保育豬舍冬春季節(jié)屋頂通風模式設(shè)計

彭英霞 韓 華 刁小南 王浚峰 高繼偉

（北京市農(nóng)業(yè)機械研究所/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生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重點。豬舍夏季通風是在換氣的同時去除舍內(nèi)多余的熱量，降低豬舍內(nèi)溫度、減少豬只的熱應(yīng)激，目前國內(nèi)外豬舍的夏季通風技術(shù)較為成熟。冬季豬舍通風是基于豬只最小通風量的要求來為豬舍提供足夠的新鮮空氣，以達到通風換氣的目的，目前國內(nèi)養(yǎng)豬場對豬舍冬季通風環(huán)節(jié)重視仍不夠。豬舍冬季通風不足就無法排出舍內(nèi)的氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體，這些氣體濃度過高會導(dǎo)致豬呼吸道疾病多發(fā)、淘汰率及死亡率升高[1]，同時也給飼養(yǎng)人員造成健康威脅。冬季通風過大，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、風力大，通風粗放，無法控制通風強度，豬舍內(nèi)溫度會忽冷忽熱，也會使豬群感到不適，而且造成用電浪費和機械損耗。研究表明，冬季舍內(nèi)通風環(huán)境不佳會導(dǎo)致豬只生產(chǎn)性能下降10%～20%，嚴重影響豬的健康和生產(chǎn)力[3]。

1 通風模式介紹

屋頂通風是近幾年丹麥、德國等歐洲國家研究應(yīng)用較多的一種冬季通風模式。主要是利用冬季屋脊良好的煙囪效應(yīng)和舍內(nèi)氣流運動特征，輔以機械進排風設(shè)備和溫度、濕度等環(huán)境因子傳感和反饋控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高效的冬季自動通風。

屋頂通風系統(tǒng)主要由進風系統(tǒng)、排風系統(tǒng)、通風換氣閉環(huán)控制系統(tǒng)等組成，通過進風和排風風量控制，實現(xiàn)與舍內(nèi)環(huán)境因子傳感系統(tǒng)的聯(lián)動。

2 方案設(shè)計

本文主要介紹北京某養(yǎng)殖場保育舍冬春季節(jié)屋頂通風系統(tǒng)設(shè)計。保育舍尺寸為長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)通風設(shè)計為進風小窗＋屋頂排風煙囪組成的上層排風模式。

2.1 冬春季節(jié)通風量需求

保育豬冬季最小呼吸量為5 m3/小時·頭，春秋季節(jié)呼吸量為25 m3/小時·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)計一套冬春季節(jié)通風系統(tǒng)，通過變頻控制來滿足通風量的需求變化。按冬季最小呼吸量計算，冬季需要通風量為5 m3/小時·頭×680頭＝3 400 m3/小時；春秋季節(jié)所需總通風量為25 m3/小時·頭×680頭＝17 000 m3/小時。因此按17 000 m3/小時來選擇配置通風設(shè)備。

圖1 “側(cè)墻進風小窗+屋頂排風煙囪”通風模式

表1 不同生長階段豬群通風率要求

考慮風速對豬體體感溫度的影響，冬春季節(jié)進風設(shè)計風速一般取3 m/秒以下，選取進風設(shè)備一般取10 Pa左右的風量。

2.2 進風配置

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

圖3 進風小窗開啟角度示意 [4]

2.3 排風配置

由上述計算可知，通風設(shè)備選擇時設(shè)計通風量取值為17 000 m3/小時。采用屋頂煙囪排風系統(tǒng)，IF63屋頂風機負壓15 Pa對應(yīng)風量為12 000 m3/小時，因此需選用兩臺IF63屋頂風機，均布布置。冬季需變頻控制風機轉(zhuǎn)速，冬季控制風機轉(zhuǎn)速開啟3 400/（12 000×2）＝14.2%，春秋季節(jié)控制轉(zhuǎn)速開啟17 000/（12 000×2）＝70.8%。屋頂排風風機排風口設(shè)置距離地面2.2～2.4 m，通風時避免直吹豬只身體；在斷電情況下，可以利用“煙囪效應(yīng)”實現(xiàn)緊急情況下的通風換氣。

該屋頂排風風機內(nèi)部由三部分組成：變速風機、空氣閥門、風量控制儀；與其他屋頂抽風風機不同，主要在后兩部分，空氣閥門采用的多葉片打開方式，出風更為精確，如果是單板式的閥門會造成開啟角度比較小，實際是沒有通風量的。

2.4 通風換氣控制系統(tǒng)

在通風換氣控制技術(shù)中，通過引入環(huán)境因子感知反饋技術(shù)、送排風可持續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)、應(yīng)急控制裝置等可實現(xiàn)通風系統(tǒng)的閉環(huán)控制，有效提高系統(tǒng)運行效率，減少操作難度，降低運行能耗。冬季環(huán)境控制器調(diào)節(jié)變頻排風風機以大約14%的轉(zhuǎn)速運行，春秋季節(jié)以70%轉(zhuǎn)速運行，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，當停電時系統(tǒng)會自動控制通風小窗、同時依靠排風煙囪自然通風效應(yīng)，保證豬的正常呼吸活動需求。環(huán)境控制設(shè)計時，也會將夏季環(huán)境控制要求設(shè)計進去，如豬舍呼吸量加大時，環(huán)境控制器會控制夏季通風變速風機增大風量，當天氣再變熱時會開啟濕簾和更多風機等。

3 方案亮點

⑴精準通風：通過控制進風小窗角度，滿足冬春不同季節(jié)進風量要求，實現(xiàn)豬舍的按需通風。同時，煙囪變頻排風風機通過按需控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)精準控制通風量。

⑵通風不降溫：通風小窗導(dǎo)風板設(shè)計，結(jié)合了按需開啟角度，可使進來的冷空氣先與舍內(nèi)頂部熱空氣混合后，再通過空氣旋流吹到豬只活動范圍內(nèi)，避免冷風直吹豬體、造成冷應(yīng)激。同時，控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的溫度要求，可以進行通風閉環(huán)控制，實現(xiàn)通風不降溫。

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

①進風小窗通過角度控制按需通風，可實現(xiàn)節(jié)能。開啟所需通風角度，滿足豬只呼吸量要求，避免大截面通風造成舍內(nèi)溫度驟降，提高豬只舒適度的同時，也能減少冬季豬舍采暖費用。

②排風系統(tǒng)變頻控制節(jié)能。按需精準控制排風通風量的同時，節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速時，當風機低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為[5]：

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

由公式可以算出，春秋季節(jié)變頻控制排風系統(tǒng)比常規(guī)風機節(jié)能約65%。

⑷緊急通風：緊急情況斷電時，除了通風小窗角度開啟狀態(tài)不變外，屋頂煙囪排風系統(tǒng)也可實現(xiàn)自然通風。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)”自然通風效果更好[6]。在豬舍突然斷電的情況下，空氣閥門會自動打開，此時靠煙囪的自吸力，能保證豬舍內(nèi)不至于無法換氣，導(dǎo)致豬只的死亡。

4 結(jié)論

本方案設(shè)計，應(yīng)用了進風小窗、煙囪排風、精準控制通風系統(tǒng)，在實現(xiàn)精準通風的同時，還可以做到冬春季節(jié)通風不降溫、節(jié)能，并能實現(xiàn)緊急情況下的通風，應(yīng)用效果顯著，是目前豬舍冬春季節(jié)通風方案中較為先進的模式，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 [J].養(yǎng)殖與飼料,2012(4):32-34.

[2]喬巖瑞.冷應(yīng)激對豬生產(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際探討[J].豬業(yè)科學,2006,23(11):62-63.

[4]彭英霞,賈龍,韓華,等.現(xiàn)代化豬場冬季通風模式介紹[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)在自然通風設(shè)計中的應(yīng)用 [J].建筑·建材·裝飾,2012(12):248.