不同氣候區(qū)豬舍最大通風量確定及濕簾降溫系統(tǒng)應用效果

齊 飛，施正香,2，黃金軍，李 浩,2

不同氣候區(qū)豬舍最大通風量確定及濕簾降溫系統(tǒng)應用效果

齊 飛1，施正香1,2，黃金軍1，李 浩1,2※

（1. 中國農業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083；2. 北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術研究中心，北京 100083）

熱應激會對豬產生不利影響，為探究豬舍適宜的夏季通風條件和合理的降溫需求，該研究利用環(huán)境氣象資料，結合能質平衡方程，對圍護結構傳熱及通風散熱占比進行了分析，構建了保育及育肥舍夏季最大通風量的計算公式，對五大氣候區(qū)的典型城市：長春、北京、南寧、武漢、貴陽的保育及育肥舍夏季最大通風量取值進行了規(guī)范，并對這些城市的110 m×15 m的模型豬舍的熱濕環(huán)境進行了分析。結果表明，5個地區(qū)使用濕簾的時長：南寧>武漢>北京>貴陽>長春；使用濕簾后舍內溫度仍高于27 ℃的時長：南寧>武漢>北京>貴陽>長春；使用濕簾后的平均降溫幅度：北京>長春>武漢>南寧>貴陽；使用濕簾后平均相對濕度增量：北京>長春>武漢>南寧>貴陽；使用濕簾后舍內溫度降至27 ℃以下時間占比：長春>北京>貴陽>武漢>南寧。通過分析以上數據，該研究對五大氣候區(qū)濕簾降溫系統(tǒng)的購置及使用提出了建議，同時該研究為不同氣候區(qū)商品豬舍的夏季小氣候估算及濕簾降溫系統(tǒng)運行使用效果評估提供了參考。

溫度；通風；環(huán)境；豬舍；通風設計；降溫策略

0 引 言

熱應激會對豬的健康產生負面影響[1]。豬對熱應激很敏感，因為其自身熱調節(jié)存在問題[2]，豬的汗腺不發(fā)達，主要依靠皮膚和呼吸道蒸發(fā)散熱。熱應激主要是由于環(huán)境溫度較高引起，但高溫下的高濕同樣會加劇熱應激的影響[3-4]。多項研究表明，熱應激導致母豬產仔率降低[5-6]，加速第一胎妊娠母豬的脂質和蛋白質的分解代謝[7]，產生季節(jié)性不孕癥[8-9]，影響豬的腸上皮及膽固醇代謝[10]，導致消化能力和吸收能力受損[11]，降低脂肪含量[12]。同時，溫度和濕度、氨氣（NH3）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）的氣體濃度等多種環(huán)境因素之間存在相關性[13]，嚴重危害豬只健康[14]。

為緩解夏季熱應激，豬舍適宜的通風降溫十分重要。通風系統(tǒng)可以為豬提供最佳的生活環(huán)境[15]。夏季通風的主要目的是緩解高溫引起的熱應激，因此夏季通風量往往成為最大通風量的設計基礎。Commission Internationale du Genie Rural（CIGR）手冊指出，可基于舍內最高溫度30 ℃，計算保育及育肥舍夏季最大通風量[16]。但由于該模型實際計算較為困難，在生產中使用較少。同時，造價低廉、性能良好的濕簾降溫系統(tǒng)被廣泛應用于畜禽舍降溫中[17-18]。使用濕簾降溫系統(tǒng)改變進風溫度能夠有效改善較高舍外溫度下的通風降溫效率，高速的風經過濕簾，濕簾上的水分蒸發(fā)吸熱，從而降低進氣口溫度，提高進氣溫度與舍內溫差，增大通風降溫效率。在炎熱干燥的環(huán)境，濕簾的蒸發(fā)效率可達80%[19]。但由于其降溫原理是直接蒸發(fā)吸熱，一方面會增加環(huán)境中的濕度，另一方面在本身濕度較高的環(huán)境中，濕簾系統(tǒng)的降溫效果也會大大降低[20-21]。

中國幅員遼闊，氣候類型多樣，自南至北由南熱帶過度到北溫帶，年平均氣溫由24 ℃逐漸下降到-6 ℃，南北相差30 ℃；年平均相對濕度多在40%～80%之間，各地區(qū)間的差異也較為明顯[22]，根據不同的氣候類型，中國可以劃分為五大熱工分區(qū)，區(qū)域間氣候類型具有相似性。Wang等[23]應用模糊數學方法對中國家禽養(yǎng)殖場濕簾降溫系統(tǒng)的適用性進行了評價，結果發(fā)現北京、濟南、西安等較北城市的濕簾使用效果較好。但目前對于中國不同氣候區(qū)豬舍濕簾的利用率、利用時長及效果仍然沒有系統(tǒng)的分析。

為探究不同氣候區(qū)豬舍適宜的夏季通風條件和合理的降溫需求，本文利用環(huán)境氣象資料，結合能質平衡方程，對圍護結構傳熱及通風散熱占比進行了分析，構建了保育及育肥舍夏季最大通風量的計算公式，并通過定義相關量，從濕簾使用時長、使用濕簾后舍內溫度滿足豬舍溫度要求的時長、使用濕簾后舍內溫度平均下降幅度、使用濕簾后舍內相對濕度平均增量等角度對比了濕簾在五大氣候區(qū)的典型城市：長春、北京、南寧、武漢、貴陽的使用效果差異性，為5個地區(qū)商品豬舍的小氣候估算及濕簾降溫系統(tǒng)在不同氣候區(qū)的運行使用效果評估提供了參考。

1 材料與方法

1.1 豬舍建筑熱工分區(qū)及研究城市的選擇

本文引用《民用建筑熱工設計規(guī)范》[24]中的熱工設計分區(qū)標準（表1），將商品豬舍建筑分為五大熱工分區(qū)：嚴寒氣候區(qū)、寒冷氣候區(qū)、夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)及溫和氣候區(qū)。

表1 建筑熱工分區(qū)標準及建筑設計要求[24]

為研究不同氣候區(qū)商品豬舍的環(huán)控參數差異，本文以每個氣候區(qū)的一個典型城市為例進行研究，選取城市分別為：長春（嚴寒）、北京（寒冷）、武漢（夏熱冬冷）、南寧（夏熱冬暖）、貴陽（溫和）。使用Meteonorm 7氣象數據庫獲取以小時為節(jié)點的各地全年氣象數據[25-26]。

5個城市的溫度及相對濕度如圖1。分析可得，5個地區(qū)的年最高溫度均在35 ℃左右，由于豬群的產熱效應，純機械通風豬舍內溫度始終高于舍外，因此不加裝濕簾降溫的通風系統(tǒng)在夏季不足以滿足5個地區(qū)商品豬舍的通風降溫需求。其中南寧地區(qū)的溫度年較差最小，為34.5 ℃，在豬舍建設時要優(yōu)先考慮夏季隔熱防暑；長春地區(qū)的溫度年較差最大，為59.7 ℃，冬季最低溫度為-26.7 ℃，在豬舍建設時應充分滿足冬季保溫需求。南寧、武漢及貴陽年相對濕度變化相似，均高于北京及長春，因而南寧、武漢及貴陽三地在進行豬舍環(huán)控設計時應關注舍內除濕的要求。

1.2 模型豬舍的構建

本試驗以某商品舍為模型豬舍，分析不同外界溫度下建筑圍護結構傳熱量與通風散熱量的大小關系。模型豬舍長110 m，寬15 m，檐高3 m，脊高4.75 m，欄位共72個，長×寬為6 m×3 m，門4個，長×寬為2.1 m×1.0 m，窗56個，長×寬為1.5 m×0.9 m，其熱工參數見表2。

表2 模型豬舍熱工參數

保育及育肥舍的飼養(yǎng)密度會對每頭豬對應的建筑圍護結構散熱量產生影響。生產中，過高的飼養(yǎng)密度會導致豬群相互攻擊、爭斗，過低的飼養(yǎng)密度會導致豬舍冬季單位豬的供暖負荷增大，不利于節(jié)約生產成本，浪費土地資源，造成生產收益的下降[27-28]，綜合考慮以上因素及福利化生豬飼養(yǎng)需求，保育及育肥豬飼養(yǎng)工藝參數應滿足表3。

表3 保育、育肥豬飼養(yǎng)工藝參數

模型選取的保育、育肥豬飼養(yǎng)密度分別0.35和0.8 m2/頭（模型豬舍內飼養(yǎng)保育、育肥豬分別為3 702和1 620頭）。

1.3 豬舍熱平衡方程的構建

通風量的計算可以通過熱量平衡對其進行合理的估計。豬舍熱平衡方程式可寫成

為便于計算，該模型規(guī)定舍內空氣得熱數值為正，舍內空氣失熱數值為負。

在春秋過度季節(jié)及炎熱的夏季，豬群的顯熱產熱為舍內唯一熱源，根據顯熱產熱與總產熱關系模型[29]有

該模型基于不同環(huán)境溫度對商品豬的顯熱產熱量給予了修正，其關系模型如下

由《實用供暖空調設計手冊》[30]中規(guī)定的通風散熱模型，計算舍內由氣體交換帶來的熱損失。

根據《民用建筑熱工設計規(guī)范》[24]中規(guī)定的關于建筑維護結構散熱模型，計算密閉式商品豬舍由舍內外溫差導致的建筑維護結構傳熱熱損失。

CIGR認為在夏季時，保育及育肥舍的熱量平衡公式可進一步簡化為公式（7）。

即豬群顯熱產熱量等于通風散熱量。此處忽略了建筑圍護結構的散熱。通過設定不同的外界溫度，探究飼養(yǎng)25、60、100 kg豬的豬舍圍護結構散熱與圍護結構散熱所占比例，驗證該公式的可靠性。

將通風散熱模型式（5）與式（7）結合得到式（8），

基于熱平衡方程構建VBA模型，該模型已得到了現場試驗的驗證。將設定的豬舍模型參數代入，分析計算不同地區(qū)保育及育肥舍的夏季最大通風量。

1.4 濕簾降溫效果運算

對于密閉式商品豬舍，在夏季僅使用機械通風時，舍內溫度會隨著通風量的增大接近舍外溫度，但始終無法低于舍外，因此在夏季高溫天氣，通過加裝濕簾降溫系統(tǒng)，改變進氣口溫度，對密閉式商品豬舍的環(huán)境調控具有重要意義。

由式（9）可知在濕簾降溫效率相同的情況下，過濕簾前空氣的干濕球溫差越大，過簾后空氣的干球溫度就越低，降溫效果就越好。

為評估開啟濕簾后的商品豬舍熱濕環(huán)境，需得到過簾后的空氣溫度及空氣絕對含濕量或相對濕度，再將其代入建立的VBA模型中即可得到開啟濕簾狀況下舍內的空氣溫濕度。由式（9）可知，在開啟濕簾后其過簾溫度滿足以下模型。

在忽略濕簾通風阻力的前提下，濕簾與外界空氣的熱交換過程可視為等晗過程，通過已知的干濕球溫度與含濕量，可在焓濕圖中確定出唯一一條等晗線，再通過式（10）計算出過簾后的空氣溫度，按照等晗線上的增量比例關系即可計算出過簾后的空氣絕對含濕量，從而可計算得到濕簾使用下豬舍內的熱環(huán)境情況。

表4 濕簾降溫效果定義

馬承偉等[33]通過測試不同風速下濕簾降溫效率，發(fā)現過簾風速為1.0～1.5 m/s的時候，多數濕簾降溫效率在60%～70%?？紤]在實際應用中，為了保障濕簾效率，會調節(jié)過簾風速以保證80%以上的降溫效率，因此以80%設置降溫效率，在最大通風量的研究基礎上，討論5個地區(qū)的保育及育肥舍濕簾應用效果的不同，比較、、、、的差異性。

2 結果與分析

2.1 圍護結構傳熱及通風散熱占比

不同舍外溫濕度情況下，保育及育肥舍的建筑圍護結構與通風耗散熱損失比例如圖2所示。分析可知，在溫度較低的情況下，豬舍通過建筑圍護結構散熱比例較大，當舍外溫度為15 ℃時，建筑圍護結構散熱量約占總散熱量的30%。隨著舍外溫度的升高，舍內外溫差減小，通過建筑圍護結構損失熱量的比例逐漸減小，當舍外溫度達到30 ℃時，舍內外溫差為0，建筑圍護結構不參與保育及育肥舍內外的熱傳遞過程。當舍外溫度高于30 ℃時，建筑圍護結構熱量的傳遞是由豬舍外部至內部，因而該部分散熱為負值。

在進行不同地區(qū)商品豬舍夏季最大通風量的模擬時，5個城市最熱月份正午溫度均高于25 ℃，在這種情況下，豬舍內部熱量通過建筑圍護結構散出的比例較小，為簡化計算可將建筑圍護結構部分的傳熱量忽略，此結論與CIGR中對夏季最大通風量的研究一致，因此在實際計算中，可運用簡化后的公式（7）快速計算出豬舍夏季所需滿足的最大通風量。

2.2 保育及育肥舍的夏季最大通風量

針對北京、南寧及武漢三地，由于夏季舍外高溫時間較長，不使用濕簾降溫的通風系統(tǒng)無法滿足舍內95%時長的降溫需求。由式（8）得到通風量隨可調控的舍外最高溫度的變化如圖4。分析可得，當通風量達到一定值時，通風量的增高對調控舍內溫度無明顯作用，當可調控的舍外最高溫度超過29 ℃時，繼續(xù)增大通風量，舍內的降溫效益減小?？紤]豬舍降溫設備的經濟性，以29 ℃為北京、南寧、武漢三地最大通風量的計算依據。

綜上所述，結合式（8）與保育及育肥豬顯熱產熱計算模型公式（3）、（4），保育及育肥舍對應的夏季通風量隨豬質量變化為

2.3 不同地區(qū)濕簾使用效果分析

表5 保育及育肥豬夏季通風量取值

為方便研究不同地區(qū)濕簾降溫系統(tǒng)的使用效果與使用時長的差異，本文以育肥舍為對象研究不同地區(qū)、、、、的差異。

表6 保育及育肥舍夏季濕簾運行效果相關參數

由于5個城市的外界熱環(huán)境差異較大，因而5個城市的濕簾使用時長也存在較為明顯的差異。濕簾使用時長及使用濕簾后仍高于27 ℃時長如圖5a所示，5個地區(qū)使用濕簾的時長：南寧>武漢>北京>貴陽>長春。針對育肥舍，在夏季，南寧地區(qū)需使用濕簾時長為3 481 h，占全年總時長的39.7%，因此在濕簾選用上應注重濕簾的使用壽命，避免頻繁更換導致豬舍后期維護成本的增加。長春與貴陽地區(qū)由于夏季溫度相對較低，因而使用時長也更短。

使用濕簾后舍內溫度仍高于27 ℃的時長：南寧>武漢>北京>貴陽>長春。分析可得，在長春、北京、貴陽，使用濕簾后，基本可以滿足夏季降溫的需求，舍內使用濕簾后仍超出27 ℃時長分別為148、212、209 h。因而以這些典型城市為代表的氣候區(qū)在夏季選用合適的濕簾即可滿足豬舍的降溫需求。南寧及武漢地區(qū)的育肥舍在使用濕簾后仍分別有1 182、1 134 h超出育肥豬的溫度高限值，分別占全年總時長13.4%、12.9%，以這兩地為代表的氣候區(qū)在豬舍設計建造時應考慮外加傳導降溫等手段，滿足舍內熱環(huán)境需求。

不同地區(qū)使用濕簾后舍內的溫度下降量及相對濕度增量如圖5b所示，使用濕簾后的平均降溫幅度：北京>長春>武漢>南寧>貴陽；使用濕簾后平均相對濕度增量：北京>長春>武漢>南寧>貴陽。受舍外相對濕度影響，在同樣的濕簾降溫效率下，不同地區(qū)舍內溫度下降幅度也是不一致的，長春及北京在使用濕簾后平均的降溫幅度較南寧、武漢及貴陽更為明顯，同時長春與北京使用濕簾后舍內的相對濕度增量也更大。相對濕度增量與舍內溫度的下降幅度有著相同的變化趨勢，在80%的降溫效率下，長春及北京開啟濕簾后舍內平均溫降為4.0～5.0 ℃，南寧、武漢及貴陽的舍內平均溫降為2.5～3.0 ℃。針對降溫幅度這一指標，長春、北京等北方城市在夏季濕簾的使用效果上優(yōu)于南寧、武漢等南方城市。

使用濕簾后舍內溫度降至27 ℃以下時間占比如圖5c所示，其中：長春>北京>貴陽>武漢>南寧。分析可知，在開啟濕簾后長春、貴陽及北京的育肥舍基本可滿足舍內的降溫需求（>95%），南寧及武漢使用濕簾后值較小，結合其濕簾使用時長，在全年較長的時間內僅使用濕簾降溫系統(tǒng)不能達到舍內的降溫需求。

綜上所述，在設計豬舍夏季降溫系統(tǒng)時，以長春、貴陽、北京為典型城市的氣候區(qū)使用濕簾系統(tǒng)基本可滿足夏季降溫需求，但以武漢、南寧為典型城市的氣候區(qū)應當考慮外加傳導降溫等降溫方式。

3 結 論

1）通過構建保育及育肥舍的熱量穩(wěn)態(tài)模型，結合不同夏季最大通風量下所能調控的最高舍外溫度，擬合出不同地區(qū)、不同體重保育及育肥豬夏季最大通風量與保育及育肥豬體重和可調控舍外最高溫度的關系模型。該模型考慮了各地的夏季舍外溫度狀況，使豬舍夏季通風量的計算更符合當地氣候。并在此基礎上得到了北京、武漢、南寧、長春、貴陽在設定的可調控舍外最高溫度的基礎上，不同質量豬的夏季最大通風量取值。其中北京、武漢、南寧的可調控最高舍外溫度為29.0 ℃，100 kg豬的夏季通風量取值可達到275.7 m3/h，長春及貴陽的可調控最高舍外溫度分別為26.9、25.7 ℃，100 kg豬的夏季通風量取值為88.9、64.1 m3/h。

2）從全年濕簾的使用時長、使用濕簾后溫度的下降量、舍內相對濕度的增量等角度定量分析了濕簾在以南寧、長春、北京、武漢、貴陽為代表城市的五個氣候區(qū)的使用效果，設定育肥舍飼養(yǎng)密度0.8 m2/頭，當濕簾降溫效率為80%時，在長春、北京、貴陽開啟濕簾后舍內溫度基本低于溫度高限值，但在南寧及武漢開啟濕簾后舍內溫度仍有1 182、1 134 h高于限值，分別占全年總時長13.4%、12.9%，因而在以南寧及武漢為典型城市的氣候區(qū)的保育及育肥舍應當配備額外的輔助降溫措施。

[1] Johnson J S, Abuajamieh M, Sanz M V, et al. Climate Change Impact on Livestock: Adaptation and Mitigation [M]. New Delhi: Springer (India) Private Limited, 2015.

[2] Baumgard L H, Rhoads R P. Effects of heat stress on postabsorptive metabolism and energetics[J]. Annual Review of Animal Biosciences. 2013, 1(1): 311-337.

[3] Huynh T T T, Aarnink A J A, Verstegen M W A, et al. Effects of increasing temperatures on physiological changes in pigs at different relative humidities[J]. Journal of Animal Science, 2005, 83(6): 1385-1396.

[4] Huynh T T T, Aarnink A J A, Gerrits W J J, et al. Thermal behaviour of growing pigs in response to high temperature and humidity[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2005, 91(1/2): 1-16.

[5] Yosuke S, Madoka F, Shingo N, et al. Quantitative assessment of the effects of outside temperature on farrowing rate in gilts and sows by using a multivariate logistic regression model[J]. Animal Science Journal, 2018, 89(8): 1187-1193.

[6] Wegner K, Lambertz C, Das Gürbüz, et al. Climatic effects on sow fertility and piglet survival under influence of a moderate climate[J]. Animal Science Journal, 2014, 8(9): 1526-1533.

[7] He J W, Zheng W J, Lu M Z, et al. A controlled heat stress during late gestation affects thermoregulation, productive performance, and metabolite profiles of primiparous sow[J]. Journal of Thermal Biology, 2019, 81: 33-40.

[8] Auvigne V, Leneveu P, Jehannin C, et al. Seasonal infertility in sows: A five year field study to analyze the relative roles of heat stress and photoperiod[J]. Theriogenology, 2010, 74(1): 60-66.

[9] Wegner K, Lambertz C, Das G, et al. Effects of temperature and temperature-humidity index on the reproductive performance of sows during summer months under a temperate climate[J]. Animal Science Journal, 2016, 87(11): 1334-1339.

[10] Wen X B, Wu W D, Fang W, et al. Effects of Long-term heat exposure on cholesterol metabolism and immune resbonses in growing pigs [J]. Livestock Science, 2019, 230: 103857.

[11] Morales A, Cota S E M, Ibarra N O, et al. Effect of heat stress on the serum concentrations of free amino acids and some of their metabolites in growing pigs[J]. Journal of Animal Science, 2016, 94(7): 2835-2842.

[12] Rinaldo D, Dividich J L. Effects of warm exposure on adipose tissue and muscle metabolism in growing pigs[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A Physiology, 1991, 100(4): 995-1002.

[13] Xie Q J, Ni J Q, Bao J, et al. Correlations, variations, and modelling of indoor environment in a mechanically- ventilated pig building[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 282: 124441.

[14] Pearce S C, Gabler N K, Ross J W, et al. The effects of heat stress and plane of nutrition on metabolism in growing pigs[J]. Journal of Animal Science, 2013, 91(5): 2108-2118.

[15] 王晶晶. 豬舍通風：為豬提供最佳的生活環(huán)境[J]. 國外畜牧學(豬與禽)，2017，37(1)：40-43.

[16] Unit S F B I. Report of Working Group on Climatization of Animal Houses[M]. Aberdeen, Scotland: Scottish Farm Buildings Investigation Unit, 1984.

[17] 張敏，王助良，顏學升，等. 溫室濕簾降溫系統(tǒng)原理與應用[J]. 農機化研究，2008(4)：46-48，51.

Zhang Min, Wang Zhuliang, Yan Xuesheng, et al. Application and principle of wet-curtain cooling system in greenhouse[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2008(4): 46-48, 51. (in Chinese with English abstract)

[18] 羅正中，程李杰，張廷青，等. 濕簾風機降溫系統(tǒng)在奶牛場的應用效果評估[J]. 中國奶牛，2018(11)：59-61.

Luo Zhengzhong, Cheng Lijie, Zhang Yanqing, et al. Performance evaluation of wet curtain and fan cooling system on dairy farms[J]. China Dairy Cattle, 2018(11): 59-61. (in Chinese with English abstract)

[19] Timmons M B, Baughman G R. A plenum concept applied to evaporative pad cooling for broiler housing[J]. Transactions of the Asae American Society of Agricultural Engineers, 1984, 27(6): 1877-1881.

[20] 陳昭輝，安捷，王金環(huán)，等. 南方夏季肉牛舍濕簾風機負壓通風系統(tǒng)降溫效果[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(21)：208-214.

Chen Zhaohui, An Jie, Wang Jinhuan, et al. Cooling effects of fan-pad negative pressure ventilation system on summer environmental conditions in beef cattle barn in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 208-214. (in Chinese with English abstract)

[21] Montazeri H, Blocken B, Hensen J L M. Evaporative cooling by water spray systems: CFD simulation, experimental validation and sensitivity analysis[J]. Building & Environment, 2015, 83: 129-141.

[22] 中國氣象局氣象信息中心氣象資料室. 中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數據集[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[23] Wang C, Cao W, Li B, et al. A fuzzy mathematical method to evaluate the suitability of an evaporative pad cooling system for poultry houses in China[J]. Biosystems Engineering, 2008, 101(3): 370-375.

[24] GB 50176-1993，民用建筑熱工設計規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[25] Stella T, Kostantia T, Theodoros T, et al. Evaluation of stochastically generated weather datasets for building energy simulation[J]. Energy Procedia, 2017, 122: 853-858.

[26] 劉孝敏，劉葉瑞，楊慶，等. 基于METEONORM的甘肅地區(qū)太陽能短期蓄熱系統(tǒng)集熱器補償面積比模擬分析[J]. 建設科技，2016(17)：86-89.

[27] 肖登科. 飼養(yǎng)密度對豬群生產性能及健康的影響[J]. 湖北畜牧獸醫(yī)，2019，40(2)：31-32.

[28] Fu L L, Li H Z, Liang T T, et al. Stocking density affects welfare indicators of growing pigs of different group sizes after regrouping[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2016, 174: 42-50.

[29] Pedersen S. Heat and moisture production for pigs on animal and house levels [C]//International Commission of Agricultural Engineering Section Ⅱ. Chicago: American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2002.

[30] 陸耀慶. 實用供熱空調設計手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[31] American Society of Heating, Refrigerating, Air-Conditioning Engineers. ASHRAE handbook: Equipment[M]. Atlanta, Georgia: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, 1983.

[32] GBT 17824. 3—2008，規(guī)模豬場環(huán)境參數及環(huán)境管理[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[33] 馬承偉，苗香雯. 農業(yè)生物環(huán)境工程[M]. 北京：農業(yè)出版社，1994.

Determination of maximum ventilation and evaluation on the performance of the cooling system for commercial pig houses in different climate zones

Qi Fei1, Shi Zhengxiang1,2, Huang Jinjun1, Li Hao1,2※

(1.,,100083,; 2.,100083,)

Ventilation systems can move the stale air out of the building and draw the fresh air in, serving to preserve the optimum living conditions. It can be widely recognized as an effective way to relieve the strong impacts of heat stress on the health and behavior of pigs under the ventilation systems of a house in summer. The maximum ventilation of pig houses can often be assumed to design the ventilation systems. A cooling pad system with high performance has also been widely used in pig houses in China. However, the cooling performance of the pad system can be significantly reduced under a high humid environment, particularly for the diverse climate types. Furthermore, a variety of environmental factors can lead to the different performances of ventilation fans and cooling pad system under specific climatic conditions over the large geographical regions of China. A reasonable configuration of fans and cooling pad systems is very essential to the climate control for the pig houses in summer. In this study, a novel VBA model of the maximum ventilation and cooling pad operation was developed to predict the indoor environment under different climate types and operating conditions using the CIGR energy and mass balance. According to the ‘Code for Thermal Engineering Design of Civil Buildings’, the typical cities were selected as the study areas from different climate zones of China, including Changchun (severe cold), Beijing (cold), Wuhan (hot summer and cold winter), Nanning (hot summer and warm winter), and Guiyang (mild). The environmental data of five cities were collected from the weather database. A pig house in a dimension of 110 m×15 m×3 m was set up as a model case. Firstly, a systematic analysis was made to determine the ratio of heat transfer to the ventilation and heat dissipation of the envelope structure. Then, a relationship equation was established for the maximum ventilation and the heat dissipation under various ventilation rates in commercial pig houses. Five parameters were finally selected to evaluate the performance of the cooling pad system with the maximum ventilation in the study areas, including the duration of the cooling pad system, the duration at the indoor temperature above 27 ℃, the proportion of time below 27 ℃, the average decrease of temperature, and the average increase of the relative humidity, after the cooling pad system. The results showed that the building envelope presented less effect on the heat exchange in the pig houses when the outdoor temperature reached 30℃. The sensible heat production of the pigs was almost equal to the ventilation and heat dissipation. Therefore, the maximum ventilation rate was closely related to the sensible heat production of the pig herd. The operation time of the cooling pad system was longer than that in the nursery, according to the indoor prediction using the VBA model. There was a similar tendency on the duration of indoor temperature higher than 27 ℃ with the cooling pad system. The duration of the cooling pad system was ranked in the order of Nanning>Wuhan>Beijing>Guiyang>Changchun. The duration of indoor temperature higher than 27 ℃ with the cooling pad system was ranked in the order of Nanning> Wuhan> Beijing > Guiyang> Changchun. The average decrease of temperature after the cooling pad system was ranked as Beijing> Changchun> Wuhan> Nanning> Guiyang, while the average increase of relative humidity was Beijing> Changchun> Wuhan> Nanning> Guiyang. The proportion of time at the indoor temperature below 27 ℃ was Changchun> Beijing> Guiyang> Wuhan > Nanning. Therefore, the temperature of the pig house with the cooling pad system was basically lower than the high-temperature limit in Changchun, Beijing, Guiyang, but additional cooling was still necessary for Nanning and Wuhan. Different operation schemes were also recommended for the cooling pad systems in five major climate zones. The finding can provide a strong reference to predict the summer microclimate in commercial pig houses with the cooling pad systems.

temperature; ventilation; environment; pig house; ventilation design; cooling strategy

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023

S828.9

A

1002-6819(2021)-22-0202-08

2021-07-20

2021-11-09

國家自然科學基金（32002226）

齊飛，博士生，研究方向為畜禽環(huán)建筑設計及環(huán)境控制。Email：719545682@qq.com

李浩，博士，研究方向為畜禽環(huán)境工程。Email：leehcn@hotmail.com

齊飛，施正香，黃金軍，等. 不同氣候區(qū)豬舍最大通風量確定及濕簾降溫系統(tǒng)應用效果[J]. 農業(yè)工程學報，2021，37(22)：202-209. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023 http://www.tcsae.org

Qi Fei, Shi Zhengxiang, Huang Jinjun, et al. Determination of maximum ventilation and evaluation on the performance of the cooling system for commercial pig houses in different climate zones[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 202-209. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023 http://www.tcsae.org