空气源热泵在规模化养鸡场育雏期供热中的应用.docx

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空气源热泵在规模化养鸡场
育雏期供热中的应用

北京华誉能源技术股份有限公司 雷艳杰 陈 奎
河北省第四建筑工程公司 杨艳红
北京北投生态环境有限公司 张 岩

摘要： 养鸡场育雏期对室内温度的要求较为苛刻， 育雏过程中配置充足稳定的热 源至关重要。空气源热泵在低温环境下仍有优异的制热效果， 使其在养殖业供热中 被广泛应用， 成为替代燃煤锅炉、 燃油锅炉等的有效热源。当育雏期发生在供暖季的
严寒阶段时， 每羽耗电量为 1.10 kW·h，经济效益明显。
关键词： 空气源热泵； 养鸡场；供热
DOI 编码:10. 16641/ 11-3241/tk.2021.01.021

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0 引言
畜牧养殖业是我国农业的重要组成部 分，根据国家统计局发布的《2018 年国民经济
和社会发展统计公报》 中披露的数据显示， 2018 年全年我国猪牛羊禽肉产量 8517 万吨。
其中， 猪肉产量 5404 万吨， 禽肉产量 1994 万
吨，禽 蛋 产 量 3128 万 吨。 年 末 生 猪 存 栏 42817 万头，生猪出栏 69382 万头。 2018 年农
林 牧 渔 业 固 定 资 产 投 资 较 2017 年 增 长 12.3%，畜牧养殖市场庞大。
随着养殖技术的不断发展， 我国畜牧养 殖业正由传统养殖向绿色养殖、 规模化养殖 转变。尤其是近几年来， 国家大力推行节能 减排，重拳治理环境污染， 加速了畜牧养殖业 供热方式和供热热源朝着绿色、 环保方向转 变。空气源热泵在运行时既无污染物排放， 又节约能源， 是一种清洁能源供热设备， 近两 年已在养鸡场、养猪场、花卉园艺的供热系统

中被广泛使用。
1 养鸡场育雏期对室内温度的要求
温度对雏鸡的成长至关重要， 育雏期室 内温度控制的原则是： 前期高， 后期低。如育 雏期温度达不到要求， 会影响雏鸡正常的生 理活动， 表现为靠近热源、 扎堆、行动迟缓、饮 水、食欲不振、 卵黄吸收不良、 易引起消化道 疾病、增加死亡率、严重时大量雏鸡会挤压窒 息致死。温度过高会影响雏鸡的正常代谢， 表现为远离热源、 展开翅膀、 张口喘气、 采食 量减少、饮水增加、 生长减缓。一般的， 育雏 期第一周前 3 日室内温度范围为 35~36 ℃，以 后每周降 2~3 ℃ [1]，具体如表 1 所示。
2 鸡舍内结构及散热末端
这里以山西省临汾市一家养鸡场为例， 该养鸡场共 6 座鸡舍， 如图 1、图 2 所示， 每
座鸡舍内边长为 100 m，内宽 10.4 m，面积为 1 040 m2，鸡舍外墙采用 100 mm 泡沫保温材

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表 1 雏鸡生长阶段与温度要求
温度要求/℃
≥35
32
30
28
25
23
20
周龄
1 周龄(1~3 日)
1 周龄(4~7 日)
2 周龄
3 周龄
4 周龄
5 周龄
6~7 周龄
生长阶段
雏鸡
雏鸡
雏鸡
雏鸡
雏鸡
雏鸡
雏鸡



料进行保温， 顶棚采用 100 mm 厚玻璃棉保温 板。鸡舍内共设置三列鸡笼， 鸡笼布置形式 为 4 层重叠式。
在养殖行业禁煤前， 养殖场大多采用燃 煤锅炉作为采暖热源， 供水水温高达 80 ℃，回 水水温 65 ℃。目前， 采用喷气增焓技术的空 气源热泵机组在环境温度为 -20 ℃、蒸发温 度为 -25 ℃ 和环境温度为 -15 ℃、蒸发温度 为-20 ℃的两种工况下， 冷凝温度都为 60 ℃， 无法满足采用燃煤锅炉为热源的供热系统对
温度的要求。

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图 1 单座鸡舍剖面结构图

图 2 鸡舍内实景

图 3 鸡笼下地暖管的连接方式

在鸡笼下铺设地暖管是目前最为常用的 鸡舍低温供热散热末端， 每列的 1~3 层鸡笼 下设置 4 进 4 出共 8 根地暖管， 第 4 层鸡笼下
设 置 3 进 3 出 共 6 根 地 暖 管，地 暖 管 采 用 PE-RT 管，该地暖管公称外径 20 mm，壁厚
2.0 mm。文章所述养鸡场原供热热源即为燃
煤锅炉， 改造热源时将舍内末端改为了地暖 管，地暖管的布置形式如图 3 所示， 改造后供 热系统供回水温度为 52 ℃/47 ℃，1 周龄 1-3
日时室内最高温度可达 36.5 ℃。图 3 中，右侧
为供水管，左侧为回水管。
3 供热系统设备配置要点
养鸡场于 2018 年 9 月对其中两座鸡舍进 行了供热改造， 供热热源选用低环境温度喷 气增焓空气源热泵机组， 供热系统采用一次
泵定流量设计， 供热系统内设置缓冲水箱， 表 2 为改造后供热系统设备配置表。
养鸡场供热与民用建筑供热有所不同， 由于雏鸡在育雏期的不同阶段对温度的要求 不同， 当育雏期发生在室外极端恶劣气候状 况下时， 供热系统仍需满足鸡舍对温度的要 求。该项目冬季最低温度达 - 15 ℃，在供热系 统设备配置时， 设备制热量必须满足这一温 度下系统对热量的需求。因此， 空气源热泵 不能选择普通热泵， 须选用采用了喷气增焓 技术的热泵机组。
喷气增焓技术使空气源热泵有效提高了 制热性能， 拓宽了工作温度范围。喷气增焓 热泵的运行能效明显高于普通热泵能效， 节
能效果显著。喷气增焓热泵与普通热泵在不

2021.1 同环境温度下制热性能的比较如图 4 所示[2]。 此外，普通热泵在环境温度为 - 15 ℃时已经达 到低温制热极限， 不能在更低的环境温度下 运行， 而采用了喷气增焓技术的热泵机组在
环境温度为 -25 ℃时仍能正常运转 [3]。
在一次泵定流量系统中， 机组正常运行 所需流量与供热系统设计流量普遍存在匹配 难度大的问题。为了解决这个问题， 很多项目 在设计时采用了二次系统的技术路线。因此， 采用一次泵定流量系统的前提条件是末端水 流量与机组所需水流量能够很好地匹配。
文章所述养鸡场单座鸡舍在长度方向上
断为两个并联供热系统， 使得单座鸡舍内共 90 根地暖供水管， 每个回路地暖管总长度
100 m，设计流量 0.3 m3/h，流速 0.41 m/s，比摩
阻 195 Pa/m，管内沿程阻力 1.97 m，满足规范 要求的单个回路地暖管长度不宜大于 120 m，
流速不宜小于 0.25 m/s [4] 。该供热系统单座 鸡舍末端侧设计水流量为 27 m3/h，两座鸡舍
末端设计总水流量为 54 m3/h，每台热泵机组 所需水流量为 12 m3/h，总水流量为 60 m3/h， 末端与机组水流量匹配度为 90%，文章选取 流量为 60 m3/h，扬程为 30.3 m 的循环水泵两 台，一用一备。
由于供热系统热源设备按室外极端恶劣 气候状况下配置， 系统无整体群控系统， 在供 热面积较小， 系统水容量较低且在部分负荷 下时，系统水温很快达到设定温度而停机， 致 使机组频繁启停。机组的频繁启停不仅造成
系统耗电量增加， 而且在一定程度上缩短机

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表 2 供热系统设备配置表

序号
设备名称
规格参数
数量
1
空气源热泵机组
标况下制热量 70 kW，制热功率 20.6 kW
5
2
辅助电加热
输入功率 80 kW
1
3
缓冲水箱
容积 4 m3
1
4
循环水泵
流量 60 m3/h，扬程 30.3 m，功率 11 kW
2

说明：表格中所述标况下是指环境干球温度为 7 ℃，湿球温度为 6℃，机组出水温度为 45 ℃。

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图 4 空气源热泵在不同温度下的制热能效比

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组使用寿命。另外， 机组在化霜时从供热系 统内吸热， 当系统水容量较小时， 系统水温快 速跌落， 影响供热效果。综上， 应在水容量较 小的采暖系统中设置缓冲水箱， 增加系统水 容量， 增强供热系统热惰性和抗干扰性。文 章所述养鸡场项目缓冲水箱容积为 4 m3。
4 运行数据分析
该项目供热系统改造后共育雏两批， 第

一批发生在 2018 年 10 月 14 日- 11 月24 日，第 二批发生在 2019 年 01 月 08 日~ 02 月 21 日。 每一批育雏过程中室外温度、 室内温度、供热 系统供水温度如图 5、图 7 所示， 每一批每天 耗电量如图 6、图 8 所示。
由图 5、图 7 可知， 室外温度和供热系统 供水温度随着时间的推移作震荡变化， 室外
温度震荡幅度更大， 而室内温度则规律地变

图 5 10 月 14 日~ 11 月24 日批次育雏期温度曲线

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图 6 10 月 14 日~ 11 月24 日批次育雏期每日耗电量曲线

图 7 01 月08 日~02 月21 日批次育雏期温度曲线

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化。育雏开始当天， 室内温度即达到 36 ℃，随 后随育雏天数的增加， 室内温度呈固定斜率 斜线下降，直至稳定在 20 ℃左右。
由图 6、图 8 可知， 第二批次育雏期发生
在采暖季的严寒期， 系统每天能耗在 1 500 kW·h 以上天数占育雏期总天数的 50%，而第

一批次育雏期内每天系统能耗除第一天快速 升温外， 其余每天能耗均低于 1 500 kW·h。 由此可见， 室外温度的变化， 对空气源热泵供 热系统能耗的影响非常明显。
在燃气锅炉(无烟气热回收装置)效率为 89% [5]，燃气热值为 7500 大卡的条件下， 由表

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图 8 01 月08 日~02 月21 日批次育雏期每日耗电量
曲线


3 可 知，第 一 批 次 育 雏 期 每 羽 耗 电 量 为 0.79 kW·h， 每羽耗气量为 0.31 m3；第二批次 育雏期每羽耗电量为 1.10 kW·h，每羽耗气量 为 0.35 m3 。由此可见， 室外温度的变化， 对燃 气锅炉供热系统能耗影响相对较小。第二批 次与第一批次相比， 空气源热泵供热系统每 羽耗电量增加 39.24%；燃气锅炉供热系统每 羽耗气量增加 12.9%。
表 4 中，在能源价格的基础上计算的单羽 运行费用可见， 空气源热泵供热系统具有明 显的优势， 即使在严寒期， 相对于燃气锅炉，
节约运行费用约 48.04%。

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表 3 不同批次下空气源热泵与燃气锅炉运行能耗比较
单羽耗电量 /(kW·h)
0.79
1.10
单羽耗气量 /m3
0.31
0.35
空气源热泵 综合 COP
3.00
2.50
系统耗电量 /(kW·h)
48450.00
67276.00
系统耗热量 /(kW·h)
145350.00
168190.00
供热时间
10. 14- 11.24
01.08-02.21
育雏数量 /羽
61200.00
61200.00
养鸡类型

育雏
育雏

表 4 不同批次下空气源热泵与燃气锅炉运行费用比较
电价 /[元(kW·h) - 1 ]
0.48
0.48
单羽耗电量 /(kW·h)
0.79
1.10
单羽耗气量 /m3
0.31
0.35
运行燃气费 /元
0.90
1.02
燃气价格 /(元·m-3 )
2.91
2.91
供热时间
10. 14- 11.24
01.08-02.21
运行电费 /元
0.38
0.53

5 结语
随着环保压力的不断增加， 养殖业亟需 寻找有效的热源来替代燃煤锅炉、 燃油锅炉 等老旧热源。喷气增焓技术的应用使空气源 热泵在寒冷和严寒地区供热系统中应用成为 现实。综合上述数据， 空气源热泵供热系统
在严寒期运行费用相对于燃气锅炉可节约 48.04%，经济效益显著， 空气源热泵值得在养
殖业供热系统中大力推广和应用。
在推广和应用过程中， 尤其是在热源工 程设计时， 需着重考虑在当地寒冷和严寒时 段空气源热泵的制热能力衰减问题和系统水 流量的匹配问题， 保证供热系统在极端低温 条件下有充足的热源和可靠、 稳定地运行。
另外，为了提升供热系统的稳定性、 热惰性和

抗干扰能力， 供热系统需设置缓冲水箱。在 经济条件允许的情况下， 供热系统可增设群 控系统， 避免空气源热泵集中启动时对变压 器的冲击，避免机组的频繁启动。
参考文献

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