chǎn)出

根據(jù)2019年栽培秀珍菇小區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)算，單批投放菌包16 128包/棟，出菇周期60 d，全年復(fù)種指數(shù)為4，年出菇量64 512包，按照采菇3潮，平均單包產(chǎn)量323.56 g計(jì)算，節(jié)能菇房年產(chǎn)量20.87 t，按照3—10月秀珍菇平均價(jià)格9000元/t核算，年產(chǎn)值18.78萬(wàn)元，單位面積產(chǎn)值834.6元/m2。

3 小結(jié)與討論

3.1 節(jié)能菇棚節(jié)能指標(biāo)顯著

菇棚單區(qū)總用電負(fù)荷1013 W。新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)在全新風(fēng)狀態(tài)及極限高溫39℃天氣條件，貢獻(xiàn)20.38 kW制冷量，降溫床架貢獻(xiàn)19.6 kW制冷量，保持菇棚空間溫度26℃以下，一個(gè)出菇周期60 d總分?jǐn)傠娰M(fèi)成本0.09元/包，節(jié)能效果顯著。

3.2 節(jié)能菇棚栽培效率提升顯著

（1）復(fù)種指數(shù)顯著提高。2019年秀珍菇出菇測(cè)試，采用二區(qū)制栽培模式，在每批次采收前3潮的合理狀態(tài)下，菇棚批次占用時(shí)間46～52 d，留足清庫(kù)和菇棚沖洗消毒時(shí)間，按照每個(gè)出菇周期60 d制定生產(chǎn)計(jì)劃。以豫北地區(qū)氣候條件，每年3月中旬—11月中旬可以栽培4個(gè)批次，復(fù)種指數(shù)較常規(guī)提高4倍。（2）空間利用效率顯著提高。以秀珍菇為例，節(jié)能菇棚單區(qū)出菇密度81.45包/m2，庫(kù)容率51.32 kg/m3。節(jié)能菇棚單批投放菌包16128包/棟，年64 512包/棟，年產(chǎn)量20.87 t/棟，年產(chǎn)值18.78萬(wàn)元/棟，單位面積產(chǎn)值834.6元/m2，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)菇棚。

3.3 節(jié)能菇棚投入成本低，且還有下降空間

225 m2菇棚改造成本約27 076元，加上原有菇棚建設(shè)成本約13 600元，合計(jì)節(jié)能菇棚成本40 676元，單位面積投入180.78元/m2，遠(yuǎn)低于其他模式的周年栽培菇棚。節(jié)能菇棚的硬件投入主要是降溫床架，單棟費(fèi)用約14 400元，占改造成本費(fèi)用的53.98%，日后還有下降空間。

3.4 節(jié)能菇棚有望推動(dòng)中高溫需氧量大的食用菌品種周年化栽培

節(jié)能菇棚實(shí)現(xiàn)了全新風(fēng)狀態(tài)溫度控制，解決了通風(fēng)和降溫過(guò)程中能耗大、栽培成本高的問(wèn)題，有望推動(dòng)需氧量大的中高溫食用菌品種實(shí)現(xiàn)低運(yùn)營(yíng)成本周年化栽培。

3.5 控制系統(tǒng)有待進(jìn)一步提升

采用比較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，由繼電器控制啟停，智能化程度低。今后節(jié)能菇棚應(yīng)開(kāi)發(fā)模塊控制系統(tǒng)和手機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。