車國(guó)平

（大連民用建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116001）

食用菌廠房空調(diào)設(shè)計(jì)的若干參數(shù)及節(jié)能設(shè)計(jì)芻議

車國(guó)平

（大連民用建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116001）

介紹了食用菌廠房空調(diào)設(shè)計(jì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)、生產(chǎn)物料的發(fā)熱量及CO2散發(fā)量的參考值，以及通風(fēng)風(fēng)量的計(jì)算方法；敘述了空調(diào)系統(tǒng)末端方式、冷熱源形式以及參數(shù)選擇等方面的節(jié)能設(shè)計(jì)。

冷熱負(fù)荷；CO2散發(fā)量；冷熱源系統(tǒng)形式；節(jié)能設(shè)計(jì)

由于食用菌種植規(guī)模的擴(kuò)大及其對(duì)空氣溫度、濕度等參數(shù)要求的進(jìn)一步提高，使食用菌生產(chǎn)廠房的供冷、供熱模式由最初被動(dòng)的天然方式逐漸過(guò)渡到主動(dòng)的人為方式，并且這種狀況有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。目前食用菌廠房的空調(diào)設(shè)計(jì)尚沒(méi)有針對(duì)性的設(shè)計(jì)規(guī)范，一些空調(diào)設(shè)計(jì)特別是圍護(hù)結(jié)構(gòu)、冷熱負(fù)荷等設(shè)計(jì)存在盲目性和不準(zhǔn)確性，主要表現(xiàn)在建筑熱工節(jié)能性差、生產(chǎn)原料冷熱負(fù)荷計(jì)算不準(zhǔn)確、設(shè)備選取和系統(tǒng)形式無(wú)節(jié)能設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不完善等，這些問(wèn)題不僅使廠房的初投資和運(yùn)行費(fèi)用增加，而且消耗了大量的能源，增加了有害氣體的排放，甚至對(duì)霧霾天氣的形成起到了推波助瀾的作用。因此，食用菌廠房的空調(diào)節(jié)能減排設(shè)計(jì)已成為當(dāng)務(wù)之急。

1　廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能

廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能是節(jié)能設(shè)計(jì)的重要組成部分，不僅對(duì)空調(diào)冷熱負(fù)荷和生產(chǎn)工藝影響極大，而且也涉及到初投資和運(yùn)行費(fèi)用。所以熱工性能應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厥彝鉁囟燃皬S房室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度綜合確定，同時(shí)應(yīng)滿足以下三個(gè)方面的要求：首先應(yīng)保證房間最小熱阻須≥R0.min，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；其次應(yīng)對(duì)隔熱層的蒸汽滲透阻進(jìn)行驗(yàn)算，以保證隔熱層不出現(xiàn)凝結(jié)水[1]；最后對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后確定其熱阻。根據(jù)以上原則推薦圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻（即傳熱系數(shù)值）不宜小于表1[2]。

2　物料冷熱負(fù)荷的計(jì)算

在食用菌培養(yǎng)間和子實(shí)體生長(zhǎng)間的多層物料架中，依次擺放排列著袋裝（或瓶裝）的生產(chǎn)物料。因?yàn)槲锪显诰z培養(yǎng)和子實(shí)體生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生生化反應(yīng)，盡管單位體積的物料會(huì)產(chǎn)生的熱量微量，但整個(gè)車間大量的生產(chǎn)物料產(chǎn)生的熱量卻是無(wú)法忽略的。準(zhǔn)確的計(jì)算應(yīng)依據(jù)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)分析研究或試驗(yàn)后給出的參數(shù)和方法，在無(wú)上述準(zhǔn)確計(jì)算方法的情況下，作者依據(jù)已有的食用菌廠房的冷熱負(fù)荷、冷熱源輸入量；系統(tǒng)運(yùn)行方式、運(yùn)行時(shí)間以及室內(nèi)外溫度等參數(shù)，進(jìn)行綜合分析比較，提出生產(chǎn)原料發(fā)熱量近似的計(jì)算方法，如下：

生產(chǎn)物料在不同車間、不同室溫環(huán)境下的每個(gè)生長(zhǎng)階段的發(fā)熱量呈微小變化，但在一定的室溫下，物料在菌絲培養(yǎng)期和子實(shí)體生長(zhǎng)期，發(fā)熱量在一定時(shí)段的室溫條件下可認(rèn)為單位發(fā)熱量是恒定的，所以可基于穩(wěn)定傳熱的原理，對(duì)原料的發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算。在車間的生產(chǎn)單元內(nèi)，假設(shè)單位時(shí)間內(nèi)單位體積的物料最大發(fā)熱量為qmax（W/L），物料總數(shù)量為N（L），如此，在單元內(nèi)單位時(shí)間的最大發(fā)熱量Qmax（W）為：

式中：qmax值在培養(yǎng)間宜取0.055 W/L～0.065 W/L，生長(zhǎng)間取0.065 W/L～0.075 W/L，當(dāng)單元內(nèi)袋裝或瓶裝生產(chǎn)物料放置密度較大時(shí)，此值宜取上限，密度較小時(shí)宜取下限。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K值Tab.1　Heat transfer coefficient K for building envelope in different rooms

3　通風(fēng)風(fēng)量的計(jì)算

3.1CO2散發(fā)量的確定

迄今為止尚不掌握生產(chǎn)物料及食用菌子實(shí)體在不同生長(zhǎng)階段CO2散發(fā)量的詳細(xì)數(shù)據(jù)。作者對(duì)運(yùn)行的一些廠房進(jìn)行了實(shí)地考察和調(diào)研，通過(guò)分析比較通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際通風(fēng)量及不同階段車間內(nèi)實(shí)際的CO2濃度，并與生產(chǎn)管理人員提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，提出近似的計(jì)算方法。

3.1.1培養(yǎng)間CO2散發(fā)量

在培養(yǎng)期，前期物料CO2的散發(fā)量呈微小的增加趨勢(shì)，但在培養(yǎng)的中后期呈平穩(wěn)趨勢(shì)，如在單位時(shí)間內(nèi)單位體積培養(yǎng)料散發(fā)的CO2最大量為q1max（mg/L·s），單元內(nèi)培養(yǎng)料的數(shù)量為N1（L），即單位時(shí)間內(nèi)CO2最大散發(fā)量M1max（mg/s）：

式中：q1max值可取0.01。

3.1.2生長(zhǎng)間CO2散發(fā)量

（1）物料的CO2散發(fā)量

因物料在生長(zhǎng)間散發(fā)的CO2較小且較平穩(wěn)，假設(shè)物料的數(shù)量為N2（L），單位時(shí)間內(nèi)每升生長(zhǎng)料散發(fā)的CO2最大量為q2max(mg/L·s)，故原料CO2最大散發(fā)量M2max（mg/s）：

（2）食用菌子實(shí)體CO2散發(fā)量

食用菌子實(shí)體在整個(gè)生長(zhǎng)期CO2散發(fā)量是逐步增加的，特別是在中后期隨著子實(shí)體的增多，CO2的散發(fā)量亦隨著增加，假設(shè)單位時(shí)間內(nèi)子實(shí)體每千克呼出的CO2最大量為Qmax(mg/kg·s)，單元內(nèi)平均食用菌產(chǎn)量為m（kg），即單位時(shí)間內(nèi)CO2最大散發(fā)量M3max（mg/s）為：

由此，單元內(nèi)生長(zhǎng)間生長(zhǎng)物料和食用菌子體散發(fā)的CO2總量Mmax（mg/s）為：

式中：q2max值可取0.01，Qmax可取0.03；m值應(yīng)由業(yè)主提供。

3.2通風(fēng)風(fēng)量的計(jì)算

在車間單元內(nèi)的某一時(shí)段，CO2散發(fā)量為M（mg/s），空氣體積為V（m3），起始通風(fēng)時(shí)CO2濃度為Y0（mg/m3），通風(fēng)量為L(zhǎng)（m3/s），進(jìn)風(fēng)空氣中CO2濃度為Yi（mg/m3），通風(fēng)時(shí)間為t（s），則全面通風(fēng)時(shí)單元內(nèi)CO2濃度Yn（mg/m）的變化規(guī)律為[3]:

當(dāng)全面通風(fēng)時(shí)間t一定長(zhǎng)時(shí)間；或當(dāng)L≥V，同時(shí)t≥2 h時(shí)，單元內(nèi)CO2濃度Yn將趨于穩(wěn)定，式（6）中通風(fēng)量可簡(jiǎn)化為：

實(shí)際上由于車間單元內(nèi)的袋裝或瓶裝生產(chǎn)原料在物料架中排列密集，同時(shí)考慮物料架及物料對(duì)通風(fēng)氣流組織的影響，以及空氣與CO2密度不同的因素，在車間內(nèi)CO2的濃度分布必然出現(xiàn)差異，混合過(guò)程也不可能瞬時(shí)完成，為使車間內(nèi)CO2的濃度盡可能均勻，對(duì)風(fēng)量應(yīng)予以修正，系數(shù)取值應(yīng)大于1.5。

進(jìn)風(fēng)（室外）空氣中CO2濃度Yi值的確定，可按當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量二類區(qū)選取，室內(nèi)CO2設(shè)計(jì)要求濃度Yn可按設(shè)計(jì)要求由業(yè)主確定。

4　通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能措施

4.1設(shè)置能量回收裝置

因車間內(nèi)通風(fēng)量較大，為了減少冬、夏季通風(fēng)的冷熱負(fù)荷損失，應(yīng)將排風(fēng)的能量予以回收，應(yīng)在每個(gè)生產(chǎn)單元內(nèi)設(shè)置可同時(shí)回收顯熱和潛熱的翹板式全熱回收裝置。

在寒冷地區(qū)的冬季，生產(chǎn)單元內(nèi)的培養(yǎng)間和生長(zhǎng)間因濕度較大，露點(diǎn)溫度較低，當(dāng)室外進(jìn)風(fēng)溫度接近室內(nèi)露點(diǎn)溫度時(shí)，熱回收裝置的排風(fēng)側(cè)容易結(jié)露甚至結(jié)霜，為保證全熱回收器排風(fēng)側(cè)不結(jié)霜，在新風(fēng)側(cè)宜采取以下一種措施。

4.1.1設(shè)置預(yù)熱器

對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，使進(jìn)風(fēng)側(cè)經(jīng)過(guò)全熱回收器后的溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度，同時(shí)為了減少對(duì)全熱回收器效率的影響，在滿足上述要求的前提下應(yīng)盡可能降低預(yù)熱器出風(fēng)溫度。

4.1.2設(shè)置旁通閥

在全熱回收器設(shè)置新風(fēng)旁通閥，根據(jù)室外溫度開(kāi)啟并調(diào)節(jié)新風(fēng)旁通閥門，在保證排風(fēng)側(cè)不結(jié)露的前提下，盡量加大流經(jīng)熱回收器的新風(fēng)量。

4.2直流式通風(fēng)

在過(guò)渡季節(jié)的春季或秋季，應(yīng)根據(jù)室外溫度，調(diào)整或全部開(kāi)啟全熱回收器旁通風(fēng)道閥門，這不僅減少系統(tǒng)阻力，同時(shí)能加大新風(fēng)量，即由室外冷空氣擔(dān)負(fù)部分或全部車間內(nèi)的空調(diào)冷負(fù)荷，即達(dá)到部分“免費(fèi)供冷”的節(jié)能效果。

4.3設(shè)置變頻器

因車間內(nèi)食用菌生長(zhǎng)周期及CO2濃度的變化，必然引起通風(fēng)量的變化。應(yīng)設(shè)置電機(jī)變頻器，由變頻器根據(jù)送排風(fēng)風(fēng)量的變化，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速以減小電機(jī)的輸出功率，達(dá)到節(jié)能的目的。

5　冷熱源系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

5.1冷熱源形式

5.1.1冷熱源種類

因?yàn)榇祟悘S房建設(shè)地點(diǎn)一般為城市近郊或農(nóng)村，在條件可能的情況下盡量首選利用地下水、地表水、地源或空氣源等清潔可再生能源的熱泵作為冷熱源，特別是冬季供熱比采用不可再生的煤炭、石化等化石結(jié)構(gòu)燃料可節(jié)能40%以上[4]，由此可相應(yīng)減少有害氣體的排放。

5.1.2直接供冷

在過(guò)渡季節(jié)的部分時(shí)段，由于室外溫度接近室內(nèi)溫度，幾乎無(wú)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷，即僅有車間內(nèi)生產(chǎn)物料冷負(fù)荷?？筛鶕?jù)負(fù)荷的大小采取關(guān)閉冷水機(jī)的方式，通過(guò)冷卻塔、地源埋地管或地下水自然冷卻直接供冷，滿足部分或全部冷負(fù)荷的需要，由此將節(jié)省部分壓縮機(jī)輸入的電能。

5.1.3冷凝熱回收

因制冷機(jī)制冷時(shí)必然排放大于制冷量的熱量，根據(jù)需要將夏季運(yùn)行的制冷機(jī)設(shè)置熱回收器，加熱廠區(qū)內(nèi)生活用水?？筛鶕?jù)生活熱水耗熱量，選擇一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)置冷凝器熱回收器的熱泵或制冷機(jī)，可使單機(jī)的綜合能效比EER值提高1倍以上。

5.2冷源參數(shù)

根據(jù)食用菌種類的不同，車間內(nèi)要求的干球溫度也不一樣，如車間溫度較低，制冷時(shí)應(yīng)采用典型的冷水7℃～12℃工況必然存在與車間內(nèi)空氣溫差較小的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致末端設(shè)備冷量輸出降低10%～30%左右，此時(shí)的對(duì)應(yīng)方式為增加末端設(shè)備容量或降低冷凍水的溫度。前者將導(dǎo)致末端設(shè)備投資的加大；后者將導(dǎo)致制冷機(jī)COP值的降低，即耗能的增加。所以應(yīng)依據(jù)末端設(shè)備投資、制冷機(jī)能效比等因素綜合分析比較，確定合理的冷凍水參數(shù)。

（1）當(dāng)車間內(nèi)設(shè)計(jì)溫度≥24℃時(shí)

采用典型的冷水7℃～12℃供回水工況，綜合比較是節(jié)能的，經(jīng)濟(jì)性是較突出的。并依此根據(jù)冷水溫度與車間內(nèi)溫度差選擇末端設(shè)備容量。

（2）當(dāng)車間內(nèi)設(shè)計(jì)溫度低于≤23℃時(shí)

宜采用非典型的小于5℃～10℃供回水工況，綜合比較是節(jié)能的，也是經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)制冷機(jī)供水溫度小于3℃時(shí)，有可能使制冷機(jī)的蒸發(fā)器出現(xiàn)局部結(jié)冰的現(xiàn)象，為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，可在蒸發(fā)器的冷凍水側(cè)采用乙二醇水溶液，濃度可根據(jù)供冷溫度確定在15%～25%，但冷凍水供水溫度不宜低于1℃，否則末端設(shè)備易結(jié)霜，化霜或沖霜不僅影響生產(chǎn)工藝，而且消耗一定的能量，不利于節(jié)能。

6　結(jié)束語(yǔ)

上述給出的一些生產(chǎn)原料的發(fā)熱量及CO2散發(fā)量的相關(guān)參數(shù)和計(jì)算方法，還需進(jìn)一步經(jīng)工程實(shí)踐的檢驗(yàn)；并且在實(shí)踐中還將出現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題。

對(duì)于廠房的節(jié)能設(shè)計(jì)不應(yīng)僅僅拘泥于經(jīng)濟(jì)方面的考量，而應(yīng)從保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的角度綜合考慮，盡可能合理利用不可再生能源，從而真正做到節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)統(tǒng)一。

[1]湖北工業(yè)建筑設(shè)計(jì)院.冷藏庫(kù)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1980：61-63.

[2]車國(guó)平，曲波，吳海峰，等.食用菌廠房空調(diào)設(shè)計(jì)探討[J].暖通空調(diào)2009（12）：81-86.

[3]孫一堅(jiān).工業(yè)通風(fēng)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1984：14-15.

[4]馬最良，姚楊，姜益強(qiáng)，等.熱泵技術(shù)應(yīng)用理論基礎(chǔ)與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)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

車國(guó)平（1959-），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事空氣源、地源熱泵的空調(diào)及節(jié)能設(shè)計(jì)。E-mail:che-gp@163.com

2015-07-15