高精度溫控設(shè)備在食用菌工廠化栽培中的應(yīng)用研究

羅 宇

（浙江省腫瘤醫(yī)院，浙江 杭州 310000）

十九大以后我國進入了社會主義新時代的全新歷史站位，建設(shè)社會主義現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)強國成為我國在2050年要實現(xiàn)的目標(biāo)。在二十一世紀的第二個十年，我國食用菌工廠化栽培發(fā)展十分迅速。預(yù)計在2020年我國食用菌的生產(chǎn)企業(yè)將達500家，年產(chǎn)量超過200萬t。食用菌的工廠化生產(chǎn)必然是我國食用菌產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的大方向。也是對國家現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的響應(yīng)。溫控作為工廠化食用菌栽培中的重要環(huán)節(jié)，對實現(xiàn)食用菌工廠化栽培的規(guī)?；?、集約化和標(biāo)準(zhǔn)化，具有突出重要的意義。

1 溫度控制與食用菌的工廠化栽培

1.1 工藝流程

本文標(biāo)的選取了當(dāng)前生產(chǎn)廠家的熱門栽培食用菌品類——金針菇、蟹味菇和杏鮑菇作為研究樣本。對其在正常的工廠化生產(chǎn)過程中的基本工藝流程和所需時間進行數(shù)據(jù)收集；了解在沒有進行相關(guān)高精度溫控設(shè)備控制的情況下3種不同的食用菌培植所需要的正常時間；以在后文的分析中形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐和對比。具體生產(chǎn)工藝流程及所需時間見表1。

1.2 食用菌的培養(yǎng)

在食用菌的工廠化生產(chǎn)中，在接種的流程后就是培養(yǎng)。培養(yǎng)的食用菌種需要移植到控濕、控溫、控氣的培養(yǎng)室中。上述選取的3個研究樣本的培養(yǎng)時間不盡相同，各有長短。金針菇的培養(yǎng)時間在25 d～30 d，是其中培植時間最短的；蟹味菇由于需要一個后熟的過程，時間上是最長的，為80 d～100 d；杏鮑菇的時間在30 d～35 d。如果培養(yǎng)室的溫度達到了各個不同品種的食用菌所需溫度或者更高溫度時，可以發(fā)現(xiàn)，這些食用菌的培養(yǎng)時間將會縮短7 d～10 d。3個品種的食用菌需要的溫度、濕度、二氧化碳等因素參數(shù)表見表2。

表1 食用菌工廠化生產(chǎn)工藝流程及所需時間Tab.1 Process and time required for edible fungus factory production

表2 食用菌3個品種的培養(yǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)Tab.2 Culture parameter data of three varieties of edible fungi

1.3 食用菌的催蕾及生長溫度要求

除了食用菌的培養(yǎng)工藝需要對其溫度進行考慮，在食用菌的催蕾過程中，也需要對濕度加以重視。在工廠化生產(chǎn)中，食用菌的催蕾室必須滿足適宜的溫度和濕度等基本條件。采用高精度的溫度控制設(shè)備，對催蕾室進行及時的升溫或降溫，確保食用菌在適宜的溫度下形成原基；光照的條件在此時也顯露出優(yōu)勢。通過溫度的合理控制和光照的開啟，就能對食用菌的原基數(shù)量進行控制，進而實現(xiàn)食用菌的高產(chǎn)量生產(chǎn)。在空氣流通上也有對溫度控制的標(biāo)準(zhǔn)，要保證食用菌乃至整個催蕾室的氣流循環(huán)均勻，減少食用菌培植上下層的溫差，避免原基的生長不同步或不均勻。具體的催蕾溫度參數(shù)見表3。

由表3可以看出，在催蕾階段，對溫度的要求更加嚴格。在催蕾階段和培養(yǎng)階段的溫度控制不相一致，對溫度控制設(shè)備的精準(zhǔn)度更加嚴格。在子實體的溫度參數(shù)上本文不加以贅述，但需要提出的一點是，子實體生長要求的溫度更加低。像金針菇這樣的低溫食用菌品種，溫度控制需要控制在5℃～7℃之間；蟹味菇和杏鮑菇的溫度較高，可以列入中溫食用菌品種的行列，溫度在14℃～16℃之間。光照上，金針菇不需要太多的照射，相反是蟹味菇需要足夠的強光照射，才能使菇蓋上的花紋正常形成。

表3 食用菌催蕾參數(shù)Tab.3 Edible fungi bud parameters

2 高精度溫控設(shè)備在食用菌工廠化栽培的應(yīng)用

2.1 廠房環(huán)境

在目前現(xiàn)有的食用菌工廠生產(chǎn)中，大多數(shù)采用的是封閉式廠房。封閉式廠房也是處于對溫度控制的考慮，彩鋼板廠房帶有保溫功能，因此應(yīng)用也最多。在廠房內(nèi)會分為不同的區(qū)域，以便實現(xiàn)食用菌各個工藝流程的分管；在各個區(qū)域之間各有銜接。其中培養(yǎng)區(qū)和催蕾區(qū)的溫度要求最高。在每個區(qū)域的清潔程度也需要加以控制，保證食用菌的無菌化。根據(jù)食用菌的每個品種溫度需求的不同，分區(qū)也為溫度的有效控制、精準(zhǔn)控制提供了基礎(chǔ)條件。在食用菌栽培工廠周圍要求沒有工業(yè)三廢、垃圾堆置場及其他污染源，保證綠色栽培、生態(tài)栽培。

2.2 制冷制熱

食用菌工廠化生產(chǎn)要求的溫度各不相同，包括同一種類的不同栽培環(huán)節(jié)的溫度也可能出現(xiàn)變化。要想實現(xiàn)食用菌的優(yōu)質(zhì)工廠化培植，最重要的就是要創(chuàng)造一個溫度適宜的環(huán)境條件，滿足食用菌培植的溫度、濕度及其他條件需要。目前眾多企業(yè)也在加強高精度的溫控設(shè)備在食用菌培植中的應(yīng)用，實現(xiàn)溫度的自動化控制和相關(guān)溫度參數(shù)的實時數(shù)據(jù)采集，對栽培期間的溫度進行監(jiān)控，并設(shè)置報警系統(tǒng)，為食用菌創(chuàng)造良好的工廠化生長條件。

2.2.1 負荷要求

制冷/制熱的負荷要求要考慮到泄露熱、機械發(fā)熱、照明發(fā)熱、換氣發(fā)熱等多方面的因素。這些溫度的總和就是制冷/制熱的負荷要求。泄露熱一般是有廠房內(nèi)或栽培區(qū)域內(nèi)墻面的面積乘以室內(nèi)外的溫差，它們的乘積再與導(dǎo)熱系數(shù)相乘；機械發(fā)熱就是將室內(nèi)各種機械產(chǎn)生的熱量與換氣扇工作產(chǎn)生的熱量相加，其中也可能要考慮到加濕器水溫差產(chǎn)生的熱量；照明發(fā)熱就比較簡單，計算燈管發(fā)熱的數(shù)據(jù)，再乘以燈管數(shù)量和照明的時間即可。因此負荷計算=泄露熱+機械發(fā)熱+照明發(fā)熱+換氣發(fā)熱。同時，還要結(jié)合實際情況，考慮其他設(shè)備的熱損耗，還包括工人的身體散熱等等。因此在實際情況中，負荷計算還應(yīng)該在原有基礎(chǔ)上增加。

2.2.2 電加熱

電加熱就比較簡單，就是在工廠的保溫室或栽培區(qū)域內(nèi)，在室內(nèi)的出風(fēng)口安裝電加熱設(shè)備。一般是加熱管，加熱的空氣經(jīng)過室內(nèi)機風(fēng)機送到室內(nèi)，就能起到加熱的效果。如果想要實現(xiàn)室內(nèi)溫度的精準(zhǔn)控制，在通風(fēng)口安設(shè)一個溫度監(jiān)控器。就可以根據(jù)溫度的變化控制加熱管的溫度，從而達到對室內(nèi)溫度的控制。這對整個食用菌工廠化栽培過程中，起到了一個重要的作用，不僅能夠從空氣源頭上控制溫度，還能實現(xiàn)溫度的高低的精準(zhǔn)控制。

2.2.3 蒸汽加熱

蒸汽加熱一般是在北方，例如北京、天津等地方的食用菌生產(chǎn)工廠中使用。蒸汽加熱是直接將高溫的蒸汽通入栽培室中，起到加熱、加濕的作用。

2.3 通風(fēng)換氣

雖然食用菌的生產(chǎn)是處于一個密閉的環(huán)境中，但是這個密閉也只是相對來說的。食用菌的生產(chǎn)需要一個高精準(zhǔn)、高密度的培養(yǎng)和出菇環(huán)境。密閉的環(huán)境能夠充分保障食用菌生長過程中不斷生產(chǎn)二氧化碳，菌絲和子實體的生長及其代謝會產(chǎn)生大量熱量，產(chǎn)生的二氧化碳也能生發(fā)一部分的熱量。如果不對這些溫度因素加以精準(zhǔn)控制，就會對食用菌的栽培產(chǎn)生影響，直接影響到最終食用菌產(chǎn)品的數(shù)量和營養(yǎng)價值。

通風(fēng)換氣的設(shè)計實際上也是為了實現(xiàn)對密閉培植空間的溫度控制。通過將食用菌菌絲及菇體產(chǎn)生的二氧化碳及時地排除，一方面是為了給食用菌的培植提供所需氧氣，另一方面也是對分區(qū)內(nèi)的溫度進行必要的調(diào)節(jié)。常用的通風(fēng)換氣的溫度控制設(shè)備有換氣扇、熱交換器和空調(diào)箱。通過這三種設(shè)備都能實現(xiàn)對栽培室溫度的有效控制，保證能夠產(chǎn)生高品質(zhì)的食用菌。

2.3.1 換氣扇

在食用菌的工廠化栽培中，換氣扇設(shè)備的安設(shè)是重要的。但是要結(jié)合實際的情況，根據(jù)工廠的大小、規(guī)模、一些種類的食用菌瓶子的安設(shè)，來選擇合適的換氣扇型號和數(shù)量。要保證食用菌的生長環(huán)境有足夠的風(fēng)壓和風(fēng)量，達到在溫度飆升或難以控制情況下的快速排風(fēng)和送風(fēng)；保證栽培室內(nèi)二氧化碳濃度的適宜和溫度的適宜。

2.3.2 熱交換器

熱交換器的目的是實現(xiàn)室內(nèi)和室外空氣的交換，這樣的交換側(cè)面也是對室內(nèi)外溫度的交換，是熱量的互換。熱交換器通過送風(fēng)設(shè)備進入栽培房間，能夠?qū)照{(diào)的負荷起到一定的減輕作用。在控制溫度的同時還能達到節(jié)能減排的目的，也是對國家生態(tài)發(fā)展政策的實踐。

2.3.3 空調(diào)箱

除了上述溫度控制設(shè)備以外，為了防止一些突發(fā)情況，在食用菌工廠內(nèi)還會設(shè)置空調(diào)箱，起到制冷、加熱和新風(fēng)送入組合機組。空調(diào)箱的作用就是對新風(fēng)進行直接制冷或制熱，再將已經(jīng)“加工”過的風(fēng)送入栽培室。進入的新風(fēng)主要是為了實現(xiàn)對溫度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，因此風(fēng)的溫度要與室內(nèi)溫度相差不大，避免過冷或過熱對所要調(diào)節(jié)的溫度產(chǎn)生太大的偏差。為了分布均勻，送入的新風(fēng)也應(yīng)該從各個送風(fēng)管進入食用菌的培養(yǎng)室中，對室內(nèi)的空氣產(chǎn)生均勻的循環(huán)，實現(xiàn)對每一片區(qū)的控制。

2.4 光照

食用菌的工廠化生產(chǎn)，主要是靠對溫度、濕度、光照等因素的控制；加速食用菌的生長周期的循環(huán)，減少食用菌生長時間，提高食用菌產(chǎn)量。食用菌的生產(chǎn)工廠雖然是密閉的，但在實體生長階段也需要一定的光照。部分食用菌，例如金針菇的生長是不用光照或少用光照的；但是對于蟹味菇這樣的菇朵較大的食用菌，就需要在出菇的階段保持一定強度的光照，誘使原基形成和提高食用菌的整齊度。光照的流程，實際也是為食用菌的出菇提供一定的溫度。目前的工廠化生產(chǎn)中，光照設(shè)備的選擇基本上是日光燈。對于不怎么需要光照金針菇、杏鮑菇等，采用的就是溫度較低、較節(jié)能的LED燈。

3 食用菌工廠化栽培的高精度溫控設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計及意義探討

3.1 設(shè)計要求

將食用菌的栽培工廠化，就意味著對效率提出了更高的要求。對溫度的高精度控制，在目前完全可以依靠自動化設(shè)備來實現(xiàn)。對高精度的溫控設(shè)備進行設(shè)計時，要遵守的首要原則就是保證食用菌的產(chǎn)量和質(zhì)量。本文結(jié)合當(dāng)前食用菌生產(chǎn)的現(xiàn)狀，對溫控設(shè)備提出了一下要求。

1）食用菌工廠化栽培及保存溫度用的裝置，需要連接相應(yīng)的制冷系統(tǒng)和濕度裝置。目前工廠存在的廣泛使用的高精度的溫控設(shè)備包括換熱器、制冷膨脹閥、再生風(fēng)機、除濕機與加濕器、循環(huán)風(fēng)機等等，這些都可以起到對食用菌栽培室溫度控制的作用。

2）隨著可編程控制器在工業(yè)化中的普及，食用菌的工廠化生產(chǎn)，也可以進行基于可編程控制器的自動化系統(tǒng)設(shè)計。食用菌的栽培可以通過相應(yīng)的硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計，對相應(yīng)培植的食用菌溫度控制流程進行設(shè)計。同時可編程控制器還可以根據(jù)食用菌的生長周期，設(shè)計循環(huán)工作的程序；將各個溫度控制的環(huán)節(jié)都嵌入設(shè)計中，使食用菌的生產(chǎn)及保存工廠化更加現(xiàn)實。

3）對食用菌工藝分區(qū)的管控，實際也是一種計算機式的控制。這樣的溫度控制經(jīng)過了計算機系統(tǒng)的運算，能夠更加精確，集中管控的優(yōu)點也是為了減少不必要的能源浪費。

3.2 實測及討論

高精度溫控設(shè)備可以對食用菌工廠化栽培的溫度進行控制，這里有一個首要的基礎(chǔ)是能夠獲取栽培室的實時溫度。通過溫度設(shè)備的反映，計算出溫度監(jiān)控的誤差；根據(jù)相關(guān)邏輯運算計算出合適的控制量；進而對系統(tǒng)進行控制，得出令人滿意的溫控目標(biāo)。我們在研制的高精度溫控設(shè)備中，溫度設(shè)置值與溫度的實際對見表4。在檢驗的溫度控制范圍在10℃ ～25℃之間。

表4 溫度實測結(jié)果Tab.4 Temperature measurement results

通過實測，我們可以得出相關(guān)的啟示，通過設(shè)備的內(nèi)部校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)可以排除零點誤差，提高了溫控精度和準(zhǔn)確度。

3.3 高精度溫控設(shè)備在食用菌工廠化栽培中的應(yīng)用意義

國外的食用菌生產(chǎn)及其技術(shù)起源較早，但大體也是經(jīng)過了手工、個體、集群的生產(chǎn)過程。我國在現(xiàn)如今進入了食用菌的工廠化生產(chǎn)階段，從培養(yǎng)基制作、接種到培養(yǎng)、采摘，我們都實現(xiàn)了相較于傳統(tǒng)要先進的自動化。隨著工廠化進程加快，食用菌生產(chǎn)中高精度的溫度控制可以更好地促進食用菌產(chǎn)量的增加；同時通過溫度、濕度、二氧化碳、光照等外部因素的控制調(diào)節(jié)，也能使得食用菌在外形和營養(yǎng)各方面都得到進步和提高。由于食用菌種類多樣，在對溫度上的要求也各不相同，需要具體情況具體分析地加以考慮。本著綠色發(fā)展的原則，高精度溫度控制也應(yīng)該遵循資源節(jié)約和能源保護的基本原則，實現(xiàn)食用菌工廠化栽培在新時代的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

本文以高精度溫控設(shè)備在食用菌工廠化栽培中的應(yīng)用為切入點，主要分析了高精度溫控設(shè)備在食用菌培植過程中的應(yīng)用。分析了食用菌栽培的工藝流程及培養(yǎng)、催蕾、子實體生長過程中對溫度的需求；分析了高精度溫控設(shè)備在食用菌工廠化栽培中的重要性；對一些基礎(chǔ)的設(shè)備應(yīng)用進行了分析，進行了溫控設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計和意義探討。希望對食用菌工廠化栽培企業(yè)有一定的幫助。