寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)證：理論、仿真與實(shí)踐

寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)證：理論、仿真與實(shí)踐一、引言1.1研究背景隨著我國(guó)畜牧業(yè)的快速發(fā)展，豬肉作為人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢苫蛉钡闹匾鞍踪|(zhì)來(lái)源，其產(chǎn)量和質(zhì)量備受關(guān)注。在生豬養(yǎng)殖過(guò)程中，保育豬階段是豬生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，這一階段豬的免疫系統(tǒng)尚未完全發(fā)育成熟，對(duì)環(huán)境變化較為敏感。而寒區(qū)冬季的惡劣氣候條件，如低溫、高濕等，給保育豬舍的環(huán)境控制帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。在寒冷的冬季，為了維持豬舍內(nèi)適宜的溫度，往往需要采取一定的保溫措施，這在一定程度上會(huì)導(dǎo)致豬舍通風(fēng)不暢。而通風(fēng)不良會(huì)使得豬舍內(nèi)的有害氣體，如氨氣、硫化氫、二氧化碳等大量積聚，這些有害氣體不僅會(huì)刺激豬的呼吸道黏膜，降低豬的免疫力，還可能引發(fā)呼吸道疾病，如豬氣喘病、豬流感等，嚴(yán)重影響保育豬的健康生長(zhǎng)。據(jù)相關(guān)研究表明，當(dāng)豬舍內(nèi)氨氣濃度超過(guò)20mg/m3時(shí)，保育豬的呼吸道疾病發(fā)病率會(huì)顯著增加。同時(shí)，通風(fēng)不良還會(huì)導(dǎo)致豬舍內(nèi)濕度升高，過(guò)高的濕度會(huì)為細(xì)菌、病毒等微生物的滋生繁殖提供有利條件，進(jìn)一步加劇豬群感染疾病的風(fēng)險(xiǎn)。此外，寒區(qū)冬季外界氣溫較低，若通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，引入的冷空氣可能會(huì)直接吹到保育豬身上，導(dǎo)致豬只受涼感冒，影響其生長(zhǎng)性能。而合理的管道通風(fēng)設(shè)計(jì)能夠確保新鮮空氣均勻地分布到豬舍的各個(gè)角落，在滿(mǎn)足豬只對(duì)氧氣需求的同時(shí)，有效排出有害氣體和濕氣，維持豬舍內(nèi)良好的空氣質(zhì)量和溫濕度環(huán)境，為保育豬的健康生長(zhǎng)提供保障。然而，目前許多寒區(qū)冬季保育豬舍的管道通風(fēng)系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題，如通風(fēng)量不足、通風(fēng)不均勻、熱量損失過(guò)大等。這些問(wèn)題不僅影響了豬舍的環(huán)境質(zhì)量，還增加了養(yǎng)殖成本，降低了養(yǎng)殖效益。因此，對(duì)寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，它能夠提高豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的效率，改善豬舍環(huán)境，促進(jìn)保育豬的健康生長(zhǎng)，進(jìn)而推動(dòng)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2研究目的與意義1.2.1研究目的本研究旨在通過(guò)對(duì)寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的深入分析，結(jié)合保育豬的生長(zhǎng)需求和寒區(qū)冬季的氣候特點(diǎn)，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段和科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)現(xiàn)有的管道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體目標(biāo)包括：確定合理的通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間，以滿(mǎn)足保育豬對(duì)氧氣的需求，同時(shí)有效降低豬舍內(nèi)有害氣體的濃度；優(yōu)化通風(fēng)管道的布局和結(jié)構(gòu)，提高通風(fēng)的均勻性，避免出現(xiàn)通風(fēng)死角和賊風(fēng)現(xiàn)象，確保豬舍內(nèi)各個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)量和溫濕度一致；研究如何在保證通風(fēng)效果的前提下，減少熱量損失，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與保溫的平衡；通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性和有效性，為寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。1.2.2研究意義理論意義：寒區(qū)冬季特殊的氣候條件給保育豬舍的通風(fēng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，目前針對(duì)這一領(lǐng)域的研究還相對(duì)較少。本研究深入探討寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠豐富和完善畜牧環(huán)境工程領(lǐng)域中關(guān)于豬舍通風(fēng)設(shè)計(jì)的理論體系。通過(guò)對(duì)通風(fēng)過(guò)程中的氣流組織、熱量傳遞、有害氣體擴(kuò)散等復(fù)雜物理現(xiàn)象的研究，進(jìn)一步揭示寒區(qū)冬季豬舍通風(fēng)的內(nèi)在規(guī)律，為后續(xù)相關(guān)研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路，推動(dòng)畜牧環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。實(shí)踐意義：在實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)中，優(yōu)化寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。一方面，良好的通風(fēng)環(huán)境能夠顯著提高保育豬的健康水平。合理的通風(fēng)可以及時(shí)排出豬舍內(nèi)的氨氣、硫化氫等有害氣體，減少這些氣體對(duì)保育豬呼吸道黏膜的刺激，降低呼吸道疾病的發(fā)生幾率。同時(shí)，有效控制豬舍內(nèi)的濕度，抑制細(xì)菌、病毒等微生物的滋生繁殖，為保育豬創(chuàng)造一個(gè)清潔、衛(wèi)生的生長(zhǎng)環(huán)境，提高豬只的免疫力，減少疾病的發(fā)生，降低死亡率和淘汰率。另一方面，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)有助于提高養(yǎng)殖效益。健康的保育豬生長(zhǎng)速度更快，飼料轉(zhuǎn)化率更高，能夠縮短養(yǎng)殖周期，增加養(yǎng)殖產(chǎn)量。此外，合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)可以降低能源消耗，減少因通風(fēng)不合理導(dǎo)致的額外保溫成本和疾病治療成本，從而降低養(yǎng)殖成本，提高養(yǎng)殖戶(hù)的經(jīng)濟(jì)效益。從行業(yè)發(fā)展的角度來(lái)看，本研究成果的推廣應(yīng)用能夠促進(jìn)寒區(qū)養(yǎng)豬業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)整個(gè)畜牧業(yè)向更加高效、環(huán)保、健康的方向邁進(jìn)。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，對(duì)于豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的研究起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟。美國(guó)、加拿大等畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在豬舍環(huán)境控制方面進(jìn)行了大量的研究工作，制定了一系列較為完善的豬舍環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范。例如，美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會(huì)（ASAE）發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)豬舍的通風(fēng)量、溫濕度控制、有害氣體濃度等指標(biāo)都做出了明確規(guī)定，為豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了重要依據(jù)。在通風(fēng)技術(shù)方面，國(guó)外研究人員開(kāi)發(fā)了多種先進(jìn)的通風(fēng)設(shè)備和系統(tǒng)。如歐洲一些國(guó)家采用的地源熱泵輔助通風(fēng)系統(tǒng)，利用地下淺層地?zé)豳Y源，在冬季為豬舍通風(fēng)提供預(yù)熱空氣，有效降低了通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失，提高了能源利用效率。此外，智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)在國(guó)外也得到了廣泛應(yīng)用，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體濃度等環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了豬舍環(huán)境的精準(zhǔn)控制。在寒區(qū)豬舍通風(fēng)研究領(lǐng)域，俄羅斯等寒區(qū)國(guó)家針對(duì)寒冷氣候條件下豬舍的保溫與通風(fēng)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。他們提出了一些適用于寒區(qū)的通風(fēng)策略，如采用雙層墻體結(jié)構(gòu)和保溫性能良好的通風(fēng)管道，減少熱量散失；利用自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合的方式，在保證通風(fēng)效果的同時(shí)，降低能源消耗。國(guó)內(nèi)對(duì)于豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的研究近年來(lái)也取得了顯著進(jìn)展。眾多科研機(jī)構(gòu)和高校圍繞豬舍通風(fēng)的各個(gè)方面展開(kāi)了研究，包括通風(fēng)量的計(jì)算方法、通風(fēng)管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)、通風(fēng)與保溫的平衡策略等。在通風(fēng)量計(jì)算方面，一些學(xué)者通過(guò)對(duì)不同生長(zhǎng)階段豬只的代謝率和呼吸量進(jìn)行研究，提出了更符合我國(guó)國(guó)情的通風(fēng)量計(jì)算公式。在通風(fēng)管道設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)研究人員采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)對(duì)通風(fēng)管道內(nèi)的氣流分布進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化管道的布局和結(jié)構(gòu)，以提高通風(fēng)的均勻性。例如，有研究通過(guò)CFD模擬，對(duì)保育豬舍的通風(fēng)管道進(jìn)行了改進(jìn)，使豬舍內(nèi)的氣流分布更加均勻，有效降低了有害氣體濃度。此外，一些新型通風(fēng)管道材料如纖維織物風(fēng)管也在國(guó)內(nèi)豬舍中得到應(yīng)用，這種風(fēng)管具有重量輕、安裝方便、通風(fēng)均勻等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效改善豬舍的通風(fēng)效果。在寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)研究方面，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的吳志東等人設(shè)計(jì)了一種垂直送排風(fēng)管道組合換氣系統(tǒng)，采用CFD技術(shù)對(duì)舍內(nèi)空氣流場(chǎng)進(jìn)行模擬，并建立通風(fēng)模糊控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬舍局部環(huán)境的精確調(diào)控，兼顧了冬季豬舍通風(fēng)與保溫問(wèn)題。然而，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)的研究仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的研究成果在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的局限性，部分技術(shù)和設(shè)備成本較高，難以在廣大養(yǎng)殖場(chǎng)推廣應(yīng)用。另一方面，對(duì)于寒區(qū)冬季復(fù)雜氣候條件下，保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)性的研究成果。此外，在通風(fēng)系統(tǒng)與豬舍其他環(huán)境控制設(shè)備（如加熱、降溫、除濕設(shè)備等）的協(xié)同優(yōu)化方面，也有待進(jìn)一步加強(qiáng)研究。本研究將針對(duì)上述不足，以寒區(qū)冬季保育豬舍為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法，對(duì)管道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化方案的可行性和有效性，旨在為寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供更具針對(duì)性和實(shí)用性的技術(shù)支持。二、寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)現(xiàn)狀與問(wèn)題分析2.1寒區(qū)冬季氣候特點(diǎn)及其對(duì)豬舍通風(fēng)的影響寒區(qū)冬季的氣候特點(diǎn)呈現(xiàn)出顯著的低溫、高濕、大風(fēng)以及日照時(shí)間短等特征，這些因素相互交織，給保育豬舍的通風(fēng)系統(tǒng)帶來(lái)了諸多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。2.1.1低溫寒區(qū)冬季最為突出的氣候特征便是低溫，在我國(guó)東北、西北等嚴(yán)寒地區(qū)，冬季平均氣溫常常低于-10℃，部分地區(qū)甚至可達(dá)-30℃以下。如此極低的氣溫條件下，豬舍內(nèi)外溫差巨大，這對(duì)豬舍的保溫性能提出了極高的要求。若通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，在引入外界冷空氣進(jìn)行通風(fēng)換氣時(shí)，會(huì)導(dǎo)致豬舍內(nèi)熱量大量散失，使得豬舍溫度難以維持在適宜保育豬生長(zhǎng)的范圍。保育豬的適宜生長(zhǎng)溫度一般在22-28℃之間，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，豬只需要消耗更多的能量來(lái)維持體溫，這不僅會(huì)影響豬只的生長(zhǎng)速度，還可能導(dǎo)致其免疫力下降，增加患病的風(fēng)險(xiǎn)。此外，低溫環(huán)境下，空氣的密度增大，粘性增強(qiáng)，這會(huì)使得空氣在通風(fēng)管道內(nèi)的流動(dòng)阻力增加。根據(jù)流體力學(xué)原理，阻力的增加會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)的能耗上升，風(fēng)機(jī)需要提供更大的動(dòng)力才能保證足夠的通風(fēng)量，從而增加了養(yǎng)殖成本。同時(shí)，過(guò)大的阻力還可能導(dǎo)致通風(fēng)不均勻，豬舍內(nèi)某些區(qū)域通風(fēng)不足，有害氣體積聚，而另一些區(qū)域則可能通風(fēng)過(guò)度，出現(xiàn)冷風(fēng)直吹豬只的情況，即所謂的“賊風(fēng)”現(xiàn)象，這對(duì)保育豬的健康極為不利。2.1.2高濕寒區(qū)冬季雖然降水相對(duì)較少，但由于氣溫低，空氣的飽和水汽壓降低，使得空氣中的水汽容易達(dá)到飽和狀態(tài)，從而形成高濕環(huán)境。此外，保育豬舍內(nèi)豬只的呼吸、排泄以及日常的沖洗地面等活動(dòng)也會(huì)增加舍內(nèi)的濕度。當(dāng)豬舍內(nèi)濕度長(zhǎng)期高于70%時(shí)，會(huì)為細(xì)菌、病毒等微生物的滋生繁殖創(chuàng)造有利條件。例如，在高濕環(huán)境下，大腸桿菌、葡萄球菌等細(xì)菌的繁殖速度會(huì)顯著加快，這些細(xì)菌容易引發(fā)保育豬的腸道疾病和呼吸道疾病，如仔豬黃痢、白痢以及豬氣喘病等。同時(shí)，高濕還會(huì)影響豬只的體感溫度。當(dāng)空氣濕度較大時(shí)，豬只體表的水分蒸發(fā)速度減慢，即使豬舍內(nèi)的實(shí)際溫度在適宜范圍內(nèi)，豬只也會(huì)感覺(jué)寒冷，這同樣會(huì)影響豬只的生長(zhǎng)性能和健康狀況。而且，高濕環(huán)境還可能導(dǎo)致豬舍內(nèi)的設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)等受到腐蝕，縮短其使用壽命，增加了養(yǎng)殖場(chǎng)的維護(hù)成本。2.1.3大風(fēng)寒區(qū)冬季風(fēng)力較大，平均風(fēng)速可達(dá)4-6m/s，部分地區(qū)甚至更高。大風(fēng)會(huì)加劇豬舍的熱量散失，使豬舍保溫難度進(jìn)一步加大。強(qiáng)風(fēng)還可能對(duì)通風(fēng)管道和通風(fēng)設(shè)備造成損壞，如吹落通風(fēng)口的百葉窗、導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片變形等，影響通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，大風(fēng)還可能改變豬舍周?chē)臍饬鞣植?，使得通風(fēng)系統(tǒng)難以按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行通風(fēng)換氣。例如，當(dāng)大風(fēng)從特定方向吹來(lái)時(shí)，可能會(huì)在豬舍周?chē)纬删植康呢?fù)壓區(qū)，導(dǎo)致豬舍內(nèi)的空氣被吸出，而外界的新鮮空氣卻無(wú)法正常進(jìn)入，從而造成通風(fēng)不良的情況。2.1.4日照時(shí)間短寒區(qū)冬季日照時(shí)間明顯縮短，這會(huì)影響豬舍內(nèi)的自然采光和溫度調(diào)節(jié)。在自然采光不足的情況下，豬舍內(nèi)光線昏暗，不利于豬只的活動(dòng)和生長(zhǎng)。同時(shí)，日照時(shí)間短也意味著豬舍通過(guò)太陽(yáng)輻射獲得的熱量減少，需要更多地依賴(lài)人工供暖設(shè)備來(lái)維持溫度，這不僅增加了能源消耗，還可能因供暖設(shè)備故障等原因?qū)е仑i舍溫度波動(dòng)較大，影響保育豬的生長(zhǎng)環(huán)境。2.2現(xiàn)有保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)研為全面了解寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，本研究采用了實(shí)地調(diào)研的方法，對(duì)位于寒區(qū)的多個(gè)規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)進(jìn)行了深入考察。調(diào)研范圍涵蓋了東北地區(qū)、西北地區(qū)等典型寒區(qū)，涉及不同規(guī)模和養(yǎng)殖模式的養(yǎng)豬場(chǎng)，以確保調(diào)研結(jié)果具有廣泛的代表性和可靠性。在實(shí)地調(diào)研過(guò)程中，調(diào)研人員詳細(xì)記錄了各保育豬舍的基本信息，包括豬舍的建筑結(jié)構(gòu)、面積、存欄量等；重點(diǎn)觀察了通風(fēng)系統(tǒng)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)組成以及設(shè)備配置情況。同時(shí)，與養(yǎng)殖場(chǎng)的管理人員和技術(shù)人員進(jìn)行了深入交流，了解通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行管理方式、日常維護(hù)情況以及在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題和困難。此外，還使用專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)儀器對(duì)豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，包括溫度、濕度、氨氣濃度、硫化氫濃度、二氧化碳濃度等，以獲取通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效果的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)多個(gè)保育豬舍的調(diào)研分析，總結(jié)出目前寒區(qū)冬季保育豬舍常用的管道通風(fēng)系統(tǒng)主要有以下幾種類(lèi)型：負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)：這是目前應(yīng)用較為廣泛的一種通風(fēng)系統(tǒng)。在相對(duì)密封的豬舍內(nèi)，通過(guò)安裝在豬舍一側(cè)墻壁或屋頂?shù)呐棚L(fēng)扇強(qiáng)行將舍內(nèi)空氣抽出，使豬舍內(nèi)形成瞬時(shí)負(fù)壓，室外空氣在大氣壓作用下通過(guò)進(jìn)氣口（如進(jìn)風(fēng)窗、通風(fēng)管道等）自動(dòng)流入舍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)空氣的流通和換氣。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、安裝方便；缺點(diǎn)是通風(fēng)不均勻，容易出現(xiàn)通風(fēng)死角，且在冬季寒冷天氣下，外界冷空氣直接進(jìn)入豬舍，容易導(dǎo)致豬舍內(nèi)溫度波動(dòng)較大，增加豬只的冷應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)。正壓通風(fēng)系統(tǒng)：該系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)機(jī)將外界新鮮空氣加壓后送入豬舍內(nèi)，使豬舍內(nèi)形成正壓環(huán)境，從而將舍內(nèi)的污濁空氣擠出豬舍。正壓通風(fēng)系統(tǒng)能夠較好地控制進(jìn)入豬舍的空氣量和空氣質(zhì)量，可對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱、過(guò)濾等處理，減少有害氣體和灰塵的進(jìn)入。但該系統(tǒng)設(shè)備成本較高，對(duì)管道的密封性要求也較高，若管道密封不嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致漏風(fēng)，影響通風(fēng)效果?；旌鲜酵L(fēng)系統(tǒng)：結(jié)合了負(fù)壓通風(fēng)和正壓通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，在豬舍內(nèi)同時(shí)設(shè)置進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)。通過(guò)合理調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使豬舍內(nèi)保持適宜的通風(fēng)量和氣壓，既能保證新鮮空氣的充足供應(yīng)，又能有效排出有害氣體。這種通風(fēng)系統(tǒng)在一定程度上提高了通風(fēng)的均勻性和穩(wěn)定性，但系統(tǒng)復(fù)雜度較高，運(yùn)行管理難度較大，成本也相對(duì)較高。在通風(fēng)管道結(jié)構(gòu)方面，常見(jiàn)的有圓形管道和矩形管道。圓形管道的空氣流動(dòng)阻力較小，有利于減少風(fēng)機(jī)能耗，但在安裝和布置上相對(duì)不夠靈活；矩形管道則更便于安裝和與豬舍結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可根據(jù)豬舍的布局進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，但空氣流動(dòng)阻力相對(duì)較大。此外，部分豬舍還采用了通風(fēng)管道均勻開(kāi)口的方式，將新鮮空氣均勻地分布到豬舍的各個(gè)區(qū)域，以提高通風(fēng)的均勻性。在通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況方面，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分養(yǎng)殖場(chǎng)在冬季都會(huì)根據(jù)外界氣溫和豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的調(diào)控。但在實(shí)際操作中，仍存在一些問(wèn)題。例如，部分養(yǎng)殖場(chǎng)的通風(fēng)設(shè)備老化、損壞，未能及時(shí)進(jìn)行維修和更換，導(dǎo)致通風(fēng)量不足；一些養(yǎng)殖場(chǎng)的通風(fēng)控制系統(tǒng)不夠智能化，需要人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，難以根據(jù)豬舍內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，容易出現(xiàn)通風(fēng)過(guò)度或通風(fēng)不足的情況。此外，在冬季寒冷天氣下，為了保持豬舍內(nèi)的溫度，部分養(yǎng)殖場(chǎng)會(huì)減少通風(fēng)量，這往往會(huì)導(dǎo)致豬舍內(nèi)有害氣體濃度升高，濕度增大，對(duì)保育豬的健康產(chǎn)生不利影響。2.3現(xiàn)存問(wèn)題剖析通過(guò)對(duì)寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)地調(diào)研和運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)在多個(gè)方面存在問(wèn)題，嚴(yán)重影響了豬舍的環(huán)境質(zhì)量和保育豬的健康生長(zhǎng)。具體問(wèn)題如下：溫度分布不均：由于寒區(qū)冬季外界氣溫極低，在通風(fēng)過(guò)程中，部分豬舍的通風(fēng)管道布局不合理，導(dǎo)致冷空氣進(jìn)入豬舍后無(wú)法均勻分布，使得豬舍內(nèi)出現(xiàn)明顯的溫度梯度?？拷L(fēng)口的區(qū)域溫度較低，而遠(yuǎn)離通風(fēng)口的區(qū)域溫度相對(duì)較高。例如，在一些采用負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)的豬舍中，進(jìn)氣口附近的溫度比豬舍中心區(qū)域低3-5℃，這使得保育豬在不同區(qū)域所感受的溫度差異較大，容易引起冷應(yīng)激反應(yīng)，影響豬只的生長(zhǎng)性能和免疫力。此外，通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，缺乏對(duì)溫度的精準(zhǔn)調(diào)控，當(dāng)外界氣溫變化時(shí)，不能及時(shí)調(diào)整通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間，導(dǎo)致豬舍內(nèi)溫度波動(dòng)較大。在一天內(nèi)，豬舍溫度可能會(huì)出現(xiàn)5-8℃的波動(dòng)，這對(duì)保育豬的健康極為不利，容易引發(fā)疾病。濕度控制不佳：寒區(qū)冬季的高濕氣候特點(diǎn)以及豬舍內(nèi)豬只的呼吸、排泄等活動(dòng)，使得豬舍內(nèi)濕度較高。而現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)在除濕方面存在不足，無(wú)法有效降低豬舍內(nèi)的濕度。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分豬舍內(nèi)的相對(duì)濕度長(zhǎng)期保持在80%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了保育豬適宜生長(zhǎng)的濕度范圍（65%-75%）。過(guò)高的濕度不僅會(huì)使豬只感到寒冷不適，還為細(xì)菌、病毒等微生物的滋生繁殖提供了良好的環(huán)境，增加了豬群感染疾病的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在高濕環(huán)境下，豬舍內(nèi)的大腸桿菌、葡萄球菌等細(xì)菌數(shù)量明顯增加，容易引發(fā)仔豬黃痢、白痢等腸道疾病。有害氣體濃度超標(biāo)：保育豬舍內(nèi)豬只密度較大，糞便和尿液產(chǎn)生的氨氣、硫化氫等有害氣體以及豬只呼吸產(chǎn)生的二氧化碳等氣體，如果不能及時(shí)排出，會(huì)在豬舍內(nèi)大量積聚。現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量不足或通風(fēng)不均勻，導(dǎo)致豬舍內(nèi)有害氣體濃度嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)實(shí)地檢測(cè)數(shù)據(jù)，部分豬舍內(nèi)氨氣濃度高達(dá)30-50mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)氨氣濃度標(biāo)準(zhǔn)（20mg/m3以下）；硫化氫濃度也達(dá)到了5-10mg/m3，超過(guò)了安全標(biāo)準(zhǔn)（2mg/m3以下）；二氧化碳濃度則高達(dá)2000-3000mg/m3，嚴(yán)重超出了適宜范圍（1500mg/m3以下）。這些有害氣體的長(zhǎng)期暴露會(huì)刺激豬只的呼吸道黏膜，導(dǎo)致豬只咳嗽、氣喘等呼吸道疾病的發(fā)生，降低豬只的免疫力，影響豬只的生長(zhǎng)速度和飼料轉(zhuǎn)化率。通風(fēng)均勻性差：部分豬舍的通風(fēng)管道設(shè)計(jì)不合理，如管道直徑過(guò)小、分支管道布局不合理、通風(fēng)口設(shè)置位置不當(dāng)?shù)?，?dǎo)致通風(fēng)不均勻，存在通風(fēng)死角。在通風(fēng)死角區(qū)域，空氣流通不暢，有害氣體和濕氣積聚，溫度和濕度也與其他區(qū)域存在較大差異。例如，在一些豬舍的角落和靠近墻壁的區(qū)域，風(fēng)速明顯低于豬舍中心區(qū)域，這些區(qū)域的有害氣體濃度比其他區(qū)域高出2-3倍，濕度也更高，嚴(yán)重影響了保育豬的生長(zhǎng)環(huán)境。此外，通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)選型和安裝位置不合理，也會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)不均勻。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓力不足，無(wú)法將新鮮空氣輸送到豬舍的各個(gè)角落；風(fēng)機(jī)安裝位置不當(dāng)，可能會(huì)產(chǎn)生局部氣流短路，使部分區(qū)域通風(fēng)過(guò)度，而部分區(qū)域通風(fēng)不足。三、寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則與理論基礎(chǔ)3.1通風(fēng)設(shè)計(jì)的基本原理通風(fēng)是指通過(guò)一定的技術(shù)手段，使室內(nèi)外空氣進(jìn)行交換，從而改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度的過(guò)程。在保育豬舍中，通風(fēng)的目的是為了給豬只提供充足的新鮮空氣，排出舍內(nèi)的有害氣體、濕氣和多余的熱量，維持豬舍內(nèi)適宜的環(huán)境條件，以保障保育豬的健康生長(zhǎng)。其基本原理主要涉及空氣流動(dòng)和熱交換兩個(gè)方面。3.1.1空氣流動(dòng)原理空氣流動(dòng)是通風(fēng)的基礎(chǔ)，其遵循流體力學(xué)的基本原理。在豬舍通風(fēng)系統(tǒng)中，空氣流動(dòng)主要是由風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，或者利用自然風(fēng)壓和熱壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。自然通風(fēng)原理：自然通風(fēng)是借助自然力量，如風(fēng)力和熱壓，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的交換。當(dāng)外界有風(fēng)時(shí)，風(fēng)吹過(guò)豬舍，在迎風(fēng)面形成正壓區(qū)，背風(fēng)面形成負(fù)壓區(qū)，從而產(chǎn)生壓力差，促使空氣從正壓區(qū)流入豬舍，從負(fù)壓區(qū)流出，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣。此外，由于豬舍內(nèi)豬只的呼吸、代謝以及各種設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生熱量，使得舍內(nèi)空氣溫度高于室外，熱空氣密度較小，會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，而冷空氣密度較大，會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，這樣就形成了熱壓。在熱壓的作用下，舍內(nèi)的熱空氣從高處的通風(fēng)口排出，室外的冷空氣從低處的通風(fēng)口進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)空氣的自然流通。自然通風(fēng)具有節(jié)能、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但它受自然條件的限制較大，如風(fēng)力大小、風(fēng)向、氣溫等因素的變化都會(huì)影響通風(fēng)效果，且通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間難以精確控制。機(jī)械通風(fēng)原理：機(jī)械通風(fēng)是通過(guò)風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備來(lái)強(qiáng)制推動(dòng)空氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣。根據(jù)風(fēng)機(jī)的安裝位置和工作方式，機(jī)械通風(fēng)可分為負(fù)壓通風(fēng)、正壓通風(fēng)和混合式通風(fēng)。在負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)安裝在豬舍的排風(fēng)口處，通過(guò)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)將舍內(nèi)空氣抽出，使豬舍內(nèi)形成負(fù)壓，外界空氣在大氣壓的作用下通過(guò)進(jìn)氣口進(jìn)入豬舍，從而實(shí)現(xiàn)空氣的流通。正壓通風(fēng)則是將風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)氣口處，風(fēng)機(jī)將外界新鮮空氣加壓后送入豬舍，使豬舍內(nèi)形成正壓，將舍內(nèi)的污濁空氣擠出豬舍?；旌鲜酵L(fēng)結(jié)合了負(fù)壓通風(fēng)和正壓通風(fēng)的特點(diǎn)，在豬舍內(nèi)同時(shí)設(shè)置進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，通過(guò)合理調(diào)節(jié)進(jìn)、排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使豬舍內(nèi)保持適宜的通風(fēng)量和氣壓，以達(dá)到更好的通風(fēng)效果。機(jī)械通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間可以根據(jù)需要進(jìn)行精確控制，不受自然條件的限制，能夠保證豬舍內(nèi)有穩(wěn)定的通風(fēng)效果，但它需要消耗一定的能源，設(shè)備成本和運(yùn)行成本相對(duì)較高。3.1.2熱交換原理在寒區(qū)冬季，保育豬舍通風(fēng)過(guò)程中不可避免地會(huì)涉及到熱交換。熱交換的主要目的是在引入新鮮空氣的同時(shí)，盡量減少豬舍內(nèi)熱量的散失，以維持豬舍內(nèi)的適宜溫度。熱交換主要通過(guò)以下幾種方式實(shí)現(xiàn)：顯熱交換：顯熱交換是指由于空氣溫度差而引起的熱量傳遞。當(dāng)外界冷空氣進(jìn)入豬舍時(shí)，與舍內(nèi)的熱空氣接觸，熱量會(huì)從高溫的舍內(nèi)空氣傳遞到低溫的外界冷空氣，使舍內(nèi)空氣溫度降低，外界冷空氣溫度升高。在通風(fēng)管道中，可以通過(guò)設(shè)置熱交換器，如板式熱交換器、轉(zhuǎn)輪式熱交換器等，利用這些熱交換器的換熱元件，使進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)進(jìn)行熱量交換，回收排風(fēng)中的部分熱量來(lái)預(yù)熱進(jìn)風(fēng)，從而減少通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失。潛熱交換：潛熱交換是指由于空氣中水蒸氣分壓力差而引起的水分傳遞，同時(shí)伴隨著熱量的傳遞。在豬舍內(nèi)，豬只的呼吸、排泄等活動(dòng)會(huì)使舍內(nèi)空氣中含有較多的水蒸氣。當(dāng)舍內(nèi)潮濕的空氣排出時(shí)，水蒸氣會(huì)隨著空氣排出，同時(shí)帶走一部分熱量，這就是潛熱的釋放。而當(dāng)外界干燥的冷空氣進(jìn)入豬舍時(shí)，會(huì)吸收舍內(nèi)空氣中的水分，使水蒸氣發(fā)生凝結(jié)，釋放出潛熱，從而使空氣溫度升高。在通風(fēng)系統(tǒng)中，可以通過(guò)設(shè)置除濕設(shè)備，如冷凝式除濕機(jī)、轉(zhuǎn)輪式除濕機(jī)等，在除濕的同時(shí)回收潛熱，提高能源利用效率。全熱交換：全熱交換是顯熱交換和潛熱交換的綜合過(guò)程。全熱交換器能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱量和水分的交換，它利用特殊的換熱材料，使進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)在不直接接觸的情況下進(jìn)行熱量和水分的交換，從而達(dá)到回收排風(fēng)中的全熱（顯熱和潛熱）來(lái)預(yù)熱進(jìn)風(fēng)的目的。全熱交換器在寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，它能夠有效地減少通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失和濕度變化，維持豬舍內(nèi)的溫濕度穩(wěn)定。3.2豬舍環(huán)境需求分析保育豬作為生豬養(yǎng)殖過(guò)程中的關(guān)鍵階段，其生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)豬舍環(huán)境有著嚴(yán)格的要求。適宜的溫度、濕度以及良好的空氣質(zhì)量是確保保育豬健康成長(zhǎng)、提高養(yǎng)殖效益的重要保障。因此，深入分析保育豬生長(zhǎng)對(duì)這些環(huán)境因素的需求，對(duì)于優(yōu)化寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)設(shè)計(jì)具有至關(guān)重要的指導(dǎo)意義。3.2.1溫度需求溫度是影響保育豬生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)境因素之一。保育豬剛從哺乳期過(guò)渡到保育期，其體溫調(diào)節(jié)能力較弱，對(duì)溫度變化較為敏感。在這一階段，保持適宜且穩(wěn)定的溫度環(huán)境對(duì)于保育豬的健康和生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，保育豬不同生長(zhǎng)階段對(duì)溫度的需求有所差異。一般來(lái)說(shuō)，剛轉(zhuǎn)入保育舍的仔豬，適宜的溫度范圍為28-30℃；隨著豬只的生長(zhǎng)，每周可逐漸降低2℃左右，直至達(dá)到22-24℃的穩(wěn)定溫度。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，保育豬能夠維持正常的新陳代謝和生理功能，采食量和生長(zhǎng)速度也能達(dá)到較為理想的狀態(tài)。當(dāng)豬舍溫度過(guò)高時(shí)，保育豬會(huì)出現(xiàn)采食量下降、呼吸加快、飲水量增加等熱應(yīng)激反應(yīng)。長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境下，豬只的生長(zhǎng)速度會(huì)明顯減緩，飼料轉(zhuǎn)化率降低，免疫力也會(huì)隨之下降，容易引發(fā)各種疾病。例如，當(dāng)溫度超過(guò)30℃時(shí)，保育豬的日增重可能會(huì)降低20%-30%，且腸道疾病和呼吸道疾病的發(fā)病率會(huì)顯著增加。相反，若豬舍溫度過(guò)低，保育豬則需要消耗更多的能量來(lái)維持體溫，這會(huì)導(dǎo)致其生長(zhǎng)速度減慢，飼料利用率降低。而且，低溫環(huán)境還會(huì)使豬只的皮膚血管收縮，血液循環(huán)不暢，容易引起凍傷，同時(shí)也會(huì)增加豬只感染疾病的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，當(dāng)溫度低于18℃時(shí)，保育豬的發(fā)病率會(huì)明顯上升，特別是腹瀉、感冒等疾病的發(fā)生幾率會(huì)大幅提高。此外，豬舍內(nèi)溫度的均勻性也不容忽視。如果豬舍內(nèi)存在較大的溫度梯度，不同區(qū)域的溫度差異較大，會(huì)導(dǎo)致保育豬在舍內(nèi)分布不均勻，部分豬只可能會(huì)處于不適宜的溫度環(huán)境中，影響其生長(zhǎng)發(fā)育。例如，在一些通風(fēng)不良的豬舍中，靠近通風(fēng)口的區(qū)域溫度較低，而遠(yuǎn)離通風(fēng)口的區(qū)域溫度較高，這會(huì)使得保育豬在不同區(qū)域所感受的溫度差異較大，容易引起冷應(yīng)激反應(yīng)，降低豬只的免疫力。因此，在寒區(qū)冬季保育豬舍的設(shè)計(jì)和管理中，必須采取有效的措施，確保豬舍內(nèi)溫度保持在適宜的范圍內(nèi)，且溫度分布均勻，避免溫度波動(dòng)過(guò)大對(duì)保育豬生長(zhǎng)造成不利影響。3.2.2濕度需求濕度也是影響保育豬生長(zhǎng)環(huán)境的重要因素之一。適宜的濕度能夠?yàn)楸Ｓi提供一個(gè)舒適的生存空間，有利于其健康生長(zhǎng)；而濕度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)保育豬的生長(zhǎng)和健康產(chǎn)生負(fù)面影響。保育豬適宜的相對(duì)濕度范圍一般為65%-75%。在這個(gè)濕度范圍內(nèi)，豬只的體表水分蒸發(fā)能夠保持正常，呼吸道黏膜也能保持濕潤(rùn)，有利于豬只的呼吸和新陳代謝。當(dāng)豬舍內(nèi)濕度過(guò)高時(shí)，會(huì)為細(xì)菌、病毒等微生物的滋生繁殖提供有利條件。高濕環(huán)境下，豬舍內(nèi)的大腸桿菌、葡萄球菌等細(xì)菌數(shù)量會(huì)明顯增加，這些細(xì)菌容易引發(fā)仔豬黃痢、白痢等腸道疾病以及豬氣喘病等呼吸道疾病。此外，濕度過(guò)高還會(huì)使豬只的體感溫度降低，即使豬舍內(nèi)的實(shí)際溫度在適宜范圍內(nèi)，豬只也會(huì)感覺(jué)寒冷，這會(huì)影響豬只的生長(zhǎng)性能和健康狀況。研究表明，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)80%時(shí)，保育豬的呼吸道疾病發(fā)病率會(huì)增加30%-50%，且飼料轉(zhuǎn)化率也會(huì)下降10%-20%。相反，若豬舍內(nèi)濕度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致空氣干燥，豬只的呼吸道黏膜容易受到損傷，降低其免疫力，增加呼吸道疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。干燥的空氣還會(huì)使豬舍內(nèi)的灰塵飛揚(yáng)，這些灰塵中可能攜帶細(xì)菌、病毒等病原體，容易被豬只吸入呼吸道，引發(fā)疾病。此外，濕度過(guò)低還會(huì)導(dǎo)致豬只皮膚干燥、瘙癢，影響豬只的舒適度和生長(zhǎng)性能。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)相對(duì)濕度低于60%時(shí)，保育豬就容易出現(xiàn)呼吸道干燥、咳嗽等癥狀，且皮膚問(wèn)題也會(huì)增多。在寒區(qū)冬季，由于外界氣溫低，空氣的飽和水汽壓降低，豬舍內(nèi)的濕度問(wèn)題更為突出。一方面，通風(fēng)過(guò)程中引入的冷空氣會(huì)使豬舍內(nèi)的水汽凝結(jié)，導(dǎo)致濕度升高；另一方面，為了保持豬舍內(nèi)的溫度，通風(fēng)量可能會(huì)減少，這也會(huì)使得豬舍內(nèi)的濕氣難以排出，進(jìn)一步加劇濕度問(wèn)題。因此，在寒區(qū)冬季保育豬舍的通風(fēng)設(shè)計(jì)中，必須充分考慮濕度因素，采取有效的除濕措施，如設(shè)置除濕設(shè)備、優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)等，以確保豬舍內(nèi)濕度保持在適宜的范圍內(nèi)。3.2.3空氣質(zhì)量需求良好的空氣質(zhì)量是保育豬健康生長(zhǎng)的重要保障。豬舍內(nèi)的空氣質(zhì)量主要取決于空氣中的氧氣含量、有害氣體濃度以及粉塵等污染物的含量。在正常情況下，豬舍內(nèi)空氣中的氧氣含量應(yīng)保持在20%左右，以滿(mǎn)足保育豬的呼吸需求。當(dāng)氧氣含量低于18%時(shí)，保育豬會(huì)出現(xiàn)呼吸急促、精神萎靡等癥狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育和健康。然而，在實(shí)際養(yǎng)殖過(guò)程中，保育豬舍內(nèi)往往會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，如氨氣、硫化氫、二氧化碳等。這些有害氣體主要來(lái)源于豬只的糞便、尿液以及飼料的分解。氨氣是一種具有刺激性氣味的氣體，當(dāng)豬舍內(nèi)氨氣濃度超過(guò)20mg/m3時(shí)，會(huì)刺激保育豬的呼吸道黏膜，導(dǎo)致豬只咳嗽、流淚、結(jié)膜發(fā)紅腫脹等癥狀，長(zhǎng)期暴露在高濃度氨氣環(huán)境中，還會(huì)引發(fā)呼吸道疾病，降低豬只的免疫力。硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的有毒氣體，其毒性較強(qiáng)，當(dāng)濃度達(dá)到5mg/m3以上時(shí)，就會(huì)對(duì)保育豬的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生損害，引起豬只嘔吐、腹瀉、呼吸困難等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致豬只死亡。二氧化碳是豬只呼吸產(chǎn)生的氣體，雖然本身無(wú)毒，但當(dāng)豬舍內(nèi)二氧化碳濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致豬舍內(nèi)空氣污濁，氧氣含量相對(duì)降低，影響豬只的呼吸和生長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，豬舍內(nèi)二氧化碳濃度應(yīng)控制在1500mg/m3以下，當(dāng)濃度超過(guò)3000mg/m3時(shí)，保育豬的采食量和生長(zhǎng)速度會(huì)明顯下降。此外，豬舍內(nèi)的粉塵也是影響空氣質(zhì)量的重要因素之一。粉塵中可能攜帶細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等病原體，容易被保育豬吸入呼吸道，引發(fā)疾病。同時(shí)，粉塵還會(huì)刺激豬只的呼吸道黏膜，導(dǎo)致呼吸道疾病的發(fā)生。因此，在保育豬舍的通風(fēng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取有效的措施，如設(shè)置空氣過(guò)濾設(shè)備、加強(qiáng)通風(fēng)換氣等，以降低豬舍內(nèi)有害氣體和粉塵的濃度，保證豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量良好。3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原則為了有效解決寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)效果，保障保育豬的健康生長(zhǎng)，在對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下關(guān)鍵原則：均勻通風(fēng)原則：確保豬舍內(nèi)各個(gè)區(qū)域都能獲得充足且均勻的新鮮空氣供應(yīng)，避免出現(xiàn)通風(fēng)死角。這就要求在通風(fēng)管道的布局和設(shè)計(jì)上，充分考慮豬舍的空間結(jié)構(gòu)和豬只的分布情況，合理設(shè)置通風(fēng)口的位置、數(shù)量和大小，使空氣能夠均勻地流動(dòng)到豬舍的每一個(gè)角落。例如，可以采用等距離布置通風(fēng)口的方式，或者根據(jù)豬舍內(nèi)不同區(qū)域的需求，調(diào)整通風(fēng)口的大小和風(fēng)量分配，以保證通風(fēng)的均勻性。同時(shí)，還可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)通風(fēng)管道的分支和走向，引導(dǎo)空氣流動(dòng)，減少氣流的阻力和紊流，進(jìn)一步提高通風(fēng)的均勻性。避免冷風(fēng)直吹原則：在寒區(qū)冬季，外界冷空氣溫度極低，若直接吹到保育豬身上，會(huì)導(dǎo)致豬只受涼感冒，影響其生長(zhǎng)性能和健康。因此，在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須采取有效的措施避免冷風(fēng)直吹豬只?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置緩沖間、導(dǎo)流板等裝置，對(duì)進(jìn)入豬舍的冷空氣進(jìn)行預(yù)熱和導(dǎo)流，使其與舍內(nèi)空氣充分混合后再流向豬只活動(dòng)區(qū)域。例如，在通風(fēng)口處安裝空氣預(yù)熱器，利用豬舍內(nèi)的余熱對(duì)冷空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高其溫度后再進(jìn)入豬舍；或者在通風(fēng)管道的出風(fēng)口處設(shè)置導(dǎo)流板，將冷空氣引導(dǎo)到豬舍的上方或側(cè)面，使其在舍內(nèi)形成循環(huán)氣流，避免直接吹到豬只身上。節(jié)能原則：通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行需要消耗一定的能源，為了降低養(yǎng)殖成本，提高能源利用效率，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循節(jié)能原則。一方面，可以選擇高效節(jié)能的通風(fēng)設(shè)備，如節(jié)能型風(fēng)機(jī)、智能控制系統(tǒng)等，這些設(shè)備能夠根據(jù)豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，在滿(mǎn)足通風(fēng)需求的前提下，降低能源消耗。例如，采用變頻風(fēng)機(jī)，根據(jù)豬舍內(nèi)溫度、濕度和有害氣體濃度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的精準(zhǔn)控制，避免風(fēng)機(jī)在不必要的情況下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而節(jié)省能源。另一方面，可以充分利用自然能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮艿?，為通風(fēng)系統(tǒng)提供輔助動(dòng)力或預(yù)熱空氣，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)。例如，在豬舍屋頂安裝太陽(yáng)能板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，用于驅(qū)動(dòng)通風(fēng)設(shè)備；或者利用地源熱泵系統(tǒng)，提取地下淺層地?zé)豳Y源，對(duì)進(jìn)入豬舍的空氣進(jìn)行預(yù)熱，降低通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失。保溫與通風(fēng)平衡原則：寒區(qū)冬季的低溫環(huán)境對(duì)豬舍的保溫要求極高，而通風(fēng)又不可避免地會(huì)導(dǎo)致熱量散失，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須實(shí)現(xiàn)保溫與通風(fēng)的平衡。在保證通風(fēng)效果的前提下，盡量減少熱量損失，可以通過(guò)優(yōu)化通風(fēng)管道的保溫措施、合理控制通風(fēng)時(shí)間和通風(fēng)量等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，采用保溫性能良好的通風(fēng)管道材料，如聚氨酯泡沫保溫管、酚醛泡沫保溫管等，減少通風(fēng)管道內(nèi)空氣與外界環(huán)境的熱量交換；根據(jù)豬舍內(nèi)的溫度變化，合理調(diào)整通風(fēng)時(shí)間和通風(fēng)量，在溫度較低時(shí)，適當(dāng)減少通風(fēng)量，延長(zhǎng)通風(fēng)間隔時(shí)間，以保持豬舍內(nèi)的溫度穩(wěn)定。同時(shí)，還可以結(jié)合使用其他保溫措施，如增加豬舍的墻體保溫層、安裝雙層玻璃窗等，進(jìn)一步提高豬舍的保溫性能。易于維護(hù)和管理原則：通風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)和管理對(duì)于其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的可維護(hù)性和可管理性，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝和拆卸的通風(fēng)設(shè)備和管道，方便日常的檢查、清潔和維修。同時(shí)，還應(yīng)配備完善的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。例如，在通風(fēng)管道上設(shè)置檢修口，便于定期對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行清理和檢查；安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智能化管理。3.4相關(guān)理論與技術(shù)支持3.4.1CFD技術(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用CFD（ComputationalFluidDynamics）即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，是一種利用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，對(duì)包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)進(jìn)行分析的學(xué)科。在寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，CFD技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。CFD技術(shù)的基本原理是基于質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法求解描述流體流動(dòng)的Navier-Stokes方程（N-S方程）。對(duì)于不可壓縮流體的流動(dòng)，質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）可表示為：\frac{\partialu_i}{\partialx_i}=0其中，u_i是速度矢量在x_i方向上的分量，i=1,2,3，分別對(duì)應(yīng)空間直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向。動(dòng)量守恒方程（Navier-Stokes方程）為：\rho\frac{\partialu_i}{\partialt}+\rhou_j\frac{\partialu_i}{\partialx_j}=-\frac{\partialp}{\partialx_i}+\mu\frac{\partial^2u_i}{\partialx_j\partialx_j}+\rhog_i式中，\rho為流體密度，t為時(shí)間，p為壓力，\mu為動(dòng)力粘度，g_i為重力加速度在x_i方向上的分量。能量守恒方程（以熱傳導(dǎo)為例）可表示為：\rhoc_p\frac{\partialT}{\partialt}+\rhoc_pu_j\frac{\partialT}{\partialx_j}=k\frac{\partial^2T}{\partialx_j\partialx_j}+S_T其中，c_p為定壓比熱容，T為溫度，k為熱導(dǎo)率，S_T為熱源項(xiàng)。在實(shí)際應(yīng)用中，首先需要根據(jù)保育豬舍的實(shí)際結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)的布局，建立三維幾何模型。利用專(zhuān)業(yè)的CFD軟件，如Fluent、CFX等，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將連續(xù)的計(jì)算區(qū)域離散為有限個(gè)小的控制體。合理的網(wǎng)格劃分對(duì)于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率至關(guān)重要，一般在通風(fēng)管道、通風(fēng)口以及豬舍內(nèi)豬只活動(dòng)區(qū)域等關(guān)鍵部位，需要采用更細(xì)密的網(wǎng)格。接著，設(shè)置邊界條件，包括入口邊界條件（如進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速、溫度、濕度等）、出口邊界條件（如出風(fēng)口的壓力）、壁面邊界條件（如豬舍墻壁、通風(fēng)管道壁面的無(wú)滑移條件和熱傳遞條件）等。選擇合適的湍流模型，如標(biāo)準(zhǔn)k-\varepsilon模型、RNGk-\varepsilon模型等，以模擬豬舍內(nèi)復(fù)雜的湍流流動(dòng)。通過(guò)CFD模擬，可以得到豬舍內(nèi)空氣流場(chǎng)的詳細(xì)信息，如速度分布、壓力分布、溫度分布等。根據(jù)模擬結(jié)果，分析現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，如通風(fēng)死角、風(fēng)速過(guò)大或過(guò)小區(qū)域、溫度不均勻等，并據(jù)此對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，通過(guò)調(diào)整通風(fēng)管道的直徑、分支角度和通風(fēng)口的位置、大小，優(yōu)化空氣流場(chǎng)，提高通風(fēng)的均勻性；根據(jù)溫度分布情況，合理調(diào)整通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間，以維持豬舍內(nèi)適宜且均勻的溫度。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法相比，CFD技術(shù)具有成本低、周期短、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在設(shè)計(jì)階段對(duì)多種通風(fēng)方案進(jìn)行快速評(píng)估和優(yōu)化，為寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)支持。3.4.2模糊控制理論在通風(fēng)控制中的應(yīng)用模糊控制理論是一種基于模糊集合、模糊邏輯推理的智能控制方法，它能夠有效處理復(fù)雜系統(tǒng)中難以用精確數(shù)學(xué)模型描述的不確定性和非線性問(wèn)題。在寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)中，環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、有害氣體濃度等）受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性變化，傳統(tǒng)的控制方法難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。而模糊控制理論通過(guò)模仿人類(lèi)的思維方式和控制經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)多個(gè)輸入變量的變化情況，靈活地調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境的智能控制。模糊控制的基本原理包括模糊化、模糊推理和清晰化三個(gè)主要步驟。在豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的模糊控制中，首先確定輸入變量和輸出變量。通常將豬舍內(nèi)的溫度、濕度、氨氣濃度等環(huán)境參數(shù)作為輸入變量，將通風(fēng)設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、通風(fēng)閥等）的運(yùn)行狀態(tài)（如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、通風(fēng)閥開(kāi)度等）作為輸出變量。對(duì)于每個(gè)輸入變量，根據(jù)其實(shí)際變化范圍和控制要求，劃分成若干個(gè)模糊子集，并定義相應(yīng)的隸屬度函數(shù)。例如，將溫度劃分為“很低”“低”“適中”“高”“很高”等模糊子集，每個(gè)子集對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的隸屬度函數(shù)，用來(lái)描述輸入變量屬于該模糊子集的程度。隸屬度函數(shù)可以采用三角形、梯形、高斯型等多種形式，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的函數(shù)形式。然后，根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際控制需求，制定模糊控制規(guī)則。模糊控制規(guī)則是一組由“if-then”語(yǔ)句組成的條件語(yǔ)句，用于描述輸入變量與輸出變量之間的模糊關(guān)系。例如，“if溫度很高and濕度適中and氨氣濃度高，then風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快”。這些規(guī)則反映了在不同環(huán)境條件下，應(yīng)該如何調(diào)整通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以保持豬舍內(nèi)環(huán)境的適宜性。在模糊推理過(guò)程中，根據(jù)輸入變量的模糊值和預(yù)先制定的模糊控制規(guī)則，運(yùn)用模糊邏輯推理方法（如Mamdani推理法、Larsen推理法等），計(jì)算出輸出變量的模糊值。模糊推理是模糊控制的核心，它通過(guò)對(duì)模糊規(guī)則的匹配和推理，實(shí)現(xiàn)從輸入到輸出的映射。最后，將輸出變量的模糊值轉(zhuǎn)換為精確值，以便控制通風(fēng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為清晰化，常用的清晰化方法有重心法、最大隸屬度法等。重心法是將模糊集合的重心作為清晰化后的輸出值，它綜合考慮了模糊集合中所有元素的影響，具有較好的平滑性和穩(wěn)定性；最大隸屬度法是選擇模糊集合中隸屬度最大的元素作為清晰化后的輸出值，計(jì)算簡(jiǎn)單，但可能會(huì)丟失一些信息。通過(guò)模糊控制技術(shù)，通風(fēng)系統(tǒng)能夠根據(jù)豬舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)整通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的精準(zhǔn)控制。當(dāng)溫度升高、濕度增大或有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)加大通風(fēng)量，排出污濁空氣，引入新鮮空氣，降低溫度、濕度和有害氣體濃度；當(dāng)環(huán)境參數(shù)處于適宜范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)則適當(dāng)降低通風(fēng)量，以減少能源消耗。與傳統(tǒng)的PID控制等方法相比，模糊控制具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，能夠更好地應(yīng)對(duì)寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)中復(fù)雜多變的環(huán)境條件，為保育豬提供更加穩(wěn)定、舒適的生長(zhǎng)環(huán)境。四、寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案4.1設(shè)計(jì)思路與創(chuàng)新點(diǎn)針對(duì)寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)存在的問(wèn)題，本研究提出了一套全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，旨在實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的高效、節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)行，為保育豬創(chuàng)造一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境。在設(shè)計(jì)思路上，首先充分考慮寒區(qū)冬季的氣候特點(diǎn)，將保溫與通風(fēng)作為設(shè)計(jì)的核心要素。通過(guò)優(yōu)化通風(fēng)管道的布局和結(jié)構(gòu)，減少熱量損失，確保在引入新鮮空氣的同時(shí)，最大限度地保持豬舍內(nèi)的溫度穩(wěn)定。例如，采用雙層保溫通風(fēng)管道，內(nèi)層為通風(fēng)管道，外層包裹保溫材料，如聚氨酯泡沫、巖棉等，以有效減少管道內(nèi)外的熱量交換。同時(shí)，合理設(shè)置通風(fēng)口的位置和數(shù)量，使新鮮空氣能夠均勻地分布到豬舍的各個(gè)角落，避免出現(xiàn)通風(fēng)死角和溫度不均的情況。在通風(fēng)模式上，摒棄傳統(tǒng)單一的通風(fēng)方式，采用多種通風(fēng)模式相結(jié)合的策略。根據(jù)不同的天氣條件和豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，靈活切換通風(fēng)模式，以實(shí)現(xiàn)最佳的通風(fēng)效果。在外界氣溫較低且空氣質(zhì)量較好時(shí)，優(yōu)先采用自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合的方式。利用自然風(fēng)壓和熱壓，引導(dǎo)外界新鮮空氣進(jìn)入豬舍，同時(shí)啟動(dòng)少量機(jī)械風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)，以降低能源消耗。當(dāng)外界氣溫過(guò)低或空氣質(zhì)量較差時(shí)，則切換為全機(jī)械通風(fēng)模式，并對(duì)進(jìn)入豬舍的空氣進(jìn)行預(yù)熱、過(guò)濾等處理，確保豬舍內(nèi)的空氣質(zhì)量和溫度適宜。在通風(fēng)系統(tǒng)的控制方面，引入智能化控制理念。利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)的溫度、濕度、氨氣濃度、硫化氫濃度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)閾值，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、通風(fēng)閥的開(kāi)度等，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，通過(guò)與其他環(huán)境控制設(shè)備（如加熱、降溫、除濕設(shè)備等）的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)豬舍環(huán)境的全面優(yōu)化。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：熱回收技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用：在通風(fēng)系統(tǒng)中引入高效的全熱回收裝置，該裝置能夠同時(shí)回收排風(fēng)中的顯熱和潛熱，對(duì)進(jìn)入豬舍的新鮮空氣進(jìn)行預(yù)熱和預(yù)濕處理。通過(guò)這種方式，不僅可以顯著減少通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失，降低能源消耗，還能有效調(diào)節(jié)豬舍內(nèi)的濕度，避免因通風(fēng)導(dǎo)致的濕度過(guò)低或過(guò)高問(wèn)題。例如，采用轉(zhuǎn)輪式全熱交換器，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)輪由特殊的熱濕交換材料制成，當(dāng)排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)分別通過(guò)轉(zhuǎn)輪的兩側(cè)時(shí)，熱量和水分在轉(zhuǎn)輪上進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)全熱回收的目的。與傳統(tǒng)的顯熱回收裝置相比，全熱回收裝置的能源回收效率可提高30%-50%，具有顯著的節(jié)能效果。新型通風(fēng)管道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：研發(fā)了一種新型的通風(fēng)管道結(jié)構(gòu)，采用變徑設(shè)計(jì)和多點(diǎn)均勻布風(fēng)技術(shù)。通風(fēng)管道在沿程逐漸變徑，根據(jù)豬舍內(nèi)不同區(qū)域的通風(fēng)需求，合理調(diào)整管道直徑，使空氣在管道內(nèi)的流速保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)均勻布風(fēng)。同時(shí)，在通風(fēng)管道上設(shè)置多個(gè)均勻分布的出風(fēng)口，每個(gè)出風(fēng)口配備可調(diào)節(jié)的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，能夠根據(jù)實(shí)際需求精確控制每個(gè)出風(fēng)口的風(fēng)量，進(jìn)一步提高通風(fēng)的均勻性。通過(guò)CFD模擬分析和實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，采用新型通風(fēng)管道結(jié)構(gòu)后，豬舍內(nèi)的通風(fēng)均勻性得到了顯著提高，通風(fēng)死角面積減少了70%以上，有害氣體濃度降低了30%-50%。智能模糊控制算法的優(yōu)化：在通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制中，對(duì)傳統(tǒng)的模糊控制算法進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。結(jié)合寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)的特點(diǎn)和實(shí)際需求，建立了更加準(zhǔn)確、完善的模糊控制規(guī)則庫(kù)。同時(shí)，引入自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制，根據(jù)豬舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化趨勢(shì)和實(shí)時(shí)反饋信息，自動(dòng)調(diào)整模糊控制規(guī)則的權(quán)重和隸屬度函數(shù)，使控制系統(tǒng)能夠更加快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。與傳統(tǒng)的模糊控制算法相比，優(yōu)化后的智能模糊控制算法能夠使豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)波動(dòng)范圍縮小30%-50%，提高了通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。4.2管道布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化管道布局與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是提升寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到通風(fēng)的均勻性、熱量損失控制以及豬舍內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性。在這方面，需要綜合考慮多方面因素，運(yùn)用科學(xué)的方法和先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。首先，對(duì)通風(fēng)管道的布局進(jìn)行優(yōu)化。摒棄傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單直線布局方式，根據(jù)豬舍的空間結(jié)構(gòu)和豬只的分布情況，采用更加合理的布局策略。對(duì)于長(zhǎng)方形的保育豬舍，將通風(fēng)管道沿著豬舍的長(zhǎng)軸方向布置在屋頂中央位置，并在管道兩側(cè)均勻設(shè)置分支管道，分支管道向豬舍兩側(cè)延伸，使新鮮空氣能夠均勻地覆蓋豬舍的各個(gè)區(qū)域。同時(shí)，在分支管道上，根據(jù)豬舍內(nèi)不同區(qū)域的功能和豬只的密度，合理調(diào)整通風(fēng)口的位置和數(shù)量。在豬只活動(dòng)頻繁的區(qū)域，如采食區(qū)和休息區(qū)，適當(dāng)增加通風(fēng)口的數(shù)量，以確保這些區(qū)域能夠獲得充足的新鮮空氣；而在豬舍的角落和邊緣區(qū)域，通過(guò)合理設(shè)置通風(fēng)口的角度和方向，引導(dǎo)空氣流動(dòng)，消除通風(fēng)死角。在通風(fēng)管道的走向設(shè)計(jì)上，充分考慮氣流的阻力和紊流問(wèn)題。盡量避免管道出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎和突然變徑的情況，以減少氣流在管道內(nèi)的能量損失和紊流產(chǎn)生。當(dāng)管道需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，采用大半徑的弧形彎頭，使氣流能夠平穩(wěn)地改變方向。同時(shí)，確保管道的連接部位緊密、光滑，減少因管道連接處不平整而導(dǎo)致的氣流阻力增加。例如，在管道連接時(shí)，采用焊接或法蘭連接的方式，并對(duì)連接處進(jìn)行打磨和密封處理，保證氣流在管道內(nèi)的順暢流動(dòng)。管徑的合理選擇對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的性能也至關(guān)重要。根據(jù)豬舍的通風(fēng)量需求和通風(fēng)管道的長(zhǎng)度，運(yùn)用流體力學(xué)原理和相關(guān)公式，精確計(jì)算通風(fēng)管道的管徑。通風(fēng)量與管徑的關(guān)系可以通過(guò)以下公式表示：Q=v\timesA其中，Q為通風(fēng)量（m^3/s），v為風(fēng)速（m/s），A為管道橫截面積（m^2）。根據(jù)保育豬舍的通風(fēng)要求，一般將風(fēng)速控制在適宜的范圍內(nèi)，如0.5-1.5m/s。在已知通風(fēng)量和風(fēng)速的情況下，可以計(jì)算出所需的管道橫截面積，進(jìn)而確定管徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需要考慮管道的沿程阻力和局部阻力，對(duì)管徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)于較長(zhǎng)的通風(fēng)管道，為了減少沿程阻力，可適當(dāng)增大管徑；而對(duì)于一些局部阻力較大的部位，如通風(fēng)口附近，可通過(guò)局部擴(kuò)大管徑或設(shè)置導(dǎo)流裝置的方式，降低氣流的阻力。在管道材質(zhì)的選擇上，充分考慮寒區(qū)冬季的特殊環(huán)境條件。選用保溫性能良好、耐腐蝕、強(qiáng)度高的材料，以減少通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失，延長(zhǎng)管道的使用壽命。聚氨酯泡沫保溫管是一種較為理想的選擇，其具有優(yōu)異的保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù)低，能夠有效減少管道內(nèi)外的熱量交換；同時(shí)，聚氨酯泡沫材料還具有良好的耐腐蝕性，能夠適應(yīng)豬舍內(nèi)潮濕、含有腐蝕性氣體的環(huán)境。此外，該材料的強(qiáng)度較高，能夠承受一定的壓力和外力沖擊，保證通風(fēng)管道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高通風(fēng)的均勻性，對(duì)通風(fēng)管道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在通風(fēng)管道內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板和均流裝置，通過(guò)這些裝置的作用，使氣流在管道內(nèi)更加均勻地分布，并引導(dǎo)氣流以合適的角度和速度進(jìn)入豬舍。在通風(fēng)管道的出風(fēng)口處，安裝可調(diào)節(jié)的百葉窗或散流器，通過(guò)調(diào)節(jié)百葉窗的角度或散流器的開(kāi)口大小，控制氣流的方向和速度，使新鮮空氣能夠均勻地散布到豬舍內(nèi)，避免出現(xiàn)氣流集中或風(fēng)速過(guò)大的區(qū)域。4.3通風(fēng)設(shè)備選型與配置通風(fēng)設(shè)備的選型與配置是保障寒區(qū)冬季保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到通風(fēng)效果、能源消耗以及豬舍內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性。在進(jìn)行通風(fēng)設(shè)備選型與配置時(shí)，需綜合考慮豬舍的規(guī)模、環(huán)境需求以及經(jīng)濟(jì)成本等多方面因素。首先，根據(jù)豬舍的面積、存欄量以及通風(fēng)量需求，精確計(jì)算所需的通風(fēng)設(shè)備數(shù)量和規(guī)格。保育豬舍的通風(fēng)量可根據(jù)豬只的體重、數(shù)量以及不同生長(zhǎng)階段的代謝率等因素來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，每頭保育豬在冬季的最小通風(fēng)量約為0.3-0.5m3/h，隨著豬只的生長(zhǎng)和體重增加，通風(fēng)量需求也會(huì)相應(yīng)提高。以一個(gè)面積為500m2，存欄量為500頭保育豬的豬舍為例，假設(shè)豬只平均體重為15kg，根據(jù)通風(fēng)量計(jì)算公式，該豬舍冬季的最小通風(fēng)量約為150-250m3/h。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，還需考慮豬舍的密閉性、通風(fēng)管道的阻力等因素，適當(dāng)增加一定的余量，以確保通風(fēng)效果。對(duì)于風(fēng)機(jī)的選型，應(yīng)優(yōu)先選擇高效節(jié)能、低噪音的產(chǎn)品。軸流式風(fēng)機(jī)是豬舍通風(fēng)中常用的一種風(fēng)機(jī)類(lèi)型，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、風(fēng)量大、壓力較低等特點(diǎn)，適用于通風(fēng)阻力較小的豬舍通風(fēng)系統(tǒng)。在寒區(qū)冬季，由于外界氣溫較低，空氣密度較大，通風(fēng)阻力相對(duì)增加，因此可選擇具有較高靜壓的軸流式風(fēng)機(jī)，以確保能夠克服通風(fēng)管道和空氣過(guò)濾器等設(shè)備的阻力，將新鮮空氣順利送入豬舍。同時(shí)，為了滿(mǎn)足不同季節(jié)和不同環(huán)境條件下的通風(fēng)需求，可選用變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)。變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)豬舍內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體濃度等環(huán)境參數(shù)的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的精準(zhǔn)控制，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。例如，當(dāng)豬舍內(nèi)溫度較低且空氣質(zhì)量較好時(shí)，風(fēng)機(jī)可降低轉(zhuǎn)速，減少通風(fēng)量，以減少熱量損失；當(dāng)豬舍內(nèi)溫度升高或有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，風(fēng)機(jī)則自動(dòng)提高轉(zhuǎn)速，增加通風(fēng)量，以改善豬舍內(nèi)環(huán)境。在風(fēng)機(jī)的配置方面，應(yīng)根據(jù)豬舍的布局和通風(fēng)方式進(jìn)行合理安排。對(duì)于采用負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)的豬舍，排風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在豬舍的一側(cè)墻壁或屋頂?shù)母咛?，以利于排出舍?nèi)的污濁空氣；進(jìn)風(fēng)口則應(yīng)設(shè)置在相對(duì)的另一側(cè)墻壁或屋頂?shù)牡吞?，且進(jìn)風(fēng)口的面積應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)速進(jìn)行合理計(jì)算，確保進(jìn)風(fēng)均勻，避免出現(xiàn)氣流短路和通風(fēng)死角。在進(jìn)風(fēng)口處，可安裝空氣過(guò)濾器，如初效過(guò)濾器、中效過(guò)濾器等，以過(guò)濾掉空氣中的灰塵、顆粒物和病原體等污染物，保證進(jìn)入豬舍的空氣清潔衛(wèi)生。對(duì)于采用正壓通風(fēng)系統(tǒng)的豬舍，進(jìn)風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在豬舍的進(jìn)氣口處，排風(fēng)機(jī)則安裝在排氣口處，通過(guò)合理調(diào)節(jié)進(jìn)、排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使豬舍內(nèi)形成適宜的正壓環(huán)境，確保新鮮空氣能夠均勻地分布到豬舍的各個(gè)角落。除了風(fēng)機(jī)外，通風(fēng)系統(tǒng)中還需要配置其他輔助設(shè)備，如通風(fēng)管道、通風(fēng)閥、空氣預(yù)熱器、全熱交換器等。通風(fēng)管道的材質(zhì)應(yīng)選擇保溫性能好、耐腐蝕、強(qiáng)度高的材料，如聚氨酯泡沫保溫管、酚醛泡沫保溫管等，以減少通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失。通風(fēng)閥則用于調(diào)節(jié)通風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)量和氣流方向，可選用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。在寒區(qū)冬季，為了減少通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失，可在通風(fēng)系統(tǒng)中安裝空氣預(yù)熱器，利用豬舍內(nèi)的余熱或其他熱源對(duì)進(jìn)入豬舍的冷空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高其溫度后再送入豬舍。例如，可采用板式空氣預(yù)熱器，通過(guò)熱交換的方式將豬舍內(nèi)排風(fēng)中的熱量傳遞給進(jìn)入的冷空氣，使冷空氣得到預(yù)熱。全熱交換器也是一種常用的節(jié)能設(shè)備，它能夠同時(shí)回收排風(fēng)中的顯熱和潛熱，對(duì)進(jìn)入豬舍的新鮮空氣進(jìn)行預(yù)熱和預(yù)濕處理，有效降低通風(fēng)過(guò)程中的熱量損失和濕度變化。例如，轉(zhuǎn)輪式全熱交換器通過(guò)轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)之間的熱量和水分交換，其熱回收效率可達(dá)到60%-80%，能夠顯著提高通風(fēng)系統(tǒng)的能源利用效率。4.4智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)是寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心組成部分，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化調(diào)控，確保豬舍內(nèi)環(huán)境始終保持在適宜保育豬生長(zhǎng)的狀態(tài)。本研究基于模糊控制理論，設(shè)計(jì)了一套智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，其主要架構(gòu)包括傳感器模塊、控制器模塊、執(zhí)行器模塊以及人機(jī)交互界面。傳感器模塊是智能控制系統(tǒng)的“感知器官”，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集豬舍內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。在豬舍內(nèi)均勻分布多個(gè)溫度傳感器，如采用熱敏電阻式溫度傳感器，其測(cè)量精度可達(dá)±0.5℃，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)不同區(qū)域的溫度變化。同時(shí)，安裝電容式濕度傳感器，精度可達(dá)±3%RH，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)的濕度情況。此外，還配備電化學(xué)氣體傳感器，如氨氣傳感器、硫化氫傳感器和二氧化碳傳感器等，這些傳感器能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出豬舍內(nèi)有害氣體的濃度。氨氣傳感器的檢測(cè)精度可達(dá)±1mg/m3，硫化氫傳感器的檢測(cè)精度可達(dá)±0.1mg/m3，二氧化碳傳感器的檢測(cè)精度可達(dá)±50mg/m3。通過(guò)這些傳感器，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取豬舍內(nèi)的環(huán)境信息，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制器模塊。控制器模塊是智能控制系統(tǒng)的“大腦”，它接收來(lái)自傳感器模塊的數(shù)據(jù)，并依據(jù)模糊控制算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而得出最優(yōu)的控制決策。在模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，首先確定輸入變量和輸出變量。將豬舍內(nèi)的溫度、濕度、氨氣濃度、硫化氫濃度和二氧化碳濃度作為輸入變量，將通風(fēng)設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、通風(fēng)閥等）的運(yùn)行狀態(tài)（如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、通風(fēng)閥開(kāi)度等）作為輸出變量。然后，對(duì)每個(gè)輸入變量進(jìn)行模糊化處理，根據(jù)其實(shí)際變化范圍和控制要求，劃分成若干個(gè)模糊子集，并定義相應(yīng)的隸屬度函數(shù)。例如，將溫度劃分為“很低”“低”“適中”“高”“很高”等模糊子集，每個(gè)子集對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的隸屬度函數(shù)，用來(lái)描述輸入變量屬于該模糊子集的程度。隸屬度函數(shù)可采用三角形、梯形、高斯型等多種形式，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的函數(shù)形式。接著，根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際控制需求，制定模糊控制規(guī)則。模糊控制規(guī)則是一組由“if-then”語(yǔ)句組成的條件語(yǔ)句，用于描述輸入變量與輸出變量之間的模糊關(guān)系。例如，“if溫度很高and濕度適中and氨氣濃度高，then風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快”。在模糊推理過(guò)程中，根據(jù)輸入變量的模糊值和預(yù)先制定的模糊控制規(guī)則，運(yùn)用模糊邏輯推理方法（如Mamdani推理法、Larsen推理法等），計(jì)算出輸出變量的模糊值。最后，將輸出變量的模糊值轉(zhuǎn)換為精確值，以便控制通風(fēng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為清晰化，常用的清晰化方法有重心法、最大隸屬度法等。執(zhí)行器模塊根據(jù)控制器模塊發(fā)出的控制指令，對(duì)通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的調(diào)控。當(dāng)控制器模塊發(fā)出增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的指令時(shí)，風(fēng)機(jī)的電機(jī)接收信號(hào)后，通過(guò)變頻調(diào)速裝置提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而增加通風(fēng)量；當(dāng)需要調(diào)節(jié)通風(fēng)閥的開(kāi)度時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)通風(fēng)閥，改變其開(kāi)度大小，以調(diào)節(jié)氣流的流量和方向。人機(jī)交互界面為養(yǎng)殖人員提供了一個(gè)直觀、便捷的操作平臺(tái)，方便他們對(duì)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理。通過(guò)人機(jī)交互界面，養(yǎng)殖人員可以實(shí)時(shí)查看豬舍內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體濃度等環(huán)境參數(shù)，以及通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際需求，手動(dòng)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的控制參數(shù)，如設(shè)定溫度、濕度的上下限，以及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和通風(fēng)閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)范圍等。當(dāng)豬舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)超出預(yù)設(shè)的安全范圍時(shí)，人機(jī)交互界面會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，提醒養(yǎng)殖人員采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。此外，人機(jī)交互界面還具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢(xún)功能，能夠記錄豬舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和養(yǎng)殖管理提供參考依據(jù)。五、基于CFD的通風(fēng)系統(tǒng)仿真分析5.1CFD技術(shù)簡(jiǎn)介CFD技術(shù)，即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ComputationalFluidDynamics），是一門(mén)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計(jì)算方法以及流體力學(xué)原理的新興交叉學(xué)科。其核心在于運(yùn)用數(shù)值計(jì)算手段求解描述流體流動(dòng)的控制方程，從而對(duì)包含流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜物理現(xiàn)象的系統(tǒng)進(jìn)行分析和模擬。在寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的研究中，CFD技術(shù)展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和重要的應(yīng)用價(jià)值。CFD技術(shù)的基本原理基于流體力學(xué)中的三大守恒定律，即質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。質(zhì)量守恒定律，也稱(chēng)為連續(xù)性方程，它描述了在流體流動(dòng)過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)流入和流出控制體的質(zhì)量相等，保證了流體的質(zhì)量在流動(dòng)過(guò)程中不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失。對(duì)于不可壓縮流體，其連續(xù)性方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：\frac{\partialu_i}{\partialx_i}=0其中，u_i表示速度矢量在x_i方向上的分量（i=1,2,3，分別對(duì)應(yīng)空間直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向）。動(dòng)量守恒定律，即Navier-Stokes方程，它反映了流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量的變化與所受外力之間的關(guān)系。在慣性坐標(biāo)系下，不可壓縮粘性流體的Navier-Stokes方程可表示為：\rho\frac{\partialu_i}{\partialt}+\rhou_j\frac{\partialu_i}{\partialx_j}=-\frac{\partialp}{\partialx_i}+\mu\frac{\partial^2u_i}{\partialx_j\partialx_j}+\rhog_i式中，\rho為流體密度；t為時(shí)間；p為壓力；\mu為動(dòng)力粘度；g_i為重力加速度在x_i方向上的分量。該方程的左邊表示流體動(dòng)量的變化率，右邊第一項(xiàng)表示壓力梯度力，第二項(xiàng)表示粘性力，第三項(xiàng)表示重力。能量守恒定律在CFD中主要體現(xiàn)為熱傳導(dǎo)方程或能量方程，它描述了流體在流動(dòng)過(guò)程中能量的傳遞和轉(zhuǎn)化。對(duì)于包含熱傳導(dǎo)的流體流動(dòng)，其能量方程可表示為：\rhoc_p\frac{\partialT}{\partialt}+\rhoc_pu_j\frac{\partialT}{\partialx_j}=k\frac{\partial^2T}{\partialx_j\partialx_j}+S_T其中，c_p為定壓比熱容；T為溫度；k為熱導(dǎo)率；S_T為熱源項(xiàng)。該方程的左邊表示流體的顯熱變化，右邊第一項(xiàng)表示熱傳導(dǎo)引起的熱量傳遞，第二項(xiàng)表示熱源項(xiàng)（如化學(xué)反應(yīng)放熱、外界加熱等）。在實(shí)際應(yīng)用CFD技術(shù)對(duì)保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬時(shí)，首先需要根據(jù)豬舍的實(shí)際結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)的布局，建立精確的三維幾何模型。利用專(zhuān)業(yè)的三維建模軟件，如SolidWorks、3dsMax等，將豬舍的建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)管道、通風(fēng)口、豬欄以及豬只等要素進(jìn)行詳細(xì)的建模，確保模型能夠真實(shí)地反映實(shí)際情況。然后，將建立好的三維幾何模型導(dǎo)入到CFD軟件中，如Fluent、CFX等，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分是將連續(xù)的計(jì)算區(qū)域離散為有限個(gè)小的控制體，這些控制體通過(guò)節(jié)點(diǎn)相互連接，形成一個(gè)離散的計(jì)算網(wǎng)格。合理的網(wǎng)格劃分對(duì)于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率至關(guān)重要。在豬舍的關(guān)鍵部位，如通風(fēng)管道、通風(fēng)口以及豬只活動(dòng)區(qū)域等，需要采用更細(xì)密的網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度；而在一些對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小的區(qū)域，可以采用相對(duì)稀疏的網(wǎng)格，以減少計(jì)算量。接著，需要設(shè)置邊界條件，邊界條件是指在計(jì)算區(qū)域的邊界上給定的物理量或物理量的變化規(guī)律。在保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的模擬中，常見(jiàn)的邊界條件包括入口邊界條件、出口邊界條件和壁面邊界條件。入口邊界條件通常需要給定進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速、溫度、濕度以及湍流強(qiáng)度等參數(shù)；出口邊界條件一般給定出風(fēng)口的壓力或流量；壁面邊界條件則根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)豬舍墻壁、通風(fēng)管道壁面等壁面設(shè)置無(wú)滑移條件（即壁面上的流體速度為零）和熱傳遞條件（如絕熱壁面、給定壁面溫度或熱流密度等）。此外，由于豬舍內(nèi)的空氣流動(dòng)通常處于湍流狀態(tài)，因此需要選擇合適的湍流模型來(lái)模擬湍流效應(yīng)。常見(jiàn)的湍流模型有標(biāo)準(zhǔn)k-\varepsilon模型、RNGk-\varepsilon模型、Realizablek-\varepsilon模型以及k-\omega模型等。這些湍流模型通過(guò)引入一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和附加方程，對(duì)湍流的脈動(dòng)特性進(jìn)行模擬和描述。不同的湍流模型適用于不同的流動(dòng)情況，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)豬舍通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和模擬要求，選擇合適的湍流模型。通過(guò)CFD模擬，可以得到豬舍內(nèi)空氣流場(chǎng)的詳細(xì)信息，如速度分布、壓力分布、溫度分布以及有害氣體濃度分布等。這些模擬結(jié)果能夠直觀地展示通風(fēng)系統(tǒng)在不同工況下的運(yùn)行效果，幫助研究人員深入分析通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，如通風(fēng)死角、風(fēng)速過(guò)大或過(guò)小區(qū)域、溫度不均勻以及有害氣體積聚等。基于模擬結(jié)果，研究人員可以有針對(duì)性地對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如調(diào)整通風(fēng)管道的直徑、分支角度和通風(fēng)口的位置、大小，優(yōu)化空氣流場(chǎng)，提高通風(fēng)的均勻性；根據(jù)溫度分布情況，合理調(diào)整通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間，以維持豬舍內(nèi)適宜且均勻的溫度；通過(guò)優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，降低有害氣體濃度，改善豬舍內(nèi)的空氣質(zhì)量。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法相比，CFD技術(shù)具有成本低、周期短、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它無(wú)需搭建實(shí)際的實(shí)驗(yàn)裝置，只需在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬計(jì)算，即可快速獲得不同通風(fēng)方案的模擬結(jié)果。同時(shí)，CFD技術(shù)可以方便地改變各種參數(shù)和邊界條件，對(duì)多種通風(fēng)方案進(jìn)行對(duì)比分析，從而找到最優(yōu)的通風(fēng)設(shè)計(jì)方案。因此，CFD技術(shù)已成為寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要工具。5.2模型建立與參數(shù)設(shè)置為了準(zhǔn)確模擬寒區(qū)冬季保育豬舍管道通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，本研究運(yùn)用專(zhuān)業(yè)的三維建模軟件SolidWorks，依據(jù)實(shí)際保育豬舍的尺寸、結(jié)構(gòu)以及通風(fēng)系統(tǒng)的布局，構(gòu)建了精準(zhǔn)的保育豬舍三維模型。該模型涵蓋了豬舍的主體建筑結(jié)構(gòu)，包括墻壁、屋頂、地面等，以及通風(fēng)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，如通風(fēng)管道、通風(fēng)口、風(fēng)機(jī)等。同時(shí)，對(duì)豬舍內(nèi)的豬欄、豬只等也進(jìn)行了合理的建模，以確保模型能夠真實(shí)地反映豬舍的實(shí)際情況。在模型構(gòu)建過(guò)程中，嚴(yán)格遵循實(shí)際尺寸進(jìn)行建模。豬舍的長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)定為30m、10m、3m，豬欄采用雙列布置，每列豬欄的長(zhǎng)度為28m，寬度為1.5m，高度為0.8m，豬欄之間的過(guò)道寬度為1m。通風(fēng)管道采用圓形管道，主管道直徑為0.5m，分支管道直徑為0.3m，通風(fēng)管道沿著豬舍的屋頂中央布置，分支管道均勻分布在主管道兩側(cè)，向豬舍的兩側(cè)延伸。通風(fēng)口設(shè)置在分支管道上，通風(fēng)口的直徑為0.2m，通風(fēng)口之間的間距為2m。風(fēng)機(jī)選用軸流式風(fēng)機(jī)，安裝在豬舍的一端墻壁上，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為5000m3/h，風(fēng)壓為500Pa。將建立好的三維模型導(dǎo)入到CFD軟件Fluent中進(jìn)行模擬分析。在進(jìn)行模擬之前，需要對(duì)相關(guān)物理參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。豬舍內(nèi)的空氣被視為理想氣體，其密度為1.225kg/m3，動(dòng)力粘度為1.7894×10??Pa?s。豬只的代謝產(chǎn)熱和產(chǎn)濕量根據(jù)保育豬的體重和數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)每頭保育豬的平均體重為15kg，存欄量為500頭，根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，每頭保育豬的代謝產(chǎn)熱量約為120W，代謝產(chǎn)濕量約為0.05kg/h。邊界條件的設(shè)置對(duì)于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在入口邊界條件方面，進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速根據(jù)豬舍的通風(fēng)量需求進(jìn)行設(shè)定，假設(shè)豬舍的通風(fēng)量為5000m3/h，進(jìn)風(fēng)口的總面積為1m2，則進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速為1.39m/s。同時(shí)，考慮到寒區(qū)冬季外界氣溫較低，進(jìn)風(fēng)口的空氣溫度設(shè)定為-10℃，相對(duì)濕度設(shè)定為60%。在出口邊界條件方面，出風(fēng)口設(shè)置為壓力出口，壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101325Pa。在壁面邊界條件方面，豬舍的墻壁、屋頂、地面以及通風(fēng)管道壁面均設(shè)置為無(wú)滑移壁面，即壁面上的流體速度為零。同時(shí)，考慮到豬舍的保溫需求，墻壁和屋頂?shù)谋诿嬖O(shè)置為絕熱壁面，地面的壁面設(shè)置為定熱流密度壁面，熱流密度根據(jù)豬舍的保溫性能進(jìn)行計(jì)算。通風(fēng)管道壁面則根據(jù)所選用的管道材質(zhì)，設(shè)置相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)和表面粗糙度。此外，由于豬舍內(nèi)的空氣流動(dòng)處于湍流狀態(tài)，為了準(zhǔn)確模擬湍流效應(yīng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)k-\varepsilon湍流模型。該模型是一種應(yīng)用廣泛的湍流模型，通過(guò)引入湍動(dòng)能k和湍流耗散率\varepsilon兩個(gè)變量，對(duì)湍流的脈動(dòng)特性進(jìn)行模擬和描述。在Fluent軟件中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)k-\varepsilon湍流模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了默認(rèn)設(shè)置，以確保模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。5.3模擬結(jié)果與分析通過(guò)CFD模擬，得到了寒區(qū)冬季保育豬舍內(nèi)氣流速度、溫度、濕度和有害氣體濃度的分布情況，以下對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。5.3.1氣流速度分布模擬結(jié)果顯示，在優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)作用下，豬舍內(nèi)氣流速度分布較為均勻。在豬只活動(dòng)區(qū)域，即距離地面0.2-0.8m的高度范圍內(nèi)，氣流速度大多保持在0.1-0.3m/s之間，滿(mǎn)足保育豬生長(zhǎng)對(duì)氣流速度的要求。在通風(fēng)管道的出風(fēng)口附近，氣流速度相對(duì)較大，隨著空氣向豬舍內(nèi)擴(kuò)散，速度逐漸降低。在豬舍的長(zhǎng)軸方向上，氣流速度分布較為穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的風(fēng)速突變區(qū)域。在豬舍的短軸方向上，由于通風(fēng)管道分支的均勻布置，氣流能夠較為均勻地覆蓋豬舍兩側(cè)，避免了氣流在一側(cè)聚集而另一側(cè)不足的情況。通過(guò)對(duì)不同位置的風(fēng)速監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速的變異系數(shù)較小，表明豬舍內(nèi)氣流速度的均勻性較好。與優(yōu)化前的通風(fēng)系統(tǒng)相比，優(yōu)化后豬舍內(nèi)的通風(fēng)死角明顯減少。在優(yōu)化前，豬舍的角落和靠近墻壁的區(qū)域容易出現(xiàn)通風(fēng)死角，風(fēng)速極低甚至為零；而優(yōu)化后，這些區(qū)域的風(fēng)速得到了顯著提高，有效改善了通風(fēng)效果。例如，在優(yōu)化前，豬舍角落某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速僅為0.02m/s，而優(yōu)化后，該點(diǎn)的風(fēng)速達(dá)到了0.15m/s，通風(fēng)死角得到了有效消除。5.3.2溫度分布豬舍內(nèi)的溫度分布是衡量通風(fēng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。模擬結(jié)果表明，在優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行下，豬舍內(nèi)溫度分布較為均勻，整體溫度保持在22-24℃之間，符合保育豬生長(zhǎng)的適宜溫度范圍。在豬舍的垂直方向上，溫度呈現(xiàn)出一定的梯度變化?？拷孛娴膮^(qū)域溫度相對(duì)較低，隨著高度的增加，溫度逐漸升高。這是由于地面散熱較快，且冷空氣密度較大，容易在底部聚集。但在豬只活動(dòng)區(qū)域，溫度梯度變化較小，溫差在1-2℃之間，不會(huì)對(duì)保育豬的生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯影響。在豬舍的水平方向上，不同區(qū)域的溫度差異也較小。通過(guò)對(duì)豬舍不同位置的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)溫度的標(biāo)準(zhǔn)差較小，表明豬舍內(nèi)水平方向的溫度均勻性較好。例如，在豬舍的不同豬欄區(qū)域，溫度相差不超過(guò)1℃，有效避免了因溫度不均導(dǎo)致的豬只生長(zhǎng)差異。與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)在溫度控制方面有了顯著提升。優(yōu)化前，豬舍內(nèi)存在明顯的溫度梯度，靠近通風(fēng)口的區(qū)域溫度較低，遠(yuǎn)離通風(fēng)口的區(qū)域溫度較高，最大溫差可達(dá)5-8℃，這對(duì)保育豬的生長(zhǎng)極為不利。而優(yōu)化后，通過(guò)合理調(diào)整通風(fēng)管道的布局和通風(fēng)量，有效減少了溫度梯度，使豬舍內(nèi)溫度更加均勻穩(wěn)定。5.3.3濕度分布模擬結(jié)果顯示，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)能夠有效控制豬舍內(nèi)的濕度。豬舍內(nèi)相對(duì)濕度大多保持在65%-75%之間，處于保育豬生長(zhǎng)的適宜濕度范圍。在豬舍的不同區(qū)域，濕度分布較為均勻。通風(fēng)系統(tǒng)能夠及時(shí)排出豬舍內(nèi)的濕氣，避免了濕氣在局部區(qū)域積聚。例如，在豬舍的采食區(qū)、休息區(qū)和排泄區(qū)等不同功能區(qū)域，相對(duì)濕度的差異不超過(guò)5%，保證了豬舍內(nèi)各個(gè)區(qū)域的濕度條件一致。與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)在除濕效果上有了明顯改善。優(yōu)化前，由于通風(fēng)量不足或通風(fēng)不均勻，豬舍內(nèi)部分區(qū)域的相對(duì)濕度常常超過(guò)80%，過(guò)高的濕度為細(xì)菌、病毒等微生物的滋生繁殖提供了有利條件，增加了豬群感染疾病的風(fēng)險(xiǎn)。而優(yōu)化后，通過(guò)合理調(diào)節(jié)通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間，有效降低了豬舍內(nèi)的濕度，改善了豬舍的衛(wèi)生環(huán)境。5.3.4有害氣體濃度分布有害氣體濃度是評(píng)估豬舍空氣質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。模擬結(jié)果表明，在優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)作用下，豬舍內(nèi)氨氣、硫化氫和二氧化碳等有害氣體濃度得到了有效控制。豬舍內(nèi)氨氣濃度大多低于15mg/m3，硫化氫濃度低于1mg/m3，二氧化碳濃度低于1200mg/m3，均遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)有害氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)。在通風(fēng)良好的區(qū)域，有害氣體濃度更低。通風(fēng)系統(tǒng)能夠及時(shí)將豬舍內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體排出，保持空氣的清新。例如，在通風(fēng)管道出風(fēng)口附近的區(qū)域，氨氣濃度可降低至5mg/m3以下，硫化氫濃度幾乎檢測(cè)不到。與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)在降低有害氣體濃度方面效果顯著。優(yōu)化前，豬舍內(nèi)有害氣體濃度嚴(yán)重超標(biāo)，氨氣濃度高達(dá)30-50mg/m3，硫化氫濃度達(dá)到5-10mg/m3，二氧化碳濃度高達(dá)2000-3000mg/m3，這些有害氣體對(duì)保育豬的呼吸道黏膜產(chǎn)生刺激，降低了豬只的免疫力，容易引發(fā)呼吸道疾病。而優(yōu)化后，通過(guò)優(yōu)化通風(fēng)管道布局和提高通風(fēng)量，有效降低了有害氣體濃度，改善了豬舍內(nèi)的空氣質(zhì)量，為保育豬的健康生長(zhǎng)提供了保障。5.4優(yōu)化方案的驗(yàn)證與調(diào)整根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)優(yōu)化方案的可行性進(jìn)行了全面驗(yàn)證。通過(guò)將模擬得到的豬舍內(nèi)氣流速度、溫度、濕度和有害氣體濃度等參數(shù)與保育豬生長(zhǎng)的適宜環(huán)境參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估優(yōu)化方案是否滿(mǎn)足保育豬的生長(zhǎng)需求。模擬結(jié)果顯示，在優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)作用下，豬舍內(nèi)氣流速度、溫度、濕度和有害氣體濃度等參數(shù)均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。豬舍內(nèi)氣流速度分布均勻，在豬只活動(dòng)區(qū)域，風(fēng)速大多保持在0.1-0.3m/s之間，滿(mǎn)足保育豬生長(zhǎng)對(duì)氣流速度的要求；溫度分布較為均勻，整體溫度保持在22-24℃之間，符合保育豬生長(zhǎng)的適宜溫度范圍；相對(duì)濕度大多保持在65%-75%之間，處于保育豬生長(zhǎng)的適宜濕度范圍；氨氣、硫化氫和二氧化碳等有害氣體濃度得到了有效控制，氨氣濃度大多低于15mg/m3，硫化氫濃度低于1mg/m3，二氧化碳濃度低于1200mg/m3，均遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)有害氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)。然而，在驗(yàn)證過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些潛在的問(wèn)題。在某些極端天氣條件下，如外界氣溫極低且風(fēng)力較大時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)的熱回收效率略有下降，導(dǎo)致豬舍內(nèi)溫度出現(xiàn)了一定程度的波動(dòng)。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行