保育猪舍冬春季节屋顶通风模式设计

彭英霞 韩 华 刁小南 王浚峰 高继伟

（北京市农业机械研究所/北京京鹏环宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094）

环境控制是集约化猪场生产环节的重点。猪舍夏季通风是在换气的同时去除舍内多余的热量，降低猪舍内温度、减少猪只的热应激，目前国内外猪舍的夏季通风技术较为成熟。冬季猪舍通风是基于猪只最小通风量的要求来为猪舍提供足够的新鲜空气，以达到通风换气的目的，目前国内养猪场对猪舍冬季通风环节重视仍不够。猪舍冬季通风不足就无法排出舍内的氨气、硫化氢、二氧化碳等有害气体，这些气体浓度过高会导致猪呼吸道疾病多发、淘汰率及死亡率升高[1]，同时也给饲养人员造成健康威胁。冬季通风过大，造成猪只冷应激，引发感冒、流行性腹泻等疾病，影响猪只健康和疫病防控，甚至影响仔猪成活率及增重速度、胴体品质等[2]；另外冬季气温低、风力大，通风粗放，无法控制通风强度，猪舍内温度会忽冷忽热，也会使猪群感到不适，而且造成用电浪费和机械损耗。研究表明，冬季舍内通风环境不佳会导致猪只生产性能下降10%～20%，严重影响猪的健康和生产力[3]。

1 通风模式介绍

屋顶通风是近几年丹麦、德国等欧洲国家研究应用较多的一种冬季通风模式。主要是利用冬季屋脊良好的烟囱效应和舍内气流运动特征，辅以机械进排风设备和温度、湿度等环境因子传感和反馈控制系统，实现高效的冬季自动通风。

屋顶通风系统主要由进风系统、排风系统、通风换气闭环控制系统等组成，通过进风和排风风量控制，实现与舍内环境因子传感系统的联动。

2 方案设计

本文主要介绍北京某养殖场保育舍冬春季节屋顶通风系统设计。保育舍尺寸为长29.76 m，宽12 m，猪舍吊顶高度为2.4 m。猪舍共可饲养680头保育猪。冬春季节通风设计为进风小窗＋屋顶排风烟囱组成的上层排风模式。

2.1 冬春季节通风量需求

保育猪冬季最小呼吸量为5 m3/小时·头，春秋季节呼吸量为25 m3/小时·头。从节约成本角度出发，取冬季及春秋季呼吸量的大值设计一套冬春季节通风系统，通过变频控制来满足通风量的需求变化。按冬季最小呼吸量计算，冬季需要通风量为5 m3/小时·头×680头＝3 400 m3/小时；春秋季节所需总通风量为25 m3/小时·头×680头＝17 000 m3/小时。因此按17 000 m3/小时来选择配置通风设备。

图1 “侧墙进风小窗+屋顶排风烟囱”通风模式

表1 不同生长阶段猪群通风率要求

考虑风速对猪体体感温度的影响，冬春季节进风设计风速一般取3 m/秒以下，选取进风设备一般取10 Pa左右的风量。

2.2 进风配置

从通风均匀性及节本降耗角度考虑，选用最经济的进风小窗作为进风设备。出于进风气流分布特征考虑，猪舍宽12 m及以上时，采用舍两侧安装，且进风小窗净间距不宜超过3 m，安装高度1.4 m以上，避免舍内动物触及。常用进风小窗尺寸为655 cm×265 cm，舍内负压10 Pa左右时的通风量为1 320 m3/小时。本方案中，从总通风量角度考虑，需要进风小窗数量为17 000/1 320≈13个；从通风均匀、间距3 m设置考虑，需要进风小窗数量为单侧8个×2＝16个；因此，选择双侧各布置8个，共配置进风小窗16个，全开时通风量为16×1 320＝21 120 m3/小时。冬季需控制进风小窗开启角度为3 400/21 120＝16.1%，春秋季节需控制进风小窗开启角度为17 000/21 120＝80.5%，由拉杆电机根据通风量需求来操作控制进风小窗开启角度。

图3 进风小窗开启角度示意 [4]

2.3 排风配置

由上述计算可知，通风设备选择时设计通风量取值为17 000 m3/小时。采用屋顶烟囱排风系统，IF63屋顶风机负压15 Pa对应风量为12 000 m3/小时，因此需选用两台IF63屋顶风机，均布布置。冬季需变频控制风机转速，冬季控制风机转速开启3 400/（12 000×2）＝14.2%，春秋季节控制转速开启17 000/（12 000×2）＝70.8%。屋顶排风风机排风口设置距离地面2.2～2.4 m，通风时避免直吹猪只身体；在断电情况下，可以利用“烟囱效应”实现紧急情况下的通风换气。

该屋顶排风风机内部由三部分组成：变速风机、空气阀门、风量控制仪；与其他屋顶抽风风机不同，主要在后两部分，空气阀门采用的多叶片打开方式，出风更为精确，如果是单板式的阀门会造成开启角度比较小，实际是没有通风量的。

2.4 通风换气控制系统

在通风换气控制技术中，通过引入环境因子感知反馈技术、送排风可持续调节技术、应急控制装置等可实现通风系统的闭环控制，有效提高系统运行效率，减少操作难度，降低运行能耗。冬季环境控制器调节变频排风风机以大约14%的转速运行，春秋季节以70%转速运行，以满足猪只不同季节的呼吸量要求。猪舍可以配有断电滑落装置，当停电时系统会自动控制通风小窗、同时依靠排风烟囱自然通风效应，保证猪的正常呼吸活动需求。环境控制设计时，也会将夏季环境控制要求设计进去，如猪舍呼吸量加大时，环境控制器会控制夏季通风变速风机增大风量，当天气再变热时会开启湿帘和更多风机等。

3 方案亮点

⑴精准通风：通过控制进风小窗角度，满足冬春不同季节进风量要求，实现猪舍的按需通风。同时，烟囱变频排风风机通过按需控制转速，实现精准控制通风量。

⑵通风不降温：通风小窗导风板设计，结合了按需开启角度，可使进来的冷空气先与舍内顶部热空气混合后，再通过空气旋流吹到猪只活动范围内，避免冷风直吹猪体、造成冷应激。同时，控制系统，根据设定的温度要求，可以进行通风闭环控制，实现通风不降温。

⑶节能显著：如方案设计所提到的，冬春季节通风方案中主要体现了两个节能措施：

①进风小窗通过角度控制按需通风，可实现节能。开启所需通风角度，满足猪只呼吸量要求，避免大截面通风造成舍内温度骤降，提高猪只舒适度的同时，也能减少冬季猪舍采暖费用。

②排风系统变频控制节能。按需精准控制排风通风量的同时，节能效果显著。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为[5]：

式中e为电量，单位千瓦·小时；n为额定转速，单位转/分钟；n’为实际转速，单位转/分钟；P为额定转速时电机功率，单位千瓦；t为工作时间，单位小时。

由公式可以算出，春秋季节变频控制排风系统比常规风机节能约65%。

⑷紧急通风：紧急情况断电时，除了通风小窗角度开启状态不变外，屋顶烟囱排风系统也可实现自然通风。冬春季节，舍内外温差大，舍内空气比舍外轻，“烟囱效应”自然通风效果更好[6]。在猪舍突然断电的情况下，空气阀门会自动打开，此时靠烟囱的自吸力，能保证猪舍内不至于无法换气，导致猪只的死亡。

4 结论

本方案设计，应用了进风小窗、烟囱排风、精准控制通风系统，在实现精准通风的同时，还可以做到冬春季节通风不降温、节能，并能实现紧急情况下的通风，应用效果显著，是目前猪舍冬春季节通风方案中较为先进的模式，值得推广应用。

[1]李继仁,杜祥培.冬季保育猪舍不可忽视通风 [J].养殖与饲料,2012(4):32-34.

[2]乔岩瑞.冷应激对猪生产性能的影响 [J].养猪,2004(6):25-27.

[3]安佑技术中心.冬日猪舍换气的理论与实际探讨[J].猪业科学,2006,23(11):62-63.

[4]彭英霞,贾龙,韩华,等.现代化猪场冬季通风模式介绍[J].黑龙江畜牧兽医,2016(16):76-78,286-287.

[5]张子军,钟伟雄.猪舍环境控制中变频器的应用 [J].现代农业装备,2009(7):55-58.

[6]冉旭.刍议烟囱效应在自然通风设计中的应用 [J].建筑·建材·装饰,2012(12):248.