地熱資源取之不盡用之不竭,我們可以將新鮮空氣引入地下,對空氣進行預處理,然后再引入豬舍,從而降低能耗。
在炎熱的夏季,我們對新風進行降溫,可以降低熱應激及通風量,冬季對新風進行預熱,可以降低采暖能耗,并可提高空氣質量。
由于地下溫度與外界溫度存在差異,而且溫度基本保持恒定,實際計算中,一般與當天平均氣溫相當。
外界空氣經過管道,與土壤進行換熱,被加熱或冷卻后,進入舍內。
TEAHE = Ts + ( Ta,out - Ts ) exp ( - NTU )
其中:TEAHE為出口溫度,Ts為管道溫度,Ta,out為外界空氣溫度,NTU為熱傳遞單位數。
NTU = hA / mCp
其中h為綜合對流傳熱系數,A 為管道內面積,m為通風量,Cp為比熱容。
NTU為無量綱單位,可由管道直徑、長度、新風流量(流速、密度)、管道的厚度、導熱系數及綜合熱阻計算所得,其決定了空氣溫度向土壤溫度收斂的幅度或者說換熱的效率。
如果希望換熱效率能夠達到80%,NTU要達到1.62左右。
以下案例,經過計算其NTU為1.08,換熱效率大概64%。
以青島為例,當外界溫度38度,平均溫度為25度時,經過地下埋設管道的冷卻,溫度可降低到29.5度。
參數 | |
管長度L | 35m |
直徑D=2r1 | 0.2m |
通風量V | 320m3h-1 |
空氣運動粘度v | 1.511·10-5㎡s-1 |
空氣熱導率λa | 2.57·10-2Wm-1K-1 |
空氣熱擴散率αa | 2.14·10-5㎡S-1 |
空氣熱熔Ca | 1.006kjkg-1K-1 |
管壁厚度r2 | 5mm |
管的熱導系數(PVC)λt | 0.19Wm-1K-1 |
擾動土壤環控半徑r3 | 0.1m |
土壤熱導率λs | 2.32Wm-1K-1 |
土壤的熱擴散率αs | 5.46·10-7㎡s-1 |
國外已經有豬場將地熱空氣熱交換系統應用于分娩舍,具體情況如下:
由該案例可以得出以下結論:分娩舍使用地熱空氣換熱系統后,舍內的溫度波動降低了70%,冬季的采暖成本降低,夏季消除了母豬熱應激,同時可以降低通風量,以比較簡單的環境控制方式,可以維持較好的舍內環境。
參考文獻
1.Heating and cooling performance of an under floor earth tube air tempering system in a mechanical ventilated farrowing house E.F. HESSEL, C. ZURHAKE, H.F.A. VAN DEN WEGHE
2.Design of earth–air heat exchanger system Trilok Singh Bisoniya
3.Modelled performance of energy saving air treatment devices to mitigate heat stress for confined livestock buildings in Central Europe