摘要：
　　通過(guò)介紹金針菇低溫空調(diào)通風(fēng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例，探討低溫空調(diào)設(shè)計(jì)的一般思路及方法。強(qiáng)調(diào)在低溫空調(diào)中，引入新風(fēng)時(shí)，必須設(shè)置能量回收裝置。
　　關(guān)鍵詞：低溫空調(diào)，能量回收裝置，節(jié)能
 
 
　　一 概述
　　金針菇是一種具有豐富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食用菌，被譽(yù)為"增培菌"。在海外市場(chǎng)上很受歡迎。金針菇對(duì)環(huán)境要求苛刻，自然栽培因受氣候條件制約，產(chǎn)量和品質(zhì)均不能保證。我國(guó)有的地區(qū)已進(jìn)行金針菇的工業(yè)化栽培，即用空調(diào)設(shè)備人為地創(chuàng)造一個(gè)適合于金針菇生產(chǎn)的氣候環(huán)境，從而保證其產(chǎn)量和品質(zhì)。筆者參加了深圳某廠(chǎng)金針菇栽培生產(chǎn)線(xiàn)的空調(diào)設(shè)計(jì)工作，這類(lèi)空調(diào)屬低溫空調(diào)。低溫空調(diào)大多應(yīng)用于一些工藝性場(chǎng)合，如茶葉的生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)上種子的培育等，均需營(yíng)造一個(gè)特殊的人造環(huán)境，視工藝流程的不同，所要求的人造環(huán)境-5～15℃溫度，相對(duì)濕度40～70%[4]，并且對(duì)溫濕度精度、新風(fēng)量、空氣流速等因素均有一定要求。
　　金針菇栽培車(chē)間及辦公樓共2層，其中1層為生產(chǎn)、倉(cāng)庫(kù)、辦公等，2層為辦公及職工宿舍等。層高1層4.2m，2層3.6m。整個(gè)金針菇栽培車(chē)間均采用密閉庫(kù)房。

　　二、對(duì)環(huán)境的要求
　　金針菇的生長(zhǎng)經(jīng)歷制種→發(fā)菌→催蕾→子實(shí)體培養(yǎng)→出菇這6個(gè)環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)對(duì)溫濕度及通風(fēng)換氣要求各不相同?？照{(diào)通風(fēng)設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度、濕度、空氣三要素的控制[1]。菇房溫、濕度、換氣要求如表1。
菇房溫、濕度、換氣次數(shù)表 表1

菇房名稱(chēng)放冷間、接種間菌室、培養(yǎng)室生育室
金針菇生長(zhǎng)階段制種發(fā)菌催蕾控蕾子實(shí)體培養(yǎng)出菇
溫度范圍(℃)20～2320～2310～153～56～1020～23
濕度范圍(%)60～7060～7080～9060～70
通風(fēng)換氣　每晝夜7～8次每次15min每天通風(fēng)2次每次15min需補(bǔ)充大量空氣適當(dāng)通風(fēng)
備注常規(guī)空調(diào)范圍低溫空調(diào)范圍　

　　金針菇的發(fā)菌、催蕾階段集中在培養(yǎng)間完成；控蕾、子實(shí)體培養(yǎng)、出菇，這三個(gè)環(huán)節(jié)集中在生育室完成。因此，菇房?jī)?nèi)的空調(diào)設(shè)備應(yīng)能提供溫度3～15℃，相對(duì)濕度80～90%這樣寬廣范圍內(nèi)的溫濕度環(huán)境。
　　三 空調(diào)、通風(fēng)、制冷、加溫
　　金針菇生長(zhǎng)工藝對(duì)溫濕度精度、新風(fēng)量、空氣流速的要求，設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)劃分，風(fēng)管布置，送排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)處理等設(shè)備選型作統(tǒng)籌考慮。同時(shí)，金針菇生長(zhǎng)在子實(shí)體培養(yǎng)階段，需大量新風(fēng)，由于新風(fēng)處理能耗較常規(guī)系統(tǒng)高，須添加能量回收裝置[4]。
　　1 空調(diào)
　　低溫空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷較大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為帶保溫層的重型結(jié)構(gòu)，所以冷負(fù)荷波動(dòng)小，屬漸變負(fù)荷。根據(jù)生產(chǎn)情況及菇房分隔，在各個(gè)菇房?jī)?nèi)設(shè)置獨(dú)立空氣處理系統(tǒng)。
　　(1) 空調(diào)特殊性
　　低溫空調(diào)有別于常規(guī)空調(diào)，也與通常果蔬貯藏高溫冷藏庫(kù)不同，在處理上的特殊性表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：
　　a 送風(fēng)參數(shù)的確定：普通舒適性空調(diào)送風(fēng)溫差較大，一般為送風(fēng)8～12℃，相應(yīng)的空調(diào)機(jī)處理焓差大約在17～22kJ/kg之間；但對(duì)于低溫空調(diào)而言，送風(fēng)溫差不宜過(guò)大，只有4～6℃，與此相應(yīng)的空調(diào)機(jī)處理焓差也只有4～6kJ/kg，即所謂"小焓差，大風(fēng)量"。
　　b 設(shè)備配置：在普通的舒適性空調(diào)系統(tǒng)中，空氣冷卻器的盤(pán)管一般均選用套片式換熱器，這種形式的換熱器換熱面積大，由于工藝采用了各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)以及肋片的二次翻邊和機(jī)械脹管工藝，傳熱系統(tǒng)大，但肋片間距很小，一般為2～2.8mm，在低溫工況下使用時(shí)，肋片表面凝結(jié)霜層很快就會(huì)以將肋片之間的間隙堵塞，造成盤(pán)管傳熱下降甚至完全失效。因此，在低溫空調(diào)系統(tǒng)中一般采用軋片式和繞片式換熱器，片距可達(dá)6～9mm，從而避免霜堵發(fā)生。
　　(2) 設(shè)備選型
　　類(lèi)似工程曾采用冷庫(kù)用排管，由于凝水的流淌，室內(nèi)濕度太高，且衛(wèi)生條件差導(dǎo)致金針菇霉?fàn)€，因此，排管不應(yīng)采用；文獻(xiàn)[3]提出將普通風(fēng)機(jī)盤(pán)管加以改制的方案，即風(fēng)機(jī)盤(pán)管結(jié)構(gòu)由普通套片式改為軋片式或繞片式換熱器形式，以增大片距距離，在工程中實(shí)踐中也取得了很好效果。
　　本工程空調(diào)設(shè)備采用低溫工況下專(zhuān)用小型超薄空氣冷卻器，即在需空調(diào)的庫(kù)房?jī)?nèi)均設(shè)置2～4臺(tái)空氣冷卻器對(duì)其庫(kù)房?jī)?nèi)的空氣進(jìn)行冷卻。因冷卻器高度僅172mm，安裝大大節(jié)省空間。空氣冷卻器肋片采用軋片式，具有冷量1.8kw到14.4kw，風(fēng)量2100到6840m3/h的不同規(guī)格選型范圍，使用溫度在3℃以上，能滿(mǎn)足工程實(shí)際需要。
　　2 通風(fēng)
　　根據(jù)工藝要求，需對(duì)搔菌室、培養(yǎng)室、生育室進(jìn)行通風(fēng)。通風(fēng)由進(jìn)風(fēng)(新風(fēng))、排風(fēng)兩部分組成。通風(fēng)按金針菇的生長(zhǎng)階段分別進(jìn)行設(shè)計(jì)：
 
　　(1) 在發(fā)菌、催蕾、出菇階段時(shí)的通風(fēng)方式：在每個(gè)生育室、培養(yǎng)室以及搔菌室的內(nèi)墻上分別安裝2～3臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，將內(nèi)走道內(nèi)的新風(fēng)由軸流風(fēng)機(jī)送至菇房?jī)?nèi)，同時(shí)，在靠外墻的上、下方分別設(shè)有320×320mm裝有多葉對(duì)開(kāi)調(diào)節(jié)閥的排氣口，將菇房廢氣排往室外。菇房?jī)?nèi)新風(fēng)的多少由內(nèi)墻上軸流風(fēng)機(jī)啟停及其運(yùn)行時(shí)間來(lái)控制。
　　從深圳氣候特征來(lái)看[2]，年平均氣溫22.3℃,一年中絕大多數(shù)天的自然氣溫適宜金針菇的栽培在發(fā)菌、催蕾、出菇階段所需溫度。因此，從室外來(lái)的新風(fēng)勿需由專(zhuān)用空調(diào)機(jī)組進(jìn)行降溫或加熱處理，而是直接經(jīng)能量回收裝置內(nèi)的過(guò)濾器過(guò)濾后，由裝置內(nèi)的送風(fēng)機(jī)送入走道內(nèi)。
　　本方案采用的排風(fēng)方式，是在"壓出式"狀態(tài)下進(jìn)行的，能保證菇房始終處于正壓狀態(tài)，并且進(jìn)入菇房?jī)?nèi)的新風(fēng)是經(jīng)過(guò)過(guò)濾、相對(duì)干凈的空氣，因此，可避免室外空氣直接進(jìn)入室內(nèi)，而影響金針菇的品質(zhì)。
　　(2) 在控蕾、子實(shí)體培養(yǎng)階段屬低溫空調(diào)范圍，其排風(fēng)與新風(fēng)組成能量回收裝置，這樣既能排走菇房?jī)?nèi)含CO2濃度過(guò)高的空氣，又能送入經(jīng)過(guò)處理的室外新鮮空氣，以補(bǔ)充金針菇生長(zhǎng)所需氧氣。
　　3 能量回收裝置
　　(1) 方案的比選
　　由于處理新風(fēng)的能耗較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高，生育室內(nèi)的排風(fēng)與新風(fēng)組成能量回收裝置。設(shè)計(jì)擬定的方案有2個(gè)。
　　方案一：將每個(gè)生育室室內(nèi)所有排風(fēng)經(jīng)風(fēng)管一并送能量回收裝置用以預(yù)冷從室外進(jìn)入房間內(nèi)的新風(fēng)后，再排往室外，新風(fēng)則由能量回收裝置內(nèi)的送風(fēng)機(jī)通過(guò)新風(fēng)管送至各個(gè)生育室內(nèi)。
　　方案二：在每個(gè)生育室單元內(nèi)設(shè)置一級(jí)能量回收器，生育室CO2濃度高的空氣通過(guò)一級(jí)能量回收器預(yù)冷從走道內(nèi)流入生育室較為新鮮的空氣后再排入走道內(nèi)。為防止新風(fēng)及排風(fēng)短路，在風(fēng)管布置上應(yīng)盡量將新風(fēng)管及排風(fēng)管錯(cuò)開(kāi)。隨著生育室排入走道CO2濃度的增多，走道的空氣必將惡化，因此，在走道靠外墻處，再設(shè)置二級(jí)能量回收裝置。走道內(nèi)的污濁空氣通過(guò)二級(jí)能量回收裝置預(yù)冷從室外進(jìn)入走道內(nèi)的空氣后，再排往室外。由于空氣密度排風(fēng)比新風(fēng)大，因而排風(fēng)將聚集到走道下部，新風(fēng)則由二級(jí)能量回收裝置內(nèi)的送風(fēng)機(jī)從走道上部通過(guò)風(fēng)管送到各生育室新風(fēng)入口處。
　　方案二比方案一無(wú)疑會(huì)增加設(shè)備初投資，安裝施工將更為復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用略有增加，但方案一因不能調(diào)節(jié)進(jìn)入各個(gè)生育室新風(fēng)量的多少，則將直接影響菇房?jī)?nèi)CO2濃度的控制。菌柄對(duì)光照和CO2濃度很敏感，CO2濃度過(guò)高會(huì)抑菌柄伸長(zhǎng)，過(guò)低則又會(huì)使菌傘過(guò)度展開(kāi)，這二者都將使成品菇的品質(zhì)下降。所以，方案一可能會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)未被采用。同時(shí)，廠(chǎng)方要求能根據(jù)市場(chǎng)銷(xiāo)售情況來(lái)組織生產(chǎn)，方案二正好滿(mǎn)足廠(chǎng)方的這一需求。比較以上兩個(gè)方案，我們推薦采用方案二。
　　(2) 能量回收裝置組成
　　設(shè)置在生育室內(nèi)的一級(jí)能量回收器由送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、蓄熱體等組成；設(shè)置在走道內(nèi)的二級(jí)能量回收裝置，由過(guò)濾器、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、蓄熱體組成。二級(jí)能量回收裝置內(nèi)蓄熱體兩側(cè)新風(fēng)與排風(fēng)完全分開(kāi)，因而新風(fēng)與排岡不會(huì)產(chǎn)生交叉污染。蓄熱體是由平直形和波紋形相同的兩種箔片構(gòu)成，其相互平行軸向通道，使內(nèi)部氣流形成不偏斜的層流，避免了隨氣流帶進(jìn)粉塵微粒堵塞通道的現(xiàn)象。為了保護(hù)又薄又軟的鋁箔芯片不受磨損，在設(shè)備內(nèi)設(shè)有空氣過(guò)濾器。當(dāng)能量回器裝置運(yùn)行到一段時(shí)間后，應(yīng)定期更換或清洗過(guò)濾器濾料。
（3）能量回收裝置設(shè)備造型
　　根據(jù)工藝提供通風(fēng)換氣量，在每個(gè)生育室內(nèi)選用HV－3A型能量回收器2套。由于生育室內(nèi)通風(fēng)為間歇式換氣，布置在走道內(nèi)的能量回收裝置處理風(fēng)量，按總排風(fēng)量的50～60%計(jì)算，其設(shè)備型號(hào)為L(zhǎng)B－100－50型，共1套。
　?。?）經(jīng)濟(jì)性分析
　　排風(fēng)與新風(fēng)組成能量回收裝置，其全熱回收率可達(dá)70～80%，大大地節(jié)省新風(fēng)處理的能量，也相應(yīng)地節(jié)約空調(diào)總負(fù)荷，進(jìn)而可減少空調(diào)主機(jī)及配套設(shè)備的裝機(jī)容量。由新風(fēng)與排氣組成的熱回收系統(tǒng)，是廢氣利用、節(jié)約能源的有效措施。
　　以夏季為例，室外干球溫度tw＝32.4℃，濕球溫度ts＝27.3℃，相對(duì)濕度Фw＝67%，相應(yīng)焓值hw＝85.8kJ/ kg；室內(nèi)溫度確定為：室內(nèi)溫度tn＝7℃，相對(duì)濕度Фn=90%，相應(yīng)焓值hw=20.8kJ/kg。根據(jù)文獻(xiàn)［5］中的計(jì)算式（9-103），可求得從排氣中回收入的全熱量：
　　Qt＝G(hw-hn)η
　　式中Qt為全熱量，kJ/h；G為處理的新風(fēng)量，kg/h；η為熱濕交換效率，由廠(chǎng)家樣本提供，74.5%。經(jīng)計(jì)算得出，全熱回收量為1.18×105kJ/h。
　　參照文獻(xiàn)[6]提供此類(lèi)似設(shè)計(jì)的綜合功耗指標(biāo)、按全年250天工作日計(jì)算，僅減少制冷工藝設(shè)備裝機(jī)容量用電量，年累計(jì)節(jié)電7.1×104kWh。 采用能量回收系統(tǒng)減少制冷工藝設(shè)備的總裝機(jī)容量，相應(yīng)的也就減少了制冷設(shè)備的初投資，雖然增加了部分設(shè)備，但對(duì)整個(gè)工程而言，總的初投資并未因此增加，相反，采用能量回收系統(tǒng)可節(jié)省電量，在1年內(nèi)節(jié)省的電費(fèi)即可抵消因增設(shè)能量回收設(shè)備的費(fèi)用。
　?。?）氣流組織
　　由于金針菇的菇蕾對(duì)低溫氣流十分敏感，要求送風(fēng)風(fēng)速不宜大于1m/s，在向生育室送新風(fēng)時(shí)，其送風(fēng)管按均勻送風(fēng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)布管。
　　4　冷源
　　制冷系統(tǒng)分別由壓縮機(jī)、風(fēng)冷式冷凝器、空氣冷卻器、膨脹閥等組成。根據(jù)庫(kù)溫、冷負(fù)荷及生產(chǎn)情況，將制冷系統(tǒng)共分為6個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的劃分盡量與生產(chǎn)線(xiàn)相一致。
　　壓縮機(jī)組選用NJBF22G型壓縮機(jī)，共6臺(tái)。風(fēng)冷式冷凝器由壓縮機(jī)供貨商成套供應(yīng)，布置在室外。在冷凝器上方應(yīng)采取日曬雨淋措施。為保證通風(fēng)效果，冷凝器宜布置在開(kāi)敞的地方，多臺(tái)間距控制在0.8～1.2m。為防止固體雜質(zhì)進(jìn)入電磁閥、自控部件和制冷機(jī)氣缸在這些設(shè)備之前設(shè)置過(guò)濾器。制冷劑中含有水份會(huì)引起制冷劑分解、金屬腐蝕：在冰點(diǎn)以下時(shí)，還可能形成"冰塞"，因此，制冷系統(tǒng)中必須設(shè)置干燥器。
 
　　各菇庫(kù)房冷負(fù)荷裝機(jī)容量指標(biāo)見(jiàn)表2，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。
各菇房冷負(fù)荷裝機(jī)指標(biāo) 　　表2
名稱(chēng)冷負(fù)荷指標(biāo)
（w/O）名稱(chēng)冷負(fù)荷指標(biāo)
（w/O）
培養(yǎng)室165生育室150
菌種接種室150菌種室220
緩沖室180放冷室400

 　　5　加濕
　　在催蕾階段，室溫較高，空氣冷卻器除濕量較大，容易出現(xiàn)室內(nèi)空氣濕度偏低的現(xiàn)象，此時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟加濕器進(jìn)行等焓加濕。在子實(shí)體階段，濕度較高，有時(shí)達(dá)到飽和，雖然能滿(mǎn)足子實(shí)體生產(chǎn)發(fā)育的需要，但也易誘發(fā)雜菌的孽生，同時(shí)也會(huì)使子實(shí)體色澤變深，從而失去商品價(jià)值。因此加濕器應(yīng)具備均勻加濕、自動(dòng)控制濕度功能，又可防止因濕度大，在菇表面產(chǎn)生水滴而引起爛菇。加濕器宜選用超聲波加濕器。超聲波加濕器是采用超聲波高頻振蕩的原理，將水霧化為1～5微米的超微粒子，通過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中，從而達(dá)到均勻加濕空氣的目的。其特點(diǎn)是，加濕強(qiáng)度大，加濕均勻，加濕效率高；節(jié)能、省電；超長(zhǎng)使用壽命；濕度自動(dòng)平衡，無(wú)水自動(dòng)保護(hù)。但缺點(diǎn)是水質(zhì)的懸浮物有一定的要求。建議在加濕器總給水管上安裝水質(zhì)凈化器。
　　6　菇房保溫
　　因?yàn)楣椒績(jī)?nèi)溫度較低，為避免冷負(fù)荷和庫(kù)溫波動(dòng)過(guò)大，菇房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，除滿(mǎn)足墻體的強(qiáng)度和穩(wěn)定外，圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須保證保溫層及隔汽層的連續(xù)性，以滿(mǎn)足建筑熱工的要求，防止"冷橋"出現(xiàn)。本工程結(jié)構(gòu)采用單層墻體內(nèi)貼100mm聚氨脂發(fā)泡材料進(jìn)行保溫。
　　為防止二層樓層結(jié)露，影響其正常使用，在二層樓板上下兩面均采用聚氨脂發(fā)泡雙層保溫，防凝露保冷厚度應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算。每個(gè)庫(kù)房的門(mén)采用氣密性良好保溫門(mén)。
　　四　運(yùn)行情況
　　工程從1998年竣工投產(chǎn)以來(lái)，菇房?jī)?nèi)溫濕度精度及新風(fēng)量實(shí)測(cè)值均達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，具備生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)金針菇必備的栽培環(huán)境。幾年來(lái)，生產(chǎn)的袋裝金針菇因價(jià)廉質(zhì)優(yōu)遠(yuǎn)銷(xiāo)到港、澳、日本等國(guó)家和地區(qū)，深受廣大消費(fèi)者的歡迎，產(chǎn)品曾一度供不應(yīng)求。與其它廠(chǎng)同等規(guī)模未采用能量裝置的金針菇栽培生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)比，生產(chǎn)出同等質(zhì)量的金針菇，節(jié)能在15%以上?？梢?jiàn)，由新風(fēng)和排風(fēng)組成的熱回收裝置一是項(xiàng)重要的節(jié)能措施，也是低溫空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域。

　　五　結(jié)論
　　1 低溫空調(diào)系統(tǒng)在必須引入新風(fēng)的場(chǎng)合，須設(shè)置能量回收裝置。由新風(fēng)和排風(fēng)組成的熱回收裝置，是廢氣利用、節(jié)約能源的有效措施。
　　2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫有利減少冷負(fù)荷，維持菇房溫度穩(wěn)定。保溫材料及厚度選擇參照果蔬冷藏庫(kù)。
　　3 低溫空調(diào)冷凝水應(yīng)處理得當(dāng)，滿(mǎn)足室內(nèi)衛(wèi)生要求。
　　4 制冷系統(tǒng)中必須設(shè)置干燥器。
　　5 金針菇菇房?jī)?nèi)加濕器宜選用超聲波加濕器。

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