EC風機對豬場降本增效的意義

辛順進

（青島得八兄弟機械有限公司，山東 青島 266043）

隨著經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，伴隨著全球能源危機和地球環(huán)境惡化的趨勢下，我國對于節(jié)能的觀念越來越重視。就我國養(yǎng)豬行業(yè)而言，同樣也存在糧食緊缺的問題。特別是當前一段時間，豬價低于成本線，飼料價格不斷走高。在這種價格倒掛的形勢下，使得幾乎所有養(yǎng)豬企業(yè)都處于“失血”的艱難時刻，很多養(yǎng)豬企業(yè)在資金無著落的情況下，灑淚退出。那么就養(yǎng)豬行業(yè)的降本增效來看，可否通過風機的創(chuàng)新來進行降本增效呢？

答案是肯定的。在20世紀70年代初期便出現了電子整流電機，從此便應用到世界多數風機領域。在國內EC風機技術多應用于工業(yè)及大型建筑通風設備，國內的養(yǎng)殖企業(yè)采用的環(huán)境控制方式都是通過異步電機的風機進行環(huán)控通風。夏天舍內的豬的體溫主要通過風的對流實現體溫的降低，傳統(tǒng)風機通風量在增加和減少時，沒有平滑的過渡過程，風量是跳躍式的增加和降低，容易導致豬的應激反應。而EC風機基于非常簡單的轉速調節(jié)方式，風機轉速可以從幾百轉到幾千轉連續(xù)變化，為實現養(yǎng)殖舍內風量的平滑增加或降低提供了可能性。用 EC風機作為養(yǎng)豬舍的通風風機，可以達到理想的環(huán)控通風高度，這是傳統(tǒng)風機不能企及的，尤其是在能耗方面。檢測數據顯示，用EC風機比用普通風機，在電費方面可以節(jié)省50%～70%。

對于規(guī)模化、高效化的現代養(yǎng)豬業(yè)來說，養(yǎng)豬舍的環(huán)境對舍內飼養(yǎng)的豬只影響極大。在舒適環(huán)境下飼養(yǎng)的豬只可以健康、快速地成長。相反在環(huán)境相對差的條件下，例如 CO2濃度和 NH3濃度過高、舍內濕度過大、溫度過高或者過低等都極易造成養(yǎng)殖的豬只進食量減少、生病，甚至死亡，由此帶來極大的經濟損失。根據國家標準 GB/T 17824.3-2008《規(guī)模豬場環(huán)境參數及環(huán)境管理》，豬舍內的空氣溫度和空氣的相對濕度必須在舒適范圍內，如表1所示，超出舒適范圍，養(yǎng)豬舍內的豬就會處于比較危險的狀態(tài)。

表1 豬舍內空氣溫度和相對濕度

1 EC風機工作原理及特點

EC風機是指采用數字化無刷直流技術、外轉子電機并配合后傾式風機，相比于傳統(tǒng) AC 風機其效率提升了約 30%。外轉子電機的運行方式使其設計緊湊且美觀，減少傳動損失，冷卻效果極佳并且無需附加皮帶或其他設備聯動。EC風機特點：

1）電機傳動損耗小，效率高且振動小、噪聲低。EC風機的電機用了永磁體勵磁，消除了感應電機勵磁電流產生的損耗；同時永磁無刷直流電動機工作于同步運行方式，消除了感應電機轉子鐵心的轉頻損耗。這兩方面使永磁無刷直流電機的運行效率遠高于感應電機，小容量 EC 電機的效率提高更加明顯。

2）調速性能好、控制簡單，整體結構安裝簡單，使用壽命長且后期維護成本低。與傳統(tǒng)感應電機的變頻調速相比，EC風機的電機調速控制簡單，而且調速性能更好。第一，由于使用永磁材料的原因，使電機的力矩常數及功率密度等大大提高。通過合理設計又能使轉動慣量、機械及電氣時間常數等參數降低；第二，由于電機永磁磁路設計完善及永磁材料矯頑力高，因而永磁電機的抗電樞反應及抗去磁的能力加強，電機的控制參量隨外部擾動影響小；第三，由于電機的勵磁被永磁體取代，取消了勵磁繞組及勵磁磁場，因而減少了勵磁磁通、繞組電感、繞組電流等參數，從而減少了不必要的可控變量或參量。

3）風機具有高智能、高節(jié)能特點。EC風機和傳統(tǒng)異步電機風機電流的峰值相等情況下，統(tǒng)計數據表明 EC 風機功率輸出要比傳統(tǒng)異步風機高出30%，也就是說EC風機可以比傳統(tǒng)異步風機電流節(jié)能30%。方便調整風機頻率，調速時交流電機效率明顯降低而直流電機效率保持不變，可就地控制也可遠程聯網。

4）通風均勻性好，溫變控制精度高。EC風機因為是無級變速，可以實現風量的均勻變化，AC風機一般只有開關控制，只能利用開機/關機時間來保證有限意義的溫度均一。豬舍的溫控變化建議控制在±1℃，EC風機可以通過微提速或者降速保證均勻溫變，滿足精準控溫要求。AC只能通過開/關若干時間來實現，可能出現實際溫度在合理溫度值附近高高低低來回變化的狀態(tài)，當溫變超過±5℃時，豬群就會受到較大影響。

EC風機的核心是ECM電機，該電機全稱是ECM恒轉矩電機，是指具有集成驅動器和控制裝置的低功率無刷直流電機，通常用于熱通風與空氣調節(jié)應用，可區(qū)分為永磁體，帶獨立驅動和控制的無刷直流電機以及集成了驅動器和控制器的電機，是一款具有恒轉矩輸出的永磁無刷電機。ECM電機采用了安全系數高、可靠性高的系統(tǒng)設計，電機效率高，噪聲低，變頻節(jié)能、恒轉速、恒風量、恒轉矩等特點（圖1）。

圖1 ECM電機特點

2 國內外EC風機的應用情況

2.1 國外EC風機在養(yǎng)殖舍應用情況

Munter公司作為全球的環(huán)控方案供應商，已經在國外的養(yǎng)殖舍中大量使用 EC風機。美國史密斯菲德食品公司、西班牙的Grup Batalle公司及美國Grup Batalle公司等都在大量使用EC風機。Munter研發(fā)的外轉子EC風機，噪聲低、轉速可控、低轉速風量柔和，在國外已經大批量使用。

2.2 國內EC風機在養(yǎng)殖舍應用情況

在國內養(yǎng)殖舍風機使用中，目前還相對比較少，由于產品價格原因，EC風機沒有在國內大規(guī)模的推廣使用。但是隨著國家對節(jié)能減排方面的倡導和養(yǎng)豬人對降本增效的日加重視，國內已有不少的豬場選擇在養(yǎng)殖舍內安裝使用EC風機，比如安徽安泰等。

圖2 EC風機實際應用場景

3 試驗測試分析

為驗證測試EC風機的降本增效，設置表2對照組進行測試：

表2 風機測試對照表

測試結果如表3所示。

表3 風機測試對照表

結論：在風量、負壓、負載在相同，EC風機與AC風機在風量相同情況下，EC風機比AC風機輸入功率降低409 W，每小時節(jié)電約0.4度（kW·h），整體降低約28%的能耗。

同時，對EC風機50%和100%轉速段，0Pa環(huán)境下進行能耗測試，得到結果如表4。

表4 EC風機50%和100%轉速測試對照

結論：

EC電機功耗有以下理論公式

p2/p1=（q2/q1）×（h2/h1）=（n2/n1）3，其中q:流量；n:轉速；n:揚程；p:功率（轉速與頻率n=60f/p，f:頻率 p:極對數）。

額定轉速下降到50%，n2=0.5n，p2=0.53=0.125p，當 轉 速下降到50%，所需要的功率為原來的12.5%，受功率因數、環(huán)境變化等其他因素影響，實際值與理論值存在差異，所以實際功率為15%～25%左右，與測試數據相符。

4 小結

EC風機較現有普通AC風機而言具有運行效率高、節(jié)能、調速性能好、控制簡單等諸多優(yōu)點，通過試驗測試案例分析可知，EC風機具有節(jié)能效果明顯的特點，長期運行不但能節(jié)約可觀的電費，而且能減少維護管理等隱性成本，增加運維的便利性。EC風機作為一種高效節(jié)能風機技術，隨著生豬養(yǎng)殖的精細化環(huán)控通風需求的提高及國家節(jié)能環(huán)保、低碳化措施的進一步推行，將成為生豬養(yǎng)殖舍風機發(fā)展的主要趨勢。在進一步推廣EC風機在養(yǎng)殖舍使用過程中，還需要同時考慮養(yǎng)殖舍環(huán)控器的匹配性、環(huán)控通風的精細化設計、通風的均勻性及飼養(yǎng)員培訓等關鍵問題。