“国药动保”推荐阅读【主题策划】楼房通风设计初探
点击量:0时间:2020-07-23来源:猪业科学

原创 訾春波 猪业科学 昨天



 

摘要

  近年来,随着养猪效益的提高,以及土地的限制,许多新养殖场开始采用楼房猪舍模式。文章对猪舍建筑通风设计的几个方面进行了分析和探讨。

关键词

猪舍;通风系统;能耗;除臭排气





 

  近年来,随着养猪效益的提高和土地受到制约的因素,很多新建猪场都开始采用楼房猪舍模式。楼房猪舍虽然已出现多年,但大规模使用还处于起步阶段,对楼房养猪模式目前还存在褒贬不一的观点,但无论平层猪舍还是楼房猪舍,通风设计对保证猪舍的空气质量和温度舒适度等方面具有非常重要的意义。文章就楼房猪舍的通风设计的几个方面加以分析和探讨。

 

1  楼房猪舍的选址和布局问题

  一个养殖项目设立之初,首先需要考虑的就是选址问题。一是为了生物安全的需要,二是为了减少养殖环节对外部环境造成的污染,还有一个重要之处是要营造一个适合猪只健康生长的小生态环境。土地资源紧张的南方地区,楼房猪舍多数建造在山区。在平坦地带,场地空气流动环境主要取决于周围建筑的分布,地形影响较小,然而,在坡地或山地就要考虑地形对气流和温度造成的影响。一般来说,迎风坡面风速较高,在山脊处风速最大,背风面较小。丘陵或山谷地区,污染物很容易聚集在低洼地区无法散开,从而对附近的地区产生污染。若污染物顺着山谷平行移动,则造成山谷的下风向区域污染愈加严重。地形对污染的影响还在于由于地形的热力作用,局部地区发生通过改变近地面气温与风的分布规律而形成的局地风。因此,猪场一般不要建在坡底、谷底以及风口地带,特别是山形凹进去的山坳里,在这种地域容易形成空气涡流,造成污浊气体长时间滞留,且冬季潮湿、阴冷,夏季闷热,傍晚场内臭气重。要想利用自然通风,猪场应该处于气流经过的通道上,一般向阳坡和迎风坡更容易获得热压和风压通风。图1所示为山地影响主导风示意图。


 

  相对于平层猪舍,楼房受风面要大的很多,所以,楼房猪舍的群体布局应考虑主导风向和建筑风影区。所谓风影就是建筑背风处所形成的空气涡旋区,处于该区中的建筑通风换气的效果要差。风影区面积与建筑形体有关,一般来说,建筑物越高,迎风长度越大,背面的风影区就越大,对其后建筑的通风越不利。一般建议楼房猪舍要与夏季主导风向成锐角关系(30°~60°),可减少对下风向建筑的影响,用地比较经济。图2所示为风向入射角。考虑到养殖工艺的原因,楼房猪舍会采用联体结构,即两栋楼之间的距离很近,用连廊(一般是转猪通道)连接起来。两栋楼之间的楼间距过近及与主风向平行时,就会形成“狭管效应”,如图3所示。在高层建筑近地面的转角处,容易形成不舒适的高速风,一些楼间窄地的瞬间风力就可能大大超过七级。所以,在连栋楼房猪舍中,应避免将建筑入口和人员通道放置在高速风的通道上。

2  楼房猪舍通风模式和通风量

  楼房猪舍的通风设计和平层猪舍的通风设计没有太大区别,设计思路也是统一的,首先要选择适宜的通风方式,然后根据通风方式选择适宜的通风量。因为楼房结构的限制,楼房猪舍的通风模式选择性比较小,目前通常选用的是传统的横向纵向通风方式和新式的置换通风方式。

 

  横向纵向通风模式是比较传统的水平通风模式,在平层猪舍里应用最多,技术简单却十分成熟。冬季采用变速的横向风机,由吊顶进气窗进新风;春秋过渡季节采用过渡通风,吊顶进风,纵向风机排风;到了夏季,水帘开始运行,开启纵向进风口,形成隧道通风,通过风速降低猪的体感温度。这种通风模式在新建楼房养猪项目中应用最多,无论使用者还是设计人员已经掌握规律,一般不会出现大的问题。这种通风模式的缺点是需要风机的安装数量多、冬夏通风量变化大、通风级别多,通风曲线在夏季波动太大等等,更多地需要人为地干预调整以满足气候的不同要求。同时在某些南方地区,夏季湿度大时,风机水帘这种降温模式的效果不理想。

 

  楼房集中通风方式是一种猪舍通风模式的创新应用。这种模式基于欧洲的平层猪舍的集中置换通风模式,将一大栋猪舍内部分成若干个小单元,每个单元的排风集中在一个中央风道内,再通过中央集中风道排出舍外,这种模式最近几年在欧洲比较常见,但在国内的应用还是很少,尤其是把这种模式应用于楼房养猪确实是猪场设计者的一个突破。集中通风猪舍内的每个单元采用的是置换通风原理,进气点位于地面,通过控制进气量和进气温度使气流先平铺于地板,形成新风池,再通过吸收猪体产生的热量向上运动,到达天花板,再由天花板的排气口排入到中央风道,见图4。


 

  不同于传统混合通风的紊流状态的气流组织,置换通风是一种稳定的层流状态,气流速度低、新鲜空气先经过猪体、舒适度高。同时置换通风还具有通风量小、能耗低、噪音低等优点,特别适用于设计前端空气净化和尾端排气净化(除臭)的猪舍。集中通风置换模式应用于楼房的难点是需要做复杂而精密的设计工作,不同于传统通风模式的每个单元的通风系统是相互独立的,集中通风模式的一栋楼(或一条中央风道)的所有单元的通风是一套系统,一是楼房猪舍的单元多,每个单元的排风量都需要通过排气阀的精确控制来调节排气量,通风量的确定不止关联舍内的温湿度,还与进气流速关系密切,这些通过人工控制实现难度很大,通常由环控电脑来完成控制,甚至一般的环控电脑还不具备这项功能。二是置换通风需要对进气的温度进行调节,根据置换通风的运行条件,进气温度和舍内单元里的环境温度相比,应有低于2~3℃的区间,低于或高于这个区间都会破坏置换通风的稳定状态。因此,在全国大部分地区应用时进气的气流冬季需要补温、夏季需要降温,从而增加通风以外的能源消耗。

 

  由于传统通风模式和置换通风模式的原理上的大相径庭,反映在通风量上的区别也很大,表1和表2是两种模式的通风量参考数值。表1和表2的通风量是参考指标,实际设计中需要根据不同的气候条件、猪舍规格、地面结构、保温隔热系数等做出相应的调节,差异主要还是最小通风量和最大通风量的取值。通常根据舍内湿度指标来确定设计最小通风量(因为冬季通风主要目的之一是换气祛湿),用最小的风量来保持猪舍内部合理的湿度(避免结露),同时避免舍内热量温度的大幅度流失。除去和猪的因素有关外,湿度的平衡主要和猪舍的地面情况(实体地面、全漏缝和半漏缝)及外界空气的湿度(含湿量)和舍内外温差有关。因此,实体地面的冬季最小通风量要大于全漏缝和半漏缝的,南方湿度较大的地区的冬季最小通风量要大于北方气候干燥的地区。确定了最小通风量的范围,再根据通风风量来考核猪舍的通风热平衡状态;通过计算,如果产热量大于散热量,那么可以再加大最小通风量的数值。从原理上,冬季通风量越大,舍内的空气质量就会越好;但假如产热量低于散热量,那么就要根据差异量选取加温设备。这个计算稍微有些复杂,但好在传统的通风模式并不需要计算得那么精确。通风设备实际运行中,可通过先进的环境控制电脑和可调速范围较大的风机来解决偏差问题,但环境控制电脑必须要配有湿度和温度两种感应器。


 

  夏季最大通风量的选取则是由猪舍温度指标和猪的体感温湿度指标来决定的,而和这两个指标相关的主要是外面的气候条件(温度和湿度)及猪舍的密封隔热性能。传统通风模式中,夏季的降温选择的都是水帘降温模式,如果最热情况下,外界环境的热空气通过水帘的蒸发降温后能达到猪的舒适度区间(比如大猪是25℃),那么通风量只需要保证猪舍的前后温差在2~3℃即可;但如果进气流温度达不到舒适度区间,那么就要通过提高风速来实现猪体感温度的降低。实际证明,通过风速对降低大猪的体感温度的范围基本在2~3℃的区间,因此再高的风速也起不到更加有效的作用。目前,纵向通风最大风速的设计大都低于2m/s的风速。相对于平层猪舍来说,楼房猪舍与外界接触的受热面积要小得多,这主要是楼房猪舍不用考虑来自天花板方向的热量,同时猪舍的密封程度也相对提高,因此,在楼房的通风量设计中,风速指标可以低于平层猪舍。

 

3  楼房猪舍通风设计的细节

  楼房猪舍通风设计相对于平层猪舍难点之一是冬季进风口的设计。在平层猪舍中,目前通常的设计是采用吊顶进风口,利用宽敞的吊顶空间作为风道,通过檐下进风口与外界联通,这样做的目的是为了保证冬季进新风的均匀性,同时吊顶的巨大空间可以充分提供过渡通风状态的气流量。但楼房猪舍由于层高的限制,同时因为下层猪舍的天花板空间是上层猪舍的粪池空间,加之楼层结构的主梁、次梁的交错,很难规范出一个完整的、宽敞的吊顶空间。因此前些年的设计基本是不吊顶的,吊顶进风口更是无从说起。冬季通风的均匀度很差,局部死角较多。

   进气口对舍内空间空气质量的影响远大于排风口(风机)。在如今的大宽度大进深的楼房猪舍,必须科学地对进风口进行设计布局。如图5设计实例中就最大化利用了粪池边的空余空间,封闭起来用作进风的风道,风道下面预制出孔洞用于安装吊顶进风口。

 

  楼房猪舍通风相对于平层猪舍,排气净化除臭设备的设计尤为重要。由于楼房高度的原因,猪舍内废气中包含着的气溶胶成分通过风机排出后将形成气溶胶团,使得猪舍臭气的扩散面更大更远。目前。养殖场面临的巨大问题就是臭气对居民的污染,据环保部门统计,国内目前对养殖场的投诉案例中,70%以上是因为臭气引起的。近些年,随着国家对环保要求的提高,民众的环保意识增强。楼房猪舍造价高、投资大,如果在建设之初没有设计排气除臭净化设备,一旦运营之后引发环保投诉,必将带来巨额损失。

 

  除了选址远离居民区之外的方法,主要的技术手段还是在排气风机端设计排气净化设备。目前楼房猪舍比较成熟的除臭净化技术是采用塑料水帘过滤墙的方式,即在风机端加装一道塑料材质网格滤料,通过喷淋装置把液体喷淋到滤料上,让废气充分溶于液体中,利用液体的生物或化学成分吸收臭气物质,从而达到除臭的效果。除臭装置结构见图6。

  楼房猪舍设计除臭设备要注意的几点。第一,不要选用酸(化学)处理工艺,因为气流经过塑料过滤墙后会带出一部分水汽,如果水汽里含有酸性物质,在高空中就会形成酸雾,飘落到很远的地方,会对场内的人员和设施造成伤害;第二,要在过滤墙后面加装回水器,回水器也叫除雾器,它的作用是回收一部分气流带出来的水分,达到节水的目的;第三,为了避免除臭设备对猪舍通风量带来巨大影响,优先选用静压大的负压风机,而不是增加低静压风机的数量。

 

4  结语

  楼房猪舍起点较高,通风环节的设计颇为重要,无论猪舍的外气候环境还是内气候环境都比平层猪舍复杂,需要在充分掌握平层猪舍通风设计的基础上,与当今CFD、BIM等先进的设计方法相结合。相信随着今后楼房项目的增多,楼房猪舍的通风设计会越来越完善、越来越规范。

 

本文选自《猪业科学》2020年第7期“主题策划”栏目:P42-45(版权归《猪业科学》所有,如转载,请注明出处)。阅读更多内容可见网站:http://www.csis.cn。

 


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