?？诘貐^(qū)豬舍不同降溫方式的效果及經(jīng)濟(jì)性分析

齊 飛 李 浩,2 施正香,2* 韓 華

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2.北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083；3.北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094)

豬屬于恒溫動物，皮下脂肪厚且汗腺極不發(fā)達(dá)，在高溫環(huán)境下，豬只體內(nèi)熱量難以散出，體溫持續(xù)處于較高水平，繼而發(fā)生熱應(yīng)激[1]。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到30 ℃以上時，如不采取降溫措施，豬的健康狀況和生產(chǎn)性能將受到很大影響。高濕對動物熱應(yīng)激同樣影響巨大，豬舍中的空氣濕度會影響豬的體表水分蒸發(fā)，阻礙散熱[2]。研究顯示高溫時環(huán)境濕度每增大10%，相當(dāng)于環(huán)境溫度升高1 ℃對豬的影響[3]。Huynh T T T等[4-5]研究了不同相對濕度下溫度升高對豬生理和行為變化的影響，認(rèn)為相對濕度為80%時，比相對濕度65%、50%導(dǎo)致的熱應(yīng)激更大。

?？诘貐^(qū)常年溫度較高，年平均氣溫約24 ℃，極端最高氣溫可達(dá)41 ℃，平均相對濕度85%。由于環(huán)境溫濕度較高，因此豬舍選擇適宜的降溫設(shè)備，對豬場建設(shè)和運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性有著很大意義。豬場常采用的降溫技術(shù)主要分為通風(fēng)降溫、傳導(dǎo)降溫和蒸發(fā)降溫[6-7]，通風(fēng)則依靠自然通風(fēng)和機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)2種。自然通風(fēng)由于其不可控性，難以滿足機(jī)械化生產(chǎn)的需求，因此不適用于現(xiàn)代化、規(guī)?；呢i舍生產(chǎn)要求。機(jī)械通風(fēng)可控性好，常被用于自然通風(fēng)的補(bǔ)充，但其最低降溫水平也僅是接近舍外溫度。傳導(dǎo)降溫利用了熱量傳遞原理，通過在豬舍地板鋪設(shè)水管[8-9]、在豬床周圍設(shè)置水管，使用恒溫的水路給豬降溫；民用制冷空調(diào)降溫也屬于傳導(dǎo)降溫，目前在許多公豬站或公豬舍也已經(jīng)得到了應(yīng)用，但該方法所需投資成本與能耗較高。蒸發(fā)降溫包括濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和噴淋裝置(噴霧降溫、灑水降溫等)，通過水分蒸發(fā)吸熱，降低豬舍的溫度[10-12]，這一方面會增加環(huán)境中的濕度，另一方面在本身濕度較高的環(huán)境中，這些裝置的降溫效果也會大大降低[13-14]。

?？诘貐^(qū)氣候炎熱潮濕，風(fēng)機(jī)及水泵在持續(xù)運(yùn)行的過程中產(chǎn)生了大量的能源消耗。隨著全球能源需求的增長，豬舍降溫系統(tǒng)的能耗成本也隨之增加。Todde等[15]認(rèn)為未來的研究應(yīng)側(cè)重于開發(fā)能夠預(yù)測不同畜禽場運(yùn)營產(chǎn)生的電力消耗量分布的模型。但目前關(guān)于豬舍降溫系統(tǒng)的能耗問題，研究依然有限。王美芝等[16]采用理論和分析結(jié)合的方法研究了不同節(jié)能改造方式豬舍的供暖能耗和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，討論了北京地區(qū)養(yǎng)豬場不同降溫方式的經(jīng)濟(jì)性[17]。Mario等[18]研究了泌乳奶牛通風(fēng)系統(tǒng)的成本，并評估了美國7個地點不同通風(fēng)系統(tǒng)之間的能源使用和通風(fēng)運(yùn)行成本變化。

關(guān)于畜禽舍不同工程措施的降溫效果及能耗情況有較多研究，但針對炎熱地區(qū)豬舍不同降溫方式的調(diào)控效果、能耗及其經(jīng)濟(jì)性仍未有系統(tǒng)的分析。本研究擬采用以能質(zhì)平衡為基礎(chǔ)的vba模型，以海口地區(qū)規(guī)模為1 000頭育肥豬的模擬商品豬舍為研究對象，在確定豬舍結(jié)構(gòu)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱的基礎(chǔ)上，結(jié)合?？诘貐^(qū)逐時氣候情況，分別對比分析密閉式豬舍夏季應(yīng)用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)3種不同降溫方式的降溫效果、舍內(nèi)環(huán)境舒適度、能耗(耗電、水量)及成本等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以期為海口地區(qū)豬舍環(huán)境設(shè)計和通風(fēng)降溫措施的合理選擇提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 模擬豬舍基本情況

模擬對象為坐北朝南的育肥豬舍，豬舍長77 m，寬14 m，舍內(nèi)飼養(yǎng)育肥豬總數(shù)1 000頭，從126日齡培養(yǎng)至180日齡，體重65～110 kg。飼養(yǎng)面積按照丹麥福利性養(yǎng)豬的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，每頭0.9 m2，豬舍采用雙列單走道布置，每列25欄位，每欄飼養(yǎng)20頭豬，欄位尺寸為3 m×6 m，走道寬度2 m，用于送料及轉(zhuǎn)群，兩側(cè)設(shè)工作通道。墻體材料為240 mm厚磚墻。屋頂為雙坡式，材料為100 mm厚彩鋼夾芯板，檐口高度為2.5 m，屋脊最高處高度為4 m，無天棚。南、北側(cè)墻各設(shè)12個寬×高為1.0 m×1.2 m的窗戶，材料為單層塑鋼窗。東、西墻各有1個寬×高為1.2 m×2.0 m的單層木門。

采用基于能質(zhì)平衡的vba模型對模擬豬舍不同降溫方式下的舍內(nèi)情況進(jìn)行模擬，該模型已得到了現(xiàn)場試驗的驗證。

1.2 環(huán)境數(shù)據(jù)來源

使用Meteonorm 7氣象數(shù)據(jù)庫軟件獲取2000—2009年海口地區(qū)氣候指標(biāo)的每小時平均值，得到?？诘貐^(qū)全年平均溫濕度變化情況(圖1)。其中，海口地區(qū)的溫濕度范圍分別為：9.2 ℃≤平均氣溫≤36 ℃，48%≤平均相對濕度≤100%，是一個高溫多雨、四季常青的熱帶—亞熱帶區(qū)域。除夏季外，其他季節(jié)溫度也相對較高，需要進(jìn)行豬舍降溫。

圖1 ?？诘貐^(qū)平均干球溫度及相對濕度Fig.1 Average dry bulb temperature and relative humidity in Haikou area

1.3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能耗及成本計算

1.3.1豬舍通風(fēng)量的計算

豬舍通風(fēng)量的計算通過豬舍能質(zhì)平衡對其進(jìn)行合理的估計。

1)熱量平衡。

豬舍熱量平衡方程式為：

Qs+Qm+Qh=Qw+Qv+Qe

(1)

式中：Qs為畜禽產(chǎn)生的顯熱量；Qm為設(shè)備發(fā)熱量，其數(shù)值一般不大，忽略不計；Qh為采暖散熱器或熱輻射器的補(bǔ)充熱量，在計算夏季通風(fēng)時此項為0；Qw為通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑耗熱量；Qe為畜禽舍內(nèi)因水分蒸發(fā)消耗的顯熱量，由于較難準(zhǔn)確計算，一些在給出的畜禽產(chǎn)生顯熱的資料中已考慮了此項因素，因此一般也不單獨計算。因此通風(fēng)耗熱量計算公式可化簡為：

Qv=Qs-Qw

(2)

豬舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量計算公式為[19]：

Qw=∑εiKiSiδi(t-t0)

(3)

式中：εi為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)；Ki為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Si為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積，m2；δi為溫差修正系數(shù)，本研究中取值為1[20]；t為舍內(nèi)溫度，℃；t0為舍外溫度；i=1，2，…，7，為不同朝向下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。計算時各圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)取值參考王美芝等[16]的研究(表1)。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、朝向及其熱工參數(shù)Table 1 Envelope structure material, orientation and thermal parameters

在春秋過度季節(jié)及炎熱的夏季，豬群的顯熱產(chǎn)熱為密閉式商品豬舍內(nèi)唯一熱源，根據(jù)CIGR顯熱產(chǎn)熱與總產(chǎn)熱關(guān)系模型[21]有：

(4)

式中：Qt,20為20 ℃下商品豬總產(chǎn)熱量，W。當(dāng)環(huán)境溫度不為20 ℃時，Qt的取值應(yīng)根據(jù)式(5)進(jìn)行修正：

Qt=5.09m0.75+[1-(0.47+0.03m)]
[n×5.09m0.75-5.09m0.75]×
0.8[1 000+12×(20-t)]

(5)

式中：Qt為豬的總產(chǎn)熱量，W；m為豬的體重，kg；n為豬每日攝入的飼料總能與維持凈能的比值，取值受豬的品種及體重的影響，通常取3。

結(jié)合式(2)～(5)，得到不同溫度下的豬舍內(nèi)所需排出的多余熱量，這部分熱量通過通風(fēng)排除，即為通風(fēng)耗熱量，根據(jù)通風(fēng)耗熱量計算公式可以求出豬舍通風(fēng)量：

(6)

式中：Va為熱平衡下豬舍通風(fēng)量，m3/h；ρa(bǔ)為熱平衡計算下的空氣密度，通風(fēng)量按進(jìn)風(fēng)量計算時取ρa(bǔ)=353/(t1+273)，通風(fēng)量按排風(fēng)量計算時取ρa(bǔ)=353/(t2+273)，kg/m3；t1為進(jìn)風(fēng)口溫度，℃；t2為排風(fēng)口溫度，℃；cp為空氣的定壓比熱容，取cp=1 030 J/(kg·℃)。

2)濕度平衡。

準(zhǔn)確地計算舍內(nèi)的相對濕度，進(jìn)而調(diào)控舍內(nèi)濕度在合理閾值內(nèi)，對于預(yù)防商品豬產(chǎn)生冷熱應(yīng)激尤為重要。根據(jù)CIGR文獻(xiàn)資料，商品豬舍內(nèi)濕氣產(chǎn)生滿足模型：

(7)

式中：F為豬舍內(nèi)的豬群潛熱蒸發(fā)產(chǎn)濕量，g/h；Ql為豬的潛熱產(chǎn)熱，等于總產(chǎn)熱減顯熱產(chǎn)熱量，W；r為水汽蒸發(fā)的效率值，0.68 W·h/g；Y為舍內(nèi)豬的頭數(shù)，頭。

在實際生產(chǎn)運(yùn)營的豬舍內(nèi)，不光有舍內(nèi)豬群潛熱耗散的水份，也有舍內(nèi)壁面蒸散產(chǎn)生的水分，約占總產(chǎn)生量的20%[22]。因而舍內(nèi)總體產(chǎn)濕量：

Ft=1.2F

(8)

式中：Ft為舍內(nèi)總體產(chǎn)濕量，g/h；F為豬舍內(nèi)的豬群潛熱蒸發(fā)產(chǎn)濕量，g/h。

通過通風(fēng)排除舍內(nèi)多余水汽是冬季調(diào)節(jié)豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量的重要手段，通風(fēng)排除的水汽量滿足模型：

Fv=3.6×106Vρw(d-d0)

(9)

式中：Fv為商品舍通風(fēng)排除的水汽量，g/h；Vw為濕度平衡下商品豬舍內(nèi)的通風(fēng)量，m3/h；ρw為濕度平衡下的空氣密度，ρw=353/(t+273)，kg/m3；d為舍內(nèi)空氣含濕量，kg/kg；d0為舍外空氣含濕量，kg/kg；3.6×106為單位轉(zhuǎn)化系數(shù)1 kg/s=3.6×106g/h。

當(dāng)舍內(nèi)相對濕度一定時，通過通風(fēng)的濕氣耗散按式(10)計算：

Fv=Ft

(10)

通過式(10)的舍內(nèi)水汽平衡模型可在已知通風(fēng)量狀態(tài)下計算出目標(biāo)豬舍舍內(nèi)的相對濕度，也可通過設(shè)定相應(yīng)的相對濕度閾值，推算出舍內(nèi)適宜通風(fēng)量。

3)CO2平衡。

在舍內(nèi)CO2濃度穩(wěn)定時有平衡模型：

(11)

式中：Vc為豬舍內(nèi)的通風(fēng)量，m3/h；C為舍內(nèi)的CO2濃度，m3/m3；C0為舍外的CO2濃度，m3/m3；0.185指商品豬每1 000 W總產(chǎn)熱的CO2產(chǎn)量為0.185 m3；Ad為商品豬日活動量修正系數(shù)。日活動量修正系數(shù)Ad可通過下式計算獲得：

(12)

式中：a為常量，表示日產(chǎn)生量的振幅；h為時間點(24小時制的時間點，表示距0：00的時長)，hmin為全天日活動量最小時間點。查表得此處a為0.43，hmin為1.3。

豬舍所需通風(fēng)量取熱、濕、CO2平衡計算中所需通風(fēng)量的最大值。

1.3.2風(fēng)機(jī)配置

由于不同季節(jié)對風(fēng)量要求不同，應(yīng)配置2種不同風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，考慮豬舍的必要通風(fēng)量加以確定，表2 列出了2種風(fēng)機(jī)可獲得的風(fēng)量及運(yùn)行成本。

表2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)類型、參數(shù)及成本Table 2 The type, parameter and cost of the fan systems

1.3.3能耗及成本計算

根據(jù)風(fēng)機(jī)配置及不同風(fēng)機(jī)的功率求得不同溫度下風(fēng)機(jī)運(yùn)行的總功率，再根據(jù)式(13)求得全年風(fēng)機(jī)運(yùn)行總耗電量：

W=∑PiTi

(13)

式中：Pi為不同溫度下風(fēng)機(jī)運(yùn)行的總功率，kW/h；Ti為相應(yīng)溫度下風(fēng)機(jī)運(yùn)行的時長，h。

調(diào)查得到，?？诘貐^(qū)>1 000 V的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電費為0.738元/kW·h。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)成本計算為風(fēng)機(jī)的購置成本。

1.4 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能耗及成本計算

1.4.1濕簾系統(tǒng)的冷卻效率

濕簾系統(tǒng)的降溫潛力是有限的，蒸發(fā)墊冷卻系統(tǒng)的冷卻效率ηc的定義如下：

(14)

式中：Tdb，0和Twb，0為豬舍舍外空氣的干球溫度和濕球溫度，℃；T為通過濕簾后的冷卻空氣的干球溫度，℃。當(dāng)濕簾厚度為150 mm時，過簾風(fēng)速約為1.8 m/s，結(jié)合濕墊性能圖[23]可以認(rèn)為，該條件下的濕簾運(yùn)行效率為80%。設(shè)定濕簾運(yùn)行效率為80%，計算出通過濕簾后的冷卻空氣的干球溫度：

T=Tdb，0-0.8×(Tdb，0-Twb，0)

(15)

對式(14)分析可知濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的降溫效率受舍外濕球溫度影響，在同等濕簾降溫效率下，干濕球溫差越大，過簾后的空氣溫度越低，降溫效果越好。實際工程應(yīng)用中常采用經(jīng)驗系數(shù)法計算不同干球溫度及相對濕度下的濕球溫度[24]。

Twb,0=Xw+YTdb,0

(16)

式中：w為相對濕度，%；X、Y為經(jīng)驗系數(shù)值，不同相對濕度下的X、Y取值可查濕球溫度計算經(jīng)驗系數(shù)表得到。

1.4.2濕簾、風(fēng)機(jī)配置

豬舍通風(fēng)量計算同1.3.1，結(jié)合表2中的風(fēng)機(jī)類型及參數(shù)，完成豬舍的風(fēng)機(jī)配置。

濕簾配置需要進(jìn)行濕簾面積和循環(huán)水池的計算。計算濕簾面積公式[23]如下：

(17)

式中：Ap為濕簾面積，m2；L為必要通風(fēng)量，m3/s；vp為過簾風(fēng)速，m/s。根據(jù)所需濕簾面積和設(shè)定的濕簾高度(一般濕簾高度為1～2 m)，可確定濕簾長度。根據(jù)下式確定濕簾供水量：

Lw=nLLp

(18)

式中：Lw為濕簾供水量，t/h；Lp為濕簾長度，m；nL為經(jīng)驗系數(shù)，可取nL=0.1～0.5 t/(m·h)，濕簾較大時取較大值，此處采用插值法求得nL=0.42 t/(m·h)。

循環(huán)水池的容積應(yīng)充分滿足水泵開啟時供水與停止時回水的調(diào)蓄能力，一般根據(jù)經(jīng)驗，按式(19)確定：

V=nVLpHpBp

(19)

式中：V為循環(huán)水池的容積，m3；Lp，Hp，Bp為濕簾的長度、高度、厚度，m；nV為經(jīng)驗系數(shù)，一般取nV=0.3～0.5，此處選取nV=0.5。

根據(jù)選取的風(fēng)機(jī)類型和風(fēng)機(jī)規(guī)格，可求得風(fēng)機(jī)配置的數(shù)量、不同溫度下風(fēng)機(jī)運(yùn)行的功率及全年風(fēng)機(jī)運(yùn)行總耗電量。選取的濕簾類型為Type 7090-15，濕簾厚度150 mm，高度1.8 m，過簾風(fēng)速1.8 m/s，濕簾成本為210元/m。根據(jù)夏季最大通風(fēng)量求得濕簾所需面積及長度，假設(shè)濕簾循環(huán)水池每日換水，求得全年運(yùn)行總耗水量。調(diào)查得到，?？诘貐^(qū)農(nóng)業(yè)用水費為0.003 2元/kg，結(jié)合1 000 V以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電費0.738元/kW·h，求得全年的水電費用。

濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)成本計算除了包括濕簾、風(fēng)機(jī)的購置成本外，還需加上供水池的建設(shè)成本。

1.5 空調(diào)系統(tǒng)能耗及成本計算

中央空調(diào)系統(tǒng)由1個或多個冷熱源系統(tǒng)和多個空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)冷劑式空調(diào)(如單體機(jī)，VRV)通過集中處理空氣以達(dá)到舒適要求的特點，采用液體氣化制冷的原理為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量，用以抵消舍內(nèi)環(huán)境的熱負(fù)荷?？照{(diào)制冷量是反映空調(diào)制冷能力的重要參數(shù)，是空調(diào)選型的基本依據(jù)。

設(shè)定空調(diào)運(yùn)行時豬舍內(nèi)溫度控制在27 ℃，由式(2)～(5)可得豬舍需排出的多余熱量，根據(jù)能質(zhì)原理計算空調(diào)配置。設(shè)定中央空調(diào)1匹制冷量2 500 W，輸入功率為735 W，求得舍外不同溫濕度情況下將舍內(nèi)溫度降低到27 ℃所需使用的空調(diào)制冷量及配置，再根據(jù)式(13)求得全年空調(diào)運(yùn)行總耗電量，結(jié)合?？诘貐^(qū)用電費最終求得全年的用電費用。根據(jù)所需提供的最大制冷量求得所需安裝的空調(diào)匹數(shù)，制冷量為12 500 W的中央空調(diào)成本約為1萬元，據(jù)此進(jìn)行成本估算。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置

設(shè)定舍外溫度t0>20 ℃時開啟風(fēng)機(jī)，使用風(fēng)機(jī)時舍內(nèi)溫度范圍為25.6～36.3 ℃(圖2)。設(shè)定溫度t>30 ℃時為不適宜溫度，2827 ℃時單純使用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)就不能達(dá)到豬只的降溫需求。

At、Bt、Ct分別表示溫度適宜、較適宜、不適宜；ARh、BRh、CRh分別表示相對濕度適宜、較適宜、不適宜。圖4、5和表3同。At, Bt and Ct respectively indicate suitable, relatively suitable, and unsuitable temperature；ARh, BRh, CRh respectively indicate appropriate, relatively suitable, and unsuitable relative humidity.Fig.4, 5, and Table 3 are the same.圖2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下的舍內(nèi)外環(huán)境情況Fig.2 Environmental conditions inside and outside the pig house under the control of the fan system

舍內(nèi)相對濕度范圍為49.0%～97.3%，較舍外濕度有一定的下降，分析認(rèn)為風(fēng)機(jī)通風(fēng)帶走了一部分的濕氣。設(shè)定相對濕度Rh<75%為適宜相對濕度情況，75%≤Rh<90%為較適宜情況，Rh≥90%為不適宜情況，按適宜為A，較適宜為B，不適宜為C對不同舍內(nèi)情況進(jìn)行評級，分析舍內(nèi)環(huán)境適宜度表明：評級AtARh的時長與全年總時長比例為31.72%，全年約合116 d；評級AtBRh+BtARh的時長與全年總時長比例為37.29%，約合136 d；評級BtBRh的時長與全年總時長比例為7.58%，約合28 d；其余含C評級的時長與全年總時長比例為23.41%，約合85 d。因此風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下豬只處于不適宜溫/濕度的時間較長，對豬只的生長不利。

根據(jù)不同舍外溫濕度情況計算得到的適宜通風(fēng)量需求見圖3：最大通風(fēng)量為2.9×104m3/h，共需配置VX51風(fēng)機(jī)6臺，VX36風(fēng)機(jī)4臺。為滿足不同時刻的適宜通風(fēng)量，進(jìn)行風(fēng)機(jī)的逐級調(diào)控，即在建造時配置最大通風(fēng)所需的風(fēng)機(jī)數(shù)量，使用時依據(jù)舍外氣溫的變化進(jìn)行風(fēng)機(jī)的開關(guān)，從而達(dá)到逐級調(diào)控的目的，可以在一定程度上減少能源的浪費。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的耗電量與適宜通風(fēng)量的變化趨勢相近，認(rèn)為是由于所需通風(fēng)越多，風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量越多，耗電量越多引起。全年總耗電量45 519.1 kW·h，電費約計3.36萬元?？偝杀炯s4.66萬元。

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的耗電量隨舍外溫度增高而增高，但當(dāng)舍外溫度超過26.6 ℃時，每小時能耗穩(wěn)定在8.8 kW，不會再繼續(xù)升高，分析原因是由于此時已達(dá)到夏季最大通風(fēng)量，繼續(xù)增加通風(fēng)無法改變舍內(nèi)環(huán)境情況，同時也已經(jīng)達(dá)到了風(fēng)機(jī)全部開啟的狀態(tài)。

VX51和VX36為風(fēng)機(jī)型號，風(fēng)量分別為37 200和28 000 m3/h。VX51 and VX36 are fan models, the air volume are 37 200 and 28 000 m3/h, respectively.圖3 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下的通風(fēng)控制及能耗情況Fig.3 Ventilation control and energy consumption under the regulation of fan system

2.2 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置

設(shè)定舍外溫度t0>20 ℃時開啟風(fēng)機(jī)，舍內(nèi)溫度t>27 ℃時開啟濕簾，使用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)時的舍內(nèi)溫度范圍為23.5～32.2 ℃(圖4)。根據(jù)對溫度的適宜度設(shè)定，得濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下全年處于適宜溫度的時長與全年總時長比例為83.47%，約合305 d；處于較適宜溫度的時長與全年總時長比例為13.52%，約合49 d；處于不適宜溫度的時長與全年總時長比例為3.01%，約合11 d?？梢钥吹綕窈熓褂们闆r下的舍內(nèi)溫度被控制在了良好的范圍，全年僅3.01%的時間舍內(nèi)溫度超過30 ℃，此時舍外溫度基本已超過30 ℃，并且相對濕度較高，因此在舍外溫度高于30 ℃的情況下，由于相對濕度的影響，部分時段單純采用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)降溫不能夠達(dá)到適宜的舍內(nèi)溫度，嚴(yán)重情況下會超過30 ℃，豬會產(chǎn)生熱應(yīng)激。該結(jié)果與Wang C等[25]的結(jié)論一致，分析原因是由于?？诘貐^(qū)的相對濕度雖然在高溫天氣時會有相應(yīng)下降，但仍然在54%～72%，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由于其效率限制，難以起到較好的降溫效果。

舍內(nèi)相對濕度范圍為49.0%～97.0%，低溫天氣較舍外濕度有一定的下降，分析原因同風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原因一致，風(fēng)機(jī)開啟帶走了一定濕度。但濕簾開啟后舍內(nèi)相對濕度又有一定程度的上升，較舍外相對濕度高，分析原因是由于濕簾降溫原理是蒸發(fā)吸熱，濕簾表面的水汽蒸發(fā)增加了舍內(nèi)的相對濕度。根據(jù)對環(huán)境的適宜度設(shè)定，得到舍內(nèi)環(huán)境情況時段占比：評級AtARh的時長與全年總時長比例為28.71%，全年約合105 d；評級AtBRh的時長與全年總時長比例為36.51%，約合133 d；評級BtBRh的時長與全年總時長比例為4.85%，約合18 d；其余含C評級的時長與全年總時長比例為29.92%，約合109 d。因此濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下豬只處于不適宜環(huán)境的時長較風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下更多，遠(yuǎn)高于溫度不適宜的情況，分析原因是由于?？诘貐^(qū)環(huán)境溫濕度相對較高，濕簾系統(tǒng)的使用增加了舍內(nèi)的相對濕度，使其超過了舍內(nèi)的適宜濕度需求，繼而影響了環(huán)境的適宜度。

圖4 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控下的舍內(nèi)外環(huán)境情況Fig.4 Environmental conditions inside and outside the pig house under the control of the cooling pad system

濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的通風(fēng)量需求同風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一致，因此兩者的風(fēng)機(jī)配置及耗電量年變化、隨舍外溫度變化也相同，最大通風(fēng)量2.9×104m3/h。濕簾面積42 m2，長度24 m，供水量10.08 m3/h，循環(huán)水池容積3.24 m3。全年總耗電量45 519 kW·h，耗水量131.5 m3，全年水電費約計3.4萬元?？偝杀炯s5.4萬元。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)配置

設(shè)定舍外溫度t0>20 ℃時開啟風(fēng)機(jī)，舍內(nèi)溫度t>27 ℃時開啟空調(diào)，空調(diào)開啟后舍內(nèi)溫度控制在27 ℃，相對濕度與舍外相對濕度一致。使用空調(diào)系統(tǒng)時的舍內(nèi)溫度范圍為23.5～27.0 ℃(圖5)，采用空調(diào)系統(tǒng)可以控制舍內(nèi)溫度維持在27 ℃以下，根據(jù)對溫度的適宜度設(shè)定，空調(diào)系統(tǒng)調(diào)控下舍內(nèi)全年均處于適宜溫度，能夠給豬營造最適宜的溫度環(huán)境。

圖5 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)控下的舍內(nèi)外環(huán)境情況Fig.5 Environment inside and outside the pig house under the control of the air conditioning system

舍內(nèi)相對濕度范圍為48.0%～100%，較舍外濕度有一定的下降，分析原因為空調(diào)未開啟狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)開啟帶走了一定濕度。根據(jù)對環(huán)境的適宜度設(shè)定，得到舍內(nèi)環(huán)境舒適度情況：評級AtARh的時長與全年總時長的比例為40.65%，約合149 d；評級AtBRh的時長與全年總時長比例為42.82%，約合156 d；評級AtCRh的時長與全年總時長比例為16.53%，約合60 d。因此空調(diào)系統(tǒng)調(diào)控下豬只處于不適宜濕度的時間相對較少，環(huán)境的適宜度相對較高，針對濕度較高問題，可以在空調(diào)開啟時適度通風(fēng)，以降低舍內(nèi)相對濕度。同時在使用空調(diào)系統(tǒng)時，由于不通風(fēng)的舍內(nèi)環(huán)境會存在有害氣體濃度升高等問題[26]，因此在空調(diào)降溫時應(yīng)當(dāng)考慮加入新風(fēng)換氣，以保持適宜的舍內(nèi)環(huán)境。但由于本研究僅考慮空調(diào)系統(tǒng)的降溫效果與相應(yīng)所需成本，因此未對舍內(nèi)空氣質(zhì)量予以討論。

根據(jù)不同舍外溫濕度情況計算得到的空調(diào)耗電量變化見圖6。空調(diào)系統(tǒng)的配置及能耗計算根據(jù)豬舍多余熱量計算，其中豬只自身熱量占了很大的一部分比例，因此當(dāng)豬只由65 kg生長到110 kg時，所需空調(diào)數(shù)及相應(yīng)耗電量會出現(xiàn)階段性的上升。因此對環(huán)境要求較高、豬只數(shù)量較少的公豬舍以及豬只體重較輕的保育豬舍來說，可以考慮使用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行夏季的降溫。根據(jù)舍內(nèi)最大熱負(fù)荷，共需配置制冷量102.5 kW(41匹)的中央空調(diào)。全年總耗電量96 871 kW·h，電費約計7.1萬元?？偝杀炯s為12.7萬元。

圖6 空調(diào)系統(tǒng)能耗情況Fig.6 Energy consumption of air conditioning system

2.4 不同降溫方式的降溫效果及經(jīng)濟(jì)性比較

橫向比較3種常用降溫方式的降溫效果、環(huán)境舒適度、耗水/電量、運(yùn)行及設(shè)備成本，能夠為海口地區(qū)高溫天氣下3種降溫方式的選擇提供借鑒。

首先，在降溫效果上，空調(diào)系統(tǒng)>濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)>風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。在舍外干球溫度>27 ℃時，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不能滿足豬舍內(nèi)適宜溫度需求；舍外干球溫度≥30 ℃時，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不能滿足舍內(nèi)的適宜溫度需求，該結(jié)論符合王美芝等[27]的研究?？照{(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)豬只需求進(jìn)行調(diào)控，在舍內(nèi)溫度>27 ℃時開啟空調(diào)，能夠?qū)⑸醿?nèi)溫度穩(wěn)定在適宜溫度的范圍。

其次，在舍內(nèi)環(huán)境適宜度上(表3)，空調(diào)系統(tǒng)>風(fēng)機(jī)系統(tǒng)>濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。由于空調(diào)系統(tǒng)的降溫效果顯著，因此其環(huán)境適宜度也是3種降溫方式中最好的。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)控后的環(huán)境適宜度較濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的高，分析原因是由于濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的使用提高了舍內(nèi)的相對濕度，大部分時候相對濕度≥75%，高于豬只適宜濕度，因而環(huán)境適宜度較低。因此在綜合考慮舍內(nèi)溫濕度對豬只影響的情況下，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的使用效果低于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的使用效果。

表3 3種降溫方式下舍內(nèi)溫度及環(huán)境適宜度所占比例Table 3 Proportion of temperature and environmental suitability in the house under the three cooling methods %

在系統(tǒng)耗水電量、運(yùn)行及設(shè)備成本上(表4)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)<濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)<<空調(diào)系統(tǒng)。濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)未有較大改變，因此作為性價比較高的降溫方式得到了廣泛的應(yīng)用?？照{(diào)系統(tǒng)的耗電量、運(yùn)行成本和設(shè)備成本是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的2倍以上，因此除非對舍內(nèi)環(huán)境有著較高要求，否則不建議配備空調(diào)系統(tǒng)。

表4 3種降溫方式的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)Table 4 Economic indicators of three cooling methods

3 結(jié) 論

1)3種降溫方式的環(huán)境調(diào)控能力存在差異，溫度調(diào)控方面以空調(diào)系統(tǒng)最好，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)最差。單純使用風(fēng)機(jī)可滿足?？诘貐^(qū)66%時長的降溫需求，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可滿足83.47%時長，但仍有少數(shù)時長不能滿足要求，因此空調(diào)可作為上述降溫方式的有效補(bǔ)充。

2)3種降溫方式的能耗及成本差異較大，以風(fēng)機(jī)系統(tǒng)最低，空調(diào)系統(tǒng)最高。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的年運(yùn)行成本分別為3.36、3.40、7.15萬元；設(shè)備成本分別為4.66、5.41、12.7萬元。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的耗電量與適宜通風(fēng)量有著密切的關(guān)系，隨溫度升高而趨于平穩(wěn)，當(dāng)舍外溫度>26.6 ℃時，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)達(dá)到最大通風(fēng)量，能耗不再發(fā)生變化。空調(diào)系統(tǒng)的能耗則與豬舍內(nèi)多余熱量有著密切的關(guān)系，其主要熱量來源為豬只自身產(chǎn)熱，因此對環(huán)境要求較高、豬只數(shù)量較少的公豬舍以及豬只體重較輕的保育豬舍來說，是可以考慮的降溫方式。

3)綜合考慮3種降溫方式，從降溫效果及成本角度認(rèn)為濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是最適合?？诘貐^(qū)育肥豬舍高溫情況下降溫的通風(fēng)方式。但環(huán)境溫度≥30 ℃時使用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)難以滿足豬舍適宜溫度的需求，同時由于舍內(nèi)相對濕度較高，對豬只生產(chǎn)同樣會產(chǎn)生不利影響，如何克服這些問題是濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在?？诘貐^(qū)使用需要重點考慮的問題。