近年来, 随着养殖业的发展, 生态绿色、人性化的养殖模式成为众多养猪场追求的方向。有关实践研究显示, 在多数情况下, 猪舍内环境比较封闭, 空气流动较弱, 温度变化幅度较大, 尤其在夏季高温季节, 外界高温、猪身体释放热量以及发酵床释放的热量相互叠加, 导致猪舍温度居高不下, 不利于病害控制以及猪的正常生长发育。
喷雾技术具有降温、消毒以及防尘等特点, 可用于猪舍养殖环境的改善。喷雾技术是将高压水流通过专用喷头喷射, 水流喷洒至空中, 裂散掺气, 形成1~10μm的水雾颗粒, 飘移扩散。喷雾在蒸发过程中不断吸收周围环境中的热量, 结合通风系统, 能起到明显降温作用。
本文依托北京市房山区贾峪口村猪场, 对4个猪舍进行喷雾配置, 单个猪舍长60 m, 宽9.5 m, 高6 m, 沿着猪舍长度方向, 中间为宽1.5 m的通道, 两侧各有25个宽4 m宽的猪床, 猪床采用发酵床垫料。当地水源为井水, 距离猪舍约15 m。当地年平均气温12℃。属温带大陆性季风气候, 冬春季以西北风为主, 夏季以东南风为主。
喷雾喷头是喷雾系统的关键组成部分, 喷头选用NETAFIM十字雾化喷头, 工作压力0.3 MPa, 流量30 L/h, 具有防滴漏和防抖动功能。管道采用梳子形布置, 管道分为干管、支管、毛管三级管路。每个猪舍内布置2条低密度聚乙烯管, 利用猪舍上部钢骨架及钢丝绳将低密度聚乙烯管拉结固定, 喷雾喷头与低密度聚乙烯管连接, 喷头间距2.5 m, 每个猪舍设置一个阀门开关, 便于喷雾控制。管道布置如图1所示。
1—水源首部枢纽;2—主管路;3—支管路;4—阀门;5—毛管;6—喷雾喷头
喷雾系统各级管路采用塑料材质, 可有效避免钢管锈蚀对喷头的堵塞风险。毛管选用低密度聚乙烯管, 承插锁扣式连接, 公称压力0.4MPa, 支管及主管采用低密度聚乙烯管, 公称压力0.6MPa, 采用热熔承插连接, 可提高管路系统的密封性。
管道设计目的在于满足灌水均匀度要求的前提下, 使管道布置经济合理。影响微灌的灌水均匀度的因素很多, 如灌水器 (喷雾喷头) 工作压力的变化、灌水器的制造偏差、堵塞情况、水温变化和微地形变化等。目前, 在设计微灌系统时一般只考虑水力学 (压力变化) 和制造偏差两种因素对灌水均匀度的影响。微灌的灌水均匀度采用克里斯琴森均匀系数Cu来表示, 《微灌工程技术规范》 (SL103-1995) 规定, 微灌均匀系数不低于0.8, 此处Cu取0.98。
灌水小区允许水头偏差分配, 为保证灌水小区内灌水器出流均匀, 设计中应满足如下条件:
式中, qv:灌水器流量偏差率 (%) , 其值取决于均匀系数Cu, 二者关系为:当Cu=98%、95%、92%时, qv=10%、20%、30%, 灌水器的设计允许流量偏差率应不大于20%;hv:灌水器工作水头偏差率, %。
灌水小区允许水头偏差率可按下式进行计算:
式中, x:灌水器流态指数。流态指数x反映了灌水器的流量对压力变化的敏感程度, 喷头流态指数x=0.5。
灌水小区允许水头偏差为:
灌水小区允许水头偏差率经计算得[hv]=20.3%;灌水小区允许水头偏差[∆h]≤6.09 m。
灌水小区的水头偏差由毛管和支管共同承担各分担50%, 毛管、支管可以承担的水头偏差均要小于3.045m。
下面计算毛管的水损, 来确定管径。毛管为多孔出流管, 其沿程水头损失按多孔出流管公式计算:
式中, Ht:多孔管沿程水头损失, m;Hf:无多孔出流时的沿程水头损失, m;F:多口系数;f:管道摩阻系数;Q:管道流量, L/h;D:管道内径, mm;L:管道长度, m;m:流量指数;b:管径指数。
此处, 毛管选用聚乙烯管, 查指数表可知:
毛管可以承担的水头偏差要小于6.09×50%=3.045 m, 这里包含两项损失, 一是管道沿程水头损失, 二是管道局部水头损失, 局部水头损失一般按沿程水头损失的5%~10%估计, 这里取10%, 则有:
将已有数据代入公式, 得到毛管内径D≥15.28 mm, 查聚乙烯管规格表知, 毛管须取20 mm聚乙烯管, 内径16 m。同理, 管经过计算并查取规格表可知, 支管取32 mm聚乙烯管, 内径27, mm。
接下来设计干管, 干管是指从水源向支毛管输送水源的管道。干管的管径一般较大, 干管的管径选择与工程造价及运行费用、压力分区等密切相关。干管经济流速为1.5~2.5 m/s, 此处干管流速V干取1.5 m/s, 轮灌组流量Q=2.88 m3/h (2个猪舍喷雾同时开启) , 设干管内径为d (mm) , 则:
各数据单位统一后代入公式得d=26.1 mm, 经查聚乙烯管规格参数表, 干管选用公称直径为40 mm的聚乙烯管, 其内径为30 mm。
经过分析及计算, 喷雾管道的干管、支管及毛管参数具体见表1。
经过计算得到的管径为满足灌水均匀度条件下的经济管径。当管径选择较小, 会使毛管首末两端喷雾不均, 管道水头损失较大, 管道运行压力增大, 所需水泵扬程较高, 运行费用增加, 但管网的投资可以减小;当管管径径选选择择较较大大, , 水水头头损损失失较较小小, , 水水泵泵扬扬程程降降低低, , 运行费用减小, 但管网投资相应提高。
摘要：以发酵床猪舍作为载体, 设计喷雾系统管路。搜集了猪舍尺寸结构、水源及当地气候等参数, 进行喷雾喷头与管道布置, 为避免喷嘴受管路锈蚀而堵塞, 喷雾系统管路选用聚乙烯塑料材质;利用灌水均匀度要求及管道水头损失公式计算并确定了干管、支管以及毛管的经济管径, 可为类似猪舍喷雾系统管道设计及运行管理提供一定参考。
关键词：喷雾,管径,猪舍
[1] 姚振宪, 何松林.滴灌设备与滴灌系统规划设计[M].北京:中国农业出版社, 1999.
[2] 李龙昌, 王彦军, 李永顺.管道输水工程技术[M].北京:中国水利水电出版社, 1999.
[3] 杨胜敏, 杨林林.节水灌溉[M].北京:中国农业出版社, 2011.
