规模化猪场地道式精准通风系统研究

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合理的通风模式被认为是确保规模化猪场实现最佳生产性能的重要策略之一。传统规模化猪舍通风模式比较粗放,存在夏季猪只体感风速较小,冬季舍外冷空气进舍预热不够,舍内不同区域、不同时间温差较大和空气质量差等现象,导致猪只动物福利、健康水平和生产性能低下,饲养人员工作环境差,通风换气能耗较大等问题。论文针对以上规模化猪场因通风模式设计引发的常见问题,以改善猪舍气流组织分布及降低通风换气能耗为突破口,将地道式精准通风模式应用于规模化猪舍,开展试验测试分析和优化改进研究。通过对地道式竖直向上和吊顶式竖直向下两种通风模式对比试验,研究冬季条件下不同通风模式对舍内温度波动、分布和气体污染物移除能力的影响规律;通过地道式竖直通风系统在规模化母猪场应用的现场试验,探究地道式竖直通风系统在规模化母猪场的节能效果以及对妊娠母猪冬季和夏季热环境舒适度的影响规律;利用CFD技术对地道式竖直通风系统的妊娠舍进行数值模拟,研究夏季地道竖直通风系统对妊娠舍内温度场和风速场的影响规律,找出存在问题,提出优化方案并通过现场试验方法对CFD优化方案进行现场测试验证。主要研究内容和结果如下:(1)地道式竖直向上和吊顶式竖直向下通风模式试验表明,地道式竖直向上和吊顶式竖直向下通风模式的保育舍冬季热环境和空气质量环境均满足国标要求;地道式竖直向上通风模式舍内温度波动为1.7℃,长度方向温度差异不显著(P>0.05),吊顶式竖直向下通风模式舍内温度波动4.6℃,长度方向温度差异显著(P<0.05);地道式竖直向上通风模式移除气体污染物效率更高,猪舍气体污染物有浓度更低,且平均通风量较吊顶式竖直向下通风模式低35%。(2)地道式竖直通风系统在规模化母猪场现场试验发现,地道对新风降温预热的中性温度为11.5℃,夏季和冬季分别为猪舍平均增加了了39.0 W/m~2的制冷量和56.1 W/m~2的制热量;试验猪舍夏季舍内平均温度为(27.1±1.1)℃,冬季舍内平均温度为(17.6±1.2)℃,且夏季和冬季舍内温度场、风速场分布均匀;冬季母猪平均有效体感温度为(26.0±0.6)℃,呼吸频率在20~30次/min之间,夏季母猪平均有效体感温度为(26.4±1.2)℃,呼吸频率在49~52次/min之间,母猪有轻微热应激现象,因此该通风系统在规模化母猪舍应用需进一步优化。(3)利用CFD技术对地道竖直通风妊娠母猪舍夏季环境数值模拟发现,猪舍气流组织方向为竖直向上,垂直方向温度分层明显,猪只活动区域高度(0.5 m)平面的温度稍高于人活动区域高度(1.5 m)平面温度;猪只活动区域内猪栏内温度28.0℃左右,高于妊娠母猪夏季舒适温度需求;地道出风口前后风速一致,能够确保每头猪均能呼吸到新鲜空气,但气流与猪栏内空气混合不充分,猪栏内风速0.3 m/s左右,低于妊娠母猪夏季舒适风速需求。(4)通过对地道式竖直通风母猪舍优化方案数值模拟分析发现,增加管道通风后猪栏猪只活动区域温度27.0℃左右,风速1.0 m/s左右,且温度和风速均匀分布,通过对优化方案现场验证进一步发现,优化后的地道式通风系统,在夏季较热时间段(舍外平均温度(35.1±0.5)℃,平均相对湿度(77.1%±1.5%)),母猪平均有效体感温度(21.2±0.4)℃,平均体表温度(31.1±0.6)℃,平均呼吸频率(40±6)次/min,母猪无热应激现象。
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