垂直置換通風技術在豬舍中的應用

崔光潤，訾春波

（天津三友奧特豐機電設備有限公司，天津 300385）

垂直置換通風技術在豬舍中的應用

崔光潤，訾春波

（天津三友奧特豐機電設備有限公司，天津 300385）

0　引言

隨著養豬現代化水平的提高，對豬舍內環境的要求也越來越高，通風系統是豬舍環境中一個非常重要的組成部分，在這個領域內國內外的技術人員也一直在進行不斷地探索和研究。

垂直置換通風技術是近幾年應用于豬舍通風的一項新技術，歐洲的荷蘭和丹麥最早開始應用，亞洲的韓國也與歐洲合作建造了幾乎同樣模式的豬舍，因其兼有垂直通風和置換通風的獨特優勢，引起業內人士的廣泛關注，在今后也將是豬舍通風技術的一個發展方向。

1　垂直置換通風技術的原理

垂直置換通風技術也叫做源通風系統，既不等同于普通置換通風的替代原理，也不是普通對流方式的垂直通風，而是基于房間內存在熱源而引發的自然空氣對流；以氣流無脈沖涌動、空氣自熱源由下向上、空氣流速極低以及空氣溫度逐漸分層為標志。

新鮮的空氣從豬舍地面的出風口以低速流出（不大于0.3 m/s），因與室內溫度有2～3 ℃的溫差，而較涼的空氣密度大，就下沉到地表面，再沿著地面鋪散開來，在地面上形成一層較薄的由新鮮空氣形成的“空氣湖”，因豬體本身就是一個熱源，在熱源的作用下熱源周圍形成浮力尾流，帶走熱量，也將污濁的空氣從豬的生活空間帶到室內上方，由設在頂部的排風口排出。這樣由于熱氣流上升過程中的“卷吸”作用和后續新鮮空氣的“推動”作用以及排風口的“抽吸”作用，新鮮的空氣層不斷地向上推動舊空氣層，同時將豬體產生的熱量和污濁氣體擠壓到室內頂部，因此新鮮的空氣首先經過豬的生活空間（小于1 m），這樣就可以保證豬群處于一個相對清潔的空氣環境中，從而有效地提高了豬活動空間的空氣質量，同時由于送風速度極小且送風紊流度低，豬活動空間內的風速基本小于0.15 m/s，因而沒有吹風感，豬體感覺會更加舒適。

2　垂直置換通風與其他豬舍通風方式的區別

豬舍的通風換氣方式在理論上都可以歸納為混合通風和置換通風兩類通風方式。混合通風也稱為稀釋通風，新鮮的空氣經過進氣口進入到豬舍內，與原來舍內的污濁空氣混合（也可以看作舍內的污濁氣體不斷地被進入的新鮮空氣稀釋的過程），再由排氣口排除室外，豬舍內的冬季和春秋季節的橫向通風通常采用的是這種通風方式。而在夏季時，豬舍通常會采用縱向通風，即空氣從一面山墻的進氣口進入，再由安裝在另一面山墻的風機排除，風速一般設計在1.5 m/s以上，我們也把這種通風稱為隧道通風，這種通風方式即稱為水平置換通風，因為這種進氣氣流組織是通過不斷涌進的新鮮空氣形成如一面墻式的空氣活塞將舍內舊空氣推出舍外的過程。

另外豬舍還有一種叫做垂直通風的通風方式，這種方式一般分為3類，一類是上進風，下排風；另一類是上進風，上排風，還有一類是側進風，上排風。第一類通風方式的代表如美國的Airworks通風。第二類國內較為少見，在國外尤其是歐洲應用的較多；而第三種也是歐洲的應用比較多，后兩類因為必須采用煙筒風機，所以也習慣稱作煙筒通風。

圖1　豬場垂直置換通風原理

圖2　橫向通風

圖3　縱向隧道式通風

圖4　Airworks通風模式

圖5　Cooper彌散通風

圖6　上進風、上排風的豬舍

圖7　側進風、上排風的豬舍

圖8　側進風、上排風的雞舍

這幾種通風方式雖然也稱作垂直通風，但因為氣流組織中都有新鮮空氣與舍內舊空氣混合后再到達豬活動空間的過程，因此都屬于混合通風的類別，或者我們稱之為垂直混合通風。

通過以上對比可以看出混合通風以稀釋原理為基礎，垂直置換通風以浮力控制為動力；混合通風是氣流流動的動量源，由此而產生卷吸周圍空氣的射流，而垂直置換通風的送風即是動量源，也是浮力源，垂直置換通風通常比混合通風節省20%以上的能源消耗；從目標和結果看，垂直置換通風是在活動區建立一個新鮮空氣環境，是以活動空間為本的，而混合通風建立的是整個室內空間形成一個近似于排風的空氣環境，是以整個空間為目標的。

3　垂直置換通風的實際使用效果

垂直置換通風在20世紀70年代的瑞典最先發明，最早應用于工業廠房內的空氣處理，在20世紀90年代這一成果經過不斷改進完善趨于成熟，后來逐步在民用建筑里大量使用，如運動館、劇院、大型寫字樓等，北歐的一些國家50%的工業通風系統、25%的辦公通風系統采用了垂直置換通風系統，在國內廣州新體育館（見圖9）、上海大劇院觀眾廳座椅下送風系統是垂直置換通風系統在公共建筑中的典型應用。但這項技術應用于豬舍建筑領域的時間還不很長，2009年韓國海南郡星津種豬場從荷蘭引進這項技術建成豬舍，使用效果良好，但目前沒有見到相關的實驗數據，在中國國內這項技術應用于豬舍建筑中還是空白。

圖9　廣州新體育館垂直置換通風設計

現在借鑒國外垂直置換通風實驗的一個結果（見圖10），說明置換通風的實際運用，圖中的曲線D是垂直置換通風曲線，曲線M是混合通風曲線，相對濃度以被測房間內的平均濃度為準。

圖10　國外垂直置換通風案例

在圖10-a中可見曲線D垂直置換通風房間內的溫度從低到高明顯的有溫度梯度，越往上溫度越高，地表面到1.1 m的空間內（豬實際的活動空間內）溫度偏差約為2 ℃。混合通風曲線M的進風口的溫度較低，出口空氣與周圍空氣混合后溫度迅速上升，并在垂直方向上溫度幾乎相同，即溫度梯度很小。

在圖10-b中可見垂直置換通風出風口的風速約為0.25 m/s，在0.5 m以下的范圍內，風速均低于0.8 m/s，而混合通風曲線M整體風速都要大于垂直置換通風。圖10-c是污染物濃度分布曲線，可看出與溫度分布梯度曲線相似，垂直置換通風曲線D表示從地面到上方的高度越高濃度也越高，而且1.1 m以下的濃度遠低于上部的濃度。在同等通風量情況下的混合通風曲線M表示，除了進口處濃度較低外，其余部分全處于高濃度的范圍；可見1.1 m以下豬的活動空間內，如采用垂直置換通風，其優越性遠高于混合通風。

表1　幾種通風方式的比較

4　在豬舍設計垂直置換通風的技術要點

雖然垂直置換通風的優點非常突出，但實際應用豬舍建筑中的實例還是太少，可以借鑒的數據也非常有限，但借鑒民用建筑的相關資料，以下幾點是可以參考的。

1）房間高度不小于2.5 m；2）送風速度：不大于0.3 m/s；3）送風溫度：低于設定室溫2～3 ℃，需要在新鮮空氣進入到進氣口之前進行預處理，豬舍建造實例中通常會和地下熱交換技術一起結合應用；4）房間的隔熱系數（保溫性能好），可等同于《公共建筑節能設計標準》（GB 50189-2005）的標準；5）排風設備需要保證排風量的恒定，減少外界因素引起的通風量的變化，國外通常采用一種叫做測量風機的設備；6）送風量的確定。垂直置換通風是一套精準的通風系統，尤其是應用到豬舍建筑中，通風量的確定是關鍵的步驟，從斷奶仔豬到育肥出欄這個階段，豬體的體重每天都在發生變化，通風量也是一個變化的量。因為這種通風技術來源于歐洲，因此歐洲的豬舍通風量標準是一個基本的參考數據。

略

2016-05-31）