1、工廠化農(nóng)業(yè)冰蓄冷系統(tǒng)-應(yīng)用探索            摘要：以工廠化生產(chǎn)食用菌企業(yè)為例，在分析用冷負(fù)荷特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹常規(guī)氟利昂制冷系統(tǒng)方案和冰蓄冷方案，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析比較。 關(guān)鍵詞：工廠化農(nóng)業(yè) 食用菌 氟利昂制冷系統(tǒng) 冰蓄冷 投資回收年限  0 前言現(xiàn)代農(nóng)業(yè)采用科學(xué)的栽培、工廠化的生產(chǎn)管理，能常年提供各類花卉、中草藥物和食用菌等植物蔬菜，在極大的滿足了人們的生活需要的同時,也帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。特別是食用菌，由于有較高的營養(yǎng)保健價(jià)值和經(jīng)濟(jì)回報(bào)

2、性，越來越受到消費(fèi)者和投資者的青睞。而在食用菌的人工栽培過程中，應(yīng)根據(jù)不用生長階段，提供不同的溫度、濕度、新鮮空氣的環(huán)境。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生話水平的不斷提高，各行業(yè)的能源、電力消費(fèi)也呈快速增長，電力缺口逐年拉大。特別是在上海、浙江等本身電力比較缺乏的地方。2004年夏季，上海的電力最高負(fù)荷達(dá)到1600萬KW（400萬KW由外省電網(wǎng)供應(yīng)），整個電網(wǎng)負(fù)荷承受能力已基本達(dá)到極限。據(jù)統(tǒng)計(jì)在上海夏季的用電負(fù)荷中，空調(diào)制冷用電占40以上，比例很高。因此，冰蓄冷作為一項(xiàng)“削峰填谷“的有效方法，再次引起我們的高度重視。冰蓄冷在宏觀上，可以轉(zhuǎn)移電力高峰用電量，平衡電網(wǎng)峰谷差，減少新建電廠投資，

3、充分利用有限的不可再生資源。在微觀（用戶）上，可充分提高設(shè)備利用率，利用分時電價(jià)，節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。下面以筆者接觸到的一個食用菌生產(chǎn)企業(yè)的庫房制冷方案為例，來探討現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（食用菌）制冷降溫系統(tǒng)采用冰蓄冷方案的可能性。1 工廠化農(nóng)業(yè)用冷負(fù)荷特點(diǎn)分析該企業(yè)計(jì)劃投資新建年產(chǎn)各種食用菌30萬噸的廠房，按金針菇的生長環(huán)境為例來設(shè)計(jì)制冷降溫系統(tǒng)。在金針菇的栽培過程中，需要提供制冷降溫環(huán)境的主要庫房是培養(yǎng)室和栽培室。栽培室是金針菇的子實(shí)體分化和生長使用的庫房，該庫房最低溫度為3，和冰蓄冷能提供的溫度02冷凍水的溫差很小，基本上不能用與冰蓄冷系統(tǒng)，因此，該庫房的冷負(fù)荷將不屬本文的討論范圍。培養(yǎng)室是金針菇在接

4、種后進(jìn)行菌絲培養(yǎng)的庫房，庫房溫度保持在1216，相對濕度為6070，整個培養(yǎng)過程為2030天。培養(yǎng)室主要的冷負(fù)荷為菌絲的呼吸熱Q1和室外新風(fēng)的熱量Q2。在培養(yǎng)室內(nèi)發(fā)菌初期，菌絲的生長呼吸所產(chǎn)生的熱量較少，在發(fā)菌中后期，菌絲生長逐漸旺盛，呼吸負(fù)荷不斷變大。菌絲生長呼吸產(chǎn)生的大量CO2，為避免室內(nèi)濃度不斷積聚，造成菌絲生長生理障礙，庫房必須配備機(jī)械通風(fēng)設(shè)備。 發(fā)菌初期，菌絲呼吸弱，通風(fēng)換氣次數(shù)小，而中后期，呼吸作用強(qiáng)，需增加單位時間內(nèi)的通風(fēng)次數(shù),即通風(fēng)設(shè)備的間歇停啟時間需按菌絲的不同發(fā)育時期來調(diào)整。經(jīng)計(jì)算可知，在菌絲培養(yǎng)中后期，呼吸負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷約占整個庫房制冷負(fù)荷的75%。其他冷負(fù)荷Q3如建筑維

5、護(hù)負(fù)荷、操作人員負(fù)荷和室內(nèi)冷卻設(shè)備及照明負(fù)荷可以按常規(guī)空調(diào)計(jì)算。由以上分析可知，食用菌培養(yǎng)室的冷負(fù)荷分布特性和一般的商業(yè)民用建筑的冷負(fù)荷分布特性有很大的區(qū)別。在某個夏季的冷負(fù)荷設(shè)計(jì)日，培養(yǎng)室的冷負(fù)荷和外界環(huán)境情況，如日照、室外溫度有關(guān)；而在菌絲的一個培養(yǎng)周期（20"30天）內(nèi)，菌種剛進(jìn)培養(yǎng)室時，Q1和Q2所占比例很小，菌絲逐漸長出，生長逐漸旺盛，到中后期時，則Q3的比例越來越小，Q1和Q2所占比例將達(dá)到75%左右。但為了計(jì)算說明方便，以下的培養(yǎng)室夏季冷負(fù)荷設(shè)計(jì)日以呼吸熱和新風(fēng)換氣熱最大的中后期為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在其他輔助用房中，可以使用0"2冰水作為冷媒，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫的還有包

6、裝間和種菌室。這兩間輔助用房的使用時間和培養(yǎng)室的人員操作時間都在9:00"16:00。該新建生產(chǎn)廠房為輕鋼結(jié)構(gòu)，瓦輪彩鋼板屋面，采用聚苯乙烯庫板隔斷，外墻庫板厚100mm，內(nèi)墻隔斷庫板厚75mm，頂板厚75mm。以下各討論將涉及到房間匯總?cè)缦拢罕? 各0"2供冷庫房參數(shù)及數(shù)量 房間溫度 面積 凈高最大時刻冷量數(shù)量培養(yǎng)室14600m24.5m215kw共4間包裝室15180m23m50kw共1間種菌室14150m24m25kw共1間注：各個功能的庫房數(shù)量共6間。2 常規(guī)制冷系統(tǒng)方案目前，工廠化食用菌生產(chǎn)的企業(yè)對培養(yǎng)室、種菌室和包裝室等庫房的降溫方式，基本上都是采用氟利昂風(fēng)冷式

7、壓縮冷凝機(jī)組。根據(jù)房間的面積及冷負(fù)荷，選擇氟利昂機(jī)組和直接蒸發(fā)式冷風(fēng)機(jī)。冷風(fēng)機(jī)的型式基本上采用為水平雙向出風(fēng)式，而不采用單向吹風(fēng)式，這是為了避免的冷風(fēng)直接吹到生長發(fā)育中的食用菌或室內(nèi)的工作人員，而造成的發(fā)育受阻及不舒適。根據(jù)表1選擇機(jī)組和冷風(fēng)機(jī)情況如表2。現(xiàn)將培養(yǎng)室情況簡單說明一下，每一間培養(yǎng)室設(shè)2套氟利昂制冷系統(tǒng)，每臺40P風(fēng)冷壓縮機(jī)組配置6臺水平雙向出風(fēng)冷風(fēng)機(jī)，由于單個制冷系統(tǒng)沒有能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，但為保證在低冷負(fù)荷時，只需開啟一套制冷系統(tǒng)的同時，又能保證室內(nèi)溫度的均勻，室內(nèi)的12臺冷風(fēng)機(jī)保持交錯間隔布置。每套制冷系統(tǒng)都采用簡單的室內(nèi)溫度控制，間歇啟動制冷機(jī)組的運(yùn)行方式，即當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫

8、度時，關(guān)閉供液電磁閥，制冷系統(tǒng)低壓停機(jī)；當(dāng)溫度重新升高某一溫差時，如T4，供液電磁閥重新打開，制冷系統(tǒng)再次運(yùn)行。為保持室內(nèi)空氣流通和溫度均勻，在一個培養(yǎng)周期內(nèi)所有室內(nèi)冷風(fēng)機(jī)要保持常開狀態(tài)。表2 單間庫房氟利昂制冷配置表 房間風(fēng)冷壓縮冷凝機(jī)組冷風(fēng)機(jī)機(jī)組規(guī)格    2007-05-12        數(shù)量額定冷量數(shù)量培養(yǎng)室40P2臺233kw48臺包裝室20P1臺52kw4臺種菌室8P1臺26kw2臺注：制冷工況Te/Tc:7/48。一間培養(yǎng)室的一套40P制冷系統(tǒng)原理見圖1。目前

9、，上海夏季工業(yè)二部制分時電價(jià)如下（10千伏供電）：峰時段（8-11時、13-15時、18-21時）：0.988元/kw·h；平時段（6-8時、11-13時、15-18時、21-22時）：0.617元/kw·h；谷時段（22時-次日6時）：0.224元/kw·h。在非夏季時，13-15時按平時段計(jì)算，所有峰平谷的電價(jià)和夏季分時電價(jià)有小幅調(diào)動，本文不再詳細(xì)列出。上述6間庫房夏季典型設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷逐時計(jì)算結(jié)果，如圖2。根據(jù)滿足夏季9小時峰時段用冰水用量，配置制冷系統(tǒng)，制冷站原理如圖3。在夜間谷時段，在繼續(xù)運(yùn)行2臺KF16CB臺提供0"2冰水的基礎(chǔ)上，再啟動1臺螺

10、桿壓縮機(jī)KF20CB（Te/Tc:10/35,Q2=723kw）進(jìn)行制冰蓄冷，運(yùn)行8小時，可蓄冷5784kw·h。蓄冰設(shè)備選2臺國產(chǎn)DXC34x1230蓄冷冰水箱，最大蓄冰量為60噸。在峰時段，優(yōu)先進(jìn)行融冰供冷，不足部分（Q3 6665-5784881kw·h，約為峰時段負(fù)荷的13.2）由2臺基載壓縮機(jī)提供。如考慮到6個庫房的同時供冷系數(shù)約為85%，所蓄冷量基本上能滿足供冷需要。因此，在峰時段壓縮機(jī)及冷卻塔等用電負(fù)荷高的設(shè)備都可停止運(yùn)行，避開用電高峰。    4 經(jīng)濟(jì)效益分析比較上述兩種庫房空氣冷卻方案的設(shè)備安裝費(fèi)用見表3和表4。表3 常規(guī)氟利昂制冷方案初投資 序號設(shè)備型號和功率數(shù)量金額（萬）1風(fēng)冷機(jī)組40P, 38.1kw8臺642風(fēng)冷機(jī)組20P, 17.5kw1臺43風(fēng)冷機(jī)組8P, 8.8kw1臺2.54氟利昂冷風(fēng)機(jī),0.8kw54臺535壓縮機(jī)組控制箱10臺36室內(nèi)電控箱,電氣材料6臺147氟利昂管道、閥門128安裝人工費(fèi)10%15.3 9設(shè)備安裝投資合計(jì)167.8 10電力