王美芝，薛晓柳，刘继军，易 路，陈昭辉，吴中红



不同节能改造方式猪舍的供暖能耗和经济性比较

王美芝1,2，薛晓柳1，刘继军1,2，易 路1，陈昭辉1,2，吴中红1,2※

（1. 中国农业大学动物科技学院，北京 100193； 2. 动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

为降低猪舍冬季供暖能耗，以12头母猪的分娩猪舍常见围护结构为基础，理论与试验相结合分析了不同节能改造方式的供暖能耗和经济指标。结果表明：未保温猪舍、外墙保温猪舍、外墙天棚保温门窗进风猪舍和外墙天棚保温天棚进风猪舍1个供暖季总能耗分别为118.2、45.2、35.3和0.2 kW·h/m2。4种猪舍不需要供暖的时长占供暖期总时长的比例分别为10%、28%、33%和96%。外墙保温猪舍与未保温猪舍相比、外墙天棚保温门窗进风猪舍与外墙保温猪舍相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍与外墙天棚保温门窗进风猪舍相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍与外墙保温猪舍相比，节约的单位能耗的改造成本分别为1.2、40.4、0.2和9.0 Yuan/(kW·h)。以节约单位能耗所需投资最小目标选择猪舍节能改造方式，以墙体保温节能改造最好；以猪舍总能耗最低为目标，则猪舍墙体和天棚均需节能改造并进行天棚预热新风通风。

保温；设施；通风；围护结构；猪舍；节能改造；供暖能耗；成本

0 引 言

在全球建筑节能及节能改造研究方面，欧盟制定了到2030年能源利用效率较目前标准提高至少27%以上的节能目标[1]。欧盟约75%的建筑物不节能，建筑物每年节能改造大约0.4%～1.2%。既有建筑节能改造将降低欧盟总能耗5%～6%[2]。虽然瑞典电能和建筑物供暖能源主要来源于清洁能源和核能源，建筑物CO2排放量仅占全国排放量的15%[3]，其仍针对既有居住建筑进行了围护结构的节能改造和热回收通风改造措施对节能的影响研究[4]。奥地利研究人员对建筑物的高效节能方法进行了研究，认为国家政策应倾向于对高耗能建筑进行节能改造而不是进行供暖补贴，并且节能改造应朝向近零能耗改造[5]。奥地利、捷克、丹麦、葡萄牙、西班牙和瑞典研究人员对最经济和最节能的既有建筑物改造方法进行了研究[6]。芬兰研究人员研究了砖砌建筑物不同的节能改造方式对节能效益和改造成本的影响[7]和寒冷地区教育建筑最经济的节能改造措施[8]。葡萄牙研究人员认为将既有建筑物改造为近零能耗建筑经济有效的措施是成本最佳的能效水平[9]。法国研究了降低房屋能耗改造方案的选择方法[10]。丹麦建筑物供暖能耗通过供暖系统效率改进和围护结构保温性能的改进平均可以节能50%[11]。在中国人类居住建筑节能方面，中国制定了《既有居住建筑节能改造指南》[12]和《既有居住建筑节能改造技术规程》[13]。城镇新建建筑执行节能强制性标准比例基本达到100%，节能建筑占城镇民用建筑面积比重超过40%。北京、天津、河北、山东、新疆等地开始在城镇新建居住建筑中实施节能75%强制性标准，其目标为：到2020年，经济发达地区及重点发展区域农村建筑采用节能措施比例超过10%[14]。

在国内外猪场建筑节能方面，近几年新建的大规模猪场多采用节能猪舍，在冬季猪舍通风的组织上也有一定的节能模式，比如利用热回收通风设备[15]和对猪舍配设附加阳光间和地道通风[16]。而大多数规模较小的既有猪场多采用保温性能较差的砖墙结构，并且猪舍内未设保温天棚，冬季通风采用门窗缝隙自然通风。这类猪舍在仅做外墙保温和屋顶保温的情况下，具有提高猪舍舍内温度的作用[17]。在猪舍保温节能构造要求中，美国MWPS对猪舍的保温性能指标提出了要求[18]。保温天棚渗透通风系统在加拿大寒冷地区的畜舍得以应用[19]，在丹麦猪舍也采用了天棚渗透通风系统[20]。但是该天棚的多孔材料多为木质，不符合中国防火规范要求[21]。同世界上其他国家一样，中国的建筑节能标准一般针对新建建筑物，而既有建筑一般需要通过节能改造达到节能目标[11]。《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》将北京市、天津市等“2+26”城市列为冬季清洁取暖首批实施范围，这些地区猪场也需禁煤供暖，煤改电或者煤改气都将带来冬季供暖运行费用的提高。为减少供暖运行费用，降低猪舍供暖能耗是前提。猪舍供暖能耗在舍内温度一定、舍外气象因素和供暖时间确定、猪舍内猪只显热散热量一定的情况下，降低供暖能耗一方面需要从提高建筑物围护结构的保温性能进而降低围护结构耗热量，另一方面需要降低通风能耗。中国和其他国家民用建筑物中高能耗既有建筑所占比例均较大，中国北方既有猪场高能耗猪舍建筑面积同样占较大比例，无论从降低能耗还是改善空气质量需要，北方地区需要供暖的猪舍均需进行节能改造并寻找经济可行、节能显著的方案。

本文通过对北京市既有规模化猪场常见围护结构的猪舍进行不同节能改造，分析其能耗和投资回收期，为北方供暖地区既有供暖猪舍改造方案提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验猪舍基本情况

选择北京房山区某猪场（300头基础母猪规模）的分娩猪舍作为试验猪舍，猪舍南北朝向，长、宽分别为15.48 m和7.56 m（墙体内边线尺寸），屋顶为双坡屋顶，屋顶材料为100 mm厚彩钢夹芯板。南墙有4个窗户（1.3 m高×1.5 m宽），北墙有4个窗户（1.2 m高×1.0 m宽），窗户材料为单层塑钢窗，其中1个窗户位置安装1台风机（安装尺寸同窗户，冬季风机外侧百叶封闭，内侧用90 mm厚挤塑板封闭），无天棚。墙体材料为240 mm厚砖墙。冬季，单层塑钢窗外侧封闭一层塑料膜。猪舍内2列产栏3列走道，每列6个栏，共12个产栏。人工饲喂、人工清粪。檐口高度为2.38 m，屋脊最高处高度为3.64 m。西侧墙体有1个1.06 m宽×1.95 m高的单层木门。猪舍建筑面积为128.32 m2。

1.2 试验猪舍耗热量计算

1.2.1 总耗热量计算

猪舍总耗热量指标的计算公式[22]为

式中q为猪舍总耗热量指标，W/m2；0为猪舍建筑面积，m2；HT为单位时间通过建筑外围护结构的温差传热量，W；Q为单位时间通风耗热量，W；IH为折合到单位建筑面积上单位时间建筑物内部得热量，在此主要计算畜体散热量（IH为畜体总显热散热量，W，IH=IH×0），W；TY为单位时间通过建筑外围护结构透明部分的太阳辐射得热量，W；Q为猪舍总耗热量，W，即H=H×0，则

Q=HT−QTY+Q−IH（2）

1.2.2 猪舍围护结构耗热量

猪舍围护结构耗热量计算公式[22]为

式中为围护结构传热系数的修正系数；K为围护结构的传热系数，W/(m2·K)；F为围护结构的传热面积，m2；δ为温差修正系数，本文全部取值为1[22]；t为冬季供暖室内计算温度，℃（为减少供暖能耗，分娩猪舍室内温度取18 ℃[23]）；t为冬季供暖舍外计算温度，供暖期平均舍外计算温度取值为0.1 ℃[24]。计算时各种围护结构参数取值如表1[17,22]。对于有天棚的坡屋顶，当用天棚面积计算其传热量时，屋面和天棚的综合传热系数按照公式（4）计算[24]。

式中1，2分别为天棚屋面的传热系数，W/(m2·K)；为屋面与天棚间的夹角，(°)；在猪舍耗热量的计算中，单层塑钢窗外侧封闭1层塑料膜之后的传热系数按照塑料膜为6.0 W/(m2·K)和单层塑钢窗传热系数为4.7 W/(m2·K)[17]，并利用《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016中建筑热工基本计算方法计算后为2.6 W/(m2·K)，见表1。

表1 分娩猪舍未保温改造时围护结构热工参数

注：d1，d2分别为周边地带和非周边地带。周边地带：距离外墙内表面2 m以内的地面；非周边地带：地面的其他部分。

Note: d1, d2 are ground within 2 m distance of inner surface of the exterior walls and the other ground except the former, respectively.

1.2.3 猪舍太阳辐射得热量计算

猪舍太阳辐射得热量计算公式[22]为

式中TYi为建筑物外窗透明部分供暖期太阳辐射强度，W/m2，北京市供暖期平均太阳辐射强度南向和北向分别为120.0和33.0 W/m2，计算供暖期逐时太阳辐射得热量时，太阳辐射强度取典型气象年逐时太阳辐射强度值[25]；为外窗综合遮阳系数，取0.69[26]。ci为外窗面积，本文中南向和北向外窗面积分别为7.81和4.68 m2。

1.2.4 猪舍通风耗热量计算

猪舍冬季通风耗热量计算公式[22]为

Q=×××(t−t) （6）

式中C为空气的定压比热容，取值0.28 W·h/(kg·K)[22]；为由通风进入舍内的冷空气量，即为猪头数与每头冬季通风量之积，m3/h；ρ为供暖舍外计算温度下的空气密度，kg/m3，其计算公式[27]为

式中为大气压，kPa，北京市冬季大气压为102.2 kPa[24]；t为舍外温度，℃，对于门窗进风的舍外温度，取值为舍外温度；对于天棚预热新风通风时的舍外温度，其取值为天棚新风进入舍内处的温度，该温度需要实际监测。

1.2.5 猪舍环境指标监测方法

为获得猪舍在天棚预热新风时新风进猪舍的温度及猪舍内二氧化碳浓度，在猪舍内南侧和北侧分别布置2个温湿度和二氧化碳浓度测点，舍内共4个测点，舍外布置1个温湿度测点，天棚新风进入舍内位置设置1个温湿度测点，温湿度测试采用型号均为Apresys 179A—TH的温湿度自动记录仪(精度为士0.2 ℃)，二氧化碳浓度使用二氧化碳自动记录仪（天建华仪，EZY-1S型，测量范围0～5 000 ppm，精度为±75 ppm），温湿度和二氧化碳浓度均24 h自动记录，每0.5 h记录1次，猪舍内温湿度和二氧化碳浓度测定高度为母猪猪背高度，远离仔猪保温箱，舍外温湿度计测点高度采用中国气象站的测定高度（1.5 m），避免阳光直射。猪舍内测点布置见图1。

图1 试验分娩猪舍环境测点布置图

在试验开始前，对试验所用温湿度计和二氧化碳测试仪均进行了校正。舍内温湿度和二氧化碳浓度均取舍内4个测点的平均值。猪舍内12头分娩母猪（长白、大白各半，2～3胎次），仔猪断奶时对母猪称质量，平均每头母猪体质量238 kg。试验时间为2018-01-13 09:00—2018-01-15 08:00。通过软件SPSS 21分析舍内温度、舍外温度和天棚新风进入舍内位置处温度的相关关系，利用相关关系求出在舍外温度为0.1 ℃和逐时温度[25]下天棚新风进入舍内位置的温度，以此温度作为通风耗热量公式（6）中的t取值。

1.2.6 母猪显热散热量计算

分娩母猪包括仔猪总产热量，见式（8）[28]。

式中tot为总产热量，W；为猪体质量，kg；1为泌乳量，取值为6 kg/d[28]。

母猪显热产热量见式（9）[28]。

式中为显热产热量，W。

本试验中母猪体质量=238 kg，t=18 ℃，则每窝母猪和仔猪显热产热量为375 W/头母猪（包括仔猪），12头母猪显热产热量共4 500 W。

1.2.7 分娩母猪冬季通风量的选取

本文中，在试验时间为2018-01-13 9:00—2018-01-15 8:00，猪舍冬季通风量设定为600 m3/h，单位通风量合0.21 m3/(h·kg)，试验条件下，猪舍内二氧化碳浓度范围1 616～2 414 ppm，舍内相对湿度范围57%～67%，二氧化碳是猪舍通风量评价中的标志性气体[29]，关于分娩猪舍舍内二氧化碳浓度值，美国专家建议为节约能耗而又不影响舍内空气质量，舍内二氧化碳浓度值应低于3 000 ppm[30]。猪舍内相对湿度舒适范围为60%～70%[23]，因此，冬季试验猪舍通风量可以满足通风要求，在公式（6）中的冬季通风量选定600 m3/h。

1.3 猪舍节能改造方案

未进行保温改造的猪舍称为“未保温猪舍”（T1）。猪舍保温改造方案分为3步：第1步为仅做外墙保温（2015年冬季前完成改造），在原有240 mm砖墙外做90 mm厚挤塑板外保温，保温改造后的墙体传热系数小于0.35 W/(m2·K)。为安全起见，保温改造后的墙体传热系数确定为0.35 W/(m2·K)[22]，冬季通风为门窗缝隙自然通风，试验猪舍命名为“外墙保温猪舍”（T2）。

第2步为在外墙保温改造的基础上，再增加保温天棚（2017年冬季前完成改造），因空间所限，天棚材料为75 mm厚岩棉夹芯板（A级防火材料），天棚距地面高2.25 m。天棚与原有100 mm厚彩钢夹芯板屋顶综合后的传热系数为0.285 W/(m2·K)，仍大于美国MWPS中保温天棚的传热系数0.23 W/(m2·K)[18]。屋顶传热面积由双坡屋顶面积134.47 m2变更为天棚面积128.32 m2，冬季通风方式为门窗缝隙自然通风，试验猪舍命名为“外墙天棚保温门窗进风猪舍”（T3）。

第3步改造（2017年冬季前完成改造）为在墙体外保温改造和增加保温天棚的基础上，在北侧墙体上距离东墙9.48 m处安装1个直径为0.28 m的轴流风机（可变风量，功率为40 W，风机风量范围0～1 100 m3/h，风机向舍外排风（负压通风），为减少对墙体的破坏，将风机安装在窗户位置。在天棚距东墙1.5 m处设置天棚进风口（0.28 m×0.28 m），见图1。试验猪舍命名为“外墙天棚保温天棚进风猪舍”（T4）。其中，风机风量的参考指标按照中国标准0.3 m3/(h·kg)[23]和美国标准34.1 m3/（h·头）[18]，考虑一定的安全系数，并同时为开展分娩母猪冬季最小通风量试验设计（因冬季通风量影响供暖能耗，并且中国和美国冬季通风量数据相差较大），手动调整风机风量，将猪舍冬季最大通风量设计为1 100 m3/h，可调风量，本文中冬季通风量选取600 m3/h。为防止进风口风速过小造成密度较大的冷风下沉影响猪的热舒适性，进风口风速需要控制在3.0～6.1 m/s[18]，天棚进风口大小按照进风口风速3.4 m/s设计，在通风量为1 100 m3/h时风口大小应为0.09 m2，天棚进风口实际完工面积为0.078 m2。山墙进风口的尺寸因文献[18]参考指标中用到春秋季通风量，中国与美国通风量标准相差太大，不容易参考，暂时在猪舍的西侧山墙上设置一个进风口（尺寸0.43 m×0.43 m，安装防鸟网，北方空气污染严重地区还需在不使用天棚进风的季节将山墙进风口关闭，以防天棚积灰，本试验安装可开闭百叶窗）。本试验中山墙进风口面积/天棚进风口面积为2.4。

1.4 猪舍供暖能耗的逐时计算及各计算参数

猪舍供暖能耗的逐时计算按照北京市供暖季11月15日－3月15日的典型气象年逐时温度[25]和公式（1）～公式（9），利用软件excel计算得出供暖季每时刻猪舍的能耗。其中，在不同舍外温度时，在舍内温度设定为18 ℃，猪显热产热量为4 500 W，猪舍建筑面积为128.32 m2，猪舍冬季通风量为600 m3/h时，围护结构耗热量、通风耗热量均随不同的舍外温度变化而变化。猪舍逐时能耗计算过程中各参数取值见表2。

表2 不同节能改造方式分娩猪舍能耗计算用各参数取值

2 结果与分析

2.1 天棚预热新风、新风进入舍内位置处的温度

在试验时间为2018-01-13 09:00—2018-01-15 8:00，猪舍冬季通风量设定为600 m3/h时，试验监测得到舍外温度、舍内温度和天棚进风口温度，对该试验期间舍外温度、舍内温度和天棚进风口处温度的数据用SPSS 21统计得出天棚预热新风、新风进入舍内位置处的温度与舍内温度t和舍外温度t的相关关系，见公式（10）。

=0.812t+0.235t−1.453，2=0.901，=95，<0.01 （10）

由此可得，当舍外温度为0.1 ℃，舍内温度为18 ℃时，天棚预热新风、新风进入舍内位置处的温度=13.2 ℃，以此温度代入公式（6）计算供暖季平均舍外温度为0.1 ℃时天棚预热新风状态下猪舍通风耗热量。同理，可以计算出北京市典型气象年逐时温度下逐时通风能耗和逐时总能耗。

2.2 不同节能改造方式猪舍耗热量、供暖季能耗和改造成本

2.2.1 不同节能改造方式不同部位猪舍耗热量

利用公式（1）～公式（9）、表1和表2计算得出不同围护结构和通风方式下供暖期各部分耗热量、得热量和总耗热量，计算舍外温度为0.1 ℃[24]。

表3 不同节能改造方式不同部位供暖季耗热量

由表3可知，试验分娩猪舍在围护结构保温节能改造前后，猪显热量和太阳辐射得热量均不变，只进行外墙保温改造，猪舍总耗热量由39.6 W/m2下降为12.1 W/m2。在此基础上再进行天棚保温改造，猪舍总耗热量下降为7.9 W/m2，天棚保温改造引起猪舍耗热量下降幅度较外墙保温改造下降幅度低，主要原因为既有猪舍屋顶原有材料传热系数为0.47 W/(m2·K)，天棚保温改造后由天棚面积计算的传热系数为0.285 W/(m2·K)，传热面积由原有屋顶面积134.47 m2下降为128.32 m2，东墙和西墙传热面积分别由24.86和22.92 m2下降为19.66和14.96 m2（天棚标高以上的山墙面积不计算），屋顶传热系数下降幅度有限。而墙体保温改造前后传热系数分别为2.33和0.35 W/(m2·K)，传热系数下降幅度较大，从而引起猪舍耗热量下降幅度较大。在外墙和天棚均进行保温改造后，冬季通风模式由门窗进风改为由天棚进风后，新风进入猪舍内进行冬季通风耗热量计算时的舍外温度升高为新风进入天棚位置的温度，较大程度降低了通风耗热量，即由30.6 W/m2降低为7.8 W/m2。因此，判断猪舍围护结构不同部位节能改造效果显著程度，可以先从围护结构传热系数现值及可能下降的幅度着手，然后，通过调控通风进风温度或者控制冬季通风量降低猪舍通风耗热量。

2.2.2 不同节能改造方式猪舍供暖季能耗和改造成本

计算猪舍逐时能耗，逐时能耗中存在负数，能耗为负数时实际情况下只能是在猪舍内温度不变时提高通风量或者在通风量不变时任由猪舍内温度升高，在合计猪舍供暖季总能耗时负数能耗不能计算在总能耗之内（猪舍无储能构造时），在此，令逐时能耗中负数值为0（按照舍内温度控制供暖），最后合计得到改造前猪舍、只做墙体保温改造、在墙体保温改造基础上增加保温天棚（门窗进风）和在墙体保温改造基础上增加保温天棚（天棚进风）4种情况的猪舍供暖季总能耗。供暖季共2 904 h，天棚进风需要40 W功率风机连续运转，供暖季风机共耗能116 kW·h，天棚进风较门窗进风减少能耗35.1 kW·h/m2，单位建筑面积风机能耗为0.9 kW·h/m2，相当于外墙天棚保温后天棚进风猪舍实际总能耗为1.1 kW·h/m2。猪舍墙体改造面积合计110.24 m2，墙体保温改造投资约为100元/m2墙体面积，猪舍建筑面积为128.32 m2，单位建筑面积墙体改造成本约为85.9元/m2。单位建筑面积保温天棚改造成本约为400元/m2。冬季通风风机成本约为700元，折合单位建筑面积成本为5.5元/m2。假设节约的能耗由电直接提供，单位能源价格为0.60元/（kW·h），则各步骤节能改造能耗、改造成本、节约的单位能耗改造成本及投资回收期见表4。

表4 不同节能改造方式供暖季分娩猪舍能耗和改造成本

由表4可知，外墙保温猪舍较未保温猪舍可节能73.0 kW·h/m2；外墙天棚保温门窗进风猪舍（T3）较外墙保温猪舍仅节能9.9 kW·h/m2；外墙天棚保温天棚进风猪舍（T4）较外墙天棚保温门窗进风猪舍（T3）可节能35.1 kW·h/m2。外墙保温猪舍（T2）与未保温猪舍（T1）相比、外墙天棚保温门窗进风猪舍（T3）与外墙保温猪舍（T2）相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍（T4）与外墙天棚保温门窗进风猪舍（T3）相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍（T4）与外墙保温猪舍（T2）相比，节约的单位能耗的改造成本分别为1.2、40.4、0.2和9.0 Yuan/(kW·h)。从未保温到外墙保温、从外墙保温到外墙天棚保温门窗进风、从外墙保温到外墙天棚保温天棚进风，3个改造步骤的投资回收期分别为2.0、67.3和15.0 a。外墙天棚保温门窗进风（T3）与外墙天棚保温天棚进风（T4）相比，后者仅需增加0.2 Yuan/(kW·h)和0.3 a的投资回收期就可获得35.1 kW·h/m2的节能收益。因此，若以节约的单位能耗所需投资最小为目标选择猪舍节能改造方式，外墙保温节能改造最好。但是，若以猪舍总能耗最低目标选择，猪舍外墙和天棚均需要保温改造并进行天棚预热新风机械通风。节能改造有不同的深度，改造深度越深，成本越高，节能量越多，具体改造深度主要由可投入的成本及其他因素确定[31]。试验分娩猪舍在外墙保温改造后，如果冬季通风方式不由门窗直接进风改造为天棚预热新风方式，在现有屋顶材料（传热系数为0.47 W/(m2·K)）情况下，只进行天棚保温改造经济意义不大。

欧洲养猪能耗方面，用于通风和局部供暖方面每年的电能为34～37 kW·h/m2，照明为1～5 kW·h/m2[32]，假设本试验建筑面积128.32 m2猪舍内12头母猪每个仔猪保温箱的保温灯功率冬季为200 W（每批使用21 d），其他季节为150 W（平均每批使用2 d），仔猪21 d断奶，1个冬季4批分娩母猪，则仔猪局部供暖1个冬季的能耗约为37.7 kW·h/m2，其他季节局部供暖饲养批次数为6.4批，则其他季节局部供暖能耗约为4.3 kW·h/m2，冬季局部供暖能耗的节能措施主要为：根据仔猪随着日龄的增加温度需求降低，对仔猪局部温度调控可降低能耗21.7%[33]。该种猪舍一般春秋季自然通风、夏季机械通风，假设夏季120 d每天24 h通风，夏季风机功率0.4 kW，则夏季通风能耗为9.0 kW·h/m2。该种猪舍自然采光，不计照明能耗。因此，该种猪舍环境控制中每年通风和局部供暖总能耗约为43.7 kW·h/m2，高于欧洲通风和局部供暖方面每年的电能，可能是由于不同地区舍外温度不同导致仔猪局部供暖能耗差异。第3步节能改造后猪舍整舍供暖能耗为0.2 kW·h/m2。猪舍整舍供暖的能耗每个国家的舍外气候不同，供暖能耗也不同，暂时未见关于猪舍整舍供暖能耗的报道，仅有前文中MWPS关于猪舍围护结构保温节能的要求。

2.3 不同节能改造方式猪舍不需供暖时间

利用北京市供暖季11月15日至3月15日典型气象年逐时温度计算了4种节能改造猪舍逐时耗热量，北京市供暖季最低温度−14.2 ℃，最高温度18.9 ℃，温度最低值出现在1月份。表1列出了在舍外温度为−14.2 ℃时4种节能改造猪舍的耗热量。当计算所得的逐时耗热量≤0时，该时刻（以小时计）不需要供暖，统计了4种节能改造猪舍不需要供暖的时长，见表5。

表5 不同节能改造方式猪舍供暖季不需供暖时长

由表5可知，在温度最低时刻（−14.2 ℃），未保温猪舍、外墙保温猪舍、外墙天棚保温门窗进风猪舍和外墙天棚保温天棚进风猪舍的耗热量分别为108.7、59.2、51.7和7.2 W/m2。4种猪舍不需供暖的时长分别为284、811、952和2 785 h，4种猪舍不需要供暖时长占供暖期总时长（2 904 h）的比例分别为10%、28%、33%和96%。结合不需要供暖的时长占供暖总时长比例和猪舍单位建筑面积能耗（表4）数据，在试验条件通风量和猪体质量情况下，分娩猪舍进行了墙体外保温改造、天棚保温改造和天棚进风改造后已成为近零能耗建筑。

3 结 论

1）当舍外、舍内温度分别为0.1 ℃和18 ℃，冬季通风量为600 m3/h时，天棚预热新风、新风进入舍内位置处的温度为13.2 ℃。

2）未保温猪舍、外墙保温猪舍、外墙天棚保温门窗进风猪舍和外墙天棚保温天棚进风猪舍整个供暖季总能耗（整舍供暖）分别为118.2、45.2、35.3和0.2 kW·h/m2。外墙保温猪舍与未保温猪舍相比、外墙天棚保温门窗进风猪舍与外墙保温猪舍相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍与外墙天棚保温门窗进风猪舍相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍与外墙保温猪舍相比，节约的单位能耗的改造成本分别为1.2、40.4、0.2和9.0元/(kW·h)。

3）未保温猪舍、外墙保温猪舍、外墙天棚保温门窗进风猪舍和外墙天棚保温天棚进风猪舍不需要供暖的时长分别为284、811、952和2 785 h，4种猪舍不需要供暖的时长占供暖期总时长的比例分别为10%、28%、33%和96%。

4）以节约的单位能耗所需投资最小目标选择猪舍节能改造方式，墙体保温节能改造最好。但是，以猪舍总能耗最低为目标，猪舍墙体和天棚均需要保温改造并进行天棚预热新风机械通风。

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Comparison of heating energy consumption and economy of pig house with different energy saving renovation measures

Wang Meizhi1,2, Xue Xiaoliu1, Liu Jijun1,2, Yi Lu1, Chen Zhaohui1,2, Wu Zhonghong1,2※

(1.100193;2.100193,)

It is forbidden to use coal to heat pig house in “2+26” cities in Northern China at present, and the cost of alternative energy sources like electricity and gas used to heat pig house will increase. The aim of this paper is to evaluate and analyze the effect of different pig house envelope insulation renovation measures and ventilation modes in winter on energy consumption of space heating and cost. This paper covers theoretical and experimental methods. A natural ventilated and natural lighted farrowing house with 12 farrowing sows was selected to be an experimental pig house and the wall was made of bricks with the thickness of 240 mm and had no ceiling. In this experiment, the weight of sow was 238 kg, ventilation rate of the farrowing house was set to be 600 m3/h, and indoor temperature was set to be 18 ℃. The CO2concentration indoors was less than 2 414 ppm when the ventilation rate was 600 m3/h, and it was thought the ventilation rate was enough in heating periods to save ventilation energy. The renovation measures were divided into 4 types or stages: uninsulated (the original farrowing house), wall insulated (Step 1, renovated in 2015), wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the windows and doors (Step 2, renovated in 2017), wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the ceiling (Step 3, renovated in 2017). Temperatures at the inlet on the ceiling, outdoors and indoors were measured and analyzed. Energy consumption of space heating and cost of different renovation types were calculated and compared. The results indicated that temperature at the inlet on the ceiling was 13.2 ℃ when the temperature outdoors was 0.1 ℃ and the temperature indoors was 18 ℃. Which part of the envelopes of the farrowing house used to be renovated would be more effective in energy saving depended on the values of heat transfer coefficients, air temperature at the inlet of ventilation, ventilation rate, and so on. Energy consumption in environmental control of farrowing house was divided into spacing heating and ventilation and localized heating in Beijing, China. Energy consumption of space heating in winter for uninsulated, wall insulated, wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the windows and doors and wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the ceiling was 118.2, 45.2, 35.3 and 0.2 kW·h/m2, respectively. Renovation cost of unit energy saving for Step 1, Step 2 and Step 3 was 1.2, 40.4 and 9.0 Yuan/(kW·h), respectively. Payback period of Step 1, Step 2 and Step 3 was 2.0, 67.3 and 15.0 a, respectively. For space heating of uninsulated, wall insulated, wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the windows and doors, wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the ceiling of the farrowing house, the time with no need for heating in winter was 284, 811, 952 and 2 785 h, respectively, the percentage of the time with no need for heating in 2 904 h was 10%, 28%, 33% and 96%, respectively. Ventilation and localized heating of farrowing house was calculated to be 43.7 kW·h/m2in the whole year for the 4 types of energy efficiency renovation farrowing houses. Wall insulation was the best renovation measure on basis of least renovation cost of saving unit energy consumption, whereas wall and ceiling insulated with ventilation inlet on the ceiling was the best renovation measure on basis of least total energy consumption.

insulation; facilities; ventilation; envelope; farrowing house; energy efficiency renovation; energy consumption; cost

王美芝，薛晓柳，刘继军，易 路，陈昭辉，吴中红. 不同节能改造方式猪舍的供暖能耗和经济性比较[J]. 农业工程学报，2018，34(13)：218－224. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.026 http://www.tcsae.org

Wang Meizhi, Xue Xiaoliu, Liu Jijun, Yi Lu, Chen Zhaohui, Wu Zhonghong. Comparison of heating energy consumption and economy of pig house with different energy saving renovation measures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 218－224. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.026 http://www.tcsae.org

2018-04-13

2018-06-01

生猪产业技术体系北京市创新团队项目，项目编号：BAIC02-2018；重点专项：畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发-畜禽养殖智能装备与信息化技术研发，项目编号：2018YFD0500700

王美芝，女，副教授，博士，主要从事畜牧工程与畜牧环境研究。Email：meizhiwang@cau.edu.cn

吴中红，女，副教授，博士，主要从事畜禽环境工程、环境对家畜生殖发育的影响方面的研究。Email：wuzhh@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.026

S210.41

A

1002-6819(2018)-13-0218-07