大棚水温生态空调器的工作原理及其试验效果

曹德宾，张昌爱，王艳芹，袁长波，李国生，边文范，姚 利，王广来，杨亿超，梁惠芬，陆晓光

（1.山东省农科院土肥所，山东 济南 250100；2.青岛市钰荣菌业有限公司，山东 青岛 266322）

经过30年的发展，我国食用菌生产业已发展成为继粮棉油果菜之后的第六大种植业，预计今年即将进入第五位，这足以表明食用菌产业的发展势头。食用菌生产中，尤其夏季菇棚温度的调控，一直以来就是制约生产的关键因素之一。尽管不少品种如平菇、香菇等为高温菌株，可以实现35℃条件出菇，但事实证明，高温下产出的上述菇品，均有菌盖薄、菌柄长、肉质差、商品率低等明显缺陷，而在其它条件相同的基础上，仅需调低温度在23℃左右，即可最大程度地提高菇品内外品质，增加经济效益35%以上。设计的 “大棚水温生态空调器”利用地表水的自然温度，即可实现对菇棚的降温，在山东地区的6月~8月，一般气温在33℃左右，最高温度曾达43℃，开启该设备，利用了地表水资源的低温可将棚温降至23℃左右。据2004年以来连续对该设备进行的多点、多次试验，7月份的三级种发菌大棚可降温至23℃。同期的香菇栽培棚降至24℃；排出的地表水通过一定措施回灌到地下，最大限度地实现了生态降温、保护水资源的目的。

1 设计原理

1.1 设计背景

1.1.1 食用菌温型的划分

食用菌的栽培生产，以原基分化的最适温度为基本依据，将品种或菌株划分为不同温型，以香菇为例，低温菌株为5℃～18℃，高温菌株为15℃～25℃以上；平菇菌株温型的划分，低温5℃～20℃，高温菌株为20℃～35℃。

1.1.2 高温条件下的适应性问题

食用菌生产中，最大的环境条件问题就是夏季的降温。食用菌诸多品种中，有的自身就是高温型的，如草菇、猪肚菇等；有的则是一个品种中，即同时具备各种温型的菌株，如平菇、香菇等。该类高温品种 （或菌株，下同）多可适应30℃或者以上的出菇环境。但是，长期的研发实践证明，高温品种在高温条件下的出菇，并非是最适合高温条件，只是可耐受该种条件，如平菇的 “鲁夏一号”菌株可适应35℃的高温条件，但是，在25℃左右时，表现为菌柄短、叶片厚、色泽灰等商品特点，市场优势明显，而在35℃左右条件下，明显表现为柄长、盖薄、质脆等，商品质量大打折扣。该种所谓 “耐高温”情况属于不得已而为之，因此，想方设法调控温度条件，对于高温条件下的食用菌生产，有着非同一般的现实意义。

1.1.3 现有降温措施及其利弊

加厚棚顶覆盖物，如双层草苫，覆盖20 cm以上的秸秆等。成本较低，但因菇棚的经常通风等，无法实现棚内理想的低温。

遮阳网：高密度遮阳网，可降低棚温3℃左右，随外界气温变化而同步波动，遇到极端高温天气时，不可避免的发生大量死菇。

种植长蔓型绿色植物对菇棚遮荫，如大叶片植物南瓜、葫芦等，可对棚内具有降温、增湿、增氧等作用，但食用菌仍处于自然温度中，效果一般。

水帘式降温：降温效果较好，最大弊端是棚内的高湿度，导致子实体含水率高，商品质量降低，并可引发某些病害。

恒温库栽培：控温效果最佳的办法，但成本太高，只适应反季节栽培。

1.1.4 山东地区地表水温度

5 m以下的地表水多在13℃～16℃。试验测定地表3 m下的水温即基本不受地面温度波动影响，常年保持一个2℃左右的浮动值。

1.2 设计原理

根据内燃机 （车）用水箱散热的原理，将地表水流经水箱，对水箱箱体降温后，强制吹风将之散热，然后将风引至菇棚，采取多出口吹风的办法，实现对菇棚的降温。

1.3 基本结构

1.3.1 外形

水温生态空调器为一方形箱体，俯视图尺寸与水箱长宽基本相等或略大。

1.3.2 内部

箱体内上下等距离安装2个散热水箱，即将箱内自然分为3个气室，自上而下分别为预冷气室、准冷气室、冷气气室；正视图为 “目”字形结构。

1.3.3 下部

箱体下部为出风口，与送风管道相连接；进水口与地表水水泵的出水口相连接。

1.3.4 上部

箱体顶部安装鼓风机，出风直接进入箱体预冷气室；排水口与回灌水泵进水口相连接。

1.3.5 外部配置

送风管道：设置于菇棚北墙最高处，进风口与箱体出风口相连接，另一端封口，中间每隔2 m～3 m留一出风口，其直径约为送风管道的1/4～1/3。

回灌水泵：接收空调器的排水，出水口采用硬质管道深入地下，该水泵功率约为地表水水泵的2倍～3倍。

控制箱：电源及保护系统和自动控制系统。

2 作用与使用

2.1 降温作用

地表水进入水箱后，整个水箱均被冷却至近水温水平，通过对水箱较强的吹风，风流进入菇棚，使棚温降低和保持在设定水平，达到顺利生产、高产优质的目的。一般高温时段可保持棚内温度在23℃左右，外界气温越高时，显示降温效果越好。

2.2 使用方法

开启电源：检查电源及其保护系统的安全性，确认无误后，打开电源；设定自控系统：降温时设定的最低温度为进入水箱的水温+5℃；开启水泵：先打开地表水水泵，继之打开回灌水泵；开启自控系统：空调器开始运转，菇棚开始降温；工作状态：设定温度后，由菇棚的感温探头对交流接触器进行控制，达到额定温度后，接触器触点自动断开，空调器停止运转，关闭2个水泵；待棚温高于额定温度后，接触器自动闭合，接通电源，空调器重新工作。

3 试验效果

棚温的降低，受制于地表水的温度，一般最低棚温为地表水水温+5℃左右。风机的出风，受风机进风温度影响：内循环时，风机进风口可在25℃左右，需要更换棚内空气而采取外循环时，风机进风口可在30℃以上，甚至超过42℃。空调器出风口温度，约为空调器进水口温度+3℃左右。菇棚温度：棚内1.5 m高度处最低可达到23℃左右。

设备运转：排除特殊气候影响外，每天工作18 h左右，主要影响因素如下。

菇棚的墙体质量：主要指标是墙体的保温效果；棚外的覆盖质量：主要问题是覆盖物的保温效果和菇棚的密闭状况；菇棚的环境状况：主要指菇棚的所处地势、周围的林木、建筑以及通风等；棚内的设置情况：主要影响因素是菇棚内菇架的密度及其层次、菌袋的密度、菌丝生育期或子实体生育期的不同等。

4 设备的优势和不足

降温效率高：下部进水，上部排水 （设自由面），节省疏水排气阀，且散热管内不积累空气，设备简化，效率更高；节电：氟利昂空调每1 p可适应15 m2降温，功率735 W；该水温生态空调按降温2 000 m3计算，以均高3 m计约为700 m2面积，相当于46 p氟利昂空调，总功率约为33 kW·h－1，降温面积与用电之间的比率差别巨大；相比可知，该水温生态空调用电量极少，运转成本低；解决了通风与保温保湿的矛盾，降温的同时即稀释棚内二氧化碳或补充新风，避免了因通风排碳导致的温度和湿度难以保持等诸多问题；低值高效，水温生态空调造价低、节能、环保、无污染、不干燥，完全符合低碳经济发展的要求；固定资产折旧成本低，该设备结构简单，安装容易，故障少，易维修，折旧成本低；设备笨重；降温幅度受限很大，现有条件下无法随心所欲的调低至20℃以下；设备运转噪音偏大；地表水温度偏高的南方地区以及水资源短缺地区，无法使用。

5 生态优势

地表水回灌，流经水箱循环后再回灌到地下，不会造成地表水或地下水的资源浪费；地表水在密闭的管道中进行简单循环，仅仅只是交换了热量，水温提高5℃左右，水质没有发生其它变化，回灌不会对地下水形成任何污染，亦无潜在污染威胁或有可能引起水质恶化；地表水抽出与回灌之间，仅仅是设备水箱的容水，仅有2 min～3 min的时间差，完全可以保持地表含水层压力不变或变化甚微，不会出现地面沉降等类似问题；对菇棚的降温，是通过不断进入的吹风实现的，所以，菇棚的通风问题得到有效解决，食用菌子实体生长期间与外界自然空气接触少，处于一种较舒适的环境中，因此，商品性好，市场价值高。

6 小结与讨论

该水温生态空调适用于发菌或出菇场所；该水温生态空调还可用于蔬菜栽培、畜禽养殖、普通实验室、大型会议室、饭堂餐厅及其类似大型场所；只要更换水源，利用该设备可以实现加温，如采用水暖炉或外接蒸汽，无须改变设备，即可对上述场所实现加温；水箱的制作材料以铜质为佳，但目前该类材料价格很高，故多采用铝合金类材料替代，实际应用中，可在箱体内加装1个水箱，即将原1个准冷气室分为准冷一室和准冷二室，以弥补导热不足的损失，该试验正在继续进行中；送风管道有多个出风口，如何方便的实现单个开关控制，尚待继续试验；采取工厂化生产时，箱体可否采取加强工程塑料铸压成型，以降低设备的自重和成本，并减少金属受潮锈蚀问题的发生，尚待继续试验。