金賢松 樊小輕 袁 杰 馮偉林 金群力 陸中華 蔡為明*

（1.浙江青風(fēng)環(huán)境股份有限公司，浙江 麗水 323000；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，杭州 310021；3.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，杭州 310020）

近十年來，我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)迅速發(fā)展，生產(chǎn)裝備水平也隨之大幅提升[1]，帶動了培養(yǎng)料隧道發(fā)酵（一、二次料）、隧道集中發(fā)菌（三次料）裝備，以及菇房環(huán)境控制和上下料等裝備的研發(fā)和應(yīng)用。但由于我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)裝備研究起步晚[2]，一直以來，國內(nèi)規(guī)模較大的工廠化生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備基本是全套從國外引進(jìn)，國外設(shè)備幾乎壟斷了我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)裝備市場[3]，但進(jìn)口裝備已逐漸暴露出以下弊端：一是價格昂貴、投資成本高，只有資金雄厚的大型企業(yè)才有實力采購，大量中小企業(yè)無力承受；二是售后服務(wù)響應(yīng)時間長、維修成本高，而雙孢蘑菇生長發(fā)育對培養(yǎng)料質(zhì)量和環(huán)境變化敏感，一旦生產(chǎn)裝備出現(xiàn)故障，如無法及時排除和解決，不僅直接造成減產(chǎn)減收，而且嚴(yán)重影響生產(chǎn)和市場供應(yīng)的穩(wěn)定性。這限制了我國工廠化雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。

為了突破我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)裝備制造行業(yè)的“卡脖子”難題，自2010年起，浙江青風(fēng)環(huán)境股份有限公司與浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等科研院所合作，在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展與我國氣候、栽培基質(zhì)和生產(chǎn)條件相適應(yīng)的雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)環(huán)境控制關(guān)鍵裝備及控制系統(tǒng)的自主研發(fā)。經(jīng)過十余年的潛心研究，雙孢蘑菇培養(yǎng)料隧道發(fā)酵和菇房栽培環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)關(guān)鍵裝備的研發(fā)取得突破，主要技術(shù)指標(biāo)、運行的穩(wěn)定性與節(jié)能性，以及應(yīng)用效果均已達(dá)到國際先進(jìn)水平，實現(xiàn)了進(jìn)口替代。本文重點介紹研發(fā)的系列裝備和控制系統(tǒng)成果的特點、特性。

1 雙孢蘑菇培養(yǎng)料隧道發(fā)酵裝備與控制系統(tǒng)研發(fā)

雙孢蘑菇培養(yǎng)料發(fā)酵的主要影響因子有三大方面：一是堆肥的基質(zhì)配方營養(yǎng)、含水量、酸堿度等理化性狀，二是堆肥中的微生物群落結(jié)構(gòu)、生長繁殖與代謝活性等生物因子，三是堆肥中的空氣（氧氣濃度）、溫度等環(huán)境因子。這三大因子之間以及因子內(nèi)部均存在互作關(guān)系，堆肥的理化性狀和通氣狀況影響其中的微生物群落結(jié)構(gòu)、生長繁殖與代謝活性；微生物的生長繁殖與代謝活動不僅影響堆肥發(fā)酵進(jìn)程，而且其代謝產(chǎn)生的熱量直接影響堆肥的溫度；而堆肥的溫度反過來又影響微生物群落結(jié)構(gòu)、生長繁殖與代謝活性。溫度是反映堆肥發(fā)酵進(jìn)程的重要指標(biāo)。在確定了基質(zhì)配方、含水量和酸堿度的堆肥進(jìn)入隧道發(fā)酵的過程中，可以通過基于溫度指標(biāo)的通風(fēng)量的調(diào)控，實現(xiàn)對堆肥發(fā)酵進(jìn)程的控制，達(dá)到生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)裝備的有機(jī)融合[4]。因此，發(fā)酵隧道的通風(fēng)及控制系統(tǒng)是培養(yǎng)料隧道發(fā)酵的關(guān)鍵裝備。堆肥隧道發(fā)酵的通風(fēng)及控制系統(tǒng)的重要指標(biāo)為氣流在堆肥中的穿透性與均勻性，堆肥溫度和氧氣濃度調(diào)控的精準(zhǔn)度，以及裝備運行的穩(wěn)定性、節(jié)能性等。

本團(tuán)隊歷經(jīng)十多年的協(xié)同創(chuàng)新，成功研制出以變頻風(fēng)機(jī)和“一帶三”小單元式控制系統(tǒng)（一個控制系統(tǒng)單元控制3 條發(fā)酵隧道）為核心的QAC-1-2 型雙孢蘑菇培養(yǎng)料隧道發(fā)酵裝備與控制系統(tǒng)，其氣流在堆肥中的穿透性、均勻性，堆肥溫度和氧氣濃度調(diào)控的精準(zhǔn)度，以及裝備運行的穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到國際一線品牌水平，且運行能耗比進(jìn)口裝備系統(tǒng)節(jié)省20%以上，而其價格不到進(jìn)口設(shè)備的50%。多家雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)企業(yè)的實際應(yīng)用表明，該裝備系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，培養(yǎng)料發(fā)酵質(zhì)量達(dá)標(biāo)，可替代進(jìn)口的培養(yǎng)料發(fā)酵和控制系統(tǒng)裝備，打破了國外設(shè)備的技術(shù)壟斷。

QAC-1-2 型雙孢蘑菇培養(yǎng)料隧道發(fā)酵裝備與控制系統(tǒng)的主要優(yōu)特點如下：（1）應(yīng)用變頻電機(jī)控制，不僅滿足不同發(fā)酵階段的最佳需求，而且運行能耗降低20%以上；（2）采用優(yōu)化的PLC 編程控制，溫度、氧氣含量等實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控；（3）應(yīng)用氧氣檢測前的除氨技術(shù)，既能提高氧氣檢測的精準(zhǔn)度，又可避免氨氣對儀器的腐蝕，延長氧氣檢測儀的使用壽命；（4）二次發(fā)酵隧道裝備與控制系統(tǒng)可分為均溫期、升溫期、巴氏殺菌期、降溫期、控溫期、冷卻與播種準(zhǔn)備期六個控制階段，實現(xiàn)發(fā)酵進(jìn)程的精準(zhǔn)化控制。

2 雙孢蘑菇菇房節(jié)能高效制冷機(jī)組研發(fā)

隨著節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境基本國策的不斷推進(jìn)，資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會建設(shè)步伐的加快，節(jié)能高效裝備的應(yīng)用越來越受推崇，研究開發(fā)環(huán)境調(diào)控節(jié)能節(jié)本智能化裝備與系統(tǒng)是設(shè)施食用菌發(fā)展的重點[5]。在民用中央空調(diào)領(lǐng)域，600 RT 以下小冷量應(yīng)用場景中，采用節(jié)能高效的丹佛斯TURBOCOR 磁懸浮離心壓縮機(jī)的水冷變頻磁懸浮冷水機(jī)組代替普通水冷螺桿冷水機(jī)組已經(jīng)相當(dāng)普遍，擁有很高的市場占有率。但由于600 RT（2 100 kW）以上冷量的離心式冷水機(jī)組的專利技術(shù)被開利、約克、特靈和麥克維爾四大美國品牌壟斷近40年，我國多數(shù)大型食用菌工廠化生產(chǎn)企業(yè)一直采用美國約克、特靈等廠家的600～1 000 RT 普通定頻或變頻離心式冷水機(jī)組，已成為我國食用菌工廠化生產(chǎn)裝備制造的“卡脖子”難題之一。

為打破國外企業(yè)對大型離心式冷水機(jī)組市場壟斷，本研發(fā)團(tuán)隊開展協(xié)同創(chuàng)新，成功制造出1 000 RT冷量的QLC3500 型變頻磁懸浮降膜離心式串聯(lián)逆流冷水機(jī)組，滿載能效比（COP）為6.86，全年綜合部分負(fù)荷能效值（IPLV）為11.77，遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)《冷水機(jī)組能效限定值及能效等級》（GB19577-2015）規(guī)定的滿負(fù)荷一級能效比COP≥6.3、綜合部分負(fù)荷能效值≥8.1。QLC3500 型變頻磁懸浮降膜離心式串聯(lián)逆流冷水機(jī)組比美國四大品牌變頻離心冷水機(jī)組節(jié)能25%以上，比常規(guī)定頻離心冷水機(jī)組節(jié)能40%（表1），達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該成果為未來幾年內(nèi)食用菌行業(yè)大型變頻磁懸浮離心冷水機(jī)組替代大冷量普通水冷離心式冷水機(jī)組提供扎實技術(shù)支撐，產(chǎn)品的市場應(yīng)用前景廣闊。

表1 青風(fēng)大冷量變頻磁懸浮離心式冷水機(jī)組與美國四大品牌變頻離心機(jī)組技術(shù)參數(shù)比較

QLC3500 型變頻磁懸浮降膜離心式串聯(lián)逆流冷水機(jī)組的主要優(yōu)特點如下：

（1）采用2 臺500 RT 變頻磁懸浮壓縮機(jī)，每個壓縮機(jī)采用獨立的制冷系統(tǒng)。

（2）制冷機(jī)組采用新型全降膜蒸發(fā)器，比常規(guī)滿液式蒸發(fā)器減少制冷劑充注量50%，降低機(jī)組成本，減少制冷劑對溫室效應(yīng)GWP 值的影響。全降膜蒸發(fā)器不僅可以避免傳統(tǒng)滿液式磁懸浮離心壓縮機(jī)吸氣帶液造成對壓縮機(jī)葉輪的沖擊及軸承運行位移軌跡偏離，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)故障的問題，而且能夠減少滿液式蒸發(fā)器的靜液柱壓降損失，使傳熱效率提高15%。

（3）制冷機(jī)組殼管冷凝器采用獨立過冷段設(shè)計，以提高制冷劑凝結(jié)后的過冷度，增大機(jī)組制冷量。

（4）制冷機(jī)組中的每臺磁懸浮壓縮機(jī)冷媒系統(tǒng)獨立運行，每個系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凍水串聯(lián)，冷凝器冷卻水串聯(lián)。機(jī)組冷凍及冷卻水路采用單流程，制冷運行時，冷凍水與冷卻水水流方向相反，且冷媒是兩個獨立的回路系統(tǒng)，巧妙錯開了兩個系統(tǒng)的壓力和溫度，使得整個磁懸浮機(jī)組的每個制冷系統(tǒng)壓比小于常規(guī)磁懸浮離心機(jī)組的壓比，機(jī)組壓縮機(jī)可以運行更低部分負(fù)荷，機(jī)組制冷量增大6%，綜合部分負(fù)荷能效值IPLV 增加13%，機(jī)組運行更加安全穩(wěn)定。

（5）制冷機(jī)組采用小壓比氟泵冷卻系統(tǒng)，能夠在更低的冷卻水溫度下對機(jī)組壓縮機(jī)變頻器、電機(jī)及軸承進(jìn)行冷卻，從而實現(xiàn)機(jī)組在冬季低冷凝溫度下高效運行的目標(biāo)。機(jī)組最低冷卻水進(jìn)水溫度為10 ℃。

（6）自主研發(fā)采用PLC 編程的變頻水冷磁懸浮機(jī)組專用控制系統(tǒng)，溫度控制精度可以達(dá)到±0.5 ℃。

3 雙孢蘑菇菇房通風(fēng)及氣流循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)

菇房栽培環(huán)境的溫度、濕度、CO2濃度的均勻度和精準(zhǔn)度是雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵控制點。菇房中不同部位的各項環(huán)境因子的均勻度，須在菇房環(huán)境調(diào)控裝備、控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)菇房結(jié)構(gòu)、床架布局等，精準(zhǔn)設(shè)計通風(fēng)及氣流循環(huán)系統(tǒng)加以實現(xiàn)。本研發(fā)團(tuán)隊通過大量的研究與實踐，設(shè)計了以自主分風(fēng)器為核心的QSA 型雙孢蘑菇菇房通風(fēng)及氣流循環(huán)系統(tǒng)，與國外兩家知名企業(yè)設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)及國內(nèi)普通設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)相比，其技術(shù)參數(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平（表2）。

表2 不同企業(yè)設(shè)計的雙孢蘑菇菇房通風(fēng)及氣流循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)比較

QSA 型雙孢蘑菇菇房通風(fēng)及氣流循環(huán)系統(tǒng)其主要優(yōu)特點如下：（1）發(fā)明了設(shè)計獨特的分風(fēng)器，實現(xiàn)菇房兩條或三條風(fēng)管均勻送風(fēng)，不同風(fēng)管的風(fēng)量差不超過5%；（2）菇房的送風(fēng)管及送風(fēng)口均根據(jù)菇房結(jié)構(gòu)、床架布局等進(jìn)行精密計算及驗證，以長×寬×高為35×12.5×5（m）的菇房為例，風(fēng)管前后端的出風(fēng)口風(fēng)速差不超過8%，菇房內(nèi)30 個不同位點的溫度測試對比結(jié)果表明，最大溫差僅0.9 ℃。

4 雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)

控制系統(tǒng)是雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)的“芯片”，自我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)發(fā)展以來，控制系統(tǒng)一直被以Fancom 品牌為代表的荷蘭企業(yè)壟斷。Fancom 等國際品牌的控制系統(tǒng)不僅價格昂貴，而且因其為英文版，系統(tǒng)控制程序復(fù)雜，給國內(nèi)技術(shù)人員的準(zhǔn)確高效使用帶來很大障礙。許多國內(nèi)企業(yè)由于不能很好地掌握使用方法，導(dǎo)致許多功能無法充分發(fā)揮，因此國內(nèi)不少使用Fancom 等國際品牌控制系統(tǒng)的企業(yè)，其雙孢蘑菇產(chǎn)量和品質(zhì)與荷蘭、英國等相比，存在較大差距。

本研發(fā)團(tuán)隊在消化吸收Fancom 等國際品牌控制系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)實際條件，于2020年自主設(shè)計開發(fā)了中英文雙語版QSC 型雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)控制系統(tǒng)，操作界面簡潔易懂，充分涵蓋了雙孢蘑菇生產(chǎn)各個階段的工藝需求。經(jīng)驗證，各項功能與Fancom 相當(dāng)，已達(dá)到國際先進(jìn)水平，可實現(xiàn)進(jìn)口替代。該產(chǎn)品市場售價僅為Fancom 等國際品牌的60%左右。

QSC 型雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)特點如下：（1）菇房內(nèi)溫度、濕度和CO2濃度的控制設(shè)置10 個主階段和4 個子階段，每個階段均可根據(jù)雙孢蘑菇不同品種特性、不同生長階段的需求，進(jìn)行不同控制參數(shù)的設(shè)置和升降速度的調(diào)控；（2）配置菇房室內(nèi)外溫度、相對濕度、絕對濕度和焓值檢測系統(tǒng)，在CO2濃度始終維持在管理者設(shè)置范圍的前提下，能夠最大限度利用外界自然冷風(fēng)降低菇房內(nèi)部溫度，以實現(xiàn)節(jié)能降本。

5 雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)環(huán)控裝備與控制系統(tǒng)應(yīng)用效果

本團(tuán)隊研發(fā)的雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)環(huán)控裝備與控制系統(tǒng)已在福建、陜西、甘肅等省的多家采用二次發(fā)酵料技術(shù)的栽培企業(yè)應(yīng)用，平均產(chǎn)量從20～25 kg/m2提高到26～30 kg/m2，已達(dá)采用二次料技術(shù)的國際先進(jìn)水平。當(dāng)前荷蘭等發(fā)達(dá)國家的雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)普遍采用隧道集中發(fā)菌技術(shù)（三次料技術(shù)），平均產(chǎn)量已進(jìn)一步提高到30～35 kg/m2。因此，我們還需進(jìn)一步加大研發(fā)力度，不斷突破國內(nèi)雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)裝備制造的“卡脖子”難題，以實現(xiàn)真正的技術(shù)和產(chǎn)能領(lǐng)先。