大棚水溫生態空調器的工作原理及其試驗效果

曹德賓，張昌愛，王艷芹，袁長波，李國生，邊文范，姚 利，王廣來，楊億超，梁惠芬，陸曉光

（1.山東省農科院土肥所，山東 濟南 250100；2.青島市鈺榮菌業有限公司，山東 青島 266322）

經過30年的發展，我國食用菌生產業已發展成為繼糧棉油果菜之后的第六大種植業，預計今年即將進入第五位，這足以表明食用菌產業的發展勢頭。食用菌生產中，尤其夏季菇棚溫度的調控，一直以來就是制約生產的關鍵因素之一。盡管不少品種如平菇、香菇等為高溫菌株，可以實現35℃條件出菇，但事實證明，高溫下產出的上述菇品，均有菌蓋薄、菌柄長、肉質差、商品率低等明顯缺陷，而在其它條件相同的基礎上，僅需調低溫度在23℃左右，即可最大程度地提高菇品內外品質，增加經濟效益35%以上。設計的 “大棚水溫生態空調器”利用地表水的自然溫度，即可實現對菇棚的降溫，在山東地區的6月~8月，一般氣溫在33℃左右，最高溫度曾達43℃，開啟該設備，利用了地表水資源的低溫可將棚溫降至23℃左右。據2004年以來連續對該設備進行的多點、多次試驗，7月份的三級種發菌大棚可降溫至23℃。同期的香菇栽培棚降至24℃；排出的地表水通過一定措施回灌到地下，最大限度地實現了生態降溫、保護水資源的目的。

1 設計原理

1.1 設計背景

1.1.1 食用菌溫型的劃分

食用菌的栽培生產，以原基分化的最適溫度為基本依據，將品種或菌株劃分為不同溫型，以香菇為例，低溫菌株為5℃～18℃，高溫菌株為15℃～25℃以上；平菇菌株溫型的劃分，低溫5℃～20℃，高溫菌株為20℃～35℃。

1.1.2 高溫條件下的適應性問題

食用菌生產中，最大的環境條件問題就是夏季的降溫。食用菌諸多品種中，有的自身就是高溫型的，如草菇、豬肚菇等；有的則是一個品種中，即同時具備各種溫型的菌株，如平菇、香菇等。該類高溫品種 （或菌株，下同）多可適應30℃或者以上的出菇環境。但是，長期的研發實踐證明，高溫品種在高溫條件下的出菇，并非是最適合高溫條件，只是可耐受該種條件，如平菇的 “魯夏一號”菌株可適應35℃的高溫條件，但是，在25℃左右時，表現為菌柄短、葉片厚、色澤灰等商品特點，市場優勢明顯，而在35℃左右條件下，明顯表現為柄長、蓋薄、質脆等，商品質量大打折扣。該種所謂 “耐高溫”情況屬于不得已而為之，因此，想方設法調控溫度條件，對于高溫條件下的食用菌生產，有著非同一般的現實意義。

1.1.3 現有降溫措施及其利弊

加厚棚頂覆蓋物，如雙層草苫，覆蓋20 cm以上的秸稈等。成本較低，但因菇棚的經常通風等，無法實現棚內理想的低溫。

遮陽網：高密度遮陽網，可降低棚溫3℃左右，隨外界氣溫變化而同步波動，遇到極端高溫天氣時，不可避免的發生大量死菇。

種植長蔓型綠色植物對菇棚遮蔭，如大葉片植物南瓜、葫蘆等，可對棚內具有降溫、增濕、增氧等作用，但食用菌仍處于自然溫度中，效果一般。

水簾式降溫：降溫效果較好，最大弊端是棚內的高濕度，導致子實體含水率高，商品質量降低，并可引發某些病害。

恒溫庫栽培：控溫效果最佳的辦法，但成本太高，只適應反季節栽培。

1.1.4 山東地區地表水溫度

5 m以下的地表水多在13℃～16℃。試驗測定地表3 m下的水溫即基本不受地面溫度波動影響，常年保持一個2℃左右的浮動值。

1.2 設計原理

根據內燃機 （車）用水箱散熱的原理，將地表水流經水箱，對水箱箱體降溫后，強制吹風將之散熱，然后將風引至菇棚，采取多出口吹風的辦法，實現對菇棚的降溫。

1.3 基本結構

1.3.1 外形

水溫生態空調器為一方形箱體，俯視圖尺寸與水箱長寬基本相等或略大。

1.3.2 內部

箱體內上下等距離安裝2個散熱水箱，即將箱內自然分為3個氣室，自上而下分別為預冷氣室、準冷氣室、冷氣氣室；正視圖為 “目”字形結構。

1.3.3 下部

箱體下部為出風口，與送風管道相連接；進水口與地表水水泵的出水口相連接。

1.3.4 上部

箱體頂部安裝鼓風機，出風直接進入箱體預冷氣室；排水口與回灌水泵進水口相連接。

1.3.5 外部配置

送風管道：設置于菇棚北墻最高處，進風口與箱體出風口相連接，另一端封口，中間每隔2 m～3 m留一出風口，其直徑約為送風管道的1/4～1/3。

回灌水泵：接收空調器的排水，出水口采用硬質管道深入地下，該水泵功率約為地表水水泵的2倍～3倍。

控制箱：電源及保護系統和自動控制系統。

2 作用與使用

2.1 降溫作用

地表水進入水箱后，整個水箱均被冷卻至近水溫水平，通過對水箱較強的吹風，風流進入菇棚，使棚溫降低和保持在設定水平，達到順利生產、高產優質的目的。一般高溫時段可保持棚內溫度在23℃左右，外界氣溫越高時，顯示降溫效果越好。

2.2 使用方法

開啟電源：檢查電源及其保護系統的安全性，確認無誤后，打開電源；設定自控系統：降溫時設定的最低溫度為進入水箱的水溫+5℃；開啟水泵：先打開地表水水泵，繼之打開回灌水泵；開啟自控系統：空調器開始運轉，菇棚開始降溫；工作狀態：設定溫度后，由菇棚的感溫探頭對交流接觸器進行控制，達到額定溫度后，接觸器觸點自動斷開，空調器停止運轉，關閉2個水泵；待棚溫高于額定溫度后，接觸器自動閉合，接通電源，空調器重新工作。

3 試驗效果

棚溫的降低，受制于地表水的溫度，一般最低棚溫為地表水水溫+5℃左右。風機的出風，受風機進風溫度影響：內循環時，風機進風口可在25℃左右，需要更換棚內空氣而采取外循環時，風機進風口可在30℃以上，甚至超過42℃。空調器出風口溫度，約為空調器進水口溫度+3℃左右。菇棚溫度：棚內1.5 m高度處最低可達到23℃左右。

設備運轉：排除特殊氣候影響外，每天工作18 h左右，主要影響因素如下。

菇棚的墻體質量：主要指標是墻體的保溫效果；棚外的覆蓋質量：主要問題是覆蓋物的保溫效果和菇棚的密閉狀況；菇棚的環境狀況：主要指菇棚的所處地勢、周圍的林木、建筑以及通風等；棚內的設置情況：主要影響因素是菇棚內菇架的密度及其層次、菌袋的密度、菌絲生育期或子實體生育期的不同等。

4 設備的優勢和不足

降溫效率高：下部進水，上部排水 （設自由面），節省疏水排氣閥，且散熱管內不積累空氣，設備簡化，效率更高；節電：氟利昂空調每1 p可適應15 m2降溫，功率735 W；該水溫生態空調按降溫2 000 m3計算，以均高3 m計約為700 m2面積，相當于46 p氟利昂空調，總功率約為33 kW·h－1，降溫面積與用電之間的比率差別巨大；相比可知，該水溫生態空調用電量極少，運轉成本低；解決了通風與保溫保濕的矛盾，降溫的同時即稀釋棚內二氧化碳或補充新風，避免了因通風排碳導致的溫度和濕度難以保持等諸多問題；低值高效，水溫生態空調造價低、節能、環保、無污染、不干燥，完全符合低碳經濟發展的要求；固定資產折舊成本低，該設備結構簡單，安裝容易，故障少，易維修，折舊成本低；設備笨重；降溫幅度受限很大，現有條件下無法隨心所欲的調低至20℃以下；設備運轉噪音偏大；地表水溫度偏高的南方地區以及水資源短缺地區，無法使用。

5 生態優勢

地表水回灌，流經水箱循環后再回灌到地下，不會造成地表水或地下水的資源浪費；地表水在密閉的管道中進行簡單循環，僅僅只是交換了熱量，水溫提高5℃左右，水質沒有發生其它變化，回灌不會對地下水形成任何污染，亦無潛在污染威脅或有可能引起水質惡化；地表水抽出與回灌之間，僅僅是設備水箱的容水，僅有2 min～3 min的時間差，完全可以保持地表含水層壓力不變或變化甚微，不會出現地面沉降等類似問題；對菇棚的降溫，是通過不斷進入的吹風實現的，所以，菇棚的通風問題得到有效解決，食用菌子實體生長期間與外界自然空氣接觸少，處于一種較舒適的環境中，因此，商品性好，市場價值高。

6 小結與討論

該水溫生態空調適用于發菌或出菇場所；該水溫生態空調還可用于蔬菜栽培、畜禽養殖、普通實驗室、大型會議室、飯堂餐廳及其類似大型場所；只要更換水源，利用該設備可以實現加溫，如采用水暖爐或外接蒸汽，無須改變設備，即可對上述場所實現加溫；水箱的制作材料以銅質為佳，但目前該類材料價格很高，故多采用鋁合金類材料替代，實際應用中，可在箱體內加裝1個水箱，即將原1個準冷氣室分為準冷一室和準冷二室，以彌補導熱不足的損失，該試驗正在繼續進行中；送風管道有多個出風口，如何方便的實現單個開關控制，尚待繼續試驗；采取工廠化生產時，箱體可否采取加強工程塑料鑄壓成型，以降低設備的自重和成本，并減少金屬受潮銹蝕問題的發生，尚待繼續試驗。