1、1202023年 第53卷 第1期随着社会的发展，石油、煤炭、天然气等不可再生资源被过量开采和使用，能源短缺问题越来越严重1。2020年9月我国在联合国大会上提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。碳达峰和碳中和的实现，不仅要使用节约能源，而且需要转变能源结构，开发新型的可再生能源替代化石能源2。热泵是从自然界的空气、土壤或水中获取低品位热能，通过电力做功，转化为高品位热能的一种装置。它的工作原理是从周围环境中吸取热量，并把它传递给需要加热的对象，既可节约能量，又可利用余热，是备受关注的新能源技术，按照热能来源划分为空气源热泵、水源热泵、地源热泵、双源热泵（
2、水源热泵和空气源热泵结合）等3。本文对粪源热泵技术在猪场中的应用效果进行探索，旨在为绿色养猪产业发展提供参考。收稿日期：2022-09-01作者简介：庞建建，硕士，畜牧师，主要从事畜牧工程、农业智能化装备研究。E-mail：粪源热泵系统工作原理及组成部分1.1工作原理低温低压液态制冷剂的形成：首先在蒸发器里从高温热源中吸热并气化成低压蒸气，然后在压缩机内压缩成高温高压蒸气，该高温高压气体在冷凝器内被低温热源冷却凝结成高压液体，再经节流元件节流成低温低压液态制冷剂。通过在猪舍粪池底部铺设热量收集管路，利用热量传递原理收集猪粪尿中的热量，再通过热泵技术将收集到的热量转化为场区供暖所需热量，满足场区
3、供暖需求，实现对能量的有效利用（图1）。1.2组成部分粪源热泵系统主要由以下几个部分组成：能量收集系统、热泵机组系统、自动控制系统和供暖终端系统。能量收集系统：通过铺设在粪池底部的塑料管（PVC或PE管道），利用水循粪源热泵技术在猪场中的应用庞建建，张利斌，刘文权，宋咏梅（北京京鹏环宇畜牧科技股份有限公司，北京100094）摘要：能源在猪场应用较广泛，如用电、用水、采暖等都会涉及。目前应用较普遍的能源还是煤炭，但由于其既会造成污染，又会提高养殖成本，因此在现代化绿色猪场建设中不再提倡。本文对粪源热泵技术进行介绍，并对该技术的优点和在猪场中的应用效益进行分析，旨在为绿色养猪产业的发展提供参考。关
4、键词：粪源热泵；猪场；能源；应用中图分类号：S828文献标识码：A文章编号：1006-799X（2023）01-0120-06饲养管理DOI:10.15979/62-1064/s.2023.01.0222023年 第53卷 第1期121饲养管理环把猪舍粪尿余热进行回收的系统。热泵机组系统：把热回收系统中2025的温水通过压缩机（制冷和放热）提高到60。自动控制系统：根据猪热量需求，自动控制热泵机组工作，控制猪舍热量的释放，满足猪所需要的舒适温度。供暖终端系统：将粪源热泵加热后的热水（55）通过供暖管路输送到猪舍及其他区域的供暖终端实现供暖。详见图2。粪源热泵技术应用优势2.1改善猪舍环境，提高
5、肥料效益粪源热泵技术是以猪舍漏粪地板下部粪池内的粪尿为能量来源，通过降低粪尿温度来提取能量。粪尿温度降低后，猪舍内氨气、硫化氢等有害气体大大减少4，能显著改善猪舍环境，降低猪呼吸道疾病发病率，提高猪采食量和日增重。同时，大量氨气保留在粪尿中，粪尿养分含量进一步提高，为制作粪肥有机肥提供了更好的基础，生产出的粪肥肥效更高。2.2优化猪舍温度，提高生产效益猪舍温度对猪的生长和生产具有重要影响，关系着猪场经济效益。应用粪源热泵技术可以自动控制供暖设备，显著提高供暖设备效率。同时，可以进行局部供暖或降温。采用半漏缝地板的分娩舍，夏季可实现对母猪区域降温和对仔猪区域供暖，在保障仔猪健康生长的同时，有效提
6、高母猪的体感舒适度，提高母猪采食量和产奶量，进而提高仔猪存活率。此外，采暖区清洗消毒后，供暖管道通过供暖的形式对此区域进行烘干，可避免细菌滋生，为下一批次猪营造安全的生长环境。总之，应用粪源热泵技术可满足同猪舍或者同猪栏不同猪群的温度需求，为猪的生长和生产提供更好的保障。2.3减少环境污染，降低生产成本粪源热泵技术通过转移猪舍粪尿的热能实现能源利用，相对于煤炭、天然气，是一种可持续的清洁能源，减少了环境污染，能够满足现行及未来的环保政策要求，不会因环保政策的改变而影响猪场生产，且可节约成本，对养猪业的可持续发展具有重要意义。粪源热泵技术应用实际与效果分析3.1北京某猪场对粪源热泵技术的应用选取
7、存栏30 000头育肥场进行粪源热泵利用设计，场区共6栋育肥舍，每栋设计6个单元，各单元设计参数见表1。项目所在地为北京市延庆区，通过对该地多年来的气温进行统计分析，发现该地区最低温度-21，因此项目设计时必须保证室外-21时猪舍内温度适宜，不影响生产（后续的运行耗能数据设计以90%的温度统计-15进行）。3.1.1猪场供暖需求设计依据现有猪舍设计、通风量、预期温度值及宿舍办公区面积等数据进行计算，育肥舍的期望温度为20、需求热量为2 360kW，宿舍和办公室所需热量为85kW，合计所需热量2 445kW。热量由粪源热泵图1粪源热泵工作原理图2粪源热泵工作示意图1222023年 第53卷 第1
8、期系统供给，工作参数见表2。3.1.2粪源热泵及燃气设备运行费用整个猪场供暖需要配备热泵房（表3）和热量回收系统（表4），总需费用如表5所示。猪场若采用燃气供暖，需要配备燃气管道及燃气站等，所需燃气直燃机共计108台，总需费用如表5所示。粪源热泵运行费用基价：电费0.49元/kWh，燃气2.98元/m3，供暖周期按照130d计算。粪源热泵+空气源热泵全年耗电量（表6）为1 971 786.15kWh，运行费用约96.6万元。燃气设备运行费用：根据燃气直燃机性能参数（表7），每台直燃机天然气消耗量为6.2m3/h，则运行费用约174.7万元。回资周期：存栏30 000头育肥场配置粪源热泵系统需要
9、投资1 014万元，燃气设备需要投舍区参数生产数据长度（m）43.9猪崽重量（kg）30105宽度（m）20.4每单元仔猪数量（头）840高度（m）2.5保育期（d）107地板类型全漏缝地板单元数量（个）6舍内空气参数热泵系统工作参数温度（）20送水温度（）4555湿度（%）70回水温度（）4045CO2浓度（mg/kg）3500加热类型翅片保温系数（W/（m2）0.7管道热量损失（%）10表1育肥舍各单元设计参数表2粪源热泵系统工作参数注：每单元所产生的热量按59kW计算，传导系数W/（m）。产品参数单位数量超低温空气源热泵90kW/台台17粪源热泵170kW/台台7缓冲罐2000L套1热水
10、循环泵配套台7冷水循环泵配套台7空气源热泵循环泵配套台17两侧热水循环泵配套台2热水管道配套套1配电柜用于所有设备个3表3热泵房设备清单饲养管理2023年 第53卷 第1期123饲养管理产品参数单位数量规格采暖管粪池采集热量管路m78000本地160-63主管粪池热回收主管+支撑m1000本地带阀管接头连接采暖管道个80本地镀锌盖子盖子个80本地管带连接件不锈钢个若干本地专用工具连接管道套1本地保温所有管道套1本地表4热量回收系统设备清单表5粪源热泵及燃气设备投资费用表6粪源热泵所需热负荷及运行功率序号类别粪源热泵投资（万元）燃气设备投资（万元）1总投资10146202分项报价粪源投资709燃
11、气前端投资5003舍内末端305燃气直燃机120环境温度（）热负荷（kW）供热期（d）粪源热泵（kW）空气源热泵（kW）一年热负荷（kW）一年粪源热泵耗电量（kWh）一年空气源热泵耗电量（kWh）-132585.05397754.053102004760090486.49-122472.810397664.6659347295200159519.17-112360.420397582.291132992190400279498.51-82023.220384356.07971136184258170912.82-61798.420384253.50863232184258121680.00-4
12、1573.620384154.6875532818425874245.1601124.015351040464012645004674.41019801618564760508224.81064053952154150合计52468081075444896342.151242023年 第53卷 第1期资620万元。每年的总运行费用，粪源热泵约96.6万元，燃气设备约174.7万元，整个项目约5年可以回收成本。3.2山西某猪场对粪源热泵技术的应用该项目位于山西，设3 000头母猪区和400头母猪区，合计采暖面积19 081.3m2，当地最低表7燃气设备所需热负荷及运行功率环境温度（）热负荷（kW
13、）供热期（d）每年热负荷（kW）燃烧时间（h/d）整个供暖季燃烧时间（h）-132585.053102008.844-122472.8105934728.484-112360.42011329928.0160-82023.2209711366.9138-61798.4208632326.1122-41573.6207553285.410801124.0154046403.8574674.4101618562.3238224.810539520.88合计744气温-25。3 000头母猪区（表8）：分娩舍3栋，面积共6 321.0m2；妊娠舍2栋，面积共4 845.0m2；配种舍2栋，面积共3
14、187.8m2。400头母猪区（表8）：配种妊娠舍1栋1 074.0m2，育肥舍1栋1 563.5m2，分娩舍1栋表8山西某猪场粪源热泵项目猪舍情况采暖区采暖猪舍采暖面积（m2）3 000头母猪区分娩舍6321妊娠舍4845配种舍3187.8400头母猪区配种妊娠舍1074育肥舍1563.5分娩舍1144保育舍946合计19081.3饲养管理2023年 第53卷 第1期125饲养管理1 144.0m2，保育舍1栋946.0m2。从表9可以看出，山西某猪场应用粪源热泵供热，前期投资高，但是运营成本降低，每年应用粪源热泵供热比燃煤供热节省供暖费用20万23万元。结论粪源热泵技术是一种新型可再生能源
15、利用技术，粪能回收系统和热泵技术相结合，通过舍内风机盘管散热系统的配合可充分利用粪能资源，节省成本。采用粪源热泵技术，所有设备的运行状态均由控制程序实现自动控制，且对猪舍内小气候不会产生较大影响，安装便捷，可根据客户需求进行个性化、优质化设计，能够保证猪生长环境的良好性。供热方式燃煤供热粪源热泵供热备注设备名称6t锅炉3t锅炉热泵热泵最大功率为45kW热泵耗电量：约为13kW设备数量（台）128每小时能耗930kg680kg104kW12h能耗11.15t8.16t2496kW猪场供暖时间为12h，热泵运行24h12h价格（元）3902.53672.01967.0面煤350元/t，块煤450元
16、/t，电0.49元/kWh（2019年价格）供暖费用（元/年）468300440640236040每年节省供暖费用20万23万元污染情况污染环境污染环境基本无污染节约人工人工烧煤人工烧煤自动控制表9供暖设计参数参考文献：1王美芝,刘继军,吴中红,等.地源热泵技术对规模化猪场节能减排的影响J.农业工程学报,2011,27(4):251-254.2张毅,张全生.光伏技术应用于现代养猪生产的讨论J.中国猪业,2013,8(9):62-64.3方亮.地源热泵系统中深层地埋管换热器的传热分析及其应用D.济南:山东建筑大学,2018.4刘安芳,阮蓉丹,李厅厅,等.猪舍内粪污废弃物和有害气体减量化工程技术研究J.农业工程学报,2019,35(15):200-210.（编辑：李娜）