EC風機在養(yǎng)殖舍的應用與研究

陳 龍，譚宇明，麥焯偉，陳嘉杰，陳劍輝，周 斌，孟賢德

（廣東南牧機械設備有限公司，新興 527400）

0 引言

對于規(guī)?；⒏咝Щ默F代養(yǎng)殖業(yè)來說，養(yǎng)殖舍的環(huán)境對舍內飼養(yǎng)的動物影響極大。在舒適環(huán)境下飼養(yǎng)的動物可以健康、快速地成長。相反，在環(huán)境相對差的條件下，例如CO2濃度和NH3濃度過高、舍內濕度過大、溫度過高或者過低等都極易造成養(yǎng)殖的動物進食量減少、生病，甚至死亡，由此帶來極大的經濟損失。

風機作為養(yǎng)殖舍環(huán)境控制的重要設備，不僅僅可以調節(jié)養(yǎng)殖舍內的通風量，更具備一定的降溫、降濕、除NH3的效果。

1 養(yǎng)殖舍的環(huán)境要求

表1 豬舍內空氣溫度和相對濕度

根據國家標準GB/T 17824.3—2008《規(guī)模豬場環(huán)境參數及環(huán)境管理》，豬舍內的空氣溫度和空氣的相對濕度必須在舒適范圍內，如表1所示。超出舒適范圍，養(yǎng)殖舍內的豬就會處于比較危險的狀態(tài)，出現不吃飼料、呼吸急促、煩躁，甚至生病等現象。豬的這些因為處于不良環(huán)境導致的影響，將直接影響到養(yǎng)殖舍的生產成績。

圖1是豬在不同體重下需要的舒適溫度區(qū)間。從圖1可知，在豬的各個生長階段，需要的舒適溫度是在緩慢變化的，豬在任何一個階段都有高溫臨界值和低溫臨界值，超出臨界值的范圍，豬生病的概率大大增加。

圖1 豬在不同體重下需要的舒適溫度區(qū)間

圖2 豬與環(huán)境的熱交換

2 EC風機在養(yǎng)殖舍使用的意義

國內的養(yǎng)殖企業(yè)采用的環(huán)境控制方式都是通過異步風機進行環(huán)控通風。夏天，舍內的豬的體溫主要通過風的對流實現體溫的降低。

如圖2所示，豬與環(huán)境的熱交換最主要的是熱對流和熱輻射，這兩種熱量的傳遞方式占據了豬熱量傳遞的90%左右。

夏天增加通風可以增加舍內空氣的對流，并且可以把周圍物體表面的溫度降下來，以達到舍內豬體溫降低的目的。所以目前對豬舍環(huán)境的控制主要手段是通過風機進行養(yǎng)殖舍的通風和換氣，從而保證養(yǎng)殖舍的溫度、濕度、CO2及NH3濃度在一個舒適的區(qū)域。這是目前高效化養(yǎng)殖的一種比較經濟且高效的環(huán)控手段。

傳統(tǒng)異步風機通風量的增加和減少，沒有平滑的過度過程，風量是跳躍式的增加和降低，容易導致豬的應激反應。EC風機基于非常簡單的轉速調節(jié)方式，風機轉速可以從幾百轉到幾千轉連續(xù)變化，為實現養(yǎng)殖舍內風量的平滑增加或降低提供了可能性。用EC風機作為養(yǎng)殖舍的通風風機，可以達到理想的環(huán)控通風高度，這是傳統(tǒng)異步風機不能企及的。

3 國內外EC風機的應用情況

3.1 國外EC風機在養(yǎng)殖舍應用情況

Munter公司作為全球的環(huán)控方案供應商，已經在國外的養(yǎng)殖舍中大量使用EC風機。美國史密斯菲德食品公司、西班牙的Grup Batalle公司及美國Grup Batalle公司等都在大量使用EC風機。Munter研發(fā)的外轉子EC風機，噪聲低、轉速可控、低轉速風量柔和，在國外已經大批量使用。

3.2 國內EC風機在養(yǎng)殖舍應用情況

在國內養(yǎng)殖舍風機使用中，目前還相對比較少，由于產品價格原因，EC風機沒有在國內大規(guī)模的推廣使用，僅僅在某些示范性的養(yǎng)殖舍進行安裝使用。例如在溫氏集團、牧原股份、大北農及新希望的少數養(yǎng)殖舍已經安裝使用EC風機。在2017年5月19日舉行的青島畜牧展上，國內的風機廠家展出了各自的代表性風機。

圖3 Munter公司展出的外轉子EC風機

圖4 諧和風機科技有限公司的EC風機

諧和風機科技有限公司使用數據表明EC風機的優(yōu)勢：省電、耐用、變速，并有提供計算數據，1臺50寸風機，EC風機比傳統(tǒng)三相異步風機每年節(jié)省電費2 000元以上，由此計算100臺省電20萬元/年，1 000臺省電200萬元/年。

牧疆南北公司的單相異步風機，帶自研的調速控制器，可以方便調節(jié)風機轉速。

安徽大青電機科技有限公司，也已經有成熟的EC風機產品，并有實物解剖，可以看到該公司采用的是內轉子的EC風機。隨著國內EC風機企業(yè)的持續(xù)發(fā)力，EC風機國產化進程加快，EC風機制造成本會降低。這為推動EC風機在國內養(yǎng)殖舍的大規(guī)模使用提供可能。

圖5 牧疆南北農牧機械有限公司的單相異步風機

圖6 安徽大青電機科技有限公司展出的EC風機和EC電機

4 EC風機的優(yōu)點

4.1 效率高

EC風機的電機用了永磁體勵磁，消除了感應電機勵磁電流產生的損耗；同時永磁無刷直流電動機工作于同步運行方式，消除了感應電機轉子鐵心的轉頻損耗。這兩方面使永磁無刷直流電機的運行效率遠高于感應電機，小容量EC電機的效率提高更加明顯。

4.2 功率因數高

由于EC風機電機的勵磁磁場不需要電網的無功電流，因此其功率因數遠高于傳統(tǒng)感應電機，EC風機的電機可以運行接近1的功率因數。EC風機的電機與傳統(tǒng)感應電機相比不但額定負載時具有更高的效率和功率因數，而且在較輕的負載時也具有優(yōu)勢。

4.3 調速性能好、控制簡單

與傳統(tǒng)感應電機的變頻調速相比，EC風機的電機調速控制簡單，而且調速性能更好。第一，由于使用永磁材料的原因，使電機的力矩常數及功率密度等大大提高。通過合理設計又能使轉動慣量、機械及電氣時間常數等參數降低。第二，由于電機永磁磁路設計完善及永磁材料矯頑力高，因而永磁電機的抗電樞反應及抗去磁的能力加強，電機的控制參量隨外部擾動影響小。第三，由于電機的勵磁被永磁體取代，取消了勵磁繞組及勵磁磁場，因而減少了勵磁磁通、繞組電感、繞組電流等參數，從而減少了不必要的可控變量或參量。

4.4 輸出功率高于異步風機

在EC風機和傳統(tǒng)異步風機電流的峰值相等情況下，統(tǒng)計數據表明EC風機功率輸出要比傳統(tǒng)異步風機高出33%，也就是說，EC風機可以比傳統(tǒng)異步風機電流節(jié)能33%。

5 養(yǎng)殖舍使用EC風機的問題與措施

1）養(yǎng)殖舍風機控制系統(tǒng)升級。EC風機使用的是0～10 VDC控制方式，需要對目前使用的環(huán)境控制器進行升級改造。把現有的通過繼電器輸出方式更改為一個模擬量輸出。并且需要對現有的通風算法進行優(yōu)化。

2）以往使用的風機電機采用的是異步電機，異步電機沒有控制電路，內部結構只有銅線及矽鋼片，產品結構可靠，免維護，使用壽命長。EC風機具有精密的控制電路及永磁體，其控制電路需要適應養(yǎng)殖舍的環(huán)境要求，需要對控制電路部分進行塑封處理，保證養(yǎng)殖舍的高NH3環(huán)境不對控制電路產生腐蝕。

3）投入成本與節(jié)能環(huán)保。EC風機價格是目前現有的同尺寸傳統(tǒng)異步風機價格的2～3倍，養(yǎng)殖場在使用EC風機時，一次性投入的環(huán)控成本會有大幅的增加。但是EC風機具備節(jié)能的優(yōu)點，相對于現有的異步風機的能耗，可節(jié)省33%左右。EC風機節(jié)能、高效、控制簡單的優(yōu)點可以在養(yǎng)殖場長期運營的過程中體現出來。

6 結束語

作為一種高效節(jié)能風機技術，隨著養(yǎng)殖舍的精細化環(huán)控通風需求的提高，及國家節(jié)能環(huán)保、低碳化措施的進一步推行，EC風機必將成為養(yǎng)殖舍風機發(fā)展的主要趨勢。但現階段由于風機制造成本的問題，一段時間內，難以真正大規(guī)模應用。在進一步推廣EC風機在養(yǎng)殖舍使用過程中，需要同時考慮養(yǎng)殖舍環(huán)控器的匹配性、環(huán)控通風的精細化設計、通風過度的均勻性及飼養(yǎng)員培訓等關鍵問題。