陳 龍，譚宇明，麥焯偉，陳嘉杰，陳劍輝，周 斌，孟賢德

（廣東南牧機(jī)械設(shè)備有限公司，新興 527400）

0 引言

對于規(guī)?；⒏咝Щ默F(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)來說，養(yǎng)殖舍的環(huán)境對舍內(nèi)飼養(yǎng)的動(dòng)物影響極大。在舒適環(huán)境下飼養(yǎng)的動(dòng)物可以健康、快速地成長。相反，在環(huán)境相對差的條件下，例如CO2濃度和NH3濃度過高、舍內(nèi)濕度過大、溫度過高或者過低等都極易造成養(yǎng)殖的動(dòng)物進(jìn)食量減少、生病，甚至死亡，由此帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。

風(fēng)機(jī)作為養(yǎng)殖舍環(huán)境控制的重要設(shè)備，不僅僅可以調(diào)節(jié)養(yǎng)殖舍內(nèi)的通風(fēng)量，更具備一定的降溫、降濕、除NH3的效果。

1 養(yǎng)殖舍的環(huán)境要求

表1 豬舍內(nèi)空氣溫度和相對濕度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17824.3—2008《規(guī)模豬場環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》，豬舍內(nèi)的空氣溫度和空氣的相對濕度必須在舒適范圍內(nèi)，如表1所示。超出舒適范圍，養(yǎng)殖舍內(nèi)的豬就會處于比較危險(xiǎn)的狀態(tài)，出現(xiàn)不吃飼料、呼吸急促、煩躁，甚至生病等現(xiàn)象。豬的這些因?yàn)樘幱诓涣辑h(huán)境導(dǎo)致的影響，將直接影響到養(yǎng)殖舍的生產(chǎn)成績。

圖1是豬在不同體重下需要的舒適溫度區(qū)間。從圖1可知，在豬的各個(gè)生長階段，需要的舒適溫度是在緩慢變化的，豬在任何一個(gè)階段都有高溫臨界值和低溫臨界值，超出臨界值的范圍，豬生病的概率大大增加。

圖1 豬在不同體重下需要的舒適溫度區(qū)間

圖2 豬與環(huán)境的熱交換

2 EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍使用的意義

國內(nèi)的養(yǎng)殖企業(yè)采用的環(huán)境控制方式都是通過異步風(fēng)機(jī)進(jìn)行環(huán)控通風(fēng)。夏天，舍內(nèi)的豬的體溫主要通過風(fēng)的對流實(shí)現(xiàn)體溫的降低。

如圖2所示，豬與環(huán)境的熱交換最主要的是熱對流和熱輻射，這兩種熱量的傳遞方式占據(jù)了豬熱量傳遞的90%左右。

夏天增加通風(fēng)可以增加舍內(nèi)空氣的對流，并且可以把周圍物體表面的溫度降下來，以達(dá)到舍內(nèi)豬體溫降低的目的。所以目前對豬舍環(huán)境的控制主要手段是通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行養(yǎng)殖舍的通風(fēng)和換氣，從而保證養(yǎng)殖舍的溫度、濕度、CO2及NH3濃度在一個(gè)舒適的區(qū)域。這是目前高效化養(yǎng)殖的一種比較經(jīng)濟(jì)且高效的環(huán)控手段。

傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)通風(fēng)量的增加和減少，沒有平滑的過度過程，風(fēng)量是跳躍式的增加和降低，容易導(dǎo)致豬的應(yīng)激反應(yīng)。EC風(fēng)機(jī)基于非常簡單的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以從幾百轉(zhuǎn)到幾千轉(zhuǎn)連續(xù)變化，為實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖舍內(nèi)風(fēng)量的平滑增加或降低提供了可能性。用EC風(fēng)機(jī)作為養(yǎng)殖舍的通風(fēng)風(fēng)機(jī)，可以達(dá)到理想的環(huán)控通風(fēng)高度，這是傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)不能企及的。

3 國內(nèi)外EC風(fēng)機(jī)的應(yīng)用情況

3.1 國外EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍應(yīng)用情況

Munter公司作為全球的環(huán)控方案供應(yīng)商，已經(jīng)在國外的養(yǎng)殖舍中大量使用EC風(fēng)機(jī)。美國史密斯菲德食品公司、西班牙的Grup Batalle公司及美國Grup Batalle公司等都在大量使用EC風(fēng)機(jī)。Munter研發(fā)的外轉(zhuǎn)子EC風(fēng)機(jī)，噪聲低、轉(zhuǎn)速可控、低轉(zhuǎn)速風(fēng)量柔和，在國外已經(jīng)大批量使用。

3.2 國內(nèi)EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍應(yīng)用情況

在國內(nèi)養(yǎng)殖舍風(fēng)機(jī)使用中，目前還相對比較少，由于產(chǎn)品價(jià)格原因，EC風(fēng)機(jī)沒有在國內(nèi)大規(guī)模的推廣使用，僅僅在某些示范性的養(yǎng)殖舍進(jìn)行安裝使用。例如在溫氏集團(tuán)、牧原股份、大北農(nóng)及新希望的少數(shù)養(yǎng)殖舍已經(jīng)安裝使用EC風(fēng)機(jī)。在2017年5月19日舉行的青島畜牧展上，國內(nèi)的風(fēng)機(jī)廠家展出了各自的代表性風(fēng)機(jī)。

圖3 Munter公司展出的外轉(zhuǎn)子EC風(fēng)機(jī)

圖4 諧和風(fēng)機(jī)科技有限公司的EC風(fēng)機(jī)

諧和風(fēng)機(jī)科技有限公司使用數(shù)據(jù)表明EC風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢：省電、耐用、變速，并有提供計(jì)算數(shù)據(jù)，1臺50寸風(fēng)機(jī)，EC風(fēng)機(jī)比傳統(tǒng)三相異步風(fēng)機(jī)每年節(jié)省電費(fèi)2 000元以上，由此計(jì)算100臺省電20萬元/年，1 000臺省電200萬元/年。

牧疆南北公司的單相異步風(fēng)機(jī)，帶自研的調(diào)速控制器，可以方便調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

安徽大青電機(jī)科技有限公司，也已經(jīng)有成熟的EC風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，并有實(shí)物解剖，可以看到該公司采用的是內(nèi)轉(zhuǎn)子的EC風(fēng)機(jī)。隨著國內(nèi)EC風(fēng)機(jī)企業(yè)的持續(xù)發(fā)力，EC風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程加快，EC風(fēng)機(jī)制造成本會降低。這為推動(dòng)EC風(fēng)機(jī)在國內(nèi)養(yǎng)殖舍的大規(guī)模使用提供可能。

圖5 牧疆南北農(nóng)牧機(jī)械有限公司的單相異步風(fēng)機(jī)

圖6 安徽大青電機(jī)科技有限公司展出的EC風(fēng)機(jī)和EC電機(jī)

4 EC風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 效率高

EC風(fēng)機(jī)的電機(jī)用了永磁體勵(lì)磁，消除了感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁電流產(chǎn)生的損耗；同時(shí)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)工作于同步運(yùn)行方式，消除了感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心的轉(zhuǎn)頻損耗。這兩方面使永磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于感應(yīng)電機(jī)，小容量EC電機(jī)的效率提高更加明顯。

4.2 功率因數(shù)高

由于EC風(fēng)機(jī)電機(jī)的勵(lì)磁磁場不需要電網(wǎng)的無功電流，因此其功率因數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)，EC風(fēng)機(jī)的電機(jī)可以運(yùn)行接近1的功率因數(shù)。EC風(fēng)機(jī)的電機(jī)與傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)相比不但額定負(fù)載時(shí)具有更高的效率和功率因數(shù)，而且在較輕的負(fù)載時(shí)也具有優(yōu)勢。

4.3 調(diào)速性能好、控制簡單

與傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速相比，EC風(fēng)機(jī)的電機(jī)調(diào)速控制簡單，而且調(diào)速性能更好。第一，由于使用永磁材料的原因，使電機(jī)的力矩常數(shù)及功率密度等大大提高。通過合理設(shè)計(jì)又能使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)械及電氣時(shí)間常數(shù)等參數(shù)降低。第二，由于電機(jī)永磁磁路設(shè)計(jì)完善及永磁材料矯頑力高，因而永磁電機(jī)的抗電樞反應(yīng)及抗去磁的能力加強(qiáng)，電機(jī)的控制參量隨外部擾動(dòng)影響小。第三，由于電機(jī)的勵(lì)磁被永磁體取代，取消了勵(lì)磁繞組及勵(lì)磁磁場，因而減少了勵(lì)磁磁通、繞組電感、繞組電流等參數(shù)，從而減少了不必要的可控變量或參量。

4.4 輸出功率高于異步風(fēng)機(jī)

在EC風(fēng)機(jī)和傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)電流的峰值相等情況下，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明EC風(fēng)機(jī)功率輸出要比傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)高出33%，也就是說，EC風(fēng)機(jī)可以比傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)電流節(jié)能33%。

5 養(yǎng)殖舍使用EC風(fēng)機(jī)的問題與措施

1）養(yǎng)殖舍風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)升級。EC風(fēng)機(jī)使用的是0～10 VDC控制方式，需要對目前使用的環(huán)境控制器進(jìn)行升級改造。把現(xiàn)有的通過繼電器輸出方式更改為一個(gè)模擬量輸出。并且需要對現(xiàn)有的通風(fēng)算法進(jìn)行優(yōu)化。

2）以往使用的風(fēng)機(jī)電機(jī)采用的是異步電機(jī)，異步電機(jī)沒有控制電路，內(nèi)部結(jié)構(gòu)只有銅線及矽鋼片，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠，免維護(hù)，使用壽命長。EC風(fēng)機(jī)具有精密的控制電路及永磁體，其控制電路需要適應(yīng)養(yǎng)殖舍的環(huán)境要求，需要對控制電路部分進(jìn)行塑封處理，保證養(yǎng)殖舍的高NH3環(huán)境不對控制電路產(chǎn)生腐蝕。

3）投入成本與節(jié)能環(huán)保。EC風(fēng)機(jī)價(jià)格是目前現(xiàn)有的同尺寸傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)價(jià)格的2～3倍，養(yǎng)殖場在使用EC風(fēng)機(jī)時(shí)，一次性投入的環(huán)控成本會有大幅的增加。但是EC風(fēng)機(jī)具備節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，相對于現(xiàn)有的異步風(fēng)機(jī)的能耗，可節(jié)省33%左右。EC風(fēng)機(jī)節(jié)能、高效、控制簡單的優(yōu)點(diǎn)可以在養(yǎng)殖場長期運(yùn)營的過程中體現(xiàn)出來。

6 結(jié)束語

作為一種高效節(jié)能風(fēng)機(jī)技術(shù)，隨著養(yǎng)殖舍的精細(xì)化環(huán)控通風(fēng)需求的提高，及國家節(jié)能環(huán)保、低碳化措施的進(jìn)一步推行，EC風(fēng)機(jī)必將成為養(yǎng)殖舍風(fēng)機(jī)發(fā)展的主要趨勢。但現(xiàn)階段由于風(fēng)機(jī)制造成本的問題，一段時(shí)間內(nèi)，難以真正大規(guī)模應(yīng)用。在進(jìn)一步推廣EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍使用過程中，需要同時(shí)考慮養(yǎng)殖舍環(huán)控器的匹配性、環(huán)控通風(fēng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)、通風(fēng)過度的均勻性及飼養(yǎng)員培訓(xùn)等關(guān)鍵問題。