彭英霞 韓 華 刁小南 王浚峰 高繼偉

（北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所/北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094）

環(huán)境控制是集約化豬場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)。豬舍夏季通風(fēng)是在換氣的同時(shí)去除舍內(nèi)多余的熱量，降低豬舍內(nèi)溫度、減少豬只的熱應(yīng)激，目前國(guó)內(nèi)外豬舍的夏季通風(fēng)技術(shù)較為成熟。冬季豬舍通風(fēng)是基于豬只最小通風(fēng)量的要求來(lái)為豬舍提供足夠的新鮮空氣，以達(dá)到通風(fēng)換氣的目的，目前國(guó)內(nèi)養(yǎng)豬場(chǎng)對(duì)豬舍冬季通風(fēng)環(huán)節(jié)重視仍不夠。豬舍冬季通風(fēng)不足就無(wú)法排出舍內(nèi)的氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體，這些氣體濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致豬呼吸道疾病多發(fā)、淘汰率及死亡率升高[1]，同時(shí)也給飼養(yǎng)人員造成健康威脅。冬季通風(fēng)過(guò)大，造成豬只冷應(yīng)激，引發(fā)感冒、流行性腹瀉等疾病，影響豬只健康和疫病防控，甚至影響仔豬成活率及增重速度、胴體品質(zhì)等[2]；另外冬季氣溫低、風(fēng)力大，通風(fēng)粗放，無(wú)法控制通風(fēng)強(qiáng)度，豬舍內(nèi)溫度會(huì)忽冷忽熱，也會(huì)使豬群感到不適，而且造成用電浪費(fèi)和機(jī)械損耗。研究表明，冬季舍內(nèi)通風(fēng)環(huán)境不佳會(huì)導(dǎo)致豬只生產(chǎn)性能下降10%～20%，嚴(yán)重影響豬的健康和生產(chǎn)力[3]。

1 通風(fēng)模式介紹

屋頂通風(fēng)是近幾年丹麥、德國(guó)等歐洲國(guó)家研究應(yīng)用較多的一種冬季通風(fēng)模式。主要是利用冬季屋脊良好的煙囪效應(yīng)和舍內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)特征，輔以機(jī)械進(jìn)排風(fēng)設(shè)備和溫度、濕度等環(huán)境因子傳感和反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的冬季自動(dòng)通風(fēng)。

屋頂通風(fēng)系統(tǒng)主要由進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)換氣閉環(huán)控制系統(tǒng)等組成，通過(guò)進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)量控制，實(shí)現(xiàn)與舍內(nèi)環(huán)境因子傳感系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。

2 方案設(shè)計(jì)

本文主要介紹北京某養(yǎng)殖場(chǎng)保育舍冬春季節(jié)屋頂通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。保育舍尺寸為長(zhǎng)29.76 m，寬12 m，豬舍吊頂高度為2.4 m。豬舍共可飼養(yǎng)680頭保育豬。冬春季節(jié)通風(fēng)設(shè)計(jì)為進(jìn)風(fēng)小窗＋屋頂排風(fēng)煙囪組成的上層排風(fēng)模式。

2.1 冬春季節(jié)通風(fēng)量需求

保育豬冬季最小呼吸量為5 m3/小時(shí)·頭，春秋季節(jié)呼吸量為25 m3/小時(shí)·頭。從節(jié)約成本角度出發(fā)，取冬季及春秋季呼吸量的大值設(shè)計(jì)一套冬春季節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)變頻控制來(lái)滿足通風(fēng)量的需求變化。按冬季最小呼吸量計(jì)算，冬季需要通風(fēng)量為5 m3/小時(shí)·頭×680頭＝3 400 m3/小時(shí)；春秋季節(jié)所需總通風(fēng)量為25 m3/小時(shí)·頭×680頭＝17 000 m3/小時(shí)。因此按17 000 m3/小時(shí)來(lái)選擇配置通風(fēng)設(shè)備。

圖1 “側(cè)墻進(jìn)風(fēng)小窗+屋頂排風(fēng)煙囪”通風(fēng)模式

表1 不同生長(zhǎng)階段豬群通風(fēng)率要求

考慮風(fēng)速對(duì)豬體體感溫度的影響，冬春季節(jié)進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)速一般取3 m/秒以下，選取進(jìn)風(fēng)設(shè)備一般取10 Pa左右的風(fēng)量。

2.2 進(jìn)風(fēng)配置

從通風(fēng)均勻性及節(jié)本降耗角度考慮，選用最經(jīng)濟(jì)的進(jìn)風(fēng)小窗作為進(jìn)風(fēng)設(shè)備。出于進(jìn)風(fēng)氣流分布特征考慮，豬舍寬12 m及以上時(shí)，采用舍兩側(cè)安裝，且進(jìn)風(fēng)小窗凈間距不宜超過(guò)3 m，安裝高度1.4 m以上，避免舍內(nèi)動(dòng)物觸及。常用進(jìn)風(fēng)小窗尺寸為655 cm×265 cm，舍內(nèi)負(fù)壓10 Pa左右時(shí)的通風(fēng)量為1 320 m3/小時(shí)。本方案中，從總通風(fēng)量角度考慮，需要進(jìn)風(fēng)小窗數(shù)量為17 000/1 320≈13個(gè)；從通風(fēng)均勻、間距3 m設(shè)置考慮，需要進(jìn)風(fēng)小窗數(shù)量為單側(cè)8個(gè)×2＝16個(gè)；因此，選擇雙側(cè)各布置8個(gè)，共配置進(jìn)風(fēng)小窗16個(gè)，全開(kāi)時(shí)通風(fēng)量為16×1 320＝21 120 m3/小時(shí)。冬季需控制進(jìn)風(fēng)小窗開(kāi)啟角度為3 400/21 120＝16.1%，春秋季節(jié)需控制進(jìn)風(fēng)小窗開(kāi)啟角度為17 000/21 120＝80.5%，由拉桿電機(jī)根據(jù)通風(fēng)量需求來(lái)操作控制進(jìn)風(fēng)小窗開(kāi)啟角度。

圖3 進(jìn)風(fēng)小窗開(kāi)啟角度示意 [4]

2.3 排風(fēng)配置

由上述計(jì)算可知，通風(fēng)設(shè)備選擇時(shí)設(shè)計(jì)通風(fēng)量取值為17 000 m3/小時(shí)。采用屋頂煙囪排風(fēng)系統(tǒng)，IF63屋頂風(fēng)機(jī)負(fù)壓15 Pa對(duì)應(yīng)風(fēng)量為12 000 m3/小時(shí)，因此需選用兩臺(tái)IF63屋頂風(fēng)機(jī)，均布布置。冬季需變頻控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，冬季控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)啟3 400/（12 000×2）＝14.2%，春秋季節(jié)控制轉(zhuǎn)速開(kāi)啟17 000/（12 000×2）＝70.8%。屋頂排風(fēng)風(fēng)機(jī)排風(fēng)口設(shè)置距離地面2.2～2.4 m，通風(fēng)時(shí)避免直吹豬只身體；在斷電情況下，可以利用“煙囪效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)緊急情況下的通風(fēng)換氣。

該屋頂排風(fēng)風(fēng)機(jī)內(nèi)部由三部分組成：變速風(fēng)機(jī)、空氣閥門(mén)、風(fēng)量控制儀；與其他屋頂抽風(fēng)風(fēng)機(jī)不同，主要在后兩部分，空氣閥門(mén)采用的多葉片打開(kāi)方式，出風(fēng)更為精確，如果是單板式的閥門(mén)會(huì)造成開(kāi)啟角度比較小，實(shí)際是沒(méi)有通風(fēng)量的。

2.4 通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)

在通風(fēng)換氣控制技術(shù)中，通過(guò)引入環(huán)境因子感知反饋技術(shù)、送排風(fēng)可持續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)、應(yīng)急控制裝置等可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少操作難度，降低運(yùn)行能耗。冬季環(huán)境控制器調(diào)節(jié)變頻排風(fēng)風(fēng)機(jī)以大約14%的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，春秋季節(jié)以70%轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以滿足豬只不同季節(jié)的呼吸量要求。豬舍可以配有斷電滑落裝置，當(dāng)停電時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制通風(fēng)小窗、同時(shí)依靠排風(fēng)煙囪自然通風(fēng)效應(yīng)，保證豬的正常呼吸活動(dòng)需求。環(huán)境控制設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)將夏季環(huán)境控制要求設(shè)計(jì)進(jìn)去，如豬舍呼吸量加大時(shí)，環(huán)境控制器會(huì)控制夏季通風(fēng)變速風(fēng)機(jī)增大風(fēng)量，當(dāng)天氣再變熱時(shí)會(huì)開(kāi)啟濕簾和更多風(fēng)機(jī)等。

3 方案亮點(diǎn)

⑴精準(zhǔn)通風(fēng)：通過(guò)控制進(jìn)風(fēng)小窗角度，滿足冬春不同季節(jié)進(jìn)風(fēng)量要求，實(shí)現(xiàn)豬舍的按需通風(fēng)。同時(shí)，煙囪變頻排風(fēng)風(fēng)機(jī)通過(guò)按需控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制通風(fēng)量。

⑵通風(fēng)不降溫：通風(fēng)小窗導(dǎo)風(fēng)板設(shè)計(jì)，結(jié)合了按需開(kāi)啟角度，可使進(jìn)來(lái)的冷空氣先與舍內(nèi)頂部熱空氣混合后，再通過(guò)空氣旋流吹到豬只活動(dòng)范圍內(nèi)，避免冷風(fēng)直吹豬體、造成冷應(yīng)激。同時(shí)，控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的溫度要求，可以進(jìn)行通風(fēng)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)不降溫。

⑶節(jié)能顯著：如方案設(shè)計(jì)所提到的，冬春季節(jié)通風(fēng)方案中主要體現(xiàn)了兩個(gè)節(jié)能措施：

①進(jìn)風(fēng)小窗通過(guò)角度控制按需通風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。開(kāi)啟所需通風(fēng)角度，滿足豬只呼吸量要求，避免大截面通風(fēng)造成舍內(nèi)溫度驟降，提高豬只舒適度的同時(shí)，也能減少冬季豬舍采暖費(fèi)用。

②排風(fēng)系統(tǒng)變頻控制節(jié)能。按需精準(zhǔn)控制排風(fēng)通風(fēng)量的同時(shí)，節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，理論節(jié)電為[5]：

式中e為電量，單位千瓦·小時(shí)；n為額定轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分鐘；n’為實(shí)際轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分鐘；P為額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率，單位千瓦；t為工作時(shí)間，單位小時(shí)。

由公式可以算出，春秋季節(jié)變頻控制排風(fēng)系統(tǒng)比常規(guī)風(fēng)機(jī)節(jié)能約65%。

⑷緊急通風(fēng)：緊急情況斷電時(shí)，除了通風(fēng)小窗角度開(kāi)啟狀態(tài)不變外，屋頂煙囪排風(fēng)系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。冬春季節(jié)，舍內(nèi)外溫差大，舍內(nèi)空氣比舍外輕，“煙囪效應(yīng)”自然通風(fēng)效果更好[6]。在豬舍突然斷電的情況下，空氣閥門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，此時(shí)靠煙囪的自吸力，能保證豬舍內(nèi)不至于無(wú)法換氣，導(dǎo)致豬只的死亡。

4 結(jié)論

本方案設(shè)計(jì)，應(yīng)用了進(jìn)風(fēng)小窗、煙囪排風(fēng)、精準(zhǔn)控制通風(fēng)系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)通風(fēng)的同時(shí)，還可以做到冬春季節(jié)通風(fēng)不降溫、節(jié)能，并能實(shí)現(xiàn)緊急情況下的通風(fēng)，應(yīng)用效果顯著，是目前豬舍冬春季節(jié)通風(fēng)方案中較為先進(jìn)的模式，值得推廣應(yīng)用。

[1]李繼仁,杜祥培.冬季保育豬舍不可忽視通風(fēng) [J].養(yǎng)殖與飼料,2012(4):32-34.

[2]喬巖瑞.冷應(yīng)激對(duì)豬生產(chǎn)性能的影響 [J].養(yǎng)豬,2004(6):25-27.

[3]安佑技術(shù)中心.冬日豬舍換氣的理論與實(shí)際探討[J].豬業(yè)科學(xué),2006,23(11):62-63.

[4]彭英霞,賈龍,韓華,等.現(xiàn)代化豬場(chǎng)冬季通風(fēng)模式介紹[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2016(16):76-78,286-287.

[5]張子軍,鐘偉雄.豬舍環(huán)境控制中變頻器的應(yīng)用 [J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2009(7):55-58.

[6]冉旭.芻議煙囪效應(yīng)在自然通風(fēng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].建筑·建材·裝飾,2012(12):248.