楼房养猪采用水帘+中央空调+集中排风通风模式的常见问题解析

一、南方高温高湿地区的夏季降温是亟待解决、未来养猪必须彻底解决的问题

南方地表水体多、梅雨季节长，夏季容易经常性的形成桑拿天天气，即高温高湿，是导致南方普遍猪舍在夏季通风上降温难的根本原因。

降温难的棘手问题，表现在：

1）夏季时间长、且昼夜持续性高温高湿；

2）舍外高温高湿时，水帘蒸发效率受限，水帘降温效果差，猪群热应激严重；

3）当前主流的水帘降温+大风量纵向降温模式，因猪只无汗腺、皮脂层厚，风冷效应低，高温高湿时，虽略微改善，但远不能解决猪只降温问题；

4）近两年在推广的喷淋降温+风机换气模式，技术方案更容易理解、投资低容易接受。但在高温高湿地区，常规的间歇性喷淋的降温效果差，因为喷淋后舍内相对湿度会更高而接近达到100%，之后喷淋水蒸发效率低影响蒸发吸热，同样因猪只皮脂层厚，在猪体表间歇性淋水所带走的热量很有限；产房采用喷淋，喷淋水容易导致哺乳仔猪受凉腹泻，喷淋水也会随哺乳行为入口等于病从口入；

5）采用持续性喷淋，可以完全去除热应激，但持续性喷淋等于猪群处在长时间泡水的状态，会导致表皮与肢蹄浮囊、体表易磨伤、肢蹄受力易受损、患皮肤病和风湿性关节炎等；且持续性喷淋耗水量惊人、环保（达标排放处理、中水回用处理）基建投入和运行成本增加；大部分猪场在夏季用水高峰期时的供水量是有限的，持续性喷淋降温不可持续；

6）舍内高温高湿环境，猪群采食欲望低，造成食槽内饲料酸败，饲料浪费严重的经济损失大；夏季热应激时，严重的导致死亡和胚胎死亡，即便夏季过后母猪群要恢复到正常生产水平，需要的周期也长；夏季热应激期间的产仔，输在了起跑线上，在后面的秋冬春季生长性能低；

7）近些年似乎没有看到可复制的、优秀的解决热应激的环控解决方案；

今年5月非常幸运能到浙江江山最大饲料生产与养猪企业天蓬集团在建楼房项目参观学习，集团总经理王利通先生非常热诚的讲授了天蓬楼房养猪采用水帘+中央新风空调组合降温+集中排风与除臭的小风量通风模式与细节，受益良多，也深受启发（2022年做了适合公猪站的新风空调+冷回收通风模式的节能控制算法，受王总启发，水帘也可以有效降低空调新风的运行费用、达到节能的目的），下面整合了天蓬楼房养猪模式、其他场楼房案例、和我的一些计算补充，把楼房养猪采用水帘+空调通风模式的注意事项分享给业内同行。

二、夏季高温高湿地区楼房养猪当前最复杂先进的通风模式之一：水帘+中央新风空调组合降温+集中排风与除臭的小风量通风模式

秉持以猪为本的提高动物福利理念，紧随广西扬翔集团的铁桶楼房空调降温+单元舍可调风阀控制风量+集中排风与除臭模式的应用步伐，天蓬率先在国内采用了水帘+空调组合降温+单元舍变频风机+集中排风与除臭的楼房小换气量通风模式，见图1。经过投产证明，虽然水帘+空调通风的投资与运行成本高，但仍然远低于不解决热应激问题造成的经济损失、是一笔划算的投资。

图1：高温高湿地区楼房养猪水帘+空调组合降温+中央排风通风模式工艺立面图

1、新风设计的常见问题

1.1、地沟进风

在近些年的楼房设计中，通过地沟进风的方式比较流行，见图2-1、图2-2，主要以从夏季降温的角度出发，地沟进风的新风先经过猪群高度空间，这样给猪群降温的效率最高，猪群靠近新风进口区域会感觉更好，之后再进入舍内空间并排出舍外。

不足的地方是该进风模式，不能产生横向的空气射流，没有被置换的空间区域容易发生污浊空气堆积，如图3；

地沟进风距离定位栏内母猪很近，在南方大部分地区一年中大约近一半的时间，新风温度往往相对较低，会在母猪前半身形成低温场，母猪在栏内无法逃避，长期呆在低温环境、在限饲的条件下会导致母猪长期消耗、冬季易导致冷应激问题的发生，如图4。

图2-1：地沟新风在大栏猪舍的设计工艺图

图2-2：地沟新风在大栏猪舍的应用

图3：地沟新风在春秋季（无纵向通风）的灰色换气死角区示意图

图4：地沟新风在定位栏前端形成低温场的烟雾试验

1.2、降低进风风嘴总面积来提高换气均匀度是否可取？

通过把每个风嘴的开口面积合理降低，同时配套耐压风机的组合，可以使新风射流达到更高的负压值，进而使管道送风的新风射流风速足够大，来达到舍内空气均匀置换的目的，以弥补负压管道送风的不足。但前提是一定要把最大换气量准确的算好，并把风嘴总面积对应匹配好。采用空调降温的方案，很容易把最大换气量算少，后面在2、排风量设计问题中有详细解释，当把进风风管截面积、风嘴总面积做少了，后期技改会遇到麻烦；同时新风工作的大部分时间在高负压状态下，排风风机的电能损耗长期计算也是惊人的，以风机一年的电费是风机本身价格的2倍、高负压导致风量损失30%估算，2年的用电损失可以再买一台风机，所以对比以提高舍内静压来提高换气均匀度，有更经济的新风方案。

1.3、新风布风管+地沟排风

相对而言，新风自上而下走的路径，问题更少；

为控制工程造价，楼房设计负压通风更为经济，对于层高与结构设计不允许采用吊顶的楼房猪舍，采用管道布风是常见的新风方案。在文章《适合北方无吊顶猪舍的免预热混合式新风烟囱介绍》中提到负压送风管道会产生前后换气不均、新风射流长度受换气量大小变化而影响的不足，可以通过增加排风口数量、排风口的位置、新风管道与地沟排风管道相对位置合理布局的方法来改善，即是通过采用地沟排风的方法来提高新风布风管送风的均匀性，见图5。

图5：地沟排风工艺图

该地沟排风的方案，与美式深坑地沟排风有本质上的区别，采用中央风道的形式、中央风道两侧均匀布置抽风小管，把粪沟内大部分污浊空气在未进入猪舍空间之前抽进中央风道、最终排到集中排风来处理；粪沟内形成负压，高位新风在与舍内空气混合后进入猪群高度空间、再被抽进粪沟，形成垂直通风效应，使提高舍内空气质量、布风均匀、射流理想上达到平衡点。

关于地沟排风能否改善舍内空气质量的话题，有论文称经过对比实验证明效果显著，有部分通风爱好者通过污浊气体密度与地沟排风过水泥地板板缝风速等计算总结称地沟排风几乎无效，同时前些年非常流行图5的地沟排风项目，也存在大量的失败案例（靠近排风风机侧发生贼风、风机远端污浊空气堆积严重），本文不再深入阐述。在过往的项目设计与验证，采用了变截面抽风小口的设计，实践证明地沟排风改善舍内空气质量是很有效的，细节决定成败，如图6、图7。

图6：地沟排风非直线递增变截面抽风小口的设计计算示意图

图7：地沟排风设计计算示意图

1.4、吊顶进风小窗

文章《适合北方无吊顶猪舍的免预热混合式新风烟囱介绍》总结了进风系统的核心5要素：

1）布风均匀、射流均匀、换气无死角、无冷贼风；

2）出风口的大小要实时自动可调；

3）换气总量足够大；

4）无冷凝水；

5）温度场均匀；

在小通风量的通风工况下，楼房各层允许设计局部吊顶和安装吊顶进风小窗，如图8，是正确的新风气流形式。根据新风温度的变化、换气量需求的变化、新风射流目标等因子，可以实现实时对进风小窗开口高度的控制，进而达到均匀布风和无死角换气的目的，吊顶进风小窗是满足新风5

图8：吊顶进风小窗控制原理示意图

好概念不等于好结果。吊顶进风小窗在国内这十多年广泛应用中，也反馈没有明显看到吊顶小窗的优越性、甚至出了不少问题，其原因不在本文细说。总之吊顶小窗要想用的好，需要在新风设计、预热、小窗产品设计、吊顶设计、小窗的控制算法、风机选型等注意到的细节较多。
   2、排风量设计问题

以楼房中间楼层的配种与怀孕前期单元舍为例，通过热平衡计算得到以下数据，见图9、图10、图11、表1、表2、表3、表4：

表1：楼房采用水帘+空调通风模式的抽样工况数据

图9：冬季通风系统运行状态示意图

图10：春秋季通风系统运行状态示意图

图11：夏季通风系统运行状态示意图

运行状态解释：

图9，冬季，新风经过水帘和空调表冷器（冬季预热用），水帘不上水、空调表冷器不工作，舍外0摄氏度时配怀舍单元内不需要加热，执行换气量超过最小换气量；如遇到极寒天气，水帘不上水，空调为制冷制热一体机，表冷器执行新风预热，个别猪舍内需要设置加热器；

图10，春、秋季，当舍外温度不高时，水帘不上水、空调表冷器不工作；当舍外新风温度高于设定值时，水帘启动上水执行一级降温、空调表冷器不工作；

图11，夏季，水帘保持上水执行一级降温，当过帘后新风温度高于设定值时，空调表冷器工作执行二级降温；

表2：新风温度变化趋势示意图

表3：总排风量变化趋势示意图

表4：能耗变化趋势示意图

从表3总排风量变化趋势示意图可知，采用水帘降温的换气量是水帘+空调组合降温的近2倍左右，执行水帘降温前的自然温度新风的换气量是水帘+空调组合降温的1.5倍多，然而这种数据，因类似的民用项目罕见，因此缺少经验数据来做设计依据，也就会发生常以空调降温的换气量来做总换气量，相对较小，也就说新风管道面积、风嘴总面积、排风风机型号，容易设计小了选小了，进而在春秋季易发生因换气量不足导致的单元舍内温度偏高问题，如果过早的开启空调降温，能耗高、长期账不划算。

从表3总排风量变化趋势示意图还能看出，中间层在夏季的能耗较低，因其受到舍外温度的波动影响最小。但是例如顶层，同等体况猪群的单元舍内在白天晴天的热负荷一定要比中间层大，也就是顶层单元舍需要更大的换气总量。大家可以回忆下见过的楼房猪场，是不是每一层的风机数量与配置都是相同的呢！

从表4能耗变化趋势示意图可以看到在空调制冷降温段，能耗是非常大的，其中有一半左右的能耗消耗在了新风中气态水液化上。

3、单元排风、水帘、空调的联合控制问题

当前的畜禽舍环控器，无论国内外都采用模糊算法的控制逻辑，算法相对简单，即是当检测到舍内温度高于目标温度时，增加排风量；当检测到舍内温度低于目标温度时，降低排风量；当排风量低到执行最小排风量要求时，如温度继续低于目标温度，则执行加热。

在空调加热阶段、自然温度新风换气（机械通风、新风不被加热、不被降温）阶段、水帘降温与换气阶段，以上的控制逻辑是成立的，但当启动空调降温后，工况变化的更复杂，控制逻辑需要改变。

空调通风的最大区别是，降温时，需要特定的排风风量和与其相匹配的制冷量，来使舍内达到目标温度；当检测到舍内温度高于目标温度时，首先是增加制冷量，同时适当增加排风量；当检测到舍内温度低于目标温度时，首先是降低制冷量，同时适当降低排风量；

如果按照传统的控制逻辑，当舍内温度高于目标温度时，猪舍环控器先执行增大换气量，此时的空调是独立控制的、做不到自适应调节制冷功率，那么随着换气量的增大，经过空调表冷器之后的新风温度会升高，温度升高后的新风进入猪舍使舍内温度继续升高，环控器会继续执行增大换气量，所以传统的环控器不适合新风空调通风模式。也就是说猪舍采用空调通风，是换气量目标值与空调目标制冷量两个相互关联变量之间的联合算法，猪舍排风与空调需要协同控制，才能使舍内温度达到稳定状态。

从表2新风温度变化趋势示意图可知，冬季空调加热模式、自然温度新风换气模式、水帘上水降温模式、水帘+空调组合降温模式，对于静态猪群的模式切换和控制算法容易实现，对于动态猪群如何做到精准切换和节能控制需要更加智能的算法，本文不再论述。

4、单元舍内新风、单元舍排风、集中排风与除臭的联合控制

做到单元舍内新风、单元舍排风、集中排风的联合控制，国内外有可选的环控器控制系统，本文不再就其控制算法的合理性、不足进行分析论述。

单元舍排风采用可调风阀+风量检测，还是采用变频排风风机，本文不再进行分析论述。

结语

在夏季高温高湿地区，要解决猪群热应激，采用空调降温是没办法的办法，再通过增加水帘降温，可以有效帮助降低空调的运行成本；二者组合的降温模式，投资和运行成本仍要远低于猪群热应激导致的眼前和长期的经济损失。

空调降温的冷气会随着通风换气而被快速的排出舍外，是导致其运行成本高的另一直接原因。如可能在集中排风位置增加设计空气热交换装置、调整新风进风管道方案、实现冬季热回收、夏季冷回收，初步判断是可以进一步降低能耗损失，但增加热交换会使楼房的通风系统更加复杂，其具体可行性方案、控制算法、和数据验证计算需要进一步深入研究。

较空调降温，水冷地板降温，因其冷量暴露在舍内空间的比例小，通过接触式导热直接把猪只体内多余热量吸走、最终排出舍外，用地板降温来彻底解决热应激相对是运行成本最低的，详见文章《解决产房母猪重度热应激的地板降温系统（更正）》。采用水帘+垂直通风+水冷地板组合降温的模式，也可以允许降低舍内换气量，来满足平衡新风空气过滤、集中排风与除臭的系统性投资与运行成本。据称扬翔集团目前把水冷地板降温作为新建猪场设备标配。

当前业内能看到一个明显的信号，是多个养猪集团都在打造自己的养殖模式，甚至已经投入开发自己的猪舍环境控制系统，是真的养猪大企图大什么都要自己做、什么钱都要自己赚吗？设备利润对养殖企业是小钱，他们也能看得上？这个问题值得我们养猪设备从业人员反问自己。

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