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    文献:食用菌工厂化生产的节能分析

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      食用菌工厂化生产的节能分析

      管道平 胡清秀(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081) 《食用菌》2010年01期

        摘要:能源问题已是当今世界瞩目的重要课题,能源短缺促使人们节能意识提高。从节能的角度,针对食用菌工厂化生产中存在的问题,从食用菌生产冷负荷特点、建筑设计、环境调控设计、运行管理等四个方面,提出合理的设计思想和方法。以期达到减少能源消耗、降低生产成本的目的。

        关键词:食用菌 工厂化生产 保温材科 制冷设备 环境调控 运行管理

        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。我国内地食用菌工厂化栽培企业如雨后春笋般迅速发展,其产品在极大的满足了人们的生活需要的同时,也带来了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,调节菇房温度、湿度和C02浓度,需要消耗大量的电力能源,据笔者对内地一些食用菌工厂化生产企业的调查,能源消耗大约占食用菌生产总成本的20-30%。因此,如何减少能源消耗已成为食用菌工厂化栽培企业亟待解决的问题,须要不断地去研究、探索。

        目前,大多数的食用菌生产企业关注的是投资成本和眼前利益,忽视长远效益,因此,在设备设施投入上,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管理。致使内地食用菌工厂化生产企业普遍成为高耗能企业。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,最根本的是要从菇房的设计入手,提倡节能设计。

        菇房的节能设计,大体可分为菇房建筑设计和控制系统设计。简单地说,菇房建筑设计主要依靠菇房建筑从总体到单体的设计来保证和维持菇房的正常使用,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。控制系统设计,包括相关环境控制设备的选型、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,运行管理在节能管理中显得尤为重要,运行管理主要是对食用菌生产过程中各个环节进行动态管理,实现“人机互动”。菇房设计、控制设计以及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。下面笔者以接触到的食用菌生产企业中存在的问题,从节能的角度,来探讨食用菌工厂化生产的合理性,供食用菌生产企业参考。

        1 食用菌工厂化生产的冷负荷特点分析

        在食用菌的栽培过程中,需要对培养室和出菇室进行制冷降温(夏天)或加热升温(冬天)。培养室是食用菌接种后进行菌丝培养的场所,培养室的主要热负荷为菌丝呼吸作用和通风换气从外界交换的热量。在菌丝培养初期,菌丝的生长速度较慢,呼吸产生的热量较少,通风换气次数相对较少;在菌丝培养中后期,菌丝生长代谢逐渐旺盛,呼吸热负荷不断增加,须增加单位时间内的通风次数,并且相应的要从室外补充适量的新鲜空气;当菌丝长满袋后,菌丝代谢相对减少,通风次数也随之减少。当菌丝生理成熟后,转入出菇室进行出菇,降温是诱发子实体原基形成的主要因素。降温后再辅以昼夜温差刺激、光诱导以及增加空间的相对湿度,可促进子实体原基的形成。在原基分化阶段,食用菌菌丝由于受到外界环境刺激,菌丝从营养生长转入生殖生长,此时,制冷的热负荷主要为室内降温所要冷却的热量以及原基分化所产生的热量。一般来说,子实体发育的适宜温度比菌丝生长的适宜温度要低,比子实体分化所需要的温度略高。当原基形成后,随着子实体慢慢长大。呼吸热负荷也逐渐达到极大值。因此,需要根据食用菌的生物学特性、菌丝培养不同阶段、子实体生长情况并结合当时的气候进行降温和通风。

        另一方面,菇房内空气性质(温度、水蒸气分压力和空气成分)对食用菌生产的成败起关键作用。其中。温度是影响食用菌生长最主要的因素之一,它影响着食用菌的生命活动,不同食用菌生长发育的适宜温度范围不同(表1)。在子实体生长阶段,当菇房内温度出现波动时,食用菌子实体表面容易产生结露,微生物繁殖增加,在实际生产中表现为病害严重、子实体表面有斑点、易腐烂等,导致商品菇质量下降。

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      表1 不同食用菌生长发育的适宜温度

      水蒸气分压力对食用菌的影响主要作用表现为对蒸腾作用的影响,当食用菌表面的水蒸气分压力大于菇房内循环空气的水蒸气分压力时,培养袋内的水分就会向菇房内空气蒸发,并且随着这种水蒸气分压力差的增大,蒸腾作用越明显;反之亦然。当菇房内风速过大,通风换气次数过多,水蒸气分压力差增大,食用菌培养料裸露的表面蒸腾作用加强。容易导致培养料失水过多,由于食用菌生长发育所需要的水分绝大多数都来自培养料。因此,在实际生产中,培养料失水主要表现为:培养袋收缩脱袋、产量低、畸形菇多等。但是,适当的水蒸气分压力能够加速菇体表面的蒸腾作用,带动菌丝中的营养向子实体输送,促进子实体的生长和发育,同时还可防止细菌性病害的发生。另一方面,食用菌在培养和出菇过程中由于呼吸作用,产生的大量C02,当环境中的CO2浓度增加时,氧分压势降低,过高的CO2浓度造成菌丝生理障碍。并影响到食用菌子实体的形态建成。因此,菇房必须配备相应的机械通风设备,这一点对于对C02敏感的好氧性食用菌品种(如白灵菇)尤其重要。

        由以上分析可知,食用菌生产的冷负荷特点和一般的民用建筑、冷库等用冷负荷特性有很大的区别。因此,在设计工厂化菇房时在满足食用菌生长所需要的环境条件的基础上,做到节能生产。

        2 菇房建筑的节能设计

        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环境,是“反季节”周年栽培。因此,食用菌工厂化生产菇房具有相对密闭、保温、环境可控等特点。目前国内外工厂化生产食用菌的菇房主要有“冷库”式菇房和“保温大棚”式菇房两种形式。

        2.1 “冷库”式菇房 “冷库”式菇房主要是根据食用菌生物学特性,仿照冷库建筑的方式建造食用菌专用菇房。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。菇房保温效果决定供冷时间长短及培养温度变化,菇房外围结构传热占菇房总热负荷20-35%。在一定范围内,菇房外热负荷与菇房围护结构的厚度成反比关系,随着围护结构厚度的增大,菇房外热负荷将变小,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,将会增加菇房建设的初期投资,因此,如何确定围护结构对于指导菇房建设是十分重要的。近几年来,食用菌菇房保温材料的选择由稻壳、聚苯乙烯发展为聚氨酯。表2列出了几种保温材料的性能指标。就目前来讲,由于聚氨酯硬脂泡沫塑料的导热系数很小,隔热层可做的比较薄,隔水隔热性能都很好,其内表面用金属铝板围护即可,热惰性仅为软木隔热混凝土内墙的16-20%,聚氨酯现场分层发泡进行密封,简单方便。挤塑保温板(XPs)是以聚苯乙烯树酯辅以聚合物加热混合的同时,注入发泡剂,而后挤塑压出连续性闭孔发泡的保温板.具有优越的保温隔热性能、良好的抗湿防潮性能和高抗压性能。虽然专用保温板一次性投资额较大,但减少了大量的土建工程,具有快速、简洁、保温效果好等优点。

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      表2 不同保温材料的性能指标

        笔者在调查过程中发现,一些企业在进行食用菌工厂化生产时,有的企业为了节省设施的一次性投入(或自身知识的局限),仅是简单将原来弃之不用的工业厂房进行改造。因陋就简,采用聚苯乙烯板粘贴在墙上,并没有对保温层进行防潮处理,虽然一次性投资减少了,但是,在实际生产过程中,培养室相对湿度要求为60%,出菇室内相对湿度要求达到85-90%,聚苯乙烯板的“吸湿现象”非常严重,导致培养房或出菇房保温效果差,每个月的电力消耗很大,结果一年运行下来年电费总支出是惊人的。因此,为了节能,建议采用组合式专用保温板构筑。不同地区环境条件不同,栽培品种的温型不同,可以选择不同厚度的专用保温板构筑,密度至少都在20kg/m3(南方地区)-25 kg/m3(北方地区)以上。厚度一般在100mm。

        工厂化栽培菇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”是工厂化菇房土建施工中的重点和难点,也是菇房施工中节能的重要一环。菇房施工中吊点、墙柱、管道、支吊架以及地坪等易产生冷桥部位应严格按设计图纸施工。因为一旦形成“冷桥”,将增加菇房热负荷。另外,菇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℃。

        2.2 “保温大棚”式菇 房国外规模化应用比较普遍的是“保温大棚”式菇房(图1),该种菇房不仅能够进行草腐生菌类工厂化周年生

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      图1 爱尔兰“保温大棚”式菇房

      产。而且在韩国、日本也用于工厂化周年栽培杏鲍菇、平菇、金针菇等品种。目前,国内有些企业也在尝试建筑类似的保温大棚用于食用菌工厂化周年生产.但使用效果并不是很理想,主要问题是如何固定大棚保温材料。国内外目前所建造的”保温大棚”菇房所使用的保温材料一般都属于纤维状保温材料,在使用1-2年后,纤维状保温材料会逐渐出现”粉化”缺陷,导致保温材料在自身重力作用下出现下垂和脱落现象,弧顶部分失去保温作用而不能使用。笔者认为,从国内现有条件出发。开发并推广国内自主知识产权的”保温大棚”式菇房,不仅可以满足食用菌环境调控的需要,而且能够大幅度降低菇房建筑成本,更快的推进我国食用菌工厂化周年栽培的规模,提高食用菌产业的整体经济效益。

        2.2.1 地面处理 保温大棚的地面需要进行保温处理,这对北方存有冻七层的区域显得更为重要,同时,地面处理还要有一定的承载力,兼具隔离土壤,阻止病虫害土壤传播的作用,因此,还需要对地面进行硬化处理(浇灌水泥)。图2是福建农林大学黄毅教授等设计的“煤渣保温层”地面处理方案实例,在运行过程中取得了较好的效果,并降低了一次性投资成本。该方案主要是利用煤渣高孔隙度,具有较好的保温效果的特性。并针对使用煤渣保温层会出现返潮现象。采用双层薄膜形“夹心饼”处理,解决了返潮现象发生。

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      图2 地面保温处理纵切面

        此外,在地面处理时,需要注意以下几个问题:①、表层土壤应夯实,表面没有大的凹凸。基层由厚度为150 mm的碎石或干燥材料组成,土壤必须压实,再均匀铺上混凝土。②、菇房之间及其四周应预留排水沟,在施工之前,要预铺设排水管,便于棚内清洗。③、排水管出口采用“u”型弯管,留水进行“封
      口保温”,以达到减少能耗的目的。

        2.2.2 保温覆盖层的设计 保温覆盖层设计的好坏关系到保温大棚使用的成败。一般情况下,选择导热系数较低、价格也相对低廉的玻璃棉作为保温材料,由于玻璃棉具有较强的吸湿性,因此,做好防潮处理是关键。如图3所示,里层为一定规格的防紫外线、防雨的覆盖

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      图3 保温覆盖层横切面

      层,中间为双层玻璃棉,为预防在使用过程中玻璃棉由于下垂导致顶层保温效果不佳,双层玻璃棉之间采用一定规格的网格固定,不管是横向拉力还是纵向拉力都可以保证玻璃棉的稳定性,防止保温层下垂而变形,从而有效提高保温材料的使用寿命。外层为一定规格的防紫外线、防雨的覆盖层。内覆盖层直接覆盖在大棚骨架上面,绑紧。在此之上覆盖两层玻璃棉(所有接缝错开),然后盖上外覆盖层,每隔一段合适的距离。应绑上一定直径的镀锌铁丝,两端固定于首尾拱形钢管,并与中间每条拱形钢管绑紧。在“保温大棚”式菇房中空气的渗透是影响节能效果的一个重要因素,在菇房内外产生的水蒸气可能渗透到保温层,聚集式结露会造成保温材料功能的下降,从而降低保温节能的效果。所以,在“保温大棚”式菇房的施工中一定要重视解决阻断水蒸气向保温层的渗透,尤其是内外覆盖层接缝处。

        2.2.3 环境控制系统 ①、温湿度控制系统:为实现大棚周年栽培,每座大棚都需一个温湿度控制系统,加热方式可采用低压热水加热系统或电加热系统,降温方式可采用制冷机组控制系统;湿度调节采用雾化加湿器控制系统。温湿度控制系统应与配套的通风管道连接好。电气设备的安装、供电及线路的分布、所用的配件与设备应符合国家有关规定。②、通风系统:每座大棚均应装有配套的机械通风系统。该系统具有一定功率的风扇及与之匹配的速度控制装置。新风要沿一定规格的聚乙烯输送管纵向流出,为使空间通风均匀,聚乙烯输送管要科学打孔,打孔在距排风口2m处为止。排风口要有一个耐压的装有过滤网的盒子,位于与风扇的相对的一端。与“冷库”式菇房相比,“保温大棚”式菇房能够降低建筑成本50%以上,具有较大的发展空间。但需要注意的是,由于栽培菇房的不同,栽培工艺略有差别,环境控制相关参数应根据子实体发育状况适当进行调整。

        2.3 菇房整体布局 在进行菇房整体布局设计时应遵循以下原则:①、满足生产工艺流程的要求。不同食用菌栽培品种对菇房整体布局有不同的要求。即使相同的栽培品种,不同的栽培菌株。栽培工艺亦有差异。目前在菇房整体布局设计时主要有两种方式,一种是“梳子”形排列设计(图4),一种是“非”字形排列设计(图5)。据测算,与单体菇房相比,梳子形、非字形等菇房群比单体菇房可降低造价

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                     图4 “梳子”形排列     图5 “非”字形排列

      10-15%。菇房布局设计是否合理,不应该只看当年生产情况,如何设计不合理,可能2-3年后在生产中会体现出来,表现为产量越来越低,品质越来越差、耗能越来越多、病虫害发生严重等。②、厂区布置应做到近远期结合,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扩张。③、由于培养房及出菇房之间温差较大,在进行食用菌菇房规划时,一般实行分区管理,不能够混合排列设计。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,可使菇房内外环境隔开,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。

        3 环境调控的节能设计

        3.1 菇房内环境调控的气流组织问题 食用菌工厂化菇房环境调控设计里一个重要的节能措施往往被人们所忽略,这就是菇房内的气流合理组织网。据调查,目前大多数菇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、菇房内产生“死角”现象;③、
      菇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。

        产生菇房内气流组织不合理的因素与菇房结构尺寸、内部设计、风机布局等有关。目前内地食用菌生产企业在进行菇房设计时,培养房倾向于采用大面积库房,单间建筑面积一般为200m2左右,出菇房倾向于采用小面积库房,单间建筑面积一般为60m2左右。在进行内部培养架摆放时,应遵循环境控制优先的原则,避免一味追求高库存量,导致菇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,要注意消除菇房内部“空气回流”现象,使冷风机流向一致,保持菇房内温度场和速度场的均匀,减少菇房内空气流场的波动,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CO2,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。

        评判环境调控设计是否合理时,首先以平均温度值达到目标温度(例如12℃、20℃等)的时间为第一评判标准,然后再比较达到该目标温度时的食用菌产品的品质。良好的工厂化菇房环境调控设计应该是达到该目标温度的时间最短,且食用菌产品具有较高的商品率。

        3.2 制冷机组的选择 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菇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、菌丝培养及予实体生长等方面进行综合考虑。

        3.2.1 确定制冷系统蒸发温度,合理配备冷量 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3-4%。不同的食用菌栽培品种,都有其适合的温度范围。菇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。

        3.2.2 重视辅助设备,提高压缩机工作效率 目前大多数食用菌生产企业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,必须引起食用菌生产企业的高度重视。

        3.2.3 选择合适的冷凝器 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。目前,我国食用菌工厂化栽培企业主要采用水冷式冷凝器和空气冷却式冷凝器两种,少数采用蒸发式冷凝器。水冷式冷凝器主要特点是技术成熟,应用广泛;但需要配备循环水系统,造成冷凝器及冷却水塔装置占地面积大、循环水泵和冷却水塔风机功耗均较大的缺点。空气冷却式冷凝器性能稳定可靠,不需要配备冷却水系统;但设备成本高,传热系数低,传热温差大,运行压力高。蒸发式冷凝器集冷凝器、冷却塔、水泵及泵房、循环水池于一体,结构紧凑,占地面积较小,使用维修方便,性能稳定,节水节电明显,运行成本压力低。总之,空
      气冷却式冷凝器运行维护简单,适合应用在水资源缺乏的地区;蒸发式冷凝器比空气冷却式节能,比水冷式节省冷却水,节省占地面积,系统性能优越;水冷式冷凝器适用于水资源丰富、冷凝负荷大、环境温度高的场所。因此,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、菇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,有条件的地方还可以应
      用新型和可再生能源,特别是太阳能、地源热泵、水源热泵等。

        3.3 选用新风换气机 食用菌工厂化生产通过通风换气来降低菇房中的CO2浓度和改善菇房空气质量,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菌工厂化生产中是非常必要的。全热新风换气机在排出室内C02和送入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、双向换气室内外双向换气,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。

        3.4 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10-15%,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:菇房温度的自动调节、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问热负荷相适应,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(PLC)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、C02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。

        4 运行管理

        在食用菌工厂化生产中,菇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。

        4.1 生产过程中的节能管理

        4.1.1 拌料阶段的节能管理 食用菌工厂化栽培要求在最短周期内实现效益最大化,而栽培过程中能否实现栽培一致性是影响食用菌工厂化栽培周期的重要因素。搅拌是将各种培养料混合均匀的一道关键工序,拌料不均匀,则培养料养分分布不均衡,接种后菌丝生长不整齐,一方面给生产管理带来困难,另一方面延长食用菌的栽培周期,降低菇房的周转效率,从而降低企业的经济效益。①、搅拌时间:搅拌时间的确定取决于搅拌机的搅拌速度,这主要是由搅拌机本身决定的。最佳搅拌时间的确定对于搅拌质量是非常重要的。搅拌时间过短,培养料在搅拌机中没有得到充分搅拌,培养料肯定不均匀,影响到菌丝培养和出菇同步性;搅拌时间过长,培养料在搅拌机中被过度混合而造成“再分离”现象,同样会影响搅拌质量,且能耗增加。②、适宜的装料量:若装料过多,一方面会使拌料机超负荷工作,更重要的是过多的装料会影响培养料的搅拌过程,造成搅拌质量下降;装料过少,则影响搅拌机的工作效率。因此,不论选择哪种搅拌机,培养料的装料量应得到有效的控制,这样才能保证搅拌机正常的工作,并使搅拌后的培养料满足生产要求。③、搅拌级数:对于大规模栽培企业来说。每天需要拌料的数量太多,往往一次搅拌不可能把所有的培养料都混合均匀,有的厂家选择二级搅拌,甚至三级搅拌。一方面为了连续生产,提高搅拌机的使用效率;另一方面,每一级搅拌机之间传送过程也是一个散热,降温过程,避免了搅拌过程中培养料之间由于摩擦生热导致有害微生物增殖。尤其是夏季,减少灭菌前微生物自繁生物量,不出现培养料“酸败”现象至关重要㈣。所以,在高温季节,尽可能在短时间内结束搅拌和打包工序,在必要的时候需要在搅拌机上方安装风扇,及时排除搅拌过程中产生的热量,或者降低搅拌用水的温度,以避免和减轻发热、酸败。

        4.1.2 灭茵阶段的节能管理 彻底灭菌是食用菌栽培的关键环节。食用菌生产企业灭菌方式主要有常压湿热蒸汽灭菌及高压蒸汽灭菌。常压灭菌在食用菌生产中被普遍采用,其优点是投资少、设备要求不高、灭菌容量大。高压灭菌的优点是灭菌时间短、节能;缺点是一次性投资高,设备要求严格,设备制造单位需要有国家认可的相关资质。

        工厂化食用菌生产企业大多采用高压蒸汽灭菌。但笔者在调查中发现,尽管大部分生产企业使用的高压灭菌锅都是由具有相关资质的单位设计制造的,但从节能的角度来看,有些高压灭菌锅存在着一些问题,如高压灭菌锅保温隔热效果不好,热量损失严重。另一方面。很多高压灭菌锅没有采用智能控制系统进行灭菌控制,存在着浪费能源及安全隐患。采用PLC控制系统的高压蒸汽灭菌锅在智能、寿命、安全、节能、维护等方面比普通高压灭菌锅具有优势。

        脉动真空蒸汽灭菌器简称为预真空压力锅。是采用真空泵把锅内空气抽尽变成真空状态,然后再导人蒸汽,使蒸汽在锅内迅速扩散和渗透到锅内物品的深部达到有效的灭菌。与普通高压蒸汽锅相比,它具有更加显著的优点:①、灭菌时间短。以灭菌5 000袋食用菌栽培包为例,同样灭菌数量,普通高压蒸汽灭菌锅全过程需要的8h,而脉动真空蒸汽灭菌锅仅需要4—5h。②、灭菌效果比高压蒸汽更可靠,且操作方便。③灭菌后的棉花塞已经接近干燥,减少灭菌后二次污染几率。脉动真空蒸汽灭菌器虽然价格比较高,但从长期运转的效果来看,其节能效果相当可观,更主要的是保证了灭菌彻底,灭菌彻底是食用菌生产的核心。选择脉动真空蒸汽灭菌是今后食用菌灭菌选择的方向。

        此外,国内外大型企业都采用双开门结构灭菌锅,将灭菌锅用墙隔成前后两部分,即灭菌锅前区和灭菌锅后区。前区与拌料打包车间相连,便于打包后的培养料的灭菌,该区单位体积空间内杂菌数量惊人;后区和洁净冷却室相连,使栽培包在灭菌后就处于干净的近似无菌的环境中,避免了冷却过程中倒吸入带杂菌的空气,大幅度降低污染率。

        4.1.3 培养阶段的节能管理 培养阶段菌丝生长的适宜温度是20-25℃(草菇35℃),由于栽培包内中心温度会高于环境温度2-3℃,因此,培养室内环境温度必须控制在18-23℃;空气相对湿度60-70%较适宜,湿度过高将有可能会出现红色链孢霉、绿霉等污染;空间相对湿度过低,则菌丝在培养过程中失水过多,导致后期减产现象,这种现象在北方干燥气候区尤为突出。此外,食用菌菌丝生长~般不需要光,光线对某些食用菌甚至起抑制作用,菌丝生长阶段培养环境要避光培养。

        在培养阶段的环境控制过程中,由于接种后菌种由“萌发-定植-蔓延-生理成熟”所产生的呼吸热和C02浓度差别较大,栽培包在培养过程时时刻刻都在产生热量,栽培者必须深刻了解该菌类在培育过程中的呼吸规律,只有这样才能够在满足该菌类的生物学特性的基础上,结合菌丝发菌状况和实时气象数据调整控制参数,实行“变温管理”,并精确控制补氧和排气的量,快速培养菌丝健壮的食用菌菌包或菌瓶,为出菇管理打下良好的基础。

        4.1.4 出菇阶段的节能管理 出菇管理过程中,能量的消耗一方面取决于菌丝及子实体生长过程中所释放的热量,另一方面取决于为了降低菇房内的C02浓度和改善菇房空气质量而引入室外新鲜空气时所形成的新风负荷。因此,在采用普通排气扇进行通风换气时,室内的能量损耗十分惊人。同时,也加剧了设备超负荷运转,大大缩短了设备的使用寿命;并且室内的温度和湿度都无法得到有效的控制和调节,引起出菇室内环境变化剧烈,影响食用菌的产量及产品质量。为此建议企业采用新风换气机来进行通风换气的同时,在出菇管理过程中坚持以下原则:①、智能控制系统不是万能的,必须学会“与菇对话”。技术人员需要根据栽培品种的生物学特性,结合子实体的生长状况和当时的气候条件,适时修正环境控制参数,抓住菇房出现问题的主要矛盾,做到科学精细管理。②、企业与科研单位合作,选育耐高C02浓度并符合市场需求的栽培品种。通过栽培耐高C02浓度的优良菌株,减少出菇过程的通风次数,降低设备的工作负荷,从根本上解决食用菌工厂化栽培高能耗的问题。

        4.1.5 其他方面的节能管理 食用菌工厂化生产是一个系统工程,环环相扣,任何一个环节处理不好,都影响到生产企业的整体经济效益。为了缩短栽培周期,提高菇房周转效率,很多企业都在打包和接种上采取了一些措施,来缩短食用菌栽培包(瓶)的生长时间。比如在采购装袋或装瓶设备时选择多孔(1孔、3孔甚至5孔)装袋或装瓶机。与之相配套的接种环节就要注意,尽可能的在接种前把菌种打碎,使之在接种时菌种能够落入孔中,以便形成“四面开花”的景象,达到缩短培养时间,达到节能高效的目的。

        4.2 相关设备运转过程中的维护管理 食用菌工厂化生产的制冷设备对于菇房温度的控制举足轻重,尤其是夏季高温时节,设备基本处于满负荷连续运行状况,为了避免设备发生瞬间故障给生产带来损失,需要对设备进行定期的停机维护保养。

        4.2.1 按时进行制冷系统的维修 压缩机运行一段时间后,可能出现零部件磨损或损坏,装配间隙变动,密封性能下降,过滤器堵塞等情况,这些都可能缩短了设备的使用寿命,增加润滑油的能量,降低了制冷机的吸排气效率,导致制冷效率降低,相应电耗增加。因此,按规定运转时间对制冷机进行检修可以防患于未然,尤其是对于购买“二手”制冷设备的企业或者租用使用年限较长的冷库进行食用菌生产的企业,更应当安排好大、中、小修理计划,加强平时的维修保养,以保证压缩机处于完好状态。

        4.2.2 保持换热面的清洁 保持换热面的清洁,消除影响热交换的因素,需要及时除垢,严格控制压缩机的油压和油面高度,定期放油,排除不凝结气体;另一方面,控制冷却介质的流量、流速,保证冷却介质均匀流过换热表面,当布水器布水不均匀时,应更换布水器,保证冷却水在冷凝器中分配的均匀性¨田。由于结垢不仅影响到冷凝器的传热效率,而且也容易腐蚀设备,缩短设备的使用寿命。所以,如果当地水质硬度大,食用菌生产企业可以采用纯净水过滤装置来改善水质,减少水垢的产生,同时要经常清洗冷凝器。

        4.2.3 新风换气机的维护保养 新风换气机在引进室外新鲜空气的同时,将室内排放的废气中的能量充分回收利用,使新风的空气状态点接近室内空气参数,从而达到节能的目的。在使用过程中应该进行适时维修保养,使之在高效率下运行。①、清洗或更换过滤器。预过滤器应该保证每一个月清洗1次,确
      保整体通风系统的正常运行;根据实际使用情况,一年左右更换一次过滤器。②、函清洁转轮表面。一年一次进行热交换器的保养,可以用压缩空气、水、蒸汽或专业清洗剂进行清洗。综上所述,食用菌工厂化生产是一项新生的事物,涉及到制冷、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耗能产业,重点是节能。栽培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。

        参考文献(略)

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