基于輻射供熱和個(gè)性化送風(fēng)的分娩豬舍環(huán)境保障系統(tǒng)

劉營(yíng)芳，黃子碩

（同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092）

0 引 言

規(guī)?；i場(chǎng)分娩豬舍內(nèi)的環(huán)境溫濕度是影響母豬生產(chǎn)效率及仔豬存活率的重要因素。過(guò)熱或過(guò)冷的環(huán)境會(huì)使母豬產(chǎn)生熱應(yīng)激或冷應(yīng)激，影響母豬養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益。為調(diào)控豬舍環(huán)境，許多規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)在夏季通過(guò)濕簾風(fēng)機(jī)的方式降低豬舍溫度，但這種環(huán)境調(diào)控方式受到室外氣候的影響，在高溫高濕季節(jié)效果差，難以將豬舍內(nèi)溫濕度控制在適宜范圍，從而引發(fā)豬只的消化道、呼吸道等疾病。部分分娩豬舍在冬季使用暖燈為仔豬供暖，大功率的暖燈設(shè)備耗電量大，且母豬區(qū)域環(huán)境溫度難以保證。針對(duì)上述問(wèn)題，許多學(xué)者從不同角度對(duì)豬舍的環(huán)境調(diào)控模式和方法進(jìn)行研究。王美芝等豬舍結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度提出對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫，改善室內(nèi)環(huán)境。也有研究者提出了天棚滲透通風(fēng)系統(tǒng)、陽(yáng)光間，地道通風(fēng)等措施，在保障環(huán)境的同時(shí)降低能耗。但由于豬舍空間結(jié)構(gòu)特殊，且為降低豬舍氨氣含量，通風(fēng)換氣次數(shù)高，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫對(duì)環(huán)境改善和節(jié)能效果有限，仍需空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為實(shí)現(xiàn)豬舍環(huán)境節(jié)能調(diào)控的目標(biāo)，太陽(yáng)能供暖、水源熱泵、生物質(zhì)熱泵以及空氣源熱泵等節(jié)能型冷熱源主機(jī)被應(yīng)用于豬舍環(huán)境調(diào)控。且毛細(xì)管輻射頂棚、纖維風(fēng)管、電熱板等在豬舍的應(yīng)用也有了較多的討論。但上述環(huán)境調(diào)控對(duì)象仍是豬舍整體空間溫度，仍然無(wú)法克服通風(fēng)熱損失大的問(wèn)題，環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)能耗仍然較高。且全空氣加熱冷卻系統(tǒng)上送風(fēng)與舍內(nèi)新風(fēng)橫貫風(fēng)交叉，加劇豬舍內(nèi)空氣擾動(dòng)，空氣亂流增加了傳染病交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

生物體與環(huán)境間交換熱量的大小是影響生物體熱感覺(jué)的關(guān)鍵因素，生物體主要通過(guò)輻射和對(duì)流換熱的方式與其所處的環(huán)境進(jìn)行熱交換，兩者綜合作用決定了生物體得/失熱量的大小。既有研究表明，采用輻射供能的空調(diào)系統(tǒng)，可以在較低的環(huán)境空氣溫度下保證人體具有相同的熱感受。中國(guó)在設(shè)計(jì)規(guī)范中也明確，采用輻射供能進(jìn)行環(huán)境調(diào)控時(shí)，環(huán)境設(shè)計(jì)溫度可在冬季降低2 ℃，在夏季可以提高1.5 ℃。因此輻射換熱可以在較少加熱空氣的同時(shí)，提升環(huán)境的熱舒適性。此外，對(duì)于高大空間，更適合采用局部環(huán)境調(diào)控的方式減少控制范圍，即僅對(duì)有人活動(dòng)或者有特殊環(huán)境調(diào)控需求的局部空間進(jìn)行個(gè)性化的環(huán)境控制，而不是對(duì)整個(gè)空間進(jìn)行環(huán)境控制。對(duì)于分娩豬舍，僅動(dòng)物所在的較低的飼養(yǎng)區(qū)域進(jìn)行環(huán)境控制即可滿足動(dòng)物健康成長(zhǎng)需要，對(duì)各個(gè)產(chǎn)床單元根據(jù)需要進(jìn)行個(gè)性化控制，不但可以節(jié)約能耗，還可以滿足母豬和仔豬的不同環(huán)境需求。

基于此，本文提出了一種應(yīng)用輻射供能和局部送風(fēng)技術(shù)解決母豬分娩豬舍的環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)。采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型和能耗模擬，研究揭示該環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的特征。結(jié)合工程案例，對(duì)幾種分娩豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行比較分析，為防疫安全和節(jié)能型分娩豬舍的設(shè)計(jì)提供參考。

1 基于輻射供能和局部送風(fēng)的豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)

基于輻射供能和局部送風(fēng)的分娩豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)如圖1a所示，主要由以下幾部分構(gòu)成：

1）敷設(shè)在養(yǎng)殖豬舍內(nèi)動(dòng)物產(chǎn)床單元分割柵欄上的輻射散熱板，其幾何形狀根據(jù)柵欄尺寸和動(dòng)物所需的供熱量確定，采用高發(fā)射率的材料噴涂表面，提高輻射系數(shù)。輻射板內(nèi)部有金屬管道，冷熱流體在管道內(nèi)流動(dòng)將熱量傳遞到輻射板的表面。

2）制取冷熱水的熱泵主機(jī)，或可以在夏季制取15～20 ℃冷水、冬季制取30～50 ℃熱水的其他冷熱源設(shè)備或裝置。包括將冷熱水主機(jī)制取的冷熱水分配給多個(gè)產(chǎn)床單元內(nèi)輻射換熱器的冷熱水管道。

3）設(shè)在產(chǎn)床單元上方的新風(fēng)管道和風(fēng)口，每個(gè)產(chǎn)床單元有一個(gè)獨(dú)立的下送風(fēng)風(fēng)口。養(yǎng)殖產(chǎn)床單元下方的集糞刮糞通道作為排風(fēng)風(fēng)道，通過(guò)架空層進(jìn)行排風(fēng)，各產(chǎn)床單元內(nèi)新風(fēng)形成獨(dú)立的上送下排的氣流。在每個(gè)產(chǎn)床單元上方分設(shè)上送下排的通風(fēng)裝置，通過(guò)氣流的局部調(diào)配，直接從動(dòng)物上方吹拂過(guò)動(dòng)物之后通過(guò)動(dòng)物下方的刮糞溝或單獨(dú)設(shè)置的排風(fēng)道排往室外，不同產(chǎn)床單元的氣流互相隔絕，減少了產(chǎn)床單元間空氣的交叉污染，降低了不同產(chǎn)床單元內(nèi)動(dòng)物交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，有利于控制疾病的傳播。圖1b給出了既有常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)加熱或冷卻養(yǎng)殖豬舍內(nèi)空氣的空調(diào)系統(tǒng)，由于養(yǎng)殖廠換氣次數(shù)較大，養(yǎng)殖廠內(nèi)空氣不斷被更新替換掉，加熱或冷卻養(yǎng)殖場(chǎng)的熱量或冷量被排風(fēng)帶走。

圖1 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)示意圖 Fig.1 Schematic diagram of environmental protection system

基于輻射供能和局部送風(fēng)的分娩豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)在冬季利用輻射板內(nèi)毛細(xì)管網(wǎng)中流動(dòng)的熱水將熱量傳遞給輻射板，輻射板通過(guò)熱輻射加熱動(dòng)物；在夏季冷輻射板內(nèi)毛細(xì)管網(wǎng)中低溫水水循環(huán)冷卻輻射板，帶走熱量，形成“冷輻射”為動(dòng)物降溫。不通過(guò)空氣而通過(guò)敷設(shè)在動(dòng)物近旁的輻射板加熱和冷卻動(dòng)物體表，該系統(tǒng)通過(guò)輻射換熱直接加熱或冷卻動(dòng)物體表，相對(duì)于加熱和冷卻空氣的空調(diào)系統(tǒng)，減少了對(duì)空氣的加熱和冷卻，有效減少排風(fēng)熱損失，節(jié)約能源。配合上送下排的通風(fēng)裝置，可以減少養(yǎng)殖豬舍內(nèi)不同產(chǎn)床單元間的空氣流動(dòng)，減少動(dòng)物間的交叉污染，進(jìn)而控制傳染病內(nèi)部傳播。

2 案例分析

2.1 分娩豬舍工程概況

本文以江西省新干縣某大型養(yǎng)豬場(chǎng)中分娩豬舍為例，分析比較不同分娩豬舍調(diào)控系統(tǒng)的環(huán)境調(diào)控效果、能耗和經(jīng)濟(jì)性。分娩豬舍屋頂為雙坡式，舍內(nèi)空間尺寸為29.92 m×15 m×2.8 m（長(zhǎng)×寬×高），檐口高度為2.8 m，屋脊最高處高度為4 m，無(wú)天棚，漏縫地板下對(duì)應(yīng)2個(gè)空間地溝高度為0.8 m。東南側(cè)墻中間有一扇0.8×1.5 m的單層木門，兩側(cè)各兩個(gè)尺寸為1.2 m×1.5 m（寬×高）的單層玻璃窗戶。分娩豬舍建筑構(gòu)造信息見(jiàn)表1。豬舍內(nèi)共設(shè)有單管熒光燈（36W）56盞，每天開啟4 h（上午7:00—9:00與下午17:00—19:00）。豬舍中共56套產(chǎn)床單元，分4列分布，每列 16欄。單個(gè)產(chǎn)床單元尺寸為2.22 m×1.33 m×1.02 m（長(zhǎng)×寬×高）。母豬在產(chǎn)前7 d進(jìn)入分娩豬舍，仔豬28 d斷奶，離開分娩豬舍。

表1 分娩豬舍建筑結(jié)構(gòu)信息 Table 1 Building structure information of delivery pigsty

2.2 3種環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的設(shè)置

3種環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)設(shè)置如表2所示：

表2 3種方案的空調(diào)系統(tǒng)組成及運(yùn)行控制 Table2 Composition and operation control mode of different air conditioning systems

1）夏季采用濕簾風(fēng)機(jī)降溫-冬季采用暖燈采暖的方案C0。分娩豬舍的東南側(cè)端墻上有兩個(gè)尺寸為5.1 m×2.1 m（寬×高）的外掛式水簾，濕簾中冷水來(lái)自直接抽取的地下水。西北側(cè)端墻上對(duì)應(yīng)4列產(chǎn)床單元位置上分別設(shè)有1個(gè)額定功率為560 W的負(fù)壓風(fēng)機(jī)，地下刮糞溝設(shè)有2個(gè)額定功率為370 W的變速地溝風(fēng)機(jī)。每個(gè)產(chǎn)床單元上方配置2個(gè)暖燈（共150 W）。夏季采用濕簾風(fēng)機(jī)通風(fēng)冷卻，室溫可維持在30～32 ℃左右；冬季采用暖燈進(jìn)行供熱，對(duì)仔豬區(qū)域進(jìn)行局部加熱。

2）以加熱和冷卻空氣為目的的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)C1。以熱泵為系統(tǒng)的供能源端，采用風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合新風(fēng)系統(tǒng)為分娩豬舍供冷/熱。系統(tǒng)末端風(fēng)口布置在豬舍上方，承擔(dān)2～4個(gè)產(chǎn)床單元的環(huán)境溫度保障，冬季，同時(shí)以暖燈進(jìn)行局部采暖保障仔豬區(qū)域溫度。

3）以局部輻射供能結(jié)合局部送風(fēng)系統(tǒng)的方案C2。由于分娩豬舍只需對(duì)動(dòng)物活動(dòng)的產(chǎn)床單元內(nèi)較低高度的空間進(jìn)行環(huán)境調(diào)控即可滿足母豬與仔豬的健康生長(zhǎng)要求。以輻射板為供冷/熱末端的方案C2，其輻射板僅敷設(shè)在產(chǎn)床單元兩側(cè)，每個(gè)產(chǎn)床單元的輻射板總面積為2.34 m。

為排除冷熱源能效差異的影響，本工程C1、C2方案均采用水源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源。分娩豬舍共56個(gè)產(chǎn)床單元，進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)仿真計(jì)算時(shí)，設(shè)置每個(gè)產(chǎn)床單元內(nèi)1頭母豬，10頭仔豬。

2.3 分娩豬舍建筑負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)能耗計(jì)算

計(jì)算設(shè)置包括以下幾個(gè)部分：

1）空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)GB/T 17824.3—2008《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》，分娩豬舍最適宜的溫度為18～22 ℃，可接受的溫度上限與下限為16與27 ℃。根據(jù)GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于輻射空調(diào)系統(tǒng)，則設(shè)計(jì)室溫上下限可相應(yīng)調(diào)整2 ℃左右。由于仔豬要求環(huán)境溫度較高，約28 ℃左右，因此設(shè)置室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度分別為20與29 ℃。夏季供冷從6月1日至9月30日，冬季供暖從12月1日至2月28日。

2）母豬與仔豬產(chǎn)熱量

豬舍內(nèi)共有56個(gè)產(chǎn)床單元，每個(gè)產(chǎn)床單元內(nèi)有一頭母豬，一窩仔豬，其總產(chǎn)熱量Q計(jì)算見(jiàn)下式：

3）室內(nèi)新風(fēng)量計(jì)算

豬舍新風(fēng)量依據(jù)GB/T 17824.3—2008《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》計(jì)算，成年母豬要求新風(fēng)量（含滲透風(fēng)量）在夏季不低于0.6 m/(h·kg)，冬季不低于0.35 m/(h·kg)；滲透風(fēng)量換氣次數(shù)取0.55次/h。

式中為母豬數(shù)量；q為單位質(zhì)量母豬要求新風(fēng)量，m/h；q為滲透風(fēng)量換氣次數(shù)，次/h；為豬舍體積，m。

通過(guò)DeST負(fù)荷模擬軟件，對(duì)分娩豬舍的建筑負(fù)荷進(jìn)行模擬計(jì)算。設(shè)置換氣次數(shù)夏季為4.16次/h，冬季為2.43 次/h。豬只總散熱量夏季為14.94 kW，冬季為18.93 kW。豬舍滲透風(fēng)量為0.55次/h。照明總負(fù)荷2.02 Kw，照明開啟時(shí)段為每日7:00—9:00、19:00—21:00。

如圖2a所示，分娩豬舍夏季最大冷負(fù)荷為148.91 kW，出現(xiàn)在8月10日13時(shí)，平均冷負(fù)荷為53.23 kW；如圖2b所示，冬季最大熱負(fù)荷出現(xiàn)在1月21日7時(shí)，最大熱負(fù)荷為70.59 kW，平均熱負(fù)荷為25.88 kW。

圖2 逐時(shí)冷/熱負(fù)荷 Fig.2 Hourly cooling/heating load

3種空調(diào)系統(tǒng)能耗組成與運(yùn)行特性不同，其能耗計(jì)算公式見(jiàn)下式：

式中，，分別為3種空調(diào)系統(tǒng)C0，C1，C2的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行總能耗，kW；為暖燈供熱能耗，kW；為風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗，kW；為濕簾水泵運(yùn)行能耗kW；為水源熱泵機(jī)組運(yùn)行能耗，kW；為風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行能耗，kW。

依照多媒體技術(shù)目前在高中物理教學(xué)中的教學(xué)現(xiàn)況來(lái)說(shuō)，高中物理多媒體技術(shù)的課堂質(zhì)量需要快速地提升，將傳統(tǒng)老舊的教學(xué)模式進(jìn)行改革創(chuàng)新.把多媒體技術(shù)資源合理的運(yùn)用到高中物理教學(xué)中的最終目標(biāo)是利用現(xiàn)代教育技術(shù)配合高中物理教學(xué)并搭配傳統(tǒng)的教學(xué)方式，更好的呈現(xiàn)教與學(xué)的完美融合.伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，堅(jiān)信多媒體技術(shù)在高中物理教學(xué)領(lǐng)域中能夠擁有更遼闊的教育應(yīng)用前景.

3 結(jié)果與分析

3.1 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)能耗比較

3種環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的逐時(shí)能耗如圖3所示。

圖3 不同空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)能耗 Fig.3 Hourly energy consumption of different air conditioning systems

夏季供冷時(shí)長(zhǎng)共計(jì)2 928 h。由圖3a可知，能耗最高的是方案C1，系統(tǒng)逐時(shí)負(fù)荷最高可達(dá)21.81 kW，方案C0、方案C2負(fù)荷遠(yuǎn)低于方案C1，系統(tǒng)最高負(fù)荷分別為3.89與7.53 kW。方案C0、C1、C2夏季總能耗分別為6 140.97、22 357.98和3 839.43 kW·h。同方案C0相比，方案C1的系統(tǒng)能耗增加了269.05%，方案C2的系統(tǒng)能耗則降低了37.48%。冬季供暖時(shí)長(zhǎng)共計(jì)2 160 h，由圖3b可知，能耗最高的是方案C0，供暖季系統(tǒng)總能耗為23 954.83 kW·h，C1與C2的供暖總能耗分別為19 723.67、13 605.59 kW·h，同方案C0相比分別降低了17.66%、43.20%。綜合考慮冬夏兩季系統(tǒng)總能耗，方案C2單位面積總能耗最低，為38.87 kW·h/m，相較于C0降低了42.04%，相較于C1降低了58.54%。

豬舍內(nèi)共56個(gè)產(chǎn)床單元，以江西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)電價(jià)為0.653 4元/(kW·h)計(jì)算供冷/熱運(yùn)行成本如表3所示。

表3 單個(gè)產(chǎn)床環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)供冷/熱運(yùn)行成本 Table 3 Cooling / heating cost of single production bed 元

由表3所示。夏季，3種空調(diào)系統(tǒng)下，單個(gè)產(chǎn)床供冷運(yùn)行成本分別為，71.65（C0）、264.43（C1）和44.79 元（C2）。相較于方案C0，方案C1與C2單個(gè)產(chǎn)床的供冷運(yùn)行成本分別提高192.78元和降低26.85元。冬季3種空調(diào)系統(tǒng)下，單個(gè)產(chǎn)床供熱運(yùn)行成本分別為，279.51（C0）、230.13（C1）和158.75元（C2）。方案C1和C2單個(gè)產(chǎn)床的供熱運(yùn)行成本分別可降低49.38和120.76 元。

對(duì)比全年的空調(diào)系統(tǒng)供冷供熱運(yùn)行成本，可以看出，3種空調(diào)系統(tǒng)單個(gè)產(chǎn)床供冷供熱總成本分別為338.58（C0）、473.42（C1）和196.26元（C2）。相較于方案C0，方案C1與方案C2，全年的單個(gè)產(chǎn)床供能運(yùn)行成本分別提高39.83%和降低42.04%。由表3可知，方案C0的供能成本主要為冬季供熱，占供能成本的64.43%；方案C1的供能成本主要為夏季供冷，占供能成本的70.94%。

上述結(jié)果說(shuō)明，傳統(tǒng)濕簾風(fēng)機(jī)-暖燈的分娩豬舍環(huán)境保障系統(tǒng)（C0）在夏季能耗較低，而冬季能耗較高，全年單個(gè)產(chǎn)床供冷/供熱總運(yùn)行成本為338.58元。當(dāng)采用以加熱和冷卻空氣為目的的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，由于養(yǎng)殖豬舍空間大、換氣次數(shù)高，使分娩豬舍空氣達(dá)到適宜的溫度時(shí)空調(diào)系統(tǒng)能耗大，特別是在換氣次數(shù)高的夏季，能耗遠(yuǎn)高于其他方案，該系統(tǒng)全年單個(gè)產(chǎn)床供冷供熱總運(yùn)行成本為473元。采用局部輻射供能結(jié)合局部送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（C2）時(shí)，全年單個(gè)產(chǎn)床供冷/供熱總運(yùn)行成本為196.26元，相較于傳統(tǒng)的濕簾風(fēng)機(jī)-暖燈系統(tǒng)，年運(yùn)行成本降低了42.04%，相較于以加熱和冷卻空氣為目的的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)（C1），年運(yùn)行成本降低了58.54%。

3.2 環(huán)境品質(zhì)比較

豬舍空間較為高大，但母豬與仔豬僅在產(chǎn)床單元內(nèi)活動(dòng)，因此，對(duì)產(chǎn)床單元內(nèi)的方案C1和采用方案C2時(shí)的空氣溫度進(jìn)行對(duì)比。

由圖4a可以看出，在供冷季，方案C1在產(chǎn)床單元內(nèi)的平均空氣溫度為26.91 ℃，低于方案C2在產(chǎn)床單元內(nèi)29.85 ℃的平均空氣溫度。且在供冷周期內(nèi)，C1方案在產(chǎn)床單元內(nèi)的平均溫度波動(dòng)較低。對(duì)逐時(shí)空氣溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖5a所示。2種供冷方案下，大部分時(shí)間均處在27～30 ℃，其中C1方案有14.52%的時(shí)間溫度低于27 ℃，而C2方案，溫度低于27 ℃的時(shí)間僅0.20%。當(dāng)空氣溫度低于27 ℃時(shí)，對(duì)初生仔豬不利，需開啟暖燈以保證該仔豬周圍環(huán)境溫度，但會(huì)使得供冷、供熱同時(shí)進(jìn)行，造成能源的浪費(fèi)。另外，2種方案均只有少數(shù)時(shí)間空氣溫度高于30 ℃。

由圖4b可以看出，在供暖季，方案C2的產(chǎn)床單元內(nèi)平均空氣溫度，明顯高于方案C1。在整個(gè)供暖季為2種方案下產(chǎn)床單元內(nèi)平均空氣溫度分別為18.11 ℃（C1）與26.07 ℃（C2）。如圖5b所示，方案C1在供暖季，室內(nèi)空氣溫度全部處于母豬可接受的溫度范圍內(nèi)（16～27 ℃）。方案C2下，室內(nèi)空氣溫度全部處于可接受的溫度范圍內(nèi)（16～27 ℃）的時(shí)間為74.40%，剩余時(shí)間內(nèi)，空氣溫度高于27 ℃?？梢钥闯?，冬季供暖條件下，方案C1的供暖效果相對(duì)較差，環(huán)境溫度僅略微高于母豬要求的溫度范圍的下限，不利于初生仔豬的成活。而在方案C2的運(yùn)行下，空氣溫度明顯提高，為產(chǎn)床單元內(nèi)仔豬提供了較好的環(huán)境條件。

圖4 室內(nèi)空氣溫度對(duì)比 Fig.4 Comparison of indoor air temperature

圖5 室溫統(tǒng)計(jì) Fig.5 Statistics of indoor air temperature

合理的氣流組織是獲得適宜溫度分布的基礎(chǔ)，可促進(jìn)供冷/熱量的有效利用，降低環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的能耗，同時(shí)避免不同產(chǎn)床單元間的交叉感染，3種環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)下室內(nèi)空氣流動(dòng)如圖6所示。

方案C0采用濕簾風(fēng)機(jī)-暖燈系統(tǒng)下（圖6a），室內(nèi)為橫向貫通的置換通風(fēng)。經(jīng)濕簾換熱后的冷風(fēng)主要從上部空間掠過(guò)，在負(fù)壓風(fēng)機(jī)的作用下排出室外。在產(chǎn)床單元內(nèi)的冷空氣流量較小，吹拂過(guò)動(dòng)物之后經(jīng)格柵地板進(jìn)入刮糞溝，在地溝風(fēng)機(jī)的作用下排出室外。此種調(diào)控系統(tǒng)下，冷風(fēng)主要對(duì)產(chǎn)房上方的空氣進(jìn)行冷卻，而對(duì)產(chǎn)床單元內(nèi)空氣的降溫效果不足，使得產(chǎn)床單元內(nèi)的溫度不能達(dá)到合適的范圍。此外，由于冷空氣從濕簾送出后逐一掠過(guò)各個(gè)產(chǎn)床單元，因此，在不同產(chǎn)床單元上方存在部分氣體的混合流動(dòng)，造成產(chǎn)床單元之間空氣的交叉污染，不利于防疫安全。

方案C1以加熱和冷卻空氣為目的的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)下（圖6b），由于橫向貫通風(fēng)與空調(diào)末端的垂直氣流相撞，導(dǎo)致豬舍內(nèi)氣流十分混亂，不同產(chǎn)床單元間存在嚴(yán)重的氣流交叉問(wèn)題，極大增加了產(chǎn)床單元間交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于養(yǎng)殖場(chǎng)換氣次數(shù)較大，從空調(diào)系統(tǒng)末端送出的冷風(fēng)不斷被更新替換掉。一部分氣體在橫向貫通風(fēng)的干擾下，流向豬舍上部空間，另一部分在豬舍下方形成亂流，后經(jīng)格柵地板進(jìn)入刮糞溝，經(jīng)地溝風(fēng)機(jī)排出室外。這說(shuō)明，在此種環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)下，產(chǎn)房?jī)?nèi)不僅存在嚴(yán)重的交叉污染的問(wèn)題，且由于對(duì)上部空間進(jìn)行同步冷卻，造成了極大的能源浪費(fèi)。

由圖6c可以看出，本文提出的C2方案以輻射板為末端結(jié)合局部送風(fēng)的環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)下，豬舍上方空氣流動(dòng)緩慢，室內(nèi)冷空氣集中在產(chǎn)床單元內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了豬舍內(nèi)環(huán)境的分層控制?？照{(diào)系統(tǒng)僅對(duì)下方產(chǎn)床單元內(nèi)空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少了系統(tǒng)能耗。各產(chǎn)床單元具有獨(dú)立的新風(fēng)風(fēng)口，保障了動(dòng)物必需的通風(fēng)量，新風(fēng)流經(jīng)產(chǎn)床單元內(nèi)后從格柵地板進(jìn)入刮糞溝，后由地溝風(fēng)機(jī)排出室外。由于無(wú)橫向貫通風(fēng)的干擾，各產(chǎn)床單元內(nèi)形成從形成了獨(dú)立的上送下排送風(fēng)氣流，不同產(chǎn)床單元的氣流無(wú)相互干擾，可以隔絕不同產(chǎn)床單元間動(dòng)物的交叉感染，控制疾病的傳播。

圖6 3種環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的室內(nèi)空氣流動(dòng)示意圖 Fig.6 Air flow diagrams for different environmental protection system

3.3 采用輻射供能結(jié)合局部送風(fēng)改造經(jīng)濟(jì)性

上述分析可知，采用方案C2，相較于目前常用的方案C0系統(tǒng)運(yùn)行能耗明顯降低。因此以目前常用的C0方案為基礎(chǔ)，計(jì)算C2方案追加投資回收期，計(jì)算公式為

式中? 為追加投資回收期，a；，分別為方案C0與C2的年運(yùn)行費(fèi)用，元；，分別為方案C0與C2的初投資費(fèi)用，元；為基準(zhǔn)折現(xiàn)率，取6%。

C0方案與C2方案單個(gè)產(chǎn)床單元全年環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用分別為338.58和196.26元。C0方案設(shè)備初投資及與改造方案C2方案追加設(shè)備投資見(jiàn)表4。

表4 主要設(shè)備費(fèi)用明細(xì)表 Table 4 The details of main equipment costs

根據(jù)公式（6）計(jì)算C2改造方案追加投資回收期?為5.20 a，取整即5 a。這說(shuō)明，雖然C2改造方案追加設(shè)備費(fèi)用較高，折合單個(gè)產(chǎn)床追加設(shè)備費(fèi)用為1 050元，但改造后系統(tǒng)5 a內(nèi)節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用可將追加設(shè)備投資回收。通常輻射供能系統(tǒng)壽命為20～30 a，遠(yuǎn)高于追加投資回收期，因此，以全壽命周期來(lái)看，采用輻射供能結(jié)合局部送風(fēng)進(jìn)行改造，經(jīng)濟(jì)性較好。

4 結(jié) 論

本研究基于人體熱舒適理論，考慮養(yǎng)殖產(chǎn)房新風(fēng)量大排風(fēng)熱損失多的現(xiàn)狀，提出應(yīng)用輻射供能技術(shù)直接加熱動(dòng)物體表、減少對(duì)豬舍內(nèi)空氣的加熱和冷卻以減少排風(fēng)熱損失的策略。并基于局部環(huán)境個(gè)性化控制的理念，在每個(gè)產(chǎn)床單元布置上送下排的新風(fēng)送風(fēng)裝置，優(yōu)化豬舍內(nèi)氣流組織，使不同產(chǎn)床單元相互隔離，避免疫情發(fā)生時(shí)不同產(chǎn)床單元?jiǎng)游镩g的交叉感染。并結(jié)合工程案例，將本文提出的環(huán)境調(diào)控方案同既有方案進(jìn)行了比較分析，得到如下幾方面的結(jié)論：

1）防疫安全方面，基于氣流組織分析可以看出，方案C2輻射板結(jié)合局部送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，采用分設(shè)與各個(gè)產(chǎn)床單元的上送下排新風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)氣流組織將不同產(chǎn)床單元進(jìn)行相互隔離，可避免病毒細(xì)菌等在不同產(chǎn)床單元間交叉?zhèn)鞑?，降低疫情傳播風(fēng)險(xiǎn)。

2）系統(tǒng)能耗方面，在保障產(chǎn)床單元內(nèi)母豬與仔豬區(qū)域均滿足環(huán)境溫度要求的前提下，采用本文提出的輻射板結(jié)合局部送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗最低，為38.87 kW·h/m；相較于傳統(tǒng)的濕簾風(fēng)機(jī)-暖燈系統(tǒng)，年能耗降低了42.04%，相較于以加熱和冷卻空氣為目的的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，年能耗降低了58.54%。

3）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性方面，以目前豬場(chǎng)常用的濕簾風(fēng)機(jī)-暖燈系統(tǒng)C0為基礎(chǔ)，采用方案C2輻射板結(jié)合局部送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，追加投資回收期約為5 a。

綜上，在江西省的案例研究表明，本研究提出通過(guò)敷設(shè)于養(yǎng)殖產(chǎn)床單元內(nèi)的輻射板和上送下排局部送風(fēng)技術(shù)，可以在確保動(dòng)物體感溫度適宜的同時(shí)減少排風(fēng)熱損失，控制污染物交叉?zhèn)鞑ィ诠?jié)約能源的同時(shí)減小養(yǎng)殖豬舍內(nèi)疫情交叉感染。但是，由于氣候差異和產(chǎn)床單元自身設(shè)計(jì)的差異，在其他氣候區(qū)的有效性有待更多的討論。