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高岩|基于当地气候选择猪舍环控方案(更正)

作者:高岩来源: 猪舍控时间:2017-12-06 08:26点击:

1  纬度不是好指标

笔者参与过黑龙江哈尔滨附近的一个母猪场的设计,在猪舍环控方案讨论阶段有人提出哈尔滨同欧洲一些国家纬度接近,可以按照欧洲的通风设计模式和设备配置方案。纬度是选择环控方案的好指标吗?答案是否定的,通过对比哈尔滨地区和法国布雷斯特地区的气候可以看出:图1是哈尔滨标准气象年气温的3D分布图,可以看出哈尔滨全年温度波动幅度很大,从﹣28.7℃~32.8℃,而相对哈尔滨纬度更靠北的法国布雷斯特温度波动只在﹣4℃~29℃。

图1  哈尔滨标准气象年气温3D分布图(北纬45.78°)

图2  法国布雷斯特气温3D分布图(北纬48.45°)

其实只要了解基本的地理知识,我们就可以知道相近纬度区域的可能属于完全不同的气候类型。欧洲养猪集中区域很多属于温带海洋性气候,气温波动很小,没有极热、极寒天气,同我国东北大部分区域存在较大差异,所以具体猪舍环控方案的选择一定要基于我们当地的气候条件,不能盲目套用所谓发达国家的成熟方案。

2  猪舍是否用湿帘

在猪舍湿帘使用方面,美国艾奥瓦州立大学的Steven Hoff教授给出了他的判断方法,图3是美国不同区域的气温指标,三个温度数据由上到下分别是频率1%的低温,频率1%的高温,对应频率1%高温的湿球温度。湿球温度可以理解为通过蒸发降温使空气湿度达到100%时可以降到的最低气温。

判断是否使用湿帘可以基于频率1%的高温和对应频率1%高温的湿球温度两个指标做出判断。以美国中西部地区为例,频率1%的高温为33℃,对应的湿球温度是23℃。通过蒸发降温的最大幅度为10℃,考虑湿帘的蒸发效率,如果湿帘的蒸发效率为70%,则猪舍使用湿帘后蒸发降温最大可降7℃,因此通过湿帘后猪舍可降温至26℃。Steven Hoff教授认为最大降温幅度超过10℃即比较适宜使用湿帘。中西部的情况仅仅依靠湿帘降温还无法达到某些阶段猪只的理想温度需求,还需要考虑配套风速降温。

图3  美国不同地区温度数据

图4  美国不同区域蒸发降温的幅度

国内各地方频率1%的高温和对应频率1%高温的湿球温度这两个指标相对较难获取,我们可以通过空调室外干球计算温度和空调室外湿球计算温度还做简单判断,我国夏季空调室外计算干、湿球温度分别采用历年平均不保证50小时的干、湿球温度,两个指标没有对应关系,但可以简单做初步判断。

哈尔滨夏季空调室外计算干、湿球温度分别为30.3℃和23.4℃,湿帘蒸发降温大体在5℃左右,可降温至约25℃,夏季设置湿帘基本可以满足大部分情况的降温需求。

武汉夏季空调室外计算干、湿球温度分别为35.2℃和28.2℃,湿帘蒸发降温也在5℃左右,可降温至约30℃,夏季设置湿帘还需配套风速降温或喷淋滴水降温的方式。

3  严寒区域应关注通风

猪舍环境控制系统应为猪的活动区域提供适宜的温度、湿度,并降低有害气体浓度。不同环境条件下通过通风要同时满足这些要求,实现温度、湿度和有害气体的平衡。通风指标具体同下面几点有关:

⑴猪舍维护结构的保温隔热性能;

⑵猪舍内温度、湿度和有害气体产生量的平衡;

⑶猪舍舍内环境指标:设定温度、相对湿度、有害气体浓度;

⑷猪舍舍外环境指标:温度、相对湿度、有害气体浓度。

猪舍通风量随着这些条件的不同各有不同,但整体遵循图5所示的规律。室外温度较低时,通风量是由有害气体平衡和湿度平衡确定的,当室外温度低于Td(需加热温度)时,舍内提供辅助加热是必须的。

图5 猪舍通风量示意图

在寒冷地区,为了满足猪舍内湿度和有害气体浓度的要求,即便在室外零下30℃以下的环境下仍然需要通风,寒冷地区通风的有效性和围护结构的保温性能很大程度上决定了能耗水平,通风的有效性还决定了舍内环境的质量。例如某项目妊娠舍供暖设计温度-24℃,妊娠舍设定温度16℃,存栏2 780头母猪。按照较高围护结构保温水平,吊顶R30,墙体R20通过围护结构散失热量65 KW左右。如果围护结构保温水平较差,按照吊顶传热系数0.5 W/m2.K(瓦/(平方米·度)),墙体传热系数1.5 w/m2.K试算,通过围护结构散失热量200 KW左右。做好围护保温可以大大减少能耗。

如果冬季进风气流模式不好,舍内空气质量较差,我们需要每头母猪34 m3/小时的通风量来维持舍内空气质量,通风热损失达到 34m3/h×2780头x1.29kg/m3x1.0kJ/(kg.℃)×40℃÷3600s/h=1355kw,而如果我们通过通风模式的调整和舍内环境的改善可以将头均母猪通风量降低至25 m3/h,通风热损失则只需要25m3/h×2780头x1.29kg/m3x1.0kJ/(kg.℃)×40℃÷3600s/h=996kw。通过冬季进风的良好控制同样可以大幅减少能耗。

对于寒冷地区我们关注围护结构保温的同时,更应该关注通风系统的配置和调控,这对节能和保证舍内空气质量有重要意义,做好了通风也就做好了保温。

4  结语

目前国内绝大部分猪舍项目,环控方案没有基于当地气候条件进行计算和设备选配,方案套用情况普遍存在,这不可避免会带来投资或运行费用的浪费,甚至影响生产成绩。本文提出一些思路和想法供大家讨论,希望后续有更多专业人员参与完善国内的猪舍环控设计。例如根据我国的不同地区的气候特点制定气候分区,提出不同气候分区内猪舍围护结构的保温标准和通风模式的适用范围将大大方便猪场的设计工作。国内猪舍环控发展尚不成熟,还有很多工作需要我们完善。


责任编辑:宋美丽  

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