工廠化農(nóng)業(yè)冰蓄冷系統(tǒng)的應(yīng)用探討

1、工廠化農(nóng)業(yè)冰蓄冷系統(tǒng)的應(yīng)用探討                        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

2、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(shí),也帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。特別是食用菌，由于有較高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值和經(jīng)濟(jì)回報(bào)性，越來(lái)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(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不用生長(zhǎng)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(zhǎng)，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(wàn)KW（400萬(wàn)KW由外省電網(wǎng)供應(yīng)），整個(gè)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

3、。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，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(shí)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(gè)食用菌生產(chǎn)企業(yè)的庫(kù)房制冷方案為例，來(lái)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(wàn)噸的廠房，按金針菇的生長(zhǎng)環(huán)境為例來(lái)設(shè)計(jì)制冷降溫系統(tǒng)。在金針菇的栽培過(guò)程中，需要提供制冷降溫環(huán)境的主要庫(kù)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(zhǎng)使用的庫(kù)房，該庫(kù)

4、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(kù)房的冷負(fù)荷將不屬本文的討論范圍。培養(yǎng)室是金針菇在接種后進(jìn)行菌絲培養(yǎng)的庫(kù)房，庫(kù)房溫度保持在1216，相對(duì)濕度為6070，整個(gè)培養(yǎng)過(guò)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(zhǎng)呼吸所產(chǎn)生的熱量較少，在發(fā)菌中后期，菌絲生長(zhǎng)逐漸旺盛，呼吸負(fù)荷不斷變大。菌絲生長(zhǎng)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(zhǎng)生理障礙，庫(kù)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(shí)間內(nèi)的通風(fēng)次數(shù),即通風(fēng)設(shè)備

5、的間歇停啟時(shí)間需按菌絲的不同發(fā)育時(shí)期來(lái)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(gè)庫(kù)房制冷負(fù)荷的75%。其他冷負(fù)荷Q3如建筑維護(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(gè)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(gè)培養(yǎng)周期（2030天）內(nèi)，菌種剛進(jìn)培養(yǎng)室時(shí)，Q1和Q2所占比例很小，菌絲逐漸長(zhǎng)出，生長(zhǎng)逐漸旺盛，到中后期時(shí)，則Q3的比例越來(lái)越小，Q1和Q2所占比例將達(dá)到75%左右。但為了計(jì)算說(shuō)明方便，以下的培養(yǎng)室夏季冷負(fù)

6、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02冰水作為冷媒，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫的還有包裝間和種菌室。這兩間輔助用房的使用時(shí)間和培養(yǎng)室的人員操作時(shí)間都在9:0016:00。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(kù)板隔斷，外墻庫(kù)板厚100mm，內(nèi)墻隔斷庫(kù)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02供冷庫(kù)房參數(shù)及數(shù)量 房間溫度 面積 凈高最大時(shí)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(gè)功能的庫(kù)房數(shù)量共6間。2 常規(guī)制冷系統(tǒng)方案

7、目前，工廠化食用菌生產(chǎn)的企業(yè)對(duì)培養(yǎng)室、種菌室和包裝室等庫(kù)房的降溫方式，基本上都是采用氟利昂風(fēng)冷式壓縮冷凝機(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(zhǎng)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?，F(xiàn)將培養(yǎng)室情況簡(jiǎn)單說(shuō)明一下，每一間培養(yǎng)室設(shè)2套氟利昂制冷系統(tǒng)，每臺(tái)40P風(fēng)冷壓縮機(jī)組配置6臺(tái)水平雙向出風(fēng)冷風(fēng)機(jī)，由于單個(gè)制冷系統(tǒng)沒(méi)有能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，但為保證在低冷負(fù)荷時(shí)，只需開(kāi)啟一套制冷系統(tǒng)的同時(shí)，又能保證室內(nèi)溫度的均勻，室內(nèi)的12臺(tái)冷風(fēng)機(jī)保持交錯(cuò)間

8、隔布置。每套制冷系統(tǒng)都采用簡(jiǎn)單的室內(nèi)溫度控制，間歇啟動(dòng)制冷機(jī)組的運(yùn)行方式，即當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，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(shí)，如T4，供液電磁閥重新打開(kāi)，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(gè)培養(yǎng)周期內(nèi)所有室內(nèi)冷風(fēng)機(jī)要保持常開(kāi)狀態(tài)。表2 單間庫(kù)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)格數(shù)量額定冷量數(shù)量培養(yǎng)室40P2臺(tái)233kw48臺(tái)包裝室20P1臺(tái)52kw4臺(tái)種菌室8P1臺(tái)26kw2臺(tái)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(jiàn)圖1。包裝間和種菌室的控制方式和制冷系統(tǒng)原理同培養(yǎng)室，這里將不在重復(fù)說(shuō)明。&#

9、160;3 冰蓄冷方案如采用冰蓄冷方案，上述庫(kù)房的室內(nèi)部分的氟利昂冷風(fēng)機(jī)只需改成冰水用冷風(fēng)機(jī)，數(shù)量和布置也可保持不變，每個(gè)房間的溫度控制采用電動(dòng)三通閥“DDC”控制器的方式。制冷站提供02的冰水，集中輸送到各個(gè)用冷房間。目前，上海夏季工業(yè)二部制分時(shí)電價(jià)如下（10千伏供電）：峰時(shí)段（8-11時(shí)、13-15時(shí)、18-21時(shí)）：0.988元/kw·h；平時(shí)段（6-8時(shí)、11-13時(shí)、15-18時(shí)、21-22時(shí)）：0.617元/kw·h；谷時(shí)段（22時(shí)-次日6時(shí)）：0.224元/kw·h。在非夏季時(shí)，13-15時(shí)按平時(shí)段計(jì)算，所有峰平谷的電價(jià)和夏季分時(shí)電價(jià)有小幅調(diào)動(dòng)，本文

10、不再詳細(xì)列出。上述6間庫(kù)房夏季典型設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷逐時(shí)計(jì)算結(jié)果，如圖2。設(shè)計(jì)日總冷負(fù)荷總19,000kw·h，圖中陰影部分為峰時(shí)段冷負(fù)荷6,665kw·h，占總負(fù)荷的35。一般認(rèn)為冰蓄冷冷負(fù)荷占日總冷負(fù)荷的30%70%為宜，蓄冷比例太大，則投入成本高；而蓄冷比例太小，則不能突出蓄冷方案的優(yōu)越性。對(duì)于本蓄冷方案，把所有峰時(shí)段的冷負(fù)荷全部由夜間谷時(shí)段所蓄冷量提供，將是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方案，可以使用最大的電價(jià)差。根據(jù)滿足夏季9小時(shí)峰時(shí)段用冰水用量，配置制冷系統(tǒng)，制冷站原理如圖3。采用氟利昂R22直接膨脹蒸發(fā)的制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)選用螺桿式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的油冷卻方式采用高壓供液蒸發(fā)冷卻。在平時(shí)

11、段由2臺(tái)基載壓縮機(jī)KF16CB（Te/Tc:0.5/38,Q1=474kw）通過(guò)水氟板式熱交換器提供02冰水，尖峰制冷量為948kw。當(dāng)只需部分負(fù)荷時(shí)，可人工調(diào)低螺桿壓縮機(jī)的制冷量，以節(jié)省電耗。在夜間谷時(shí)段，在繼續(xù)運(yùn)行2臺(tái)KF16CB臺(tái)提供02冰水的基礎(chǔ)上，再啟動(dòng)1臺(tái)螺桿壓縮機(jī)KF20CB（Te/Tc:10/35,Q2=723kw）進(jìn)行制冰蓄冷，運(yùn)行8小時(shí)，可蓄冷5784kw·h。蓄冰設(shè)備選2臺(tái)國(guó)產(chǎn)DXC34x1230蓄冷冰水箱，最大蓄冰量為60噸。在峰時(shí)段，優(yōu)先進(jìn)行融冰供冷，不足部分（Q3 6665-5784881kw·h，約為峰時(shí)段負(fù)荷的13.2）由2臺(tái)基載壓縮機(jī)提供。

12、如考慮到6個(gè)庫(kù)房的同時(shí)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(shí)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(kāi)用電高峰。                             4 經(jīng)濟(jì)效益分析比較上述兩種庫(kù)房空氣冷卻方案的設(shè)備安裝費(fèi)用見(jiàn)表3和表4。表3 常規(guī)氟利昂制冷方案初投資 序號(hào)設(shè)備型號(hào)和功率數(shù)量金額（萬(wàn)）1風(fēng)冷機(jī)組40P, 38.1kw8臺(tái)642風(fēng)冷機(jī)組20P, 17.5kw1臺(tái)43風(fēng)冷機(jī)組8P, 8.8kw1臺(tái)2.54氟利昂冷風(fēng)機(jī),0.8kw54臺(tái)535壓縮機(jī)組控制箱10臺(tái)36室內(nèi)電控箱,電氣材料