EC风机在养殖舍的应用与研究

陈 龙，谭宇明，麦焯伟，陈嘉杰，陈剑辉，周 斌，孟贤德

（广东南牧机械设备有限公司，新兴 527400）

0 引言

对于规模化、高效化的现代养殖业来说，养殖舍的环境对舍内饲养的动物影响极大。在舒适环境下饲养的动物可以健康、快速地成长。相反，在环境相对差的条件下，例如CO2浓度和NH3浓度过高、舍内湿度过大、温度过高或者过低等都极易造成养殖的动物进食量减少、生病，甚至死亡，由此带来极大的经济损失。

风机作为养殖舍环境控制的重要设备，不仅仅可以调节养殖舍内的通风量，更具备一定的降温、降湿、除NH3的效果。

1 养殖舍的环境要求

表1 猪舍内空气温度和相对湿度

根据国家标准GB/T 17824.3—2008《规模猪场环境参数及环境管理》，猪舍内的空气温度和空气的相对湿度必须在舒适范围内，如表1所示。超出舒适范围，养殖舍内的猪就会处于比较危险的状态，出现不吃饲料、呼吸急促、烦躁，甚至生病等现象。猪的这些因为处于不良环境导致的影响，将直接影响到养殖舍的生产成绩。

图1是猪在不同体重下需要的舒适温度区间。从图1可知，在猪的各个生长阶段，需要的舒适温度是在缓慢变化的，猪在任何一个阶段都有高温临界值和低温临界值，超出临界值的范围，猪生病的概率大大增加。

图1 猪在不同体重下需要的舒适温度区间

图2 猪与环境的热交换

2 EC风机在养殖舍使用的意义

国内的养殖企业采用的环境控制方式都是通过异步风机进行环控通风。夏天，舍内的猪的体温主要通过风的对流实现体温的降低。

如图2所示，猪与环境的热交换最主要的是热对流和热辐射，这两种热量的传递方式占据了猪热量传递的90%左右。

夏天增加通风可以增加舍内空气的对流，并且可以把周围物体表面的温度降下来，以达到舍内猪体温降低的目的。所以目前对猪舍环境的控制主要手段是通过风机进行养殖舍的通风和换气，从而保证养殖舍的温度、湿度、CO2及NH3浓度在一个舒适的区域。这是目前高效化养殖的一种比较经济且高效的环控手段。

传统异步风机通风量的增加和减少，没有平滑的过度过程，风量是跳跃式的增加和降低，容易导致猪的应激反应。EC风机基于非常简单的转速调节方式，风机转速可以从几百转到几千转连续变化，为实现养殖舍内风量的平滑增加或降低提供了可能性。用EC风机作为养殖舍的通风风机，可以达到理想的环控通风高度，这是传统异步风机不能企及的。

3 国内外EC风机的应用情况

3.1 国外EC风机在养殖舍应用情况

Munter公司作为全球的环控方案供应商，已经在国外的养殖舍中大量使用EC风机。美国史密斯菲德食品公司、西班牙的Grup Batalle公司及美国Grup Batalle公司等都在大量使用EC风机。Munter研发的外转子EC风机，噪声低、转速可控、低转速风量柔和，在国外已经大批量使用。

3.2 国内EC风机在养殖舍应用情况

在国内养殖舍风机使用中，目前还相对比较少，由于产品价格原因，EC风机没有在国内大规模的推广使用，仅仅在某些示范性的养殖舍进行安装使用。例如在温氏集团、牧原股份、大北农及新希望的少数养殖舍已经安装使用EC风机。在2017年5月19日举行的青岛畜牧展上，国内的风机厂家展出了各自的代表性风机。

图3 Munter公司展出的外转子EC风机

图4 谐和风机科技有限公司的EC风机

谐和风机科技有限公司使用数据表明EC风机的优势：省电、耐用、变速，并有提供计算数据，1台50寸风机，EC风机比传统三相异步风机每年节省电费2 000元以上，由此计算100台省电20万元/年，1 000台省电200万元/年。

牧疆南北公司的单相异步风机，带自研的调速控制器，可以方便调节风机转速。

安徽大青电机科技有限公司，也已经有成熟的EC风机产品，并有实物解剖，可以看到该公司采用的是内转子的EC风机。随着国内EC风机企业的持续发力，EC风机国产化进程加快，EC风机制造成本会降低。这为推动EC风机在国内养殖舍的大规模使用提供可能。

图5 牧疆南北农牧机械有限公司的单相异步风机

图6 安徽大青电机科技有限公司展出的EC风机和EC电机

4 EC风机的优点

4.1 效率高

EC风机的电机用了永磁体励磁，消除了感应电机励磁电流产生的损耗；同时永磁无刷直流电动机工作于同步运行方式，消除了感应电机转子铁心的转频损耗。这两方面使永磁无刷直流电机的运行效率远高于感应电机，小容量EC电机的效率提高更加明显。

4.2 功率因数高

由于EC风机电机的励磁磁场不需要电网的无功电流，因此其功率因数远高于传统感应电机，EC风机的电机可以运行接近1的功率因数。EC风机的电机与传统感应电机相比不但额定负载时具有更高的效率和功率因数，而且在较轻的负载时也具有优势。

4.3 调速性能好、控制简单

与传统感应电机的变频调速相比，EC风机的电机调速控制简单，而且调速性能更好。第一，由于使用永磁材料的原因，使电机的力矩常数及功率密度等大大提高。通过合理设计又能使转动惯量、机械及电气时间常数等参数降低。第二，由于电机永磁磁路设计完善及永磁材料矫顽力高，因而永磁电机的抗电枢反应及抗去磁的能力加强，电机的控制参量随外部扰动影响小。第三，由于电机的励磁被永磁体取代，取消了励磁绕组及励磁磁场，因而减少了励磁磁通、绕组电感、绕组电流等参数，从而减少了不必要的可控变量或参量。

4.4 输出功率高于异步风机

在EC风机和传统异步风机电流的峰值相等情况下，统计数据表明EC风机功率输出要比传统异步风机高出33%，也就是说，EC风机可以比传统异步风机电流节能33%。

5 养殖舍使用EC风机的问题与措施

1）养殖舍风机控制系统升级。EC风机使用的是0～10 VDC控制方式，需要对目前使用的环境控制器进行升级改造。把现有的通过继电器输出方式更改为一个模拟量输出。并且需要对现有的通风算法进行优化。

2）以往使用的风机电机采用的是异步电机，异步电机没有控制电路，内部结构只有铜线及矽钢片，产品结构可靠，免维护，使用寿命长。EC风机具有精密的控制电路及永磁体，其控制电路需要适应养殖舍的环境要求，需要对控制电路部分进行塑封处理，保证养殖舍的高NH3环境不对控制电路产生腐蚀。

3）投入成本与节能环保。EC风机价格是目前现有的同尺寸传统异步风机价格的2～3倍，养殖场在使用EC风机时，一次性投入的环控成本会有大幅的增加。但是EC风机具备节能的优点，相对于现有的异步风机的能耗，可节省33%左右。EC风机节能、高效、控制简单的优点可以在养殖场长期运营的过程中体现出来。

6 结束语

作为一种高效节能风机技术，随着养殖舍的精细化环控通风需求的提高，及国家节能环保、低碳化措施的进一步推行，EC风机必将成为养殖舍风机发展的主要趋势。但现阶段由于风机制造成本的问题，一段时间内，难以真正大规模应用。在进一步推广EC风机在养殖舍使用过程中，需要同时考虑养殖舍环控器的匹配性、环控通风的精细化设计、通风过度的均匀性及饲养员培训等关键问题。