食用菌厂房空调设计的若干参数及节能设计刍议

车国平

（大连民用建筑设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116001）

食用菌厂房空调设计的若干参数及节能设计刍议

车国平

（大连民用建筑设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116001）

介绍了食用菌厂房空调设计的围护结构热工参数、生产物料的发热量及CO2散发量的参考值，以及通风风量的计算方法；叙述了空调系统末端方式、冷热源形式以及参数选择等方面的节能设计。

冷热负荷；CO2散发量；冷热源系统形式；节能设计

由于食用菌种植规模的扩大及其对空气温度、湿度等参数要求的进一步提高，使食用菌生产厂房的供冷、供热模式由最初被动的天然方式逐渐过渡到主动的人为方式，并且这种状况有进一步扩大的趋势。目前食用菌厂房的空调设计尚没有针对性的设计规范，一些空调设计特别是围护结构、冷热负荷等设计存在盲目性和不准确性，主要表现在建筑热工节能性差、生产原料冷热负荷计算不准确、设备选取和系统形式无节能设计或设计不完善等，这些问题不仅使厂房的初投资和运行费用增加，而且消耗了大量的能源，增加了有害气体的排放，甚至对雾霾天气的形成起到了推波助澜的作用。因此，食用菌厂房的空调节能减排设计已成为当务之急。

1　厂房围护结构的热工性能

厂房的围护结构热工性能是节能设计的重要组成部分，不仅对空调冷热负荷和生产工艺影响极大，而且也涉及到初投资和运行费用。所以热工性能应根据当地室外温度及厂房室内设计温度综合确定，同时应满足以下三个方面的要求：首先应保证房间最小热阻须≥R0.min，即围护结构内表面不出现结露现象；其次应对隔热层的蒸汽渗透阻进行验算，以保证隔热层不出现凝结水[1]；最后对围护结构进行经济比较后确定其热阻。根据以上原则推荐围护结构热阻（即传热系数值）不宜小于表1[2]。

2　物料冷热负荷的计算

在食用菌培养间和子实体生长间的多层物料架中，依次摆放排列着袋装（或瓶装）的生产物料。因为物料在菌丝培养和子实体生长过程中会发生生化反应，尽管单位体积的物料会产生的热量微量，但整个车间大量的生产物料产生的热量却是无法忽略的。准确的计算应依据专业研究机构分析研究或试验后给出的参数和方法，在无上述准确计算方法的情况下，作者依据已有的食用菌厂房的冷热负荷、冷热源输入量；系统运行方式、运行时间以及室内外温度等参数，进行综合分析比较，提出生产原料发热量近似的计算方法，如下：

生产物料在不同车间、不同室温环境下的每个生长阶段的发热量呈微小变化，但在一定的室温下，物料在菌丝培养期和子实体生长期，发热量在一定时段的室温条件下可认为单位发热量是恒定的，所以可基于稳定传热的原理，对原料的发热量进行计算。在车间的生产单元内，假设单位时间内单位体积的物料最大发热量为qmax（W/L），物料总数量为N（L），如此，在单元内单位时间的最大发热量Qmax（W）为：

式中：qmax值在培养间宜取0.055 W/L～0.065 W/L，生长间取0.065 W/L～0.075 W/L，当单元内袋装或瓶装生产物料放置密度较大时，此值宜取上限，密度较小时宜取下限。

表1 围护结构传热系数K值Tab.1　Heat transfer coefficient K for building envelope in different rooms

3　通风风量的计算

3.1CO2散发量的确定

迄今为止尚不掌握生产物料及食用菌子实体在不同生长阶段CO2散发量的详细数据。作者对运行的一些厂房进行了实地考察和调研，通过分析比较通风系统的实际通风量及不同阶段车间内实际的CO2浓度，并与生产管理人员提供的经验数据进行比较，提出近似的计算方法。

3.1.1培养间CO2散发量

在培养期，前期物料CO2的散发量呈微小的增加趋势，但在培养的中后期呈平稳趋势，如在单位时间内单位体积培养料散发的CO2最大量为q1max（mg/L·s），单元内培养料的数量为N1（L），即单位时间内CO2最大散发量M1max（mg/s）：

式中：q1max值可取0.01。

3.1.2生长间CO2散发量

（1）物料的CO2散发量

因物料在生长间散发的CO2较小且较平稳，假设物料的数量为N2（L），单位时间内每升生长料散发的CO2最大量为q2max(mg/L·s)，故原料CO2最大散发量M2max（mg/s）：

（2）食用菌子实体CO2散发量

食用菌子实体在整个生长期CO2散发量是逐步增加的，特别是在中后期随着子实体的增多，CO2的散发量亦随着增加，假设单位时间内子实体每千克呼出的CO2最大量为Qmax(mg/kg·s)，单元内平均食用菌产量为m（kg），即单位时间内CO2最大散发量M3max（mg/s）为：

由此，单元内生长间生长物料和食用菌子体散发的CO2总量Mmax（mg/s）为：

式中：q2max值可取0.01，Qmax可取0.03；m值应由业主提供。

3.2通风风量的计算

在车间单元内的某一时段，CO2散发量为M（mg/s），空气体积为V（m3），起始通风时CO2浓度为Y0（mg/m3），通风量为L（m3/s），进风空气中CO2浓度为Yi（mg/m3），通风时间为t（s），则全面通风时单元内CO2浓度Yn（mg/m）的变化规律为[3]:

当全面通风时间t一定长时间；或当L≥V，同时t≥2 h时，单元内CO2浓度Yn将趋于稳定，式（6）中通风量可简化为：

实际上由于车间单元内的袋装或瓶装生产原料在物料架中排列密集，同时考虑物料架及物料对通风气流组织的影响，以及空气与CO2密度不同的因素，在车间内CO2的浓度分布必然出现差异，混合过程也不可能瞬时完成，为使车间内CO2的浓度尽可能均匀，对风量应予以修正，系数取值应大于1.5。

进风（室外）空气中CO2浓度Yi值的确定，可按当地环境空气质量二类区选取，室内CO2设计要求浓度Yn可按设计要求由业主确定。

4　通风系统节能措施

4.1设置能量回收装置

因车间内通风量较大，为了减少冬、夏季通风的冷热负荷损失，应将排风的能量予以回收，应在每个生产单元内设置可同时回收显热和潜热的翘板式全热回收装置。

在寒冷地区的冬季，生产单元内的培养间和生长间因湿度较大，露点温度较低，当室外进风温度接近室内露点温度时，热回收装置的排风侧容易结露甚至结霜，为保证全热回收器排风侧不结霜，在新风侧宜采取以下一种措施。

4.1.1设置预热器

对新风进行预热，使进风侧经过全热回收器后的温度高于室内露点温度，同时为了减少对全热回收器效率的影响，在满足上述要求的前提下应尽可能降低预热器出风温度。

4.1.2设置旁通阀

在全热回收器设置新风旁通阀，根据室外温度开启并调节新风旁通阀门，在保证排风侧不结露的前提下，尽量加大流经热回收器的新风量。

4.2直流式通风

在过渡季节的春季或秋季，应根据室外温度，调整或全部开启全热回收器旁通风道阀门，这不仅减少系统阻力，同时能加大新风量，即由室外冷空气担负部分或全部车间内的空调冷负荷，即达到部分“免费供冷”的节能效果。

4.3设置变频器

因车间内食用菌生长周期及CO2浓度的变化，必然引起通风量的变化。应设置电机变频器，由变频器根据送排风风量的变化，调整电机转速以减小电机的输出功率，达到节能的目的。

5　冷热源系统节能设计

5.1冷热源形式

5.1.1冷热源种类

因为此类厂房建设地点一般为城市近郊或农村，在条件可能的情况下尽量首选利用地下水、地表水、地源或空气源等清洁可再生能源的热泵作为冷热源，特别是冬季供热比采用不可再生的煤炭、石化等化石结构燃料可节能40%以上[4]，由此可相应减少有害气体的排放。

5.1.2直接供冷

在过渡季节的部分时段，由于室外温度接近室内温度，几乎无围护结构冷负荷，即仅有车间内生产物料冷负荷。可根据负荷的大小采取关闭冷水机的方式，通过冷却塔、地源埋地管或地下水自然冷却直接供冷，满足部分或全部冷负荷的需要，由此将节省部分压缩机输入的电能。

5.1.3冷凝热回收

因制冷机制冷时必然排放大于制冷量的热量，根据需要将夏季运行的制冷机设置热回收器，加热厂区内生活用水。可根据生活热水耗热量，选择一台或几台设置冷凝器热回收器的热泵或制冷机，可使单机的综合能效比EER值提高1倍以上。

5.2冷源参数

根据食用菌种类的不同，车间内要求的干球温度也不一样，如车间温度较低，制冷时应采用典型的冷水7℃～12℃工况必然存在与车间内空气温差较小的现象，这将导致末端设备冷量输出降低10%～30%左右，此时的对应方式为增加末端设备容量或降低冷冻水的温度。前者将导致末端设备投资的加大；后者将导致制冷机COP值的降低，即耗能的增加。所以应依据末端设备投资、制冷机能效比等因素综合分析比较，确定合理的冷冻水参数。

（1）当车间内设计温度≥24℃时

采用典型的冷水7℃～12℃供回水工况，综合比较是节能的，经济性是较突出的。并依此根据冷水温度与车间内温度差选择末端设备容量。

（2）当车间内设计温度低于≤23℃时

宜采用非典型的小于5℃～10℃供回水工况，综合比较是节能的，也是经济的。当制冷机供水温度小于3℃时，有可能使制冷机的蒸发器出现局部结冰的现象，为防止此现象的发生，可在蒸发器的冷冻水侧采用乙二醇水溶液，浓度可根据供冷温度确定在15%～25%，但冷冻水供水温度不宜低于1℃，否则末端设备易结霜，化霜或冲霜不仅影响生产工艺，而且消耗一定的能量，不利于节能。

6　结束语

上述给出的一些生产原料的发热量及CO2散发量的相关参数和计算方法，还需进一步经工程实践的检验；并且在实践中还将出现或发现新的问题。

对于厂房的节能设计不应仅仅拘泥于经济方面的考量，而应从保护环境、节能减排的角度综合考虑，尽可能合理利用不可再生能源，从而真正做到节能性和经济性的有机统一。

[1]湖北工业建筑设计院.冷藏库设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1980：61-63.

[2]车国平，曲波，吴海峰，等.食用菌厂房空调设计探讨[J].暖通空调2009（12）：81-86.

[3]孙一坚.工业通风[M].北京：中国建筑工业出版社，1984：14-15.

[4]马最良，姚杨，姜益强，等.热泵技术应用理论基础与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2010：15.

Several Parameters and Energy Saving Design of Air-conditioning of Edible Fungus Plant Buildings

CHE Guo-ping
(Dalian Institute of Civil Architectural Design＆Research Co.Ltd.,Liaoning 116001,China)

The building envelope thermal parameters,calorific value of production materials,reference value of CO2emission and air volume of ventilation of air-conditioning of edible fungus plant buildings are introduced.Energy saving design in respect of air-conditioning system terminal design,cold and heat source system forms and parameter selection are described.

cooling and heating load;emission of CO2;cold and heat source system forms;energy-saving design

S646.9A1003-8310（2015）05-0034-04

10.13629/j.cnki.53-1054.2015.05.009

车国平（1959-），男，本科，高级工程师，主要从事空气源、地源热泵的空调及节能设计。E-mail:che-gp@163.com

2015-07-15