垂直置換通風(fēng)豬舍的環(huán)境控制分析

周洋

（廣東華農(nóng)溫氏畜牧股份有限公司，廣東云浮 527400）

隨著國內(nèi)現(xiàn)代化養(yǎng)豬水平的不斷提高，豬舍的更新?lián)Q代，對豬舍內(nèi)環(huán)境精準控制的需求不斷增大，其中通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)成為一個非常重要的組成部分。養(yǎng)豬行業(yè)的快速發(fā)展，也迫使豬場獸醫(yī)不斷地擴大關(guān)注點，包括疾病、營養(yǎng)、育種、生物安全、飼養(yǎng)管理、通風(fēng)系統(tǒng)、豬舍結(jié)構(gòu)以及建筑材料等。本文重點探討密閉式豬舍垂直置換通風(fēng)系統(tǒng)的控制思路。

1 垂直置換通風(fēng)基本原理

垂直置換通風(fēng)技術(shù)最早源于歐洲，近幾年才在國內(nèi)豬舍中應(yīng)用。其原理是基于豬舍內(nèi)存在的熱源而引發(fā)的自然空氣對流，主要以氣流無脈沖涌動、空氣自熱源由下向上、空氣流速極低以及空氣溫度逐漸分層為標志。

新鮮的空氣從豬舍地面外的通風(fēng)口進入，然后通過豬舍走道的漏縫板進入舍內(nèi)，因與室內(nèi)空氣溫度有溫差，冷空氣進入室內(nèi)后會逐漸下沉接近于地面，在地面上形成一層由新鮮空氣組成的“空氣湖”。這里有一個關(guān)鍵點，豬舍單元欄板的高度不宜超過1 m，過高的欄板將阻礙新鮮空氣翻過欄板進入豬舍，或者可以如圖1，欄板上部20 cm處無遮擋，即保證了整體高度，又可以使新鮮空氣順利進入豬群生活空間。因豬體本身是一個熱源，在熱源的作用下熱源周圍形成浮力尾流，帶走熱量，也將渾濁的空氣帶到豬舍上方，由屋頂?shù)娘L(fēng)機排出。新鮮空氣的進入、熱空氣的上升、風(fēng)機的抽吸，三種“力量”的共同作用使新鮮的空氣層不斷向上推動舊的空氣層，同時將豬體產(chǎn)生的熱量和渾濁氣體擠壓到豬舍頂部[1-3]。因此，新鮮空氣首先是經(jīng)過豬的生活空間（高度小于1 m），這樣就可以保證豬群處于一個相對清潔的空氣環(huán)境中。

2 智能環(huán)控系統(tǒng)

在現(xiàn)代化的豬舍中，通風(fēng)系統(tǒng)是整合到智能環(huán)控系統(tǒng)中的（如圖2）。整個控制系統(tǒng)中有兩個控制設(shè)備：一個是通風(fēng)系統(tǒng)，另一個是加熱系統(tǒng)。環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊包括4個：溫度傳感器、濕度傳感器、有害氣體傳感器、通風(fēng)量傳感器。單元控制器是智能環(huán)控設(shè)備的中央大腦，它根據(jù)各個傳感器收集到的數(shù)據(jù)，以及設(shè)置好的參考值作為基準線，對各個環(huán)境參數(shù)的偏離通過兩個控制設(shè)備進行調(diào)整，使整個內(nèi)環(huán)境維持一個動態(tài)的平衡，最終目的讓豬群處于一個舒適的生活環(huán)境內(nèi)。

圖1 豬舍過道漏縫板

3 傳感器及環(huán)控參數(shù)

3.1 傳感器的位置確定

因為垂直置換通風(fēng)豬舍內(nèi)的空氣是分層的，冷空氣在最底層，熱空氣在最上層，舍內(nèi)的空氣溫度是由低向高不斷增加，呈垂直遞增。將傳感器安裝在正確的位置可能很困難。理想情況下，傳感器應(yīng)該能夠記錄豬群躺臥區(qū)域的溫度，因此要做到這一點，必須將傳感器安裝在豬躺臥區(qū)域等高的水平位置。然而，在這個位置，傳感器需要得到極好保護，否則傳感器將被豬群破壞?？紤]到豬對傳感器的破壞，因此應(yīng)將傳感器安裝在豬躺臥區(qū)域上方盡可能靠近豬但又可以防止豬接觸到的水平位置。溫度傳感器不應(yīng)安裝在任何來自通風(fēng)口的進氣或加熱設(shè)備影響的區(qū)域。在生產(chǎn)性能差的豬舍中，一個常見的問題是溫度傳感器安裝位置過高。

圖2 環(huán)控系統(tǒng)模塊

3.2 舍內(nèi)有害氣體參數(shù)標準

需要設(shè)置傳感器的相關(guān)環(huán)境參數(shù)。首先傳感器的濕度參數(shù)設(shè)置在50%～70%，這個區(qū)間可以滿足豬群的正常生長需求。對于豬舍濕度，在南方地區(qū)不需要其他干預(yù)措施，便可以維持需要的濕度。其次是有害氣體參數(shù)，豬舍內(nèi)主要檢測二氧化碳和氨氣含量，參考《規(guī)模豬場環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》 （GB/T 17824.3-2008）。在養(yǎng)殖實踐中一般檢測到的二氧化碳含量是超過國標的，大約維持在1 000～1 500 ppm；氨氣濃度是在國標上限之下，大約維持在4～15 ppm。但有一個特殊情況，使用石灰粉在空欄期進行消毒時，氨氣含量會升高至20～25 ppm，有時甚至更高[4]。

3.3 豬群生長曲線的制定

垂直置換通風(fēng)是一套精準的通風(fēng)系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用到豬舍建筑中，通風(fēng)量的確定是關(guān)鍵步驟，從仔豬斷奶到育肥出欄這個階段，豬只的體重每天都在發(fā)生變化，通風(fēng)量必將也是一個變化的量。溫度和最小通風(fēng)量的參數(shù)在豬只的生長過程中不是一個恒定的量，是會隨著豬群體重的增加而改變，即隨著生長曲線的變化而變化，其計算公式為：每頭豬每小時最小換氣量（m3/h）=（體重×0.35 m3/kg）/時間（t）。豬群的生長曲線被劃分為7個節(jié)點，每個節(jié)點根據(jù)豬群的平均體重來設(shè)置所需的溫度和通風(fēng)量，如表1所示。

表1 豬群生長 （溫度/最小通風(fēng)量）曲線

豬舍內(nèi)溫度是一個主要控制參數(shù)，當實際溫度低于設(shè)置值時，變頻加熱系統(tǒng)會根據(jù)溫度差值和帶寬值的差值進行變頻加熱，對進風(fēng)口進來的新鮮空氣進行預(yù)熱處理，以提高進風(fēng)溫度；當實際溫度超過設(shè)置值時，變頻風(fēng)機會根據(jù)溫度差值和帶寬值來增大通風(fēng)量，排出多余的熱量。溫度是主要的控制參數(shù)，有些養(yǎng)豬場并沒有將有害氣體參數(shù)的控制和變頻風(fēng)機關(guān)聯(lián)，只是檢測和記錄數(shù)據(jù)。其主要因素：一是現(xiàn)在還不確定二氧化碳和氨氣濃度對豬群的確切影響，且目前傳感器輸出的數(shù)據(jù)均低于標準上限；二是多因子控制系統(tǒng)將帶來能耗和成本的增加，當前養(yǎng)殖企業(yè)面臨的壓力主要還是來自養(yǎng)殖成本。養(yǎng)殖企業(yè)也在不斷考慮和研究有害氣體的控制成本與養(yǎng)殖效益之間的合適處理方式。

3.4 通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵點的控制

保證垂直通風(fēng)系統(tǒng)良好運轉(zhuǎn)，還要考慮以下兩個關(guān)鍵點：一是豬舍內(nèi)的密封性是否良好，主要涉及門窗和吊頂。如果豬舍內(nèi)有漏風(fēng)的地方，漏風(fēng)處的氣流進入舍內(nèi)不僅會干擾室內(nèi)空氣的流動交換，而且賊風(fēng)吹到豬群，影響健康狀況。豬舍吊頂在外墻風(fēng)機的作用下，形成負壓空間，如果密封不好，導(dǎo)致外墻風(fēng)機需要加大功率才能形成所需負壓，排出舍內(nèi)的空氣，造成成本浪費。二是合理的進風(fēng)速度。通風(fēng)口的進風(fēng)速度會影響新鮮空氣進入豬舍后在豬舍內(nèi)的流動方向和速度。地道通風(fēng)口外需考慮建造外墻，并在外墻上設(shè)置換氣窗，使空氣從換氣窗進入，可以起到緩沖風(fēng)速的作用。進風(fēng)量的大小重點考慮最少進風(fēng)量，最少進風(fēng)量是以最低通風(fēng)量為底線。通風(fēng)量是根據(jù)豬群的生長曲線計算的，它隨著豬群的生長和體重的增加不斷地增大。假設(shè)保育—育肥舍存欄400頭、平均體重7 kg的豬。按照參考文獻[5]上的最低換氣量0.35 m3/kg·h，可以計算出該棟豬舍每小時的換氣量=400頭×7 kg×0.35 m3/kg=980 m3/h。每小時的最小進風(fēng)量必須超過980 m3/h，換算每秒鐘即0.27 m3/s。假設(shè)通風(fēng)口的進風(fēng)速度不超過0.3 m/s，這樣所需的最低進風(fēng)口面積為0.27 m3÷0.3 m/s=0.9 m2。也就是需要保證通風(fēng)口有一個合適的面積和進風(fēng)速度，才能保證通風(fēng)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的需要，進氣量需要大于排氣量。

4 豬舍的隔熱系數(shù)

在應(yīng)用垂直置換通風(fēng)的豬舍中，建筑物的隔熱性扮演著一個重要的角色。豬群是豬舍內(nèi)主要的熱量來源，按照設(shè)定的溫度參數(shù)，當室內(nèi)溫度超過設(shè)置值，變頻風(fēng)機會增大通風(fēng)量排出。如果豬舍建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)過高，在冬季，豬舍內(nèi)一部分熱量會被建筑材料所吸收傳遞，這樣就需要加熱系統(tǒng)提供額外的熱量來彌補這些損耗，必然導(dǎo)致能耗成本增加；在夏季，建筑物材料會吸收外界的熱量，導(dǎo)致舍內(nèi)的溫度升高，這樣就需要通風(fēng)系統(tǒng)增大通風(fēng)量來排出多余的熱量，這也必然導(dǎo)致能耗成本的增加。在選擇建筑材料時，可以參考《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》 （GB 50189-2015）。

[1]常茹,于齊東.置換通風(fēng)的工程應(yīng)用難點分析 [J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2011,30(6):92-94.

[2]穆振英,刁乃仁,由世俊.置換通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)設(shè)計參數(shù)的確定[J].天津大學(xué)學(xué)報,2010,43(12):1123-1130.

[3]崔光潤,訾春波.垂直置換通風(fēng)技術(shù)在豬舍中的應(yīng)用 [J].豬業(yè)科學(xué),2016,33(8):90-91.

[4]王美芝,吳中紅,劉繼軍,等.豬舍有害氣體及顆粒物環(huán)境參數(shù)研究綜述[J].豬業(yè)科學(xué),2016,33(3):34-36.

[5]劉繼軍.家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué) (精簡版)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2016.