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摘 要：通过对沈阳地区某LPCV牛舍（低屋面横向通风牛舍）增设湿帘风机降温系统，并针对其通风系统的夏季运行方案增设自动温度控制系统，达到对牛舍室外温度、喷淋水水温、舍内温度、过帘温度及相关设定值等参数进行实时监测的功能，根据通风系统运行方案进行自动温度控制调节，实时显示设备运行状态和故障报警，以便于牛舍通风系统的管理，及时了解舍内现状并发现问题，同时该自动温度控制系统可广泛应用于其他同类型湿帘风机降温系统的控制设计。
关键词：低屋面横向通风牛舍;湿帘风机系统;自动控制
中图分类号：O35
低屋面横向通风牛舍（Low profile cross ventilated，LPCV）广泛应用于國内外大型奶牛场[1]，其通风系统大多采用湿帘风机降温系统，该系统在室外相对湿度较低时可有效的降低舍内温度、减缓奶牛的热应激以达到高产的目的[2]，目前国内外湿帘风机系统主要采用人工控制的方法，由于人工控制存在效率较低、耗时耗力、响应延时等问题，因此本文以沈阳地区夏季湿帘风机降温系统运行方案为研究对象，对该湿帘风机系统设计自动监测和温度控制系统，达到自动温度调节控制的功能。
1 沈阳地区某LPCV牛舍夏季通风系统运行方案概述
根据国内部分学者对沈阳地区LPCV牛舍通风系统在夏季设计工况、极端最热工况和部分工况的研究结果[3-5]，得到沈阳地区LPCV牛舍湿帘风机降温系统在夏季全部工况条件下的运行方案，其中湿帘喷淋水温的控制策略为：当室外温度tw小于等于23℃时，风机系统全开，湿帘的喷淋水系统应处于关闭状态;当tw大于23℃而不大于31.4℃时，风机系统全开，湿帘喷淋水系统开启，喷淋水系统的水温应为20℃可满足舍内奶牛的舒适性要求;当tw大于31.4℃而不大于34℃时，风机系统全开，湿帘喷淋水水温设定为18℃（18℃的喷淋水应由市政常温水和低温井水混合而得）;当tw超过34℃且不超过36.1℃时，风机系统全开，湿帘喷淋水水温设定为16℃即可。夏季湿帘喷淋水的全部运行参数如表1.1所示。
2 湿帘降温系统设计
湿帘风机降温系统主要由湿帘、大风量风机、循环式喷淋水系统和自动温控系统等组成。湿帘是由设计成特殊角度的纤维纸粘结而成，相邻两层湿帘纸波纹倾斜方向相反，形成一系列相互交错的通道。喷淋水自上而下流过湿帘纸，在湿帘纸上形成水膜，而波纹状的湿帘纸则为空气和水提供了足够大的接触面积。湿帘降温系统通过水与空气的热湿交换，借助高温下水分蒸发将空气中的显热吸收，转变为水蒸气中的潜热来达到降温的目的，可使室内空气温度降低7℃～15℃[6]。
基于夏季湿帘降温系统的运行方案，对湿帘降温系统进行了改进，增设了自动控制系统，增加了深井输水系统，目的是在室外温度大于31.4℃时，向蓄水池输送低温井水，降低湿帘循环水的水温，以保证湿帘风机系统的降温效果。改进后的湿帘系统水循环示意图如图2.1所示。
3 自动温度控制系统设计方案
为了实时、准确地监测和温度控制，需要实时监测和利用LPCV牛舍内外的温度等参数，进而确定湿帘风机系统的运行参数，根据通风系统的运行方案自动控制风机系统的启闭和湿帘循环水系统的水泵启闭。具体的设计方案如下：
（1）在LPCV牛舍舍内距地高1.2m处（温度最不利点）设置温度传感器TT1，作用时实时监测舍内温度满足奶牛的舒适性要求，否则将指示湿帘喷淋水系统采取开启相应水泵控制循环水水温;
（2）在舍内湿帘位置附近安装温度传感器TT2，实时监测空气过帘温度，为监测湿帘降温效率提供数据;
（3）在舍外进风侧距湿帘5～10m、距地面1m位置高度安装温度传感器TT3，为湿帘风机温控系统实时提供室外温度数据，作为启动不同运行调节方案的依据;
（4）在蓄水池底端安装温度传感器TT4，根据TT3和TT4的数值控制深井输水的启停，通过深井水和喷淋循环水的混合确保湿帘喷淋水水温达到运行方案设定值;
（5）在蓄水池内设置液位传感器LT1（溢流限位）、LT2（液位上限）、LT3（液位下限）控制补水泵启闭;在蓄水池外设置深井输水系统，为蓄水池提供低温井水;
（6）深井外距离地面1m高度处设置高位水箱，深井泵向高位水箱输送井水，通过水箱为蓄水池提供低温井水;水箱内设置液位传感器LT4（溢流限位）、LT5（液位上限）、LT6（液位下限）控制深井泵启闭。
自动温度控制系统的总体框架包括信息采集、网络传输、智能分析和远程控制四个部分，框架图如图3.1所示，自动温度控制原理如图3.2所示。
根本沈阳地区某LPCV牛舍的夏季通风系统运行方案，确定其湿帘风机自动温度控制系统功能的主要控制内容包括：
（1）利用防水温度传感器实时对LPCV牛舍舍内的最不利位置的温度、过帘温度、室外环境温度和蓄水池的水温，为控制中心提供基础数据以控制启动对应的湿帘风机通风系统运行方案;
（2）当温度传感器TT3监测到的室外温度超过23℃且不超过31.4℃时，潜水泵和电动阀开启，湿帘喷淋水系统运行，室外空气通过湿帘蒸发降温，达到降温目的;通过水流开关FS3监测水流状态，流量过小或断流则自动报警，并控制补水泵进行工作;
（3）当温度传感器TT3监测到室外温度大于31.4℃且不超过34℃时，控制中心将循环喷淋水温设定为18℃，通过温度传感器TT4监测喷淋水温，当喷淋水温度高于18℃时，电动阀开启，通过高位水箱向蓄水池输送低温井水直至蓄水池水温达到18℃并保持，湿帘降温系统的工作处于动态平衡中;通过水流开关FS2监测水流状态，流量过小或断流则自动报警并自动停止水箱向蓄水池输水;
（4）当温度传感器TT3监测到的室外温度超过34℃并小于等于36.1℃时，控制中心将循环喷淋水温设定为16℃，通过温度传感器TT4监测喷淋水温，当温度高于16℃时，电动阀开启，通过高位水箱向蓄水池输送低温井水直至蓄水池水温达到16℃并保持，湿帘降温系统的工作仍处于动态平衡中;通过水流开关FS2监测水流状态，流量过小或断流则自动报警并自动停止水箱向蓄水池输水; （5）风机系统在沈阳地区的LPCV牛舍通风系统运行方案中，整个夏季全数全天都应保持运行状态，如涉及到其他地区运行方案，可对控制系统进行适当调整;
（6）液位传感器LT3检测到蓄水池水位达到下限时，补水泵开启向蓄水池补水，补水来自LPCV牛舍的生活给水系统;水流开关FS1开启确认补水泵及电动阀是否正常工作;
（7）液位传感器LT2检测到蓄水池水位达到上限时，补水泵关闭，水流开关FS1关闭，电动阀关闭;
（8）液位传感器LT1检测到蓄水池水位达到溢流高度时，向控制中心发出报警信号，需人工检查排除故障，此时水通过溢流管排至排水系统中;
（9）液位传感器LT6检测到高位水箱水位达到下限时，深井泵开启向水箱补水，补水来自低温井水;水流开关FS4开启确认深井泵及电动阀是否正常工作;
（10）液位传感器LT5检测到高位水箱水位达到上限时，深井泵关闭，水流开关FS4关闭，电动阀关闭;
（11）液位传感器LT4检测到高位水箱水位达到溢流高度时，向控制中心发出报警信号，需人工检查排除故障，此时水通过溢流管排至排水系统。
4 自动温控系统优势分析与应用
（1）系统在自动控制湿帘风机系统工作的同时可实现实时显示和记录当前室外温度、喷淋水水温、舍内温度、过帘温度及相关设定值，设备运行状态显示及故障报警，方便管理和及时发现问题、了解舍内现状。
（2）自动温度控制系统的能耗低、寿命长、灵敏度高、响应速度快、工作稳定高效、环控能力强，能够将舍内环境温度始终保持在奶牛热舒适度范围内。
（3）湿帘风机自动温控系统除可以应用于LPCV牛舍，国内外很多鸡舍、猪舍的大型养殖厂均可采用湿帘风机系统进行降温，减少牲畜的热应激，提高舒适性，还可以广泛应用于南方的纺织工厂、织造车间的湿帘风机系统内，降低能耗、提高车间空气质量和舒适度。
参考文献：
[1] 邓书辉，施正香，李保明，赵淑梅，丁涛，郑万萍.低屋面横向通风牛舍空气流场CFD模拟[J].农业工程学报，2014，30（06）：139-146.
[2] 颜志辉，施正香，王朝元，許立新.大跨度横向机械通风奶牛舍环境状况的分析与思考[J].中国畜牧杂志，2012，48（16）：43-46.
[3] 吕慧洁. 沈阳地区LPCV牛舍通风系统的夏季运行策略研究[D].沈阳工业大学，2018.
[4] 吴亚平. 沈阳地区低屋面横向通风牛舍空气CFD数值模拟[D].沈阳工业大学，2016.
[5] 张琼. 低屋面横向通风牛舍地域适应性研究[D].沈阳工业大学，2017.
[6] 傅春泉， 徐苏凌， 张建中. 湿帘冷风机降温在南方奶牛舍中的应用[J]. 中国奶牛， 2011， 07期：54-56.
关键词：低屋面横向通风牛舍;湿帘风机系统;自动控制
中图分类号：O35
低屋面横向通风牛舍（Low profile cross ventilated，LPCV）广泛应用于國内外大型奶牛场[1]，其通风系统大多采用湿帘风机降温系统，该系统在室外相对湿度较低时可有效的降低舍内温度、减缓奶牛的热应激以达到高产的目的[2]，目前国内外湿帘风机系统主要采用人工控制的方法，由于人工控制存在效率较低、耗时耗力、响应延时等问题，因此本文以沈阳地区夏季湿帘风机降温系统运行方案为研究对象，对该湿帘风机系统设计自动监测和温度控制系统，达到自动温度调节控制的功能。
1 沈阳地区某LPCV牛舍夏季通风系统运行方案概述
根据国内部分学者对沈阳地区LPCV牛舍通风系统在夏季设计工况、极端最热工况和部分工况的研究结果[3-5]，得到沈阳地区LPCV牛舍湿帘风机降温系统在夏季全部工况条件下的运行方案，其中湿帘喷淋水温的控制策略为：当室外温度tw小于等于23℃时，风机系统全开，湿帘的喷淋水系统应处于关闭状态;当tw大于23℃而不大于31.4℃时，风机系统全开，湿帘喷淋水系统开启，喷淋水系统的水温应为20℃可满足舍内奶牛的舒适性要求;当tw大于31.4℃而不大于34℃时，风机系统全开，湿帘喷淋水水温设定为18℃（18℃的喷淋水应由市政常温水和低温井水混合而得）;当tw超过34℃且不超过36.1℃时，风机系统全开，湿帘喷淋水水温设定为16℃即可。夏季湿帘喷淋水的全部运行参数如表1.1所示。
2 湿帘降温系统设计
湿帘风机降温系统主要由湿帘、大风量风机、循环式喷淋水系统和自动温控系统等组成。湿帘是由设计成特殊角度的纤维纸粘结而成，相邻两层湿帘纸波纹倾斜方向相反，形成一系列相互交错的通道。喷淋水自上而下流过湿帘纸，在湿帘纸上形成水膜，而波纹状的湿帘纸则为空气和水提供了足够大的接触面积。湿帘降温系统通过水与空气的热湿交换，借助高温下水分蒸发将空气中的显热吸收，转变为水蒸气中的潜热来达到降温的目的，可使室内空气温度降低7℃～15℃[6]。
基于夏季湿帘降温系统的运行方案，对湿帘降温系统进行了改进，增设了自动控制系统，增加了深井输水系统，目的是在室外温度大于31.4℃时，向蓄水池输送低温井水，降低湿帘循环水的水温，以保证湿帘风机系统的降温效果。改进后的湿帘系统水循环示意图如图2.1所示。
3 自动温度控制系统设计方案
为了实时、准确地监测和温度控制，需要实时监测和利用LPCV牛舍内外的温度等参数，进而确定湿帘风机系统的运行参数，根据通风系统的运行方案自动控制风机系统的启闭和湿帘循环水系统的水泵启闭。具体的设计方案如下：
（1）在LPCV牛舍舍内距地高1.2m处（温度最不利点）设置温度传感器TT1，作用时实时监测舍内温度满足奶牛的舒适性要求，否则将指示湿帘喷淋水系统采取开启相应水泵控制循环水水温;
（2）在舍内湿帘位置附近安装温度传感器TT2，实时监测空气过帘温度，为监测湿帘降温效率提供数据;
（3）在舍外进风侧距湿帘5～10m、距地面1m位置高度安装温度传感器TT3，为湿帘风机温控系统实时提供室外温度数据，作为启动不同运行调节方案的依据;
（4）在蓄水池底端安装温度传感器TT4，根据TT3和TT4的数值控制深井输水的启停，通过深井水和喷淋循环水的混合确保湿帘喷淋水水温达到运行方案设定值;
（5）在蓄水池内设置液位传感器LT1（溢流限位）、LT2（液位上限）、LT3（液位下限）控制补水泵启闭;在蓄水池外设置深井输水系统，为蓄水池提供低温井水;
（6）深井外距离地面1m高度处设置高位水箱，深井泵向高位水箱输送井水，通过水箱为蓄水池提供低温井水;水箱内设置液位传感器LT4（溢流限位）、LT5（液位上限）、LT6（液位下限）控制深井泵启闭。
自动温度控制系统的总体框架包括信息采集、网络传输、智能分析和远程控制四个部分，框架图如图3.1所示，自动温度控制原理如图3.2所示。
根本沈阳地区某LPCV牛舍的夏季通风系统运行方案，确定其湿帘风机自动温度控制系统功能的主要控制内容包括：
（1）利用防水温度传感器实时对LPCV牛舍舍内的最不利位置的温度、过帘温度、室外环境温度和蓄水池的水温，为控制中心提供基础数据以控制启动对应的湿帘风机通风系统运行方案;
（2）当温度传感器TT3监测到的室外温度超过23℃且不超过31.4℃时，潜水泵和电动阀开启，湿帘喷淋水系统运行，室外空气通过湿帘蒸发降温，达到降温目的;通过水流开关FS3监测水流状态，流量过小或断流则自动报警，并控制补水泵进行工作;
（3）当温度传感器TT3监测到室外温度大于31.4℃且不超过34℃时，控制中心将循环喷淋水温设定为18℃，通过温度传感器TT4监测喷淋水温，当喷淋水温度高于18℃时，电动阀开启，通过高位水箱向蓄水池输送低温井水直至蓄水池水温达到18℃并保持，湿帘降温系统的工作处于动态平衡中;通过水流开关FS2监测水流状态，流量过小或断流则自动报警并自动停止水箱向蓄水池输水;
（4）当温度传感器TT3监测到的室外温度超过34℃并小于等于36.1℃时，控制中心将循环喷淋水温设定为16℃，通过温度传感器TT4监测喷淋水温，当温度高于16℃时，电动阀开启，通过高位水箱向蓄水池输送低温井水直至蓄水池水温达到16℃并保持，湿帘降温系统的工作仍处于动态平衡中;通过水流开关FS2监测水流状态，流量过小或断流则自动报警并自动停止水箱向蓄水池输水; （5）风机系统在沈阳地区的LPCV牛舍通风系统运行方案中，整个夏季全数全天都应保持运行状态，如涉及到其他地区运行方案，可对控制系统进行适当调整;
（6）液位传感器LT3检测到蓄水池水位达到下限时，补水泵开启向蓄水池补水，补水来自LPCV牛舍的生活给水系统;水流开关FS1开启确认补水泵及电动阀是否正常工作;
（7）液位传感器LT2检测到蓄水池水位达到上限时，补水泵关闭，水流开关FS1关闭，电动阀关闭;
（8）液位传感器LT1检测到蓄水池水位达到溢流高度时，向控制中心发出报警信号，需人工检查排除故障，此时水通过溢流管排至排水系统中;
（9）液位传感器LT6检测到高位水箱水位达到下限时，深井泵开启向水箱补水，补水来自低温井水;水流开关FS4开启确认深井泵及电动阀是否正常工作;
（10）液位传感器LT5检测到高位水箱水位达到上限时，深井泵关闭，水流开关FS4关闭，电动阀关闭;
（11）液位传感器LT4检测到高位水箱水位达到溢流高度时，向控制中心发出报警信号，需人工检查排除故障，此时水通过溢流管排至排水系统。
4 自动温控系统优势分析与应用
（1）系统在自动控制湿帘风机系统工作的同时可实现实时显示和记录当前室外温度、喷淋水水温、舍内温度、过帘温度及相关设定值，设备运行状态显示及故障报警，方便管理和及时发现问题、了解舍内现状。
（2）自动温度控制系统的能耗低、寿命长、灵敏度高、响应速度快、工作稳定高效、环控能力强，能够将舍内环境温度始终保持在奶牛热舒适度范围内。
（3）湿帘风机自动温控系统除可以应用于LPCV牛舍，国内外很多鸡舍、猪舍的大型养殖厂均可采用湿帘风机系统进行降温，减少牲畜的热应激，提高舒适性，还可以广泛应用于南方的纺织工厂、织造车间的湿帘风机系统内，降低能耗、提高车间空气质量和舒适度。
参考文献：
[1] 邓书辉，施正香，李保明，赵淑梅，丁涛，郑万萍.低屋面横向通风牛舍空气流场CFD模拟[J].农业工程学报，2014，30（06）：139-146.
[2] 颜志辉，施正香，王朝元，許立新.大跨度横向机械通风奶牛舍环境状况的分析与思考[J].中国畜牧杂志，2012，48（16）：43-46.
[3] 吕慧洁. 沈阳地区LPCV牛舍通风系统的夏季运行策略研究[D].沈阳工业大学，2018.
[4] 吴亚平. 沈阳地区低屋面横向通风牛舍空气CFD数值模拟[D].沈阳工业大学，2016.
[5] 张琼. 低屋面横向通风牛舍地域适应性研究[D].沈阳工业大学，2017.
[6] 傅春泉， 徐苏凌， 张建中. 湿帘冷风机降温在南方奶牛舍中的应用[J]. 中国奶牛， 2011， 07期：54-56.