食用菌立體化生產工廠的優勢及其設計要點

余榮琳

(上海蔬菜食用菌行業協會食用菌專業委員會,上海 200030)

近年來,我國許多縣市都將發展食用菌產業作為廣大農民脫貧致富的重要途徑,使得我國食用菌產業得到飛速發展。然而,發展食用菌產業必然遇到兩大難題：一是傳統模式的食用菌栽培使用木屑作為主要原材料,需要消耗大量闊葉樹資源,大力發展食用菌產業的同時,帶來森林資源的大量破壞;二是栽培食用菌需要搭蓋大棚,占用大量土地資源。

現階段,大部分食用菌工廠化生產企業已采用玉米芯等農業下腳料替代木屑進行生產,基本解決了發展食用菌產業與保護森林資源和生態環境的矛盾。但隨著我國土地資源的日趨緊張,可供發展食用菌栽培的土地面積越來越少。如何在有限的土地資源上增大食用菌產能,提高土地利用率,是每個食用菌栽培企業需要思考的問題。

1 以金針菇為例,不同模式的土地占用面積比較

1.1 傳統大棚栽培

傳統大棚栽培金針菇的生產周期一般為100～120天(包括菌絲培養30～40天),通常采收3潮,每潮20～30天。有些區域可以種植2季,第一季從9月至12月,第二季從12月至次年3月,生物轉化率一般為60%～80%,濕重1 500克的菌包能長出300～400克金針菇。

1 000平方米土地可以建6棟大棚,按每棟大棚放置5 000袋菌包計算,合計可種3萬袋。每袋最高產量約0.4千克,成品率約90%,折合產量為10.8噸,一年最多可種植2季,年產量為21.6噸。其間,裝袋、滅菌、冷卻、接種、發菌等設施約需占地500平方米,即,1 500平方米土地最高年產金針菇21.6噸,平均每平方米年產14.4千克。

1.2 單層鋼結構廠房栽培

20世紀末,上海、廣州等地陸續開始采用工廠化技術栽培金針菇,以鋼結構和聚苯乙烯夾芯板(EPS)為材料建造單層生產廠房,大大提高了土地利用率。以上海最早從事食用菌工廠化生產的某企業為例,其土地面積為36 928平方米,廠房建筑面積為18 268平方米,使用1 100毫升的栽培瓶,日裝瓶量為6.6萬瓶,年產金針菇8 280噸,平均每平方米年產金針菇226千克。相比傳統大棚栽培,土地利用率提高了15.7倍。

1.3 立體化多層框架結構廠房栽培

某食用菌工廠化龍頭企業于2011年在上海建成投產的金針菇工廠,占地面積20畝 (1畝≈667平方米,下同),主體廠房單層面積為8 138.1平方米,4層樓結構的建筑物總高度24米,層高約6米,計建筑面積32 552.4平方米。采用1 200毫升栽培瓶,日裝瓶量為10萬瓶,年產金針菇14400噸,平均每平方米土地年產菇1 079千克。相比傳統大棚模式,土地利用率提高74.9倍 (表1)。

表1 金針菇傳統栽培模式與工廠化栽培模式的產出比較

由此可見,食用菌工廠化生產極大地提高了土地利用率。生產等量金針菇,工廠化單層廠房所需土地面積僅為傳統生產模式的6.4%;而采用4層立體設計的廠房,所需土地面積僅為傳統模式的1.3%。

今后我國食用菌工廠化栽培如果都采用立體式多層框架廠房,節約耕地面積將十分可觀,這不僅對確保全國18億畝耕地的 “紅線”有著十分重要的現實意義;而且對于解決食用菌企業難以取得大規模項目建設用地問題有著積極的作用。

根據行業資料顯示,食用菌工廠化某龍頭企業從2008年開始建設多層工廠,當年建設日產金針菇20噸的2層框架結構的長春工廠廠房 (圖1);2010年開始建設的上海日產28噸的真姬菇工廠和日產40噸的金針菇工廠為4層框架結構 (圖2,3);此后,又在長春、德州及廣東建設4層框架結構的日產48噸的金針菇工廠 (圖4,5)。

2 立體化多層廠房的優勢

2.1 節約保溫材料,降低能耗

圖1 長春日產20噸金針菇2層結構廠房

圖2 上海日產28噸真姬菇4層結構廠房

圖3 上海日產40噸金針菇4層結構廠房

圖4 長春日產48噸真姬菇4層結構廠房

采用多層框架結構廠房,可減少食用菌生長環境與外界空氣的接觸面積,減少了傳導熱的發生。上海最早的金針菇工廠 (2006)主廠房建筑面積18 268平方米,需要保溫面積達41 994平方米。其保溫面積為建筑面積的2.3倍;而某龍頭企業上海金針菇工廠(2011)建筑面積為32 552平方米,需要保溫面積僅為22 706平方米,其保溫面積為建筑面積的70%。由此可見,采用多層框架結構,需保溫的廠房表面積不到單層廠房表面積的1/3,保溫材料的使用量大大減少。

實際生產中,某龍頭企業上海金針菇工廠每千克金針菇生產所消耗的電費比上海最早金針菇工廠平均減少17.3%,具有明顯的節約能源優勢。

圖5 德州在建的日產48噸金針菇4層結構廠房

2.2 提高防火安全性能

食用菌工廠化廠房的火災風險大大高于其他工廠,我國每年都有2～3個食用菌工廠發生火災,而發生火災的廠房多是單層鋼結構,其容易發生火災的原因：(1)大量使用易燃的聚苯夾芯板保溫;(2)保溫板上方屋面夏季溫度很高,容易導致電線老化引起著火;(3)鋼結構廠房建設以及在安裝設備時大量使用電焊等明火,容易引起火災。食用菌工廠化某龍頭企業2011年建設的上海金針菇工廠的4層廠房都是框架結構,每層都用混凝土隔開,各層樓面還分為4個防火分區,以避免互相影響,即便發生火災,影響的面積也較少。此外,保溫材料只是覆蓋廠房外表面,使用的是防火等級為B1級的阻燃擠塑板 (XPS),外層覆蓋不易燃燒的聚合砂漿。

圖6 升降機

2.3 大幅縮短物流距離

單層扁平式工廠,需要使用電動叉車和傳送帶,耗電費、人工費等較多;而多層廠房是在上下樓之間,采用電梯或者連續升降機 (圖6)傳送產品,物流距離大為縮短,較省電,省人工。

2.4 混凝土框架結構廠房使用壽命更長

混凝土框架結構的廠房使用壽命一般超過70年,其保溫材料一般選用XPS,好的XPS供應商一般保障并承諾其使用壽命不低于30年,因4層框架廠房的保溫層設計是從外圍將廠房包裹起來,即使30年后XPS使用壽命到了,也不必停產就可更換保溫層。而單層鋼結構廠房的結構壽命是50年,但其采用EPS(苯板)三明治板保溫,保溫壽命一般為10年,一旦保溫板到了使用壽命,更換保溫板必須停產才能進行。

3 建設成本比較

食用菌工廠化某龍頭企業2011年建成投產的上海金針菇工廠和成都金針菇工廠,日裝瓶量均為10萬瓶 (1 200毫升),年產量相同 (14 400噸)。成都金針菇工廠裝瓶、接種、培養區域為2層框架結構,生育室采用單層輕鋼結構,占地69畝,廠房建筑面積約3.5萬平方米,總投資約1.45億元。上海金針菇工廠為4層混凝土框架結構,廠房建筑面積約3.3萬平方米,總投資約1.4億元。兩個工廠總投資相差不多,但成本構成方面,上海工廠的建筑成本較大,而成都工廠的保溫成本投入較高。

4 立體化多層框架廠房的設計要點

(1)采用不同區域布置。一層放置攪拌、裝瓶、滅菌、冷卻、接種、包裝、成品庫、機房和配電房。二、三層放置生育室;四層放置培養室。(2)保溫。以外保溫為主,廠房四面墻和樓頂都用XPS保溫材料外貼,二、三、四層為保溫區,一層為常溫區。一層與二層之間有溫差,用XPS反貼于一層頂棚。培養室和生育室可用夾芯板分開。(3)物流線路。從原料—攪拌—裝瓶—滅菌—接種—電梯,設計應連續順暢,接種后電梯直達四層培養室。經培養后,通過連續升降機送至二、三樓生育室,達到采收標準后,再傳至一層進行采收包裝和挖瓶。(4)通排風。直接外墻取風排風,可采取東西進風,南北排風,反之亦可。熱交換器可在同一墻面進、排風,應錯開進、排風管,防止短路。(5)空調系統。建議采用大型封閉型螺桿機組,以乙二醇作為載冷劑,有利于能源集中利用,減少設備故障。生育室壓縮機組或渦旋機組,可在二、三層增加平臺,一對一房間制冷。