食用菌节能菇棚开发及应用效果初探

姬利强 马 威* 王运杰 田延捧王俊勇 刘秋梅 姬世显 曹崇敏 安婷婷

（1河南龙丰食用菌产业研究院有限公司，河南濮阳457300；2清丰县科技情报服务中心，河南濮阳457300；3清丰县食用菌产业服务中心，河南濮阳457300）

国内食用菌设施化栽培的主流模式仍以自然条件栽培为主，存在空间利用率低和复种指数低的问题。笔者参考工厂化食用菌栽培模式，以河南清丰县阳子菌菇产业示范带出菇棚为研究对象，以低投入、高效、节能为目标，开发设计了一种新型的食用菌节能菇棚。该菇棚适合栽培出菇期需氧量大的中高温型食用菌品种。现将该菇棚具体构造及应用测试结果总结介绍如下，仅供参考。

1 节能菇棚设计和建造

节能菇棚是在河南清丰县阳子菌菇产业示范带食用菌出菇棚基础上，通过优化布局加装用于调控温度、湿度、光照、通风等设备和设施，将原有50 m×4.5 m×2.8 m出菇棚划分成6个功能区，其中包括4个11 m×4.5 m×2.8 m出菇区，2个3 m×4.5 m×2.8 m空气预处理区（图1）。

1.1 出菇区

共4个。各安装送风风机、送风软管、排风风机、灯带、降温床架、加湿系统、缓冲间和控制系统。

1.1.1 送风风机和送风软管

菇棚采用正压送风方法，风机选用370 W防水轴流风机，安装在空气预处理区一侧顶部，风机末端安装直径45 cm送风软管，软管向3个操作通道各开1列出风口，出风口直径5 cm，间距60 cm，10.5 m风管共开出风口51个。

1.1.2 排风风机

选用80 W轴流风机，出菇1区和出菇4区入口两侧各安装一个；出菇2区和出菇3区安装在进门对侧两端居中位置。

1.1.3 出菇光源

选用60珠白色灯带，单区用电负荷约483 W，菇棚安装3条灯带共33.5 m长，分布于3个过道上方。

1.1.4 降温出菇床架

安装降温出菇床架2列，根据栽培袋规格和出菇方向确定床架规格。以规格16.5 cm×35 cm秀珍菇栽培袋单面侧向出菇为例，床架宽60 cm，长9 m，高2 m，立柱间隔1.5 m，共7层，层间距净高23 cm，第1层距地面30 cm（图2）。两列出菇床架上方用管件连接固定。出菇床架采用20 mm×1.5 mm镀锌管、压顶簧和十字卡扣组装连接，纵杆用软管连接，包扎密封，与横撑连接处用十字卡扣固定（图3）。需注意：（1）立柱下方须夯实，并垫硬物支撑，预防层架倾斜、坍塌；（2）十字卡扣连接须注意安装方向，以免因为同方向安装出现转轴引发层架坍塌。为确保出菇床架的稳定性，除纵杆外最好采用焊接方法固定。

1.1.5 加湿

出菇区采用微喷系统加湿，加湿管线安装于菇棚灯带上方，使用直径25 mm微喷管，间隔1 m吊装雾化喷头，单区安装30个。

1.1.6 缓冲间

在入棚口处加装缓冲间，缓冲间规格2 m×1.5 m×2.2 m，顶部呈弧形，内门规格1 m×2 m，外门规格2 m×2 m，外门安装防虫网，侧面用黑白膜密封严实，白面朝上，确保缓冲间弱光环境。

1.1.7 控制系统

出菇区安装控制工作时间开关，分别控制新风启停，排风启停，光照启停，供水电磁阀门启停，加湿启停，其中新风和供水电磁阀门启停同步。排风与加湿开启同步，排风设置延迟5 min。根据不同食用菌品种习性，生长阶段和外界气候条件灵活设置各系统启停时间。

图1 节能菇棚平面结构示意图

图2 出菇区床架结构

1.2 空气预处理区

共2个，各安装进风口、空气热交换系统、空气导流罩、回风口与检查口、地面防水与水回收系统，分区隔断（图4）。

1.2.1 进风口

进风口尺寸2 m×0.6 m，具备开启和关闭功能，进风口安装40目防虫网（图5）。

1.2.2 空气热交换系统

由微喷管和雾化喷头组成，“目”字形安装直径25 mm微喷管5道，间隔50 cm安装雾化喷头喷淋，单区安装43个。

1.2.3 空气导流罩

采用长4.6 m，宽3 m黑白膜用卡槽和卡簧固定于空气预处理区两侧，形成空气导流通道。

1.2.4 分区隔断

安装分区隔断5道。隔断骨架采用直径20 mm镀锌管组装，在出菇区一侧固定压膜卡槽，将0.12 mm黑白膜固定于压膜卡槽上，用卡簧固定，安装时白面朝向出菇区。

1.2.5 地面与水回收系统

空气预处理区地面做成“凹”字形，中心为集水口，经过滤后连接管道至集水池，按照10 mg/kg标准添加漂白粉后用于地面喷水、洗库等日常用水。

1.2.6 回风口与检查口

分别设置于送风风机下方两侧，回风口尺寸宽0.6 m，高1.2 m，回风口加装40目防虫网；检查通道位于回风口另一侧，宽0.6 m，高1.5 m，用于雾化喷头检修和日常维护。

2 指标测试与分析

2.1 通风指标

包括新风风机送风和排风风机排风。新风量计算公式：

Q=S×n×v

Q：新风量，单位 m³/s；S：出风口表面积，单位m2；n：出风口数量，单位个；v：出风口风速，单位m/s。

（1）新风风机送风指标测试，单区菇房共预留直径5 cm风口51个，出风口平均风速3 m/s。每小时最大新风量Q=S×n×v×3600=（3.14×0.025×0.025）×51×3×3600=1081 m³，出菇区容积V=110 m³，换气次数n=Q÷V=9.83次/h，新风换气效率6.1 min/次。

（2）排风风机指标，单区菇棚安装排风风机2个，直径30 cm，经测试，出风口平均风速3 m/s，每小时最大风量Q=S×n×v×3600=3.14×0.15×0.15×2×3×3600=1526.04 m³，出 菇区 容积 110 m³，换 气 次 数13.87次/h，新风换气效率4.33 min/次。2019年秀珍菇出菇高峰期测试，设施内二氧化碳浓度最低可以控制在600 mg/kg。

图4 空气预处理区

图5 进风口

2.2 制冷指标

节能菇棚降温设施包括降温床架和空气预处理。经过2019年秀珍菇80%库容率出菇应用测试，高峰期单区制冷总功率是39.98 kW。其中降温床架贡献19.6 kW，空气预处理贡献20.38 kW。直接热交换公式：

Q：交换热量，单位kJ；c：交换介质比热容，单位kJ/（kg·℃）；m：交换介质质量，单位kg；△t：温差，单位℃。

水由液相变为气相吸热计算公式：

（1）空气含水量计算采用经验公式：

Hs：空气含水量，单位 kg/m³；φ：相对湿度，单位%；Ps：某一温度值水的饱和压力，单位Pa；P：标准大气压，单位Pa。

（2）水相变吸热量公式：

Hs1：热交换后空气含水量，单位kg/m³；Hs2：热交换后空气含水量，单位kg/m³；V：新风体积，单位m³；r：水的汽化热，单位kJ/kg。

（1）降温床架制冷量：降温床架共有8个出水端，通过进水阀门控制排水流量，结果显示，单一出水端平均排水流量420 L/h，8个合计3360 L/h，高温季节最高进水温度18℃，同期出水温度23℃。降温床架热交换量Q=c×m×△t=4.2kJ/（kg·℃）×3360 kg×（23-18）=70 560 kJ，换算成制冷功率是P=Q÷3600 kJ/h=70 560 kJ÷3600 kJ/h=19.6 kW。

（2）空气预处理制冷量：空气预处理区设置雾化喷头43个，每个雾化喷头流量70 L/h，空气预处理区最大水消耗量3010 L/h，经测试，微喷进水温度18℃，排水温度23℃；外界39℃高温时，进风口进风温度34℃（进风口设置在菇棚阴面），进风湿度35%，新风风机送风温度23℃，送风湿度85%，新风量1081 m³/h。空气预处理区热交换量包括外界空气与雾化水直接热交换量Q1和水气化吸热量Q2，其中Q1=c×m×△t=4.2 kJ/（kg·℃）×3010 kg×（23-18）=63 210 kJ；34 ℃，水的汽化潜热2420.2 kJ/kg[1]，水的饱和大气压5322.6Pa[1]，23℃，水的饱和大气压2810.0 Pa[1]，Q2=（Hs1-Hs2）× 1081 × 2417.8 kJ/kg=[（85%×18÷22.4×2810.0÷（101 325-2810.0）-35%×18÷22.4×5322.6÷（101 325-5322.6）]×1081×2420.2=10 175.73 kJ，两项热交换量合计是Q1+Q2=73 385.73 kJ，换算成制冷功率是P=Q÷3600 kJ/h=73 386.15 kJ÷3600 kJ/h=20.38 kW。

2.3 加湿指标

菇棚安装微喷加湿系统，单区安装30个雾化喷头，每个雾化喷头流量70 L/h，每小时加湿量m=30×70=2100 L。催蕾环节用水量最大，每3 h开启5 min，该阶段每天累计加湿时间40 min，加湿量1400 L/d。

2.4 光照指标

菇棚安装三道60珠白光灯带，单区用电功率483 W，光通量计算公式：

n：光通量系数，单位lm/W；P：灯带功率，单位W。

平均照度计算公式：

Φ：菇棚光通量，单位lm；n1：空间利用系数；n2：维护系数；S：照射面积，单位m2。

节能菇棚采用110 lm/W白光灯带，单区菇房光通量Φ=110×483=53 130 lm。菇房空间利用系数0.75，因菇棚相对空间湿度较高，维护系数设定为0.6，照射面积 165.5 m2，包括地面49.5 m2，床架侧面72 m2，菇棚两侧44 m2。平均照度53 130×0.75×0.6÷165.5=144.46 lx。经测试，该照度满足秀珍菇催蕾和育菇期子实体色泽需要。

2.5 库容

以16.5 cm×35 cm规格秀珍菇栽培袋单面侧向出菇为例，单区菇房安装降温床架2列，每列6个单元，每单元7层，每层码放出菇菌包48包，每单元码放336包，12个单元合计码放菌包4032包，出菇密度=4032÷4.5÷11=81.45包/m2。每个菌包质量1.4 kg，单区菌包质量5644.8 kg，空间体积110 m³，库容率51.32 kg/m³。

2.6 能耗

节能菇棚单区用电荷载包括1个370 W新风风机、2个80 W排风风机和483 W灯带，单区用电荷载1013 W，按照平均50%最大用电负荷计，电耗12.16 kW/d。秀珍菇60 d出菇周期，以农业用电0.5元/（kW·h-1）核算，电费不超过364.8元，分摊电费成本0.09元/包。

2.7 投入

前述节能菇棚是在原有菇棚基础上改造而成，新增用于调控温度、湿度、光照、通风四个参数的设备和设施，为便于管理调控，新增控制系统。在投入方面，以225 m2菇棚改造为16.5 cm×35 cm规格秀珍菇栽培袋单面侧向节能出菇菇房为例，改造成本约27 076元。其中包括：（1）送风风机和送风软管4套约 1936元；（2）隔断 5道，约 600元；（3）排风机 8个，约 800元；（4）灯带 134 m，约1340元；（5）降温床架，约14 400元；（5）缓冲间4个，约800元；（6）加湿系统，约 500元；（7）控制系统 4套，约4200元；（8）空气预处理系区2个，约1500元；（9）电路系统，约1000元。原有菇棚建设成本约13 600元，合计节能菇棚总成本约40 676元，单位面积投入180.78元/m2。

2.8 产出

根据2019年栽培秀珍菇小区试验数据测算，单批投放菌包16 128包/栋，出菇周期60 d，全年复种指数为4，年出菇量64 512包，按照采菇3潮，平均单包产量323.56 g计算，节能菇房年产量20.87 t，按照3—10月秀珍菇平均价格9000元/t核算，年产值18.78万元，单位面积产值834.6元/m2。

3 小结与讨论

3.1 节能菇棚节能指标显著

菇棚单区总用电负荷1013 W。新风预处理系统在全新风状态及极限高温39℃天气条件，贡献20.38 kW制冷量，降温床架贡献19.6 kW制冷量，保持菇棚空间温度26℃以下，一个出菇周期60 d总分摊电费成本0.09元/包，节能效果显著。

3.2 节能菇棚栽培效率提升显著

（1）复种指数显著提高。2019年秀珍菇出菇测试，采用二区制栽培模式，在每批次采收前3潮的合理状态下，菇棚批次占用时间46～52 d，留足清库和菇棚冲洗消毒时间，按照每个出菇周期60 d制定生产计划。以豫北地区气候条件，每年3月中旬—11月中旬可以栽培4个批次，复种指数较常规提高4倍。（2）空间利用效率显著提高。以秀珍菇为例，节能菇棚单区出菇密度81.45包/m2，库容率51.32 kg/m³。节能菇棚单批投放菌包16128包/栋，年64 512包/栋，年产量20.87 t/栋，年产值18.78万元/栋，单位面积产值834.6元/m2，远高于传统菇棚。

3.3 节能菇棚投入成本低，且还有下降空间

225 m2菇棚改造成本约27 076元，加上原有菇棚建设成本约13 600元，合计节能菇棚成本40 676元，单位面积投入180.78元/m2，远低于其他模式的周年栽培菇棚。节能菇棚的硬件投入主要是降温床架，单栋费用约14 400元，占改造成本费用的53.98%，日后还有下降空间。

3.4 节能菇棚有望推动中高温需氧量大的食用菌品种周年化栽培

节能菇棚实现了全新风状态温度控制，解决了通风和降温过程中能耗大、栽培成本高的问题，有望推动需氧量大的中高温食用菌品种实现低运营成本周年化栽培。

3.5 控制系统有待进一步提升

采用比较传统控制系统，由继电器控制启停，智能化程度低。今后节能菇棚应开发模块控制系统和手机远程控制系统。