（农业生物环境与能源工程专业论文）高寒地区太阳能保温猪舍的研究与开发.pdf

摘要 本文针对北方地区冬季气候寒冷、持续时间长的特点，研制和开发了三种适应高寒 地区的太阳能保温猪舍。对太阳能保温猪舍的保温性能、吸收太阳能的能力进行了定量 计算和分析：根据热平衡原理，计算出三种太阳能保温猪舍在最冷月份时舍内的平均温 度；采用动态现金分析法对猪舍的经济效益、社会效益和生态效益进行了分析，得出采 用太阳能保温猪舍能加快猪的生长，减少饲料消耗，降低饲养成本，提高农民收入， 改善农业生态环境，是经济效益、社会效益、生态效益一举多得的项目。对研制和开发 的三种太阳能保温猪舍进行了示范、推广，并进行了试验测试，猪舍内温度都符合殴计 要求，猪舍保温性能好，结构新型，并有较佳的太阳能收集效果，在黑龙江省内尚属首 创。此外，还制定了农户用保温猪舍建设技术规范( d b 2 3 t 1 8 6 2 0 0 2 ) ，为科学化、 规范化建设太阳能保温猪舍提供了依据。 关键词：太阳能保温猪舍；负荷系数；温度；效益：标准 东北农业大学工程碾士学位论文 r e s e a r c ha n d e x p l o i t a t i o no f s o l a r e n e r g y p r e s e r v a t i o np i g p e ni nf r i g i dz o n e a b s t r a c t a i m i n ga tc h a r a c t e r i s t i c so ff r i g i dz o n ei nt h i sp a p e r , w ed e v e l o p e da n de x p l o i t e dt h r e e k i n d so f s o l a r - e n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n sa v a i l a b l ef o rf r i g i dz o n e w ec a l c u l a t ea n da n a l y z e q u a n t i t a t i v e l yh e a tp r e s e r v a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n ds o l a re n e r g y - a b s o r b i n gc a p a c i t yo fs o l a r e n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n a c c o r d i n gt o h e a tb a l a n c et h e o r y w ec a l c u l a t et h r e ek i n d so f a v e r a g et e m p e r a t u r eo f s o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e ni nt h ec o l d e s tm o n t h w ea n a l y z e e c o n o m i c ，s o c i a la n dz o o l o g yb e n e f i to fp i g p e nb yd y n a m i cc a s ha n a l y t i cm e t h o da n dd r a w c o n c l u s i o nt h a tw ec a oi n c r e a s e p i g sg r o w t h ，d i m i n i s hc o n s u m i n go ff e e d s t u i f , d e c r e a s e r a i s i n gc o s t i n c r e a s ef a r m e r s i n c o m e i m p r o v ea g r i c u l t u r a lz o o l o g y e n v i r o n m e n tb ya d o p t i n g s o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e nw h i c hi sa 1 1i t e mw i c he c o n o m i c s o c i a la n dz o o l o g yb e n e f i t w e s p r e a dt h r e ek i n d so f s o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e nd e v e l o p e da n de x p l o i t e da n dd ot h e e x p e r i m e n ta n dc h e c k i n t h ee n d ，w ek n o wt h a tt e m p e r a t u r eo fp i g p e nm e e tt h e d e s i g n d e m a n dw i t he x c e l l e n th e a tp r e s e r v a t i o nc a p a b i l i t ya n dn o v e ls t r u c t u r ea n df i n es o l a re n e r g y c o l l e c t i o nw i n d o w sw h i c hi s o r i g i n a l i n h e i l o n g j i a n gp r o v i n c e ，w e e s t a b l i s h b u i l d i n g t e c h n i q u e 。i t e r i o n e s t a b l i s h m e n t o fh e a tp r e s e r v a t i o np i g p e n a v a i l a b l e f o , f a , ，r l e r s ( d b 2 3 t 1 8 6 2 0 0 2 ) ，w h i c hp r o v i d ef o u n d a t i o n f o rs t a n d a r d i z i n gr e a s o n a b l yt h eb u i l d i n go f s o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n o r 咖峦；e 五璐堍 s p o t t y e 晌目吐砷d e 影s 日 醇口吨战吨晒皿i a l b ；o 姆 s i 牡m 日：p t o l = l i u 妇b u p 【d fk iq i r g l t 目n k e yw o r d s ：s o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n ：l o a dc o e f f i c i e n t ；t e m p e r a t u r e ；b e n e f i t ： s t a n d a r d ； 一i i 1 引言 1 1 立项研究开发的依据及目的意义 随着我国加入世贸组织和市场经济的发展，生猪市场竞争激烈，生猪价格始终处于 疲软状态，严重挫伤了养猪户的积极性。影响农民收入的增加。各级政府又不能干预生 猪的收购价格，目前解决这一难题的一个重要方法就是降低养猪成本。在高寒地区，养 猪成本增加的重要因素之一是现有猪舍简陋，使养猪出栏周期延长，猪出栏率低，而且 养猪的料肉比过大，高达5 ：1 。同时，随着农村经济的发展，粮食价格偏低，发展养猪 是一项就地实现粮食转化增值的好办法，所以养猪规模日益扩大，而且多数摘自繁、自 育一条龙生产。但限于农村经济、技术条件，饲养用的猪舍多数还处于低水平甚至简陋 的状态。以黑龙江省为例，目前养猪量最多的为农户养猪，规模一般为l o 头左右，猪舍 绝大多数为敞舍，结构简陋。而饲养几十头或上百头的较大型养猪户，目前日益增多， 这种养猪户的猪舍，也仅能挡风遮雪，根本谈不上保温。饲养母猪和仔猪就更为困难， 严重时甚至会移至农户的住房内饲养和下崽。这种简陋猪舍，不但不保温，能耗大，而 且舍内结霜淌水，潮湿异常，猪容易生病。黑龙江省大部分县( 市) 的最冷月份平均气 温都在1 8 c 2 3 之间，冬季k 达1 8 0 天左右，由于饲养环境温度低劣，影响猪的增重 和仔猪存活率，出栏期延长。养一头猪需要8 个月以上，消耗饲料多，猪平均每增重l k g ， 要消耗饲料4 k g 以上，特别是秋仔，生长更为缓慢，出现“一年养猪半年长的现象”。为 了解决高寒地区冬季生猪生长缓慢。死亡率高，饲养成本高，出栏率低的状况，亟待解 决猪舍的保温和供暖问题。研究开发一种投资少，农民可以接受，结构合理的实用型保 温猪舍和被动式太阳能热利用猪舍势在必行。 此外，随着生猪饲养总量的持续增长，粪便污染日趋加剧，严重影响了农村环境卫 生和村容村貌，如何变废为宝，实现粪便处理的资源化、无害化也成为了新的课题。目 前养猪户的粪便一般采用自然堆沤进行处理，这种方法的缺点是粪便发酵慢、发不透， 有效成分易挥发、分解损失极大，肥效低；大中型养猪场则采用无偿让农民拉走或就地 排放，粪肥资源浪费严重，同时污染了环境。所以必须研究开发新型生产模式能源生态 猪舍形成一种养猪粪肥高效利用发展绿色种植业和养殖业的良性循环，把粪 肥的效益潜力开发出来，提高生猪养殖的经济效益、社会效益和生态效益。 本课题来源于“九五”期间，国家计委、农业部等八部委下达的“农村能源综合建 设县”项耳中“太阳能保温猪舍的研究与开发”子项目，黑龙江省农村能源办公室根据 高寒地区的特点和农村实际情况，分别在桦南、海伦、穆棱、青冈等2 0 个县市研究开发 三种形式的太阳能保温猪舍。本人作为该课题主持人，与许多专家、同事一道进行了多 年的探索和实践，该课题获黑龙江省农业科学技术奖一等奖、黑龙江省科技进步三等奖。 1 2 国内外发展的动态 多年来，在高寒地区如何利用可再生能源和建筑节能技术建设高效太阳能猪舍， 直是国内外同行业许多人都在关注和积极探讨研究的一个重要课题，并已经取得了一 些科研成果。在国内，例如： ( 1 ) 中国农业科学院农业气象研究所的董红敏、陶秀平等人建立了被动式太日i 能音 禽舍。该畜禽舍根据光热转换原理，冬春季1 i 利垌太阳能代替传统能源，在不进行人l ： 加热的条件下，有效提高台内温度，改善畜禽的冬季生长环境，提高畜禽日增重、饲料 转化率和出栏率。该成果获农业部科技进步三等奖和农业博览会金奖。 ( 2 ) 青海省互助十族自治县建立了“四位一体”生态农业示范项目。该项目是将日 光节能温室、沼气池、厕所、猪舍建造在同一大棚内，将太阳能、生物质能源利用技术 和工程技术进行优化组合，集成配套，使土地、太阳能、生物能资源得到有效合理利用， 进而提高土地产出率雨j 经济开发效益。 ( 3 ) 河北省迁西县与唐山市能源办公室联合研发了猪舍利用太阳能增温技术。在猪 舍房屋建筑结构上增设采光和保温设施。冬季，通过充分利用太阳光，使热能充分进入 猪舍，并在猪舍内有效地储存起来，待夜间使热能逐渐向舍内释放出来；夏季，由于进 行隔热处理，起到阻隔太阳辐射的作用，从而使猪舍达到冬暖夏凉的效果，为生猪提供 了较适宜的生长发育环境。利用此猪舍养猪具有增重快、提高出栏率、节省饲料、提高 经济效益等特点，为我国北方地区发展养猪业提供了新经验。 ( 4 ) 近年来，在河北省临漳县大力推广猪的暖棚养殖技术。温棚养猪是利用棚膜透光 性能和墙体保温性能好的原理将开放式养猪改为密闭式温棚养猪，人为地创造适宜猪正 常生长的气候环境。充分利用太阳能和生猪自身散发热量，提高猪舍温度，减少猪体自 身热能的消耗。降低生猪维持代谢对能量的需要，使冬季生猪能得以正常生长。 ( 5 ) 在国外，如美国，曾于二十世纪七十年代后期，利用太阳能养猪技术就已初具 规模。在一些大的农场，形成了以利用太阳能、生物质能为基础的养猪产业。不但节约 了能源，避免了农业有机废弃物对环境的污染。而且大大提高了猪的增重效果和出栏率。 这在当时的世界范围内，是比较先进的养猪技术。近年来，此项技术又有了新发展。 从国内和国外的未来发展趋势看，利用太阳能养猪技术还在不断地完善和提高，还 有许多理论上和技术上的问题有待于深入探索和研究。 1 3 研究的内容、经济技术指标 1 _ 3 1 研究的内容 ( 1 ) 研究开发小型单列太阳能保温猪舍； ( 2 ) 研究开发中型双列太阳能保温猪舍： ( 3 ) 研究开发“四位一体”( 能源生态) 太阳能保温猪舍。 ( 4 ) 制定农户用保温猪舍建设技术规范 1 3 2 经济技术指标 ( 1 ) 猪台的单位建筑面积负荷系数应小于2 9 0 k j m - 。c d ： ( 2 ) 猪舍的单位建筑面积有效利用太阳能应犬r1 2 9 6k j ，m 2 d ( 3 ) 猪舍在最冷月份舍内温度不小于9 。c ； 引言 ( 4 ) 猪的山栏率应大于2 5 茬年： ( 5 ) 猪饲养的料肉比应小于3 ：l ； ( 6 ) 每平方米投资小于3 2 0 元： ( 7 ) 猪舍各围护结构传热系数为：墙体应在06 4 w 7 m 2 以f ：房盖应在 0 8 w m 2 - 以f ：地面应在0 9 3 w m 2 以下： ( 8 ) 每头肥猪占用舍的面积应为09 1 1 m - 头。 1 4 研究的技术路线 收集己有的原始数据、经验和设计资料一理论计算和设计一确定猪舍图纸一试验猪 舍的建设一实际应用和测试一信息反馈一方案修订一推广 1 5 主要研究过程 九十年代初，黑龙江省畜牧局曾发出“关于推广标准化塑料棚暖舍养猪的通知”强 调发展暖畜合的必要性。当时，所推广的塑膜覆盖的简易猪舍仅仅隅断了舍内外的直接 对流换热，但还没有解决舍内的“热”问题。经分析，猪舍的得熟来自太阳能和猪的自 身发热，为此应设法多利用太阳能和猪舍养猪应达到一定额度；猪舍的失热，主要是围 护结构和地面向外界散发的热量。由于高寒地区冬季气温很低，所以散热很大，猪舍的 保温及其投资的大小将是本论文研究的主要对象。当时重点研究的是单列太阳能保温猪 舍。在猪舍的型式确定后，必须进行猪舍的热工计算，相应地确定猿舍的各部分结构型 式。建成后的猪舍主要测定相应的舍内外温度和猪的饲养额度，以考核热工计算的正确 性，以取得设汁经验。根据设计计算和测试的经验，制定符合高寒地区的农户用保温猪 舍建设技术规范( 黑龙江省地方标准) 。 九十年代中后期，在完善研究和推广饲养1 0 头猪的单列太阳能保温猪舍基础上，开 始研究较为完善的中型太阳能保温猪舍。首先，在海林市海林镇岭东村建一栋新开发的 太阡 能猪舍，建筑面积为3 3 0 8 4 m s ，使用面积为2 8 3 秆，猪占用舍的净面积为1 7 4 ，。 可以饲养肥猪1 8 0 头或肥猪1 2 0 头，母猪1 2 头，仔猪1 2 0 头，年平均出栏2 5 茬，年效 益达2 07 万元，而每栋猪舍投资仅为1 0 万元。由于效益显著，该猪场又推广这样猪舍 达1 2 栋，总面积为4 0 0 0 m ；。随后，又在桦南县桦南镇国泰养殖场建设了与上述技术原 理相仿的猪舍6 0 0 0i n 。 近年来又致力于四位一体或三位一体的“能源生态”猪舍的研究与开发。它是在 半亩地目光节能温室一端建成5 r e x 5 m ，饲养2 0 头猪的区域，并设置卫生间高位水箱和 储液箱。猪舍运动场f 方设人畜粪便厌氧发酵池，猪舍内猪的粪便和卫生间人粪便流入 沼气池，平时可抽出沼气池内的沼液进入储液箱给温室作物灌溉和追肥之用。沼气池下 层的沼渣可依据发酵要求的滞留期定期清出作为渣肥，用于温室或大田生产作底肥。在 这种能源生态太阳能保温猪舍中，经济效益不仅仅限于生猪的出售，而且还有肥料和沼 气，并且还能改善猪舍及其周围的环境。 3 2 太阳能保温猪舍热工计算数学模型的建立 2 1 太阳能保温猪舍的热平衡 太阳能保温猪舍和其它建筑物一样，由于舍内外温差的存在能量交换时刻都在进 行，如图2 1 所示。假如进入猪舍的热量为o ，传出猪舍的热量为u ，当q 大于u 时， 多余的热量e 就蓄积在舍内，提高了猪舍系统的内能，使舍内温度相应地提高，同时 舍内外温差就会变小，促使进入猪舍的热量q 减少，传出猪舍的热量u 增大，直至传入 的热量q 等于传出的热量u 时为止，猪舍系统与外界环境间建立了能量平衡关系。反之， 当u 大于q 时，同样的道理，猪舍系统与外界环境间也会建立能量平衡关系。这样，猪 舍系统就通过调节自身的温度水平，来维持猪舍系统与外界环境间的能量平衡。由于环 境条件与猪舍系统的状况是不断的变化的，因而这个平衡是一个动态平衡。 根据热量平衡的原理在一定环境条件下，只要增大传入热量或减少传出的热量， 就能使猪舍维持在一个较高的温度水平。反之，只要减少传入热量或增大传出热量，就 会造成猪舍维持在一个较低的温度水平。太阳能保温猪舍的结构就是根据这个原理设计 的。猪舍围护结构增设保温层，提高其热阻，减少猪舍传出的热量；猪舍南侧结构采用 能够吸收太阳能的透光覆盖材料，增加猪舍吸收太阳能量，加大传入猪舍内的热量，提 高猪舍内的温度。 黧联换气 、，、 一得热q 一失热u 图2 1 畜舍的得热与失热 f i g 2 1h e a tr e q u i r e m e n t a n dh e a tl o s si nl i v e s t o c kb u i l d i n g 2 2 太阳能保温猪舍的热平衡方程建立 考虑太阳能保温猪舍在冬季利用太阳能采暖根据能量守恒定律，猪舍冬季热平衡 方程式为( 崔引安，1 9 9 4 ) ： ( q ，+ q + q ) 一( q b + q y ) = 0 ( 卜1 ) ：! ，：，! ， !奎璺璧堡鎏堑塞垫! 兰塞鍪兰堡兰篁兰三 ! ! ! 式中：q ，输入的太阳辐射热 q ，猪产生的显热量： q ，破各发热量： q 一围护结构传热耗热量： q 。一通风换气的显热损失。 在上述得失热量中，设备发热量q 。往往是照明散热量和环境控制设备的电动机散热 量，一般散发热量不大，且不稳定，通常可不予计入。 输入的太阳得热蛩q ，为( 崔引安，1 9 9 4 ) ： q ? = 霜口a s 醛d 武中：t 猪舍透明材料对太阳辐射的透射率： 霄，日一透明材料太阳辐射平均日辐射最，k j l m ：d a 。透明材料采光面积，r r l 2 。 猪舍围护结构传热量g 为( 陆耀庆，1 9 8 7 ) ： q = 3 6 k ，a 。d ， k j d 式中：k 一围护结构的传热系数，w m 2 a ? 一围护结构的面积，m ! ： d ，一以某一室温f ，为基准的度日数，d ，= f 。一f 。 f 。一日平均温度，； 世，a 一围护结构的负荷系数，w 。c 。 猪台通风换气的显热损失q 为( 姚维 ：! i ，1 9 9 2 ) ( 2 3 1 q = c ，伊y d j k j d 式中：c 。一空气的定压比热，c p = 10 0 5 k j 瓜g ： p 一空气的密度，p = 1 2 k g m 3 n 一猪舍的平均换气次数，次h ； v 一猪含建筑体积，m 。 猪产生的显热量g ，取决于猪舍内猪的头数、日龄以及舍内的温度。q j 按下式计算 ( 姚维祯，1 9 9 2 ) ： q = 2 4 x 3 6 q ，n 式中：一畜禽舍内畜禽的头数。 q ，每头猪单位时问产热率r w 。 6 太阳能保温猪舍结构设计 3 太阳能保温猪舍结构设计 3 1 小型单列太阳能保温猪舍结构设计 保温猪舍的饲养规模为1 0 头肥猪，根据经济技术指标中每头肥猪占用舍的面积应为 0 9 - - 1 1 m 2 头，确定猪舍的建筑面积为：56 1 3 8 6 = 2 1 6 5 m 2 ，猪舍使用面积为：4 7 5 3 o = 1 4 2 5 m 2 猪舍的建筑结构示意图见图3 1 。 ：o o 卜日一一一旦生辈阻业咩等 4 l 1 5 6 1 0 i l r a 侧立面图 b 平面图 图3 1 单斜面塑膜太阳能保温猪舍整体结构图 f i g3 1 t h eg e n e r a ls t r u c t u r eo f p l a s t i cs i n g l e s l o p es o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n 东北农业大学工程硕士学位论文 猪的实际i ，用面积：1 08 9 m 2 ，每头猪占用10 9 m 2 ，塑膜覆盖后的空间约为3 0 m 3 ， 每头猪占有3 m 3 ，空同。 猪舍墙体为1 2 0 r a m 砖+ 6 0 m n l 苯板+ 2 4 0 m m 砖，外墙抹2 0 m m 砂浆，内墙勾缝。传 热系数为o ，5 8 w m 2 。 地面用2 0 0 m m 厚干炉渣铺垫，上铺碎砖，水泥砂浆灌浆、抹灰。猪炕上设有铺板。 地面传热系数为0 7 w m 。 门为单扇，外层包覆3 0 m m 防寒毡。 含顶用多加“羊角”草的笆泥抹平，厚度为5 0 m m 以上，其传热系数为o8 w m 2 。 后坡房薷中设通风管，管口高出房脊半米。 猪舍南侧为倾角2 3 。的塑膜透光层，最冷月份可用双层塑膜，夜间用棉被覆盖，塑 膜面积约为5 3 m 2 ，昼夜平均传热系数为1 5 w m 2 。 3 2 双列太阳能保温猪舍结构设计 x 2 , 9 0 太阳能保温猪舍的建筑平面图和剖面图见图3 2 、图3 3 。猪舍的建筑面积为 3 3 0 8 4 矗，猪舍侵用面积为2 8 5 m 2 。猪舍南侧为肥猪圈养区，每栏图养肥猪1 0 头，占有 面积88 3m 二：猪舍北例为母猪和仔猪圈养区，每栏圈养母猪l 头，仔猪1 0 头，占有面 积5 5 6m 2 。猪舍结构说明如下： 猪舍墙体为1 2 0 m m 砖+ l o o m m 苯板+ 2 4 0 r a m 砖，墙体内外抹2 0 m m 水泥砂浆，传热 系数为05 w h n o 。 屋盖为6 0 9 0 m m 松木檬条+ 2 5 m m 木板+ 油毡+ l o o m m 苯板+ 铁皮瓦，传热系数为 o5 w m 2 。 地面铺设1 8 0 m m 厚炉渣作为保温层，传热系数为0 7 5 w m 2 。 南窗为t o o o x 8 0 0 m m 双层玻璃窗，传热系数为2 9 w l m 2 南侧屋面镶单层玻璃钢窗，其面积为5 4m 2 ，透光系数为0 8 ，夜间用棉被覆盖，传 热系数为3 2 w m 2 玻璃屋面倾角为2 0 。 3 3 “能源生态”太阳能保温猪舍结构设计 “能源生态”太阳能保温猪舍又称为“四位一体”太阳能保温猪舍，它是指在日光 温室内把沼气技术、养殖技术、种植技术有机结台起来，发展高产、优质、高效农业的 一种模式。这种模式主要由沼气池、日光温室和猪舍等部分组成。其中沼气池是模式中 的核心部分，起着连接养殖与种植、生产与生活的纽带作用。产生的沼气为农户提供炊 书、照明以及生产能源：沼气发酵的残余物是农作物的优质肥料，能促进农作物的生长 和防治病虫害，使其成为名副其实的绿色食品。日光温室是模式的基本框架和主体结构。 沼气池、猪舍、厕所、蔬菜栽培室都置于日光温室中，形成全封闭状态。它为北方沼气 池越冬创造了有利条件。猪舍中猪呼出二氧化碳可作为蔬菜生产的气肥，蔬菜光合作用 释放出的氧气又有利于猪的生长发育。因此，“能源生态”太阳能保温猪舍这一模式能在 有限的土地上，以太阳能为动力，形成能流和物流的良性循环，达到地上、地下、空间、 时间、气候资源的科学利用。 太阳能保温猪舍结构傲计 图3 21 8 0 头双列太阳能保温猪舍平面图( 半栋) f i g3 2p l a n eo f 18 0p i g sd o u b l e r o ws o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n ( h a l f b u i l d i n g ) 9 东北农业大学工程硕士学位论文 图3 - - 31 8 0 头双列太阳能保温猪舍剖面图 f i g3 3s e c t i o np l a n eo f1 8 0p i g sd o u b l e r o w s o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n 1 0 剀3 4 图3 5 为“能源生态”太阳能保温猪舍平面图和剖面图。因猪舍设计在日光 温室内，其主要结构除地面外和日光温室相同，说明如下： 图3 4 “四位一体”日光温室猪舍纵剖面图 f i g3 - 4v e r t i c a ls e c t i o np l a n eo f “i n t e g e rc o m b i n e d w i t h4k i n d so f u s e s s o n - g r e e n h o u s ep i g p e nh o u s i n g 图3 - - 5 “四位一体”日光温室猪舍平面图 f i g 3 5p l a n eo f “i n t e g e r c o m b i n e dw i t h4k i n d so f u s e s s u n g r e e n h o u s ep i g p e nh o u s i n g 猪舍的饲养规模为2 0 头肥猪舍的建筑面积为4 23 m ：，舍的使用面积为3 9 m ! ，猪 实际j l i 刚面积为2 3 m ”。 目光温室前坡塑膜支架和后坡屋盖支檩为钢骨架。 墙体为2 0 m m 砂泥+ 1 2 0 m m 砖+ l o o m m 苯板+ 2 4 0 m m 砖，传热系数为0 5 7 1 j m 2 。 尾盖为钢架+ 2 5 m m 木板+ 油毡一层+ 2 0 0 m m 苯板+ 油毡一层+ 4 0 m m 水泥砂浆，传热系数 为0 4 8 w | _ 1 1 1 2 。 塑麒透光层，夜间刚棉被覆盖，单层传热系数为28 w r n 2 ，传热系数为l5 w7 m ! i 、 1 2 。：，：! ：，。：! ，堑薹墼：塑鍪：量至圣墼塞塞： ，。 4 猪合的( 散热) 负荷系数计算 4 1 小型单列太阳能保温猪舍负荷系数的计算 根据式( 2 - 4 ) ，猪舍通风换气的单位时间单位温差带走的热量为： c p , 0 1 7 v = ( 1 0 0 5 1 2 l 3 0 ) 3 6 = 1 0 0 5 w o c 式中，猪舍的平均换气次数i l 取1 次m 。根据图31 计算得出猪台建筑体积y = 3 0 m 3 。 猪舍各部分围护结构的负荷系数可根据式( 2 - 3 ) 计算得出，计算值列于表4 - 1 中。 表4 1 单列太阳能保温猪舍( 1 0 头猪) 的k - a 值 t a b 4 1t h ev a l u eo f kaa b o u ts i n g l e - r o ws o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n ( 10 p i g s ) 面积4传热系数kk 4 所占比例 部位名称 ( i n 2 )( w m 2 )( w c )( ) 墙体2 80 7( ) 5 81 62 82 76 房盖 127 3o8 01 0 1 8 l73 地面178 ( )o7 01 24 62 1 【 门 i3 7【5 02 0 635 塑膜透光层53 ll 二o 79 71 35 通风换气 1 00 5i 70 世一 5 90 0 f 0 0o 单列太阳能保温猪舍的总负荷系数皿，c 为： 死c = 2 4 ( 3 6 0 0 1 0 0 0 ) 5 9 = 5 0 9 8k j ，( - d ) 单位建筑面积的负荷系数t l c 为： t l c = 5 0 9 8 2 1 6 5 = 2 3 55k j ( m - 1 2 d ) 此指标体现了猪舍的保温性能，该数值愈小猪舍保温性愈好。 4 2 双列太阳能保温猪舍负荷系数的计算 根据式( 2 - 3 、式( 2 _ 4 ) 以及图3 2 、图3 - 3 计算得出半栎猪舍各部分的负荷系数 值列丁表4 2 中。 双列太阳能保温猪舍( 半栋) 的总负荷系数7 z c 为： 儿c = 2 4 x ( 3 6 0 0 1 0 0 0 ) 5 4 4 4 = 4 7 0 3 6l d ( - d ) 整栋的总负荷系数为：9 4 0 7 2 k j ( d ) 猪舍的建筑面积为3 3 0 8 4m ：，半栋猪舍的建筑面积为1 6 5 4 2 m ：。 单位建筑面积的负荷系数f f c 为： t c = 4 7 0 3 6 1 6 5 4 2 = 2 8 4k j ( n f d ) 东北农业大学工程硕士学位论文 ! ! ! ! e 日_ i ! ! j e ! j 目目i _ | 目e 日目l e e l | 目! e l e e i 目_ i i e 目目l 目_ * _ - 4 3 “能源生态”太阳能保温猪舍负荷系数的计算 该舍由于年i j 目光温室相通，在最冷天时若日光温室不采暖，则猪舍往温室放热： 若温室采暖，则温室有热量向猪舍传递。所以在计算时把划出65 m 宽温室孤立来考虑。 猪舍各部分的负荷系数计算方法如前。全舍的k 爿计算值如表, 1 - 3 。 表4 - 2 双列太阳能保温猪舍( 半栋) 的彭爿值 t a b4 2t h ev a l u eo f k aa b o u td o u b l e - r o ws o l a re n e m y p r e s e r v a t i o np i g p e n ( h a l f b u i l d i n g ) 面积计算 面积 传热系数k 部位名称彳( w m 2 k 彳 ( m m )( w ) ( m 2 ) 南墙( 1 80 l 2 ) 962 6 4 2o5 北埔( 1 80 l 22 ) - 4 83 4 8 205 4 10 b 墙5 22 + 05 5 o7 + 32 6 2 + o5 32 6 x 0 92 07 4o5 地面 1 8 0 l 82 61 4 88 007 51 1 16 房盖5 c o s 9 十32 6 c o s 2 0 。) 1 8 0 1 - 5 41 0 0 0 005 85 80 北窗 6 1 0 84 8 029 01 39 南宙 6 l6 109 6 029 02 7 8 商侧房顶 3 2 1 685 4 0 032 01 1 9 3 窗 通风换气 c 。p n v = ( 1 0 0 5 x 1 2 x l x 3 5 6 ) 3 6 1 1 9 3 k - 一 5 4 4 4 0 表4 - 3 “能源生态”太阳能保温猪舍的k - a 值 t a b 4 - 3t h ev a l u oo f k r aa b o u te n e r g yz o o l o g ys o l a re n e r g yp r e s e r v a t i o np i g p e n 面积彳信热系数kk 彳 所占比例 部位名称 ( m 2 )( w m 2 )( w ) ( ) 墙体 2 7 0 005 01 3 5 0 l l1 8 房盖 1 31 005 06 5 5 54 3 地面 3 9 0 00 7 02 7 3 02 2 6 2 塑膜透光层 3 3 5 01 5 0 5 0 2 54 1 6 3 通风换气 2 3 1 01 9 1 4 k 4 1 2 0 7 01 0 0 0 - 1 4 、 “能源生态”太阳能保温猪舍的总负荷系数t l c 为： t l c = 2 4 ( 3 6 0 0 1 0 0 0 ) 1 7 0 7 0 = 1 0 4 2 85 8 单位建筑面积的负荷系数如为： t i c = 1 0 4 2 85 8 4 2 3 0 = 2 4 6 5k j ( m 2 d ) 从上述计算看出，这二_ 三种猪舍的燥温性能除双列猪台由丁举架高而稍著外基本棚 - 1 5 s e 一一。丝型辇登型釜塑生一。，。，。一。一。 。 5 最冷月份猪舍内平均舍温的计算 根据猪舍冬季热平衡方程式( 2 1 ) ，可以计算出最冷时的平均舍温。猪舍饲养额度 按定额的9 0 t g 。假设猪舍位于哈尔滨地区，查气象资料，哈尔滨地区室外最冷月( 1 月份) 的日平均气温为t v j 一1 9 8 c ，水平面太阳辐射月平均e l 辐射量为6 2 2 1 k j ( m 2 d ) ， 垂直面太阳辐射月平均日辐射量为1 2 6 3 0 k j ! ( i n 2 d ) ( 王志勇等，1 9 9 3 ) 。 5 1 小型单列太阳能保温猪舍内最低平均温度的计算 5 1 1 猪舍的失热量的计算 根据式( 2 3 ) 、式( 2 - 4 ) ，猪舍的失热量可按下式计算： q * = t l c ( f j t v s ) = 5 0 9 8 x i t 。一( 1 9 8 ) 】 5 1 2 猪舍的得热量的计算 猪舍的得熟量主要是太阳得热量和猪自身产热量。 猪舍太阳得热量可根据式( 2 1 ) 计算得出，计算数值见表5 1 。 表5 1 单列太阳能保温猪舍的太阳辐射热 序号 项目符号单位数据 1 1 月份室外水平面月平均日辐射量月 k j ( m z d )6 2 2 1 2 倾斜面上太阳辐射折算系效 r 坩 1 8 9 3 倾斜面上太阳辐射月平均日辐射量 日m e l ( m z d )1 1 7 5 77 4 塑膜后太阻辐射量 s | 1 0 _ ( n i - e )5 2 8 4 2 5猪舍平均每天太阳得热量 q ， k j ，d2 8 0 5 9 6 猪舍每1 0 建筑面积太阳得热量 碍， l d ，( 1 一d )1 2 9 6 猪自身产热量可根据式( 2 5 ) 计算得出。每头猪在o - - l o c 左右环境中产热量为1 6 0 w 左右( 姚维被等，1 9 9 2 ) ，饲募9 头猪( 按饲养额度9 0 计算) 的产热量为； q l = 2 4 x 3 6 x 1 6 0 x 9 = 1 2 4 4 1 6 k j d 1 6 最冷月猪舍内平均含温的计算 猪舍总得热量： q 得= q ，+ q ，= 2 8 0 5 9 + 1 2 4 4 1 6 = 1 5 2 4 7 5 k j d 5 1 3 猪舍内最低平均温度的计算 根据热平衡方程q 得= 级可得：1 5 2 4 7 5 = 5 0 9 8 t j 一( 一1 9 8 ) 1 猪舍舍内最低平均温度t ，= 1 5 2 4 7 5 5 0 9 8 1 9 8 = 1 0 1 5 2 双列太阳能保温猪舍内最低平均温度的计算 5 2 1 猪舍的失热量的计算 根据前述，q 失= t l c ( 0 0 ) = 4 7 0 3 6 x f 。一( 一1 9 8 ) 】 5 2 2 猪舍的得热量的计算 猪舍太阳能得热量计算见表5 - 2 表5 - 2 双列太阳能保温猪舍的太阳辐射热 t a b 5 - 2s u n - r a d i a t i o n h e a t o f d o u b l e l o ws o l a r e n e r g y p r e s e r v a t i o n p i g p e n 序号项目符号单位数据 i 1 月份室外水平面月平均日辐射量 h l k 1 ( 1 十o d )6 2 2 i 22 0 倾斜面上太阳辐射折算系数 e 口 1 8 l 32 0 侦斜面上太阳辐射月平均日辐射量 h m k ( t 手d )1 1 2 6 0 4 房盏玻璃窗获得的有效太阳能 q f u ，d3 加5 0 2 5垂直面上太阳辐射折算系数 凡 2 0 ， 6 垂直面上太阳辐射月平均日辐射量 日。 1 0 ( m 2 d )1 2 6 3 0 7 南墙窗获得的有效太阳能 q l ： k j ，d4 8 5 0 0 8半栋猪舍合计每天获得的有效太阳能 q u d3 8 9 0 0 2 9 猪台每m 2 建筑面积太阳得热量 吼 2 3 5 0k j ( m 2 - d ) 1 7 ，! ：，。：查：! ! 窒垒呈董璧堡耋兰竺耋耋，：，：。：! 每头猪在o - i o c 左右环境f 的产热率为( 姚维祯等，1 9 9 2 ) ： 肥猪：1 6 0 w 母猪：3 2 0 w 仔猪：3 0 w 1 f 栋猪舍饲养肥猪6 0 头，母猪6 头仔猪6 0 头，半栋猪舍猪自身产热量为 q = 2 4 3 6 ( 1 6 0 6 0 + 3 2 0 6 + 3 0 6 0 ) = 1 1 5 0 8 4 8 k j d 按9 0 颓度饲养猪自身产热龟为： q ，= o 9 q ：= 0 9 1 1 5 0 8 4 8 = 1 0 3 5 7 6 3 k j d 、p 栋猪舍总得热量： q 得= q ，+ q ，= 3 8 9 0 0 2 + 1 0 3 5 7 6 3 = 1 4 2 4 7 6 5 k j d 5 2 3 猪舍内最低平均温度的计算 根据热平衡方程q 得= q * 可得：1 4 2 4 7 6 5 = 4 7 0 3 6 t ，一( 一1 9 8 ) 猪舍舍内最低平均温度r ；= 1 4 2 4 7 6 5 4 7 0 3 6 1 9 8 = 1 0 8 从上述计算看出，在最冷的月份，平均室外气温接近一2 0 时，若猪舍饲养额度饱满 的情况_ 1 、，按上述方法计算，猪舍内温度可以达到l3 ；若饲养额度为8 0 ，猪舍内温 度为7 左右。但应考虑冬季出现一2 0 c 低温的天数不会太多，特别是连续出现的机会更 4 i 多弛，而且建筑物本身的蓄热量尚可以补充一部分热能，所以总的来说，猪舍内温度 一般麻处1 1 0 c 以上，这样可以满足饲养要求，比现在农户所用简易猪舍要好得多。 从汁算结果可以看出，猪舍内得热量中，猪的自身产热量要r _ i 7 5 左右，太阳能占 2 5 左右，表明猪舍内的温度主要依靠围护结构保温性能的增强；其次，依靠饲养量要 达到一定的额度：再次，是利用太阳能，但每一个环节都发挥着其各自的重要作用。 5 3 “能源生态”太阳能保温猪舍内最低平均温度的计算 53 1 猪舍的失热量的计算 根据前述t q 失= t l c ( r 。一t 9 = 1 0 4 2 85 一( 一1 98 ) 5 3 2 猪舍的得热量的计算 猪舍太l ；i _ 得热量计算见表5 - 3 猪舍内饲养全部为肥猪，饲养猪的头数为2 0 头，饲养额度为9 0 ，猪自身产热量 为： 。一。一一一一一，坠塑耋墼塑兰皇坚一一一。：，一。：一 猪舍总得热量 o ：= 2 4 x 3 6 x 1 6 0 x 2 0 x 0 9 = 2 4 8 8 3 2 f o l d q 褂= q ，+ q ，= 2 0 8 1 7 4 + 2 4 8 8 3 2 = 4 5 7 0 0 6 k j d 表5 3 “能源生态”太阳能保温猪舍的太阳辐射热 序号 项目符号 单位教据 1 1 月份室外水平面月平均日辐射量k j ( m “d )6 2 2 i 日。 2 倾斜面上太阳辐射折算系数2 2 r 坩 3 倾斜面上太阳辐射月平均日辐射量k j ，( m z d ) 1 3 6 8 6 2 h 。9 4 塑膜后太阳辐射量k , 1 l ( m 2 d )6 1 5 9 一 s ， 5 猪舍平均每天太阳得热量 q k j ，d 2 0 8 1 7 4 6 猪舍每1 1 1 2 建筑面积太阳得热量k j ( m 2 0 d )4 9 3 4 吼 5 3 3 猪舍内最低平均温度的计算 根据热平衡方程q 得= o 失可得：4 5 7 0 0 6 = 1 0 4 2 8 5 i t 一( 一1 9 8 ) 】 猪舍舍内最低平均温度r = 4 5 7 0 0 6 1 0 4 2 8 ，5 1 9 8 = 2 4 实际猪舍尚需向温室排放一部分热量，猪舍内的温度稍高于日光温室的温度。 把上述三种猪舍的保温性能和太阳能开发的三项指标列于表5 4 中。从表中可以看 出，“能源生态”太阳能保温猪舍要稍优于其它两种。单列太阳能保温猪舍，虽然负荷系 数优于其它两猪舍，但是其饲养量少，相对散热损失大，而且太阳能吸收远不如其它两 种。所以发展大猪合比小猪舍有利。“能源生态”太阳能保温猪舍在吸收太阳能或保温性 能方面都是比较好的一种型式。 表5 - 4 三种类型猪舍保温性能和太阳能开发性能一览表 单列双列“能源生态” 猪舍类型单位 太阳能保温猪舍太阳能保温猪舍太阳能保温猪舍 单位建筑面积负荷系敦k j ( m 2 d )2 3 552 跗o2 4 65 最冷天最低平均舍温1 0 l1 0 82 4 单位建筑面积太阳能得 i o i ( i i 1 2 d )1 2 9 62 3 5 04 9 3 4 热 1 9 东北农业人学工程硕士学位论文 6 经济和社会效益分析 6l 经济效益分析 采刚动态现金分析法，折现率为5 。 6 1 1 小型单列太阳能保温猪舍经济效益分析 采用和传统敞所相