辛順進(jìn)

（青島得八兄弟機(jī)械有限公司，山東 青島 266043）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，伴隨著全球能源危機(jī)和地球環(huán)境惡化的趨勢下，我國對(duì)于節(jié)能的觀念越來越重視。就我國養(yǎng)豬行業(yè)而言，同樣也存在糧食緊缺的問題。特別是當(dāng)前一段時(shí)間，豬價(jià)低于成本線，飼料價(jià)格不斷走高。在這種價(jià)格倒掛的形勢下，使得幾乎所有養(yǎng)豬企業(yè)都處于“失血”的艱難時(shí)刻，很多養(yǎng)豬企業(yè)在資金無著落的情況下，灑淚退出。那么就養(yǎng)豬行業(yè)的降本增效來看，可否通過風(fēng)機(jī)的創(chuàng)新來進(jìn)行降本增效呢？

答案是肯定的。在20世紀(jì)70年代初期便出現(xiàn)了電子整流電機(jī)，從此便應(yīng)用到世界多數(shù)風(fēng)機(jī)領(lǐng)域。在國內(nèi)EC風(fēng)機(jī)技術(shù)多應(yīng)用于工業(yè)及大型建筑通風(fēng)設(shè)備，國內(nèi)的養(yǎng)殖企業(yè)采用的環(huán)境控制方式都是通過異步電機(jī)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行環(huán)控通風(fēng)。夏天舍內(nèi)的豬的體溫主要通過風(fēng)的對(duì)流實(shí)現(xiàn)體溫的降低，傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)通風(fēng)量在增加和減少時(shí)，沒有平滑的過渡過程，風(fēng)量是跳躍式的增加和降低，容易導(dǎo)致豬的應(yīng)激反應(yīng)。而EC風(fēng)機(jī)基于非常簡單的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以從幾百轉(zhuǎn)到幾千轉(zhuǎn)連續(xù)變化，為實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖舍內(nèi)風(fēng)量的平滑增加或降低提供了可能性。用 EC風(fēng)機(jī)作為養(yǎng)豬舍的通風(fēng)風(fēng)機(jī)，可以達(dá)到理想的環(huán)控通風(fēng)高度，這是傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)不能企及的，尤其是在能耗方面。檢測數(shù)據(jù)顯示，用EC風(fēng)機(jī)比用普通風(fēng)機(jī)，在電費(fèi)方面可以節(jié)省50%～70%。

對(duì)于規(guī)?；?、高效化的現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)來說，養(yǎng)豬舍的環(huán)境對(duì)舍內(nèi)飼養(yǎng)的豬只影響極大。在舒適環(huán)境下飼養(yǎng)的豬只可以健康、快速地成長。相反在環(huán)境相對(duì)差的條件下，例如 CO2濃度和 NH3濃度過高、舍內(nèi)濕度過大、溫度過高或者過低等都極易造成養(yǎng)殖的豬只進(jìn)食量減少、生病，甚至死亡，由此帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17824.3-2008《規(guī)模豬場環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》，豬舍內(nèi)的空氣溫度和空氣的相對(duì)濕度必須在舒適范圍內(nèi)，如表1所示，超出舒適范圍，養(yǎng)豬舍內(nèi)的豬就會(huì)處于比較危險(xiǎn)的狀態(tài)。

表1 豬舍內(nèi)空氣溫度和相對(duì)濕度

1 EC風(fēng)機(jī)工作原理及特點(diǎn)

EC風(fēng)機(jī)是指采用數(shù)字化無刷直流技術(shù)、外轉(zhuǎn)子電機(jī)并配合后傾式風(fēng)機(jī)，相比于傳統(tǒng) AC 風(fēng)機(jī)其效率提升了約 30%。外轉(zhuǎn)子電機(jī)的運(yùn)行方式使其設(shè)計(jì)緊湊且美觀，減少傳動(dòng)損失，冷卻效果極佳并且無需附加皮帶或其他設(shè)備聯(lián)動(dòng)。EC風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：

1）電機(jī)傳動(dòng)損耗小，效率高且振動(dòng)小、噪聲低。EC風(fēng)機(jī)的電機(jī)用了永磁體勵(lì)磁，消除了感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁電流產(chǎn)生的損耗；同時(shí)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)工作于同步運(yùn)行方式，消除了感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心的轉(zhuǎn)頻損耗。這兩方面使永磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于感應(yīng)電機(jī)，小容量 EC 電機(jī)的效率提高更加明顯。

2）調(diào)速性能好、控制簡單，整體結(jié)構(gòu)安裝簡單，使用壽命長且后期維護(hù)成本低。與傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速相比，EC風(fēng)機(jī)的電機(jī)調(diào)速控制簡單，而且調(diào)速性能更好。第一，由于使用永磁材料的原因，使電機(jī)的力矩常數(shù)及功率密度等大大提高。通過合理設(shè)計(jì)又能使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)械及電氣時(shí)間常數(shù)等參數(shù)降低；第二，由于電機(jī)永磁磁路設(shè)計(jì)完善及永磁材料矯頑力高，因而永磁電機(jī)的抗電樞反應(yīng)及抗去磁的能力加強(qiáng)，電機(jī)的控制參量隨外部擾動(dòng)影響??；第三，由于電機(jī)的勵(lì)磁被永磁體取代，取消了勵(lì)磁繞組及勵(lì)磁磁場，因而減少了勵(lì)磁磁通、繞組電感、繞組電流等參數(shù)，從而減少了不必要的可控變量或參量。

3）風(fēng)機(jī)具有高智能、高節(jié)能特點(diǎn)。EC風(fēng)機(jī)和傳統(tǒng)異步電機(jī)風(fēng)機(jī)電流的峰值相等情況下，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明 EC 風(fēng)機(jī)功率輸出要比傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)高出30%，也就是說EC風(fēng)機(jī)可以比傳統(tǒng)異步風(fēng)機(jī)電流節(jié)能30%。方便調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率，調(diào)速時(shí)交流電機(jī)效率明顯降低而直流電機(jī)效率保持不變，可就地控制也可遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。

4）通風(fēng)均勻性好，溫變控制精度高。EC風(fēng)機(jī)因?yàn)槭菬o級(jí)變速，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的均勻變化，AC風(fēng)機(jī)一般只有開關(guān)控制，只能利用開機(jī)/關(guān)機(jī)時(shí)間來保證有限意義的溫度均一。豬舍的溫控變化建議控制在±1℃，EC風(fēng)機(jī)可以通過微提速或者降速保證均勻溫變，滿足精準(zhǔn)控溫要求。AC只能通過開/關(guān)若干時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，可能出現(xiàn)實(shí)際溫度在合理溫度值附近高高低低來回變化的狀態(tài)，當(dāng)溫變超過±5℃時(shí)，豬群就會(huì)受到較大影響。

EC風(fēng)機(jī)的核心是ECM電機(jī)，該電機(jī)全稱是ECM恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)，是指具有集成驅(qū)動(dòng)器和控制裝置的低功率無刷直流電機(jī)，通常用于熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)應(yīng)用，可區(qū)分為永磁體，帶獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和控制的無刷直流電機(jī)以及集成了驅(qū)動(dòng)器和控制器的電機(jī)，是一款具有恒轉(zhuǎn)矩輸出的永磁無刷電機(jī)。ECM電機(jī)采用了安全系數(shù)高、可靠性高的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電機(jī)效率高，噪聲低，變頻節(jié)能、恒轉(zhuǎn)速、恒風(fēng)量、恒轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)（圖1）。

圖1 ECM電機(jī)特點(diǎn)

2 國內(nèi)外EC風(fēng)機(jī)的應(yīng)用情況

2.1 國外EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍應(yīng)用情況

Munter公司作為全球的環(huán)控方案供應(yīng)商，已經(jīng)在國外的養(yǎng)殖舍中大量使用 EC風(fēng)機(jī)。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(fēng)機(jī)。Munter研發(fā)的外轉(zhuǎn)子EC風(fēng)機(jī)，噪聲低、轉(zhuǎn)速可控、低轉(zhuǎn)速風(fēng)量柔和，在國外已經(jīng)大批量使用。

2.2 國內(nèi)EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍應(yīng)用情況

在國內(nèi)養(yǎng)殖舍風(fēng)機(jī)使用中，目前還相對(duì)比較少，由于產(chǎn)品價(jià)格原因，EC風(fēng)機(jī)沒有在國內(nèi)大規(guī)模的推廣使用。但是隨著國家對(duì)節(jié)能減排方面的倡導(dǎo)和養(yǎng)豬人對(duì)降本增效的日加重視，國內(nèi)已有不少的豬場選擇在養(yǎng)殖舍內(nèi)安裝使用EC風(fēng)機(jī)，比如安徽安泰等。

圖2 EC風(fēng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用場景

3 試驗(yàn)測試分析

為驗(yàn)證測試EC風(fēng)機(jī)的降本增效，設(shè)置表2對(duì)照組進(jìn)行測試：

表2 風(fēng)機(jī)測試對(duì)照表

測試結(jié)果如表3所示。

表3 風(fēng)機(jī)測試對(duì)照表

結(jié)論：在風(fēng)量、負(fù)壓、負(fù)載在相同，EC風(fēng)機(jī)與AC風(fēng)機(jī)在風(fēng)量相同情況下，EC風(fēng)機(jī)比AC風(fēng)機(jī)輸入功率降低409 W，每小時(shí)節(jié)電約0.4度（kW·h），整體降低約28%的能耗。

同時(shí)，對(duì)EC風(fēng)機(jī)50%和100%轉(zhuǎn)速段，0Pa環(huán)境下進(jìn)行能耗測試，得到結(jié)果如表4。

表4 EC風(fēng)機(jī)50%和100%轉(zhuǎn)速測試對(duì)照

結(jié)論：

EC電機(jī)功耗有以下理論公式

p2/p1=（q2/q1）×（h2/h1）=（n2/n1）3，其中q:流量；n:轉(zhuǎn)速；n:揚(yáng)程；p:功率（轉(zhuǎn)速與頻率n=60f/p，f:頻率 p:極對(duì)數(shù)）。

額定轉(zhuǎn)速下降到50%，n2=0.5n，p2=0.53=0.125p，當(dāng) 轉(zhuǎn) 速下降到50%，所需要的功率為原來的12.5%，受功率因數(shù)、環(huán)境變化等其他因素影響，實(shí)際值與理論值存在差異，所以實(shí)際功率為15%～25%左右，與測試數(shù)據(jù)相符。

4 小結(jié)

EC風(fēng)機(jī)較現(xiàn)有普通AC風(fēng)機(jī)而言具有運(yùn)行效率高、節(jié)能、調(diào)速性能好、控制簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，通過試驗(yàn)測試案例分析可知，EC風(fēng)機(jī)具有節(jié)能效果明顯的特點(diǎn)，長期運(yùn)行不但能節(jié)約可觀的電費(fèi)，而且能減少維護(hù)管理等隱性成本，增加運(yùn)維的便利性。EC風(fēng)機(jī)作為一種高效節(jié)能風(fēng)機(jī)技術(shù)，隨著生豬養(yǎng)殖的精細(xì)化環(huán)控通風(fēng)需求的提高及國家節(jié)能環(huán)保、低碳化措施的進(jìn)一步推行，將成為生豬養(yǎng)殖舍風(fēng)機(jī)發(fā)展的主要趨勢。在進(jìn)一步推廣EC風(fēng)機(jī)在養(yǎng)殖舍使用過程中，還需要同時(shí)考慮養(yǎng)殖舍環(huán)控器的匹配性、環(huán)控通風(fēng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)、通風(fēng)的均勻性及飼養(yǎng)員培訓(xùn)等關(guān)鍵問題。