猪肉是中国人民消费的主要肉制品,约占中国猪牛羊禽肉产量的59.6%,猪肉产品的供需关系事关我国经济民生与大局稳定。随着我国人民生活水平的不断提高和食物消费结构的不断升级,猪肉类产品的消费量一直保持快速增长的趋势。为了满足需求,粗放型、松散化、经验化的传统养殖模式逐渐被规模化、集约化、标准化的现代养殖模式所代替。养殖模式的改进虽然提高了猪群生产力,但大幅提高猪群密度一旦出现疫情将会对整个猪场生产带来严重损失。如何在高密度大群体的现代养殖模式下为猪群提供适宜的热环境与卫生环境是当前畜牧养殖业研究的重点,也是影响规模化养殖模式推广的难点。本课题结合实际工程项目,与重庆市畜牧科学院合作对规模化保育猪舍环境控制系统展开研究,进行了相关的试验测试与数值模拟研究。结合工程项目要求以及畜牧科学院提供的参考数据,确定了保育猪舍室内环境参数要求范围以及各周次保育猪的散热散湿量。环控系统采用全新风方案,其原因在于:在夏季设计日时室外空气焓值低于室内空气设计最高焓值,新风量的增加有助于带走更多猪舍内热量,较高的风速也有利于猪群的散热与降低猪群的体感温度;另外,通过对猪舍内气流组织进行设计,全新风运行不仅避免了空气的交叉污染、切断了病毒的空气传播途径,还能够大幅提升室内空气质量。保育猪生长速度快,散热量变化大,在全新风运行方案下,各栏所需送风量与送风参数随室外天气而动态变化。本文建立了置换式通风负荷计算模型用于计算建筑负荷,确定了各周次猪的动态送风参数。其中,夏季总冷负荷为1497.7k W,冷负荷指标为261.9W/m~2;冬季总热负荷为270.0k W,热负荷指标为116.0W/m~2。计算模型得出的夏季冷负荷与逐时逐项冷负荷计算方法得出的结果差异小于5%。结合负荷计算结果与猪舍环控特点,从以下方面介绍了规模化保育猪舍空调系统工艺设计:对冷热源方案进行了技术经济分析,选择了LCC最佳的螺杆式冷水机组+空气源热泵方案;选择了适用于规模化猪舍的空调末端设备;介绍了室内的气流组织型式以及其送风模式优越性;对排风方案进行CFD数值模拟分析,根据排风均匀性与施工简便性优选排风方案;对送排风、冷冻水、冷却水和热水系统进行了设计。与重庆市畜牧科学院合作搭建了试验室,结合夏季工况和冬季工况的测试数据分析验证了系统工艺设计的正确性:夏季工况时,用人工热源模拟猪群散热,测试了夏季设计送风条件下试验室内的热环境参数,与计算模型得出的室内温度相符,印证了计算模型的正确性,且温度与流速分布均匀。冬季工况时,试验室内按设计值入住了保育猪群,8天连续测试期间,室内空气平均温度约为26℃,日平均温差为5℃。室内二氧化碳浓度为282ppm,氨气浓度为5.36mg/m3,PM2.5浓度为0.12mg/m3,PM10浓度为0.15 mg/m3,均低于国家标准的污染物浓度指标,满足规模化猪舍的热环境与卫生环境需求。根据置换式通风负荷计算模型,建立了耦合室外气象参数与室内热环境参数的全年动态调控方案:室内热环境参数动态设置、风量调控、水量调控、机组调控。室内热环境参数的动态设置降低了空调系统运行能耗。给出了各周次猪的动态送风参数,在该参数下室内温度测试值与预测值的平均相对误差为3.4%,验证了该参数设置的正确性。根据风量调节确定水量调节与机组运行调控方案:冬、夏季工况时对室外温度、猪群入栏时间与室内温度进行监测;根据室内温度调节阀门开度以调节各单元换热器内的水流量,获得不同的送风参数,以调节室内温度;根据监测的回水流量和温度,从而对机组进行调控。规模化猪舍热环境营造的重点时段与空调系统主要的耗能时段分布在夏季时期,通过建立TRNSYS仿真平台,对该空调系统供冷期间的运行情况进行模拟计算,模拟结果表明:供冷期间,空调系统能耗为61万度电,其中风机能耗占比最高为75%,冷水机组占比次之为16%。系统运行费用约为50万元,在此期间共能出栏约63000头保育猪,每头保育猪的空调系统使用费用约为7.9元/出栏周期。通过上述研究,以期能为今后规模化猪舍环控系统研究提供参考。实现规模化猪舍空调系统的低碳运行和高效养猪之间的平衡以推动规模化猪舍的发展以保障我国人民的“肉盘子”稳产保供,需要暖通行业与畜牧行业携手共进。