عناصر تصميم نظام التهوية لمبنى التوليد

باعتباره المرفق الأساسي الذي يربط بين العمليات الأولية والنهائية في مزرعة الخنازير، يجب تصميم نظام تهوية حظيرة التوليد بحيث يلبي الاحتياجات البيئية للخنازير الأمهات مع تلبية متطلبات الخنازير الصغيرة في الوقت نفسه.

في الممارسة العملية، يمثل نظام تهوية حظيرة التوليد بيئة متبادلة القيود: فالخنازير حساسة للحرارة بينما الخنازير الصغيرة حساسة للبرودة. يعد تنسيق بيئة الإنتاج هذه أمرًا بالغ الأهمية لإرضاع الخنازير، والشبق بعد الولادة، ونمو الخنازير الصغيرة وحالتها، وبقاء الخنازير الصغيرة بعد الفطام، وحتى الأداء السنوي العام للقطيع. استنادًا إلى القيود المتبادلة بين الخنازير والخنازير الصغيرة، يقدم ما يلي تحليلًا لعناصر تصميم أنظمة تهوية حظيرة التوليد.

أوضاع التهوية:

1. يمكن تنظيم تهوية حظيرة التوليد على شكل ضغط إيجابي، أو ضغط سلبي، أو ضغط متساوي (أو ضغط إيجابي طفيف)، أو تهوية طبيعية. تعد أوضاع الضغط الإيجابي والمتساوي (أو الإيجابي الطفيف) مناسبة للأنظمة المزودة بمرشحات؛ وهناك أيضًا أوضاع الضغط السلبي المستخدمة مع الترشيح. تنطبق التهوية الطبيعية على المباني المستقلة التقليدية، وهي أقل شيوعًا الآن في المزارع الحديثة. يقدم هذا المقال بشكل أساسي نظام تهوية حظيرة التوليد الشائع غير المزود بمرشحات والضغط السلبي.
2. في ظل الضغط السلبي غير المرشح، تختلف طرق السحب: مدخل السقف، مدخل السقف المبرد بوسادة تبخيرية، ووضع مدخل السقف والوسادة الطولية (النفق) المدمج. في المناطق الشمالية الباردة من بلدنا حيث لا تتجاوز درجات الحرارة المرتفعة في الهواء الطلق في الصيف 30 درجة مئوية أو تتجاوزها قليلاً، يمكن استخدام أوضاع مدخل السقف أو مدخل السقف المبرد بالوسادة. في المناطق الأخرى ذات الصيف الحار، يُنصح باستخدام مدخل السقف والوسادة الطولي (أو مدخل السقف المبرد بالوسادة). يتطلب هذا الوضع مواد عازلة للحرارة لكل من السقف والسقف المعلق ويجب أن يضمن حجم تهوية كافٍ وفقًا للمنطقة المحلية.

هيكل المبنى وتصميم الحظائر:

1. لا يمكن فصل تصميم التهوية في حظائر التوليد عن هيكل المبنى وتصميم الحظائر. يجب أن تأخذ هذه العوامل في الاعتبار حجم المزرعة والتضاريس وتكلفة الاستثمار ووتيرة الإنتاج ومعدل دوران الخنازير وعوامل أخرى. تستخدم المزارع الحديثة عادةً تصميمات مباني متصلة مع سير عمل “مبنى كبير، وحدات صغيرة، كل شيء يدخل ويخرج”. عادةً ما يكون طول الحظيرة في حدود 30 مترًا. بالنسبة لمزارع الخنازير الكبيرة، لتوفير المساحة، يمكن دمج حظيرتين يزيد طولهما عن 20 مترًا في حظيرة ولادة واحدة كبيرة يبلغ طولها 50 مترًا، مع ترتيب وحدات الولادة بشكل متماثل على طول ممر مركزي.
2. بالنسبة لتصميم الحظائر، عند استخدام التهوية الطولية (النفقية) باستخدام وسادات التبخر خلال الصيف الحار، يوصى بألا يتجاوز كل صف 12 أو 13 حظيرة، لأن الاختلافات في درجة الحرارة بين طرفي العادم والمدخل تؤثر على إرضاع الخنازير في نهاية الصف والحيض التالي. ينشأ هذا الاختلاف لأن حجم عادم حظيرة التوليد وسرعة الرياح يجب ألا يكونا كبيرين جدًا، لتجنب الإجهاد البارد للخنازير الرضيعة، مع استيعاب الخنازير المرضعة. لذلك، تكون مسافات التهوية النفقية قصيرة نسبيًا. عندما يتجاوز كل صف 14 حظيرة، يوصى باستخدام وضع مدخل السقف المبرد بالوسادة، لأن فتحات السحب في هذا الوضع موزعة بالتساوي على السقف المعلق بين وحدات الولادة، مما يضمن عدم وجود مناطق ميتة ويحسن تلامس الهواء النقي مع القطيع.
3. بغض النظر عن هيكل المبنى أو تصميم الحظائر، يجب أن يكون المبنى محكم الإغلاق، ويجب استخدام مواد بناء عازلة ذات أداء حراري جيد حيثما سمحت الظروف بذلك.

درجة حرارة المناخ وجودة الهواء:

1. بعد اختيار وضع التهوية وهيكل المبنى وتصميم الحظائر وفقًا لعمليات الإنتاج وظروف الاستثمار، يجب أن يتوافق تصميم التهوية مع المناخ المحلي والمتطلبات البيئية داخل حظيرة التوليد. تحدد خطوط العرض والارتفاع وهطول الأمطار وعوامل أخرى الظروف المناخية المحلية، والتي بدورها تؤثر على الظروف الداخلية للحظيرة. على الرغم من أن التهوية الميكانيكية والتدخل البشري يمكنهما التحكم في البيئة الداخلية، فإن تلبية التهوية للأهداف المرجوة أو الاحتياجات البيئية للقطيع تتأثر بعدة عوامل.
2. عند تصميم تهوية حظيرة التوليد، استخدم معلمات درجة الحرارة والرطوبة وجودة الهواء المناسبة. درجات الحرارة المستهدفة النموذجية هي: الخنازير المرضعة من 16 درجة مئوية إلى 18 درجة مئوية، والخنازير الصغيرة حديثة الولادة من 35 درجة مئوية إلى 37 درجة مئوية، والخنازير الصغيرة التي ترضع من 30 درجة مئوية إلى 34 درجة مئوية. تتراوح الرطوبة النسبية عمومًا بين 60 درجة مئوية و80 درجة مئوية، وهي مناسبة لمعظم حظائر الخنازير. في الصيف الحار، تقلل الرطوبة العالية من فعالية التبريد بالتبخر وتزيد من الإجهاد الحراري؛ وفي الشتاء البارد، تزيد الرطوبة العالية من فقدان الحرارة لدى الحيوانات، مما يؤثر على تنظيم الحرارة ويزيد من الإجهاد البارد. كما ترفع الرطوبة العالية من تركيزات المواد الضارة المحمولة في الهواء، وتشجع نمو الميكروبات، وتزيد من تلف الأعلاف، مما يؤثر سلبًا على صحة القطيع. الرطوبة المنخفضة أقل ضررًا من الرطوبة العالية، ولكن عندما تنخفض الرطوبة النسبية إلى أقل من 40٪، يمكن أن تسبب تشقق الجلد وزيادة الجسيمات المحمولة في الهواء، مما يؤدي إلى مشاكل جلدية أو تنفسية. عندما تكون درجة الحرارة مناسبة، تكون درجات الرطوبة القصوى أقل خطورة؛ ويمكن أن يؤدي رفع درجة الحرارة أو زيادة التهوية إلى التخفيف من الرطوبة العالية. قد يتداخل التحكم المفرط في الرطوبة مع التحكم في درجة الحرارة ودخول الهواء النقي وقد يقلل من جودة الهواء بشكل عام، لذلك يجب استخدام قيم الرطوبة النسبية كمرجع.
3. بالإضافة إلى ذلك، تنتج الغازات الضارة ومركبات السماد والبول المتطايرة والأعلاف والغبار العضوي ونشاط الحيوانات روائح وميكروبات وجسيمات تؤثر على صحة القطيع وظروف الحظيرة. الحدود المطلوبة عمومًا هي CO2 حتى 3000 مجم/م3، وNH3 15 مجم/م3، وH2S 5 مجم/م3. هذه الحدود أكثر صرامة قليلاً من تلك المطبقة على حظائر الخنازير الأخرى لأن الخنازير الصغيرة أكثر عرضة للتأثر. في ظروف الصيف الحارة، يجب أن تحقق حظيرة التوليد ما لا يقل عن 80 تغييرًا للهواء في الساعة؛ وفي ظروف الشتاء الباردة، يجب أن تكون التهوية لكل خنزيرة مع الخنازير الصغيرة 45 م3/ساعة على الأقل لضمان توفر هواء نقي كافٍ وجودة هواء جيدة.

المعدات الداعمة:

1. العادم:
   لضمان أن يتجاوز حجم الهواء الداخلي المستنفد كمية الهواء النقي الداخل، وخلق ضغط سلبي داخل الحظيرة، وتلبية احتياجات التهوية الكبيرة بضغط سلبي معتدل للحصول على أداء جيد، يوصى باستخدام مراوح محورية. أغلفة المراوح المتوفرة في السوق مصنوعة بشكل أساسي من الفولاذ المجلفن أو الألياف الزجاجية؛ أغلفة الألياف الزجاجية أكثر مقاومة للتآكل وأكثر متانة ولكنها أكثر تكلفة. الطرازات النموذجية هي مراوح ذات محرك مباشر مقاس 18 بوصة و24 بوصة و36 بوصة؛ نادرًا ما تستخدم وحدات التوليد مراوح ذات محرك حزام مقاس 50 بوصة إلى 54 بوصة لأن المراوح التي يزيد حجمها عن 50 بوصة لها أحجام عادم كبيرة ويمكن أن يتسبب تدفق الهواء المفاجئ عند بدء التشغيل في إجهاد صغير الخنازير بسبب البرد. عادةً ما تكون وحدات التوليد صغيرة، لذا يُفضل استخدام المراوح المتوسطة والصغيرة. عند حساب حجم العادم، استخدم منحنيات المروحة عند ضغوط ثابتة تبلغ 12.5 باسكال أو 25 باسكال؛ حيث يؤدي الضغط الثابت الأعلى إلى تدفق هواء أقل واستهلاك طاقة أعلى. بالنظر إلى إحكام إغلاق الحظيرة ودقة بيانات المروحة من الشركة المصنعة والهيكل الداخلي، فإن استخدام تدفق الهواء المطابق للضغط الثابت 25 باسكال يكون أكثر أمانًا ودقة.
   أيضًا، أثناء التشغيل في فصل الشتاء مع تهوية منخفضة، يكون استخدام عادم المزراب (حفرة السماد) فعالًا في منع الأبخرة الضارة من الحفرة التي تؤثر على الخنازير الصغيرة. في الصيف، مع زيادة التهوية وتكرار التبادل، ينخفض التأثير النسبي لعادم المزراب.
2. المدخل:
   بعد إخراج الهواء القديم، يجب توفير الهواء النقي عبر وضعين للمدخل: من خلال السقف المعلق أو من خلال الجدران النهائية. في وضع مدخل السقف، يتم فتح النوافذ الصغيرة في السقف لأسفل. عند معدلات التهوية المنخفضة، تفتح الشبكة قليلاً ويحتضن تدفق الهواء السقف ويمتزج ببطء مع الهواء الداخلي قبل أن ينزل إلى الحظائر. عند معدلات تهوية أعلى، تزداد زاوية الفتحة ويدخل تدفق الهواء إلى منطقة الحظيرة بشكل مائل. لتجنب التيارات الهوائية الرأسية المباشرة التي يمكن أن تضر بالخنازير الصغيرة أو تثير الغازات الضارة من حفر السماد، يجب الحد من زاوية الفتحة والتحكم فيها. يجب توزيع مداخل السقف بالتساوي لزيادة تغطية الهواء النقي وتجنب المناطق الميتة، ويجب ألا تتعارض مع المغذيات أو كابلات الطاقة أو الأضواء.
   يُستخدم نمط مدخل الجدار النهائي لتهوية النفق في الصيف. لا تتجاوز سرعة الرياح في أقسام بيوت التوليد عمومًا 1 م/ث؛ ويتم حساب مساحة مدخل النفق باستخدام سرعات رياح المدخل من 3 م/ث إلى 4 م/ث. يمكن ضبط فتحات المدخل باستخدام ألواح PVC مدفوعة أو تلقائيًا بناءً على حجم عادم المروحة.
3. التبريد:
   يعد التبريد بالتبخر باستخدام وسادات تبخيرية قائمًا على مبدأ التبخر طريقة تبريد موثوقة ومثبتة. يبلل الماء وسادات التبخير من الأعلى؛ ويتلامس الهواء الساخن الذي يتم سحبه عبر الوسادة تحت ضغط سلبي مع الوسادة المبللة ويتم تبريده عن طريق التبخر مع زيادة الرطوبة الداخلية. تضيف سرعة الرياح في تهوية النفق تأثير تبريد الرياح لتحقيق درجات الحرارة المطلوبة. ومع ذلك، تقل فعالية التبريد بالوسادات مع زيادة الرطوبة النسبية المحيطة.
   عادةً ما يتم استخدام وسائد بسمك 15 سم بزاوية تمويج (على سبيل المثال، 45/15 درجة) لضمان دخول الهواء بسلاسة وزيادة وقت ملامسة الهواء للوسادة. احسب مساحة الوسادة باستخدام سرعة مرور عبر الوسادة من 1.7 م/ث إلى 1.9 م/ث؛ تؤدي السرعات العالية عبر الوسادة إلى زيادة فقدان الضغط وتقليل تدفق الهواء من المروحة. نظرًا لأن حظائر التوليد تتجنب السرعات الزائدة للهواء وغالبًا ما يكون عدد المراوح فيها محدودًا، فمن العملي زيادة مساحة الوسادة واختيار سرعة مرور أقل عبر الوسادة.
4. التدفئة:
   إلى جانب التدفئة المحلية لمناطق راحة الخنازير الصغيرة باستخدام مصابيح التدفئة الزاحفة، تتطلب حظائر التوليد مصادر تدفئة إضافية في المواسم الباردة لتعويض فقدان الحرارة الناتج عن التهوية والوصول إلى درجات الحرارة المستهدفة. خيارات التدفئة هي عمومًا أنظمة الماء الساخن وسخانات الغاز. التدفئة بالماء الساخن لها تكلفة تشغيل أقل ولكن استجابتها أبطأ؛ التدفئة بالغاز تكلف أكثر ولكنها يمكن أن ترفع درجة حرارة الحظيرة على الفور. في مزارع الخنازير الكبيرة، يمكن أن تقصر سخانات الغاز أوقات التجفيف بعد التطهير وتحسن معدل دوران غرفة التوليد.
5. التحكم الآلي:
   الهدف من التهوية هو الحفاظ على درجات حرارة مناسبة للخنازير والوليدات، لذا فإن تشغيل معدات السحب والعادم والتبريد والتدفئة يتطلب تحكمًا آليًا عالي الدقة بدلاً من التدخل اليدوي. اختر أجهزة تحكم بيئية دقيقة لتجنب التقلبات الكبيرة في التهوية التي تسبب تقلبات في درجة الحرارة ضارة بالوليدات ولتحقيق كفاءة جيدة في استخدام الطاقة. في أنظمة التحكم في الضغط السلبي، لا غنى عن وظائف الإنذار، خاصة إنذارات درجة الحرارة غير الطبيعية في حظائر التوليد.