垂直置换通风猪舍的环境控制分析

周洋

（广东华农温氏畜牧股份有限公司，广东云浮 527400）

随着国内现代化养猪水平的不断提高，猪舍的更新换代，对猪舍内环境精准控制的需求不断增大，其中通风系统已经成为一个非常重要的组成部分。养猪行业的快速发展，也迫使猪场兽医不断地扩大关注点，包括疾病、营养、育种、生物安全、饲养管理、通风系统、猪舍结构以及建筑材料等。本文重点探讨密闭式猪舍垂直置换通风系统的控制思路。

1 垂直置换通风基本原理

垂直置换通风技术最早源于欧洲，近几年才在国内猪舍中应用。其原理是基于猪舍内存在的热源而引发的自然空气对流，主要以气流无脉冲涌动、空气自热源由下向上、空气流速极低以及空气温度逐渐分层为标志。

新鲜的空气从猪舍地面外的通风口进入，然后通过猪舍走道的漏缝板进入舍内，因与室内空气温度有温差，冷空气进入室内后会逐渐下沉接近于地面，在地面上形成一层由新鲜空气组成的“空气湖”。这里有一个关键点，猪舍单元栏板的高度不宜超过1 m，过高的栏板将阻碍新鲜空气翻过栏板进入猪舍，或者可以如图1，栏板上部20 cm处无遮挡，即保证了整体高度，又可以使新鲜空气顺利进入猪群生活空间。因猪体本身是一个热源，在热源的作用下热源周围形成浮力尾流，带走热量，也将浑浊的空气带到猪舍上方，由屋顶的风机排出。新鲜空气的进入、热空气的上升、风机的抽吸，三种“力量”的共同作用使新鲜的空气层不断向上推动旧的空气层，同时将猪体产生的热量和浑浊气体挤压到猪舍顶部[1-3]。因此，新鲜空气首先是经过猪的生活空间（高度小于1 m），这样就可以保证猪群处于一个相对清洁的空气环境中。

2 智能环控系统

在现代化的猪舍中，通风系统是整合到智能环控系统中的（如图2）。整个控制系统中有两个控制设备：一个是通风系统，另一个是加热系统。环境数据监测模块包括4个：温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器、通风量传感器。单元控制器是智能环控设备的中央大脑，它根据各个传感器收集到的数据，以及设置好的参考值作为基准线，对各个环境参数的偏离通过两个控制设备进行调整，使整个内环境维持一个动态的平衡，最终目的让猪群处于一个舒适的生活环境内。

图1 猪舍过道漏缝板

3 传感器及环控参数

3.1 传感器的位置确定

因为垂直置换通风猪舍内的空气是分层的，冷空气在最底层，热空气在最上层，舍内的空气温度是由低向高不断增加，呈垂直递增。将传感器安装在正确的位置可能很困难。理想情况下，传感器应该能够记录猪群躺卧区域的温度，因此要做到这一点，必须将传感器安装在猪躺卧区域等高的水平位置。然而，在这个位置，传感器需要得到极好保护，否则传感器将被猪群破坏。考虑到猪对传感器的破坏，因此应将传感器安装在猪躺卧区域上方尽可能靠近猪但又可以防止猪接触到的水平位置。温度传感器不应安装在任何来自通风口的进气或加热设备影响的区域。在生产性能差的猪舍中，一个常见的问题是温度传感器安装位置过高。

图2 环控系统模块

3.2 舍内有害气体参数标准

需要设置传感器的相关环境参数。首先传感器的湿度参数设置在50%～70%，这个区间可以满足猪群的正常生长需求。对于猪舍湿度，在南方地区不需要其他干预措施，便可以维持需要的湿度。其次是有害气体参数，猪舍内主要检测二氧化碳和氨气含量，参考《规模猪场环境参数及环境管理》 （GB/T 17824.3-2008）。在养殖实践中一般检测到的二氧化碳含量是超过国标的，大约维持在1 000～1 500 ppm；氨气浓度是在国标上限之下，大约维持在4～15 ppm。但有一个特殊情况，使用石灰粉在空栏期进行消毒时，氨气含量会升高至20～25 ppm，有时甚至更高[4]。

3.3 猪群生长曲线的制定

垂直置换通风是一套精准的通风系统，尤其是应用到猪舍建筑中，通风量的确定是关键步骤，从仔猪断奶到育肥出栏这个阶段，猪只的体重每天都在发生变化，通风量必将也是一个变化的量。温度和最小通风量的参数在猪只的生长过程中不是一个恒定的量，是会随着猪群体重的增加而改变，即随着生长曲线的变化而变化，其计算公式为：每头猪每小时最小换气量（m3/h）=（体重×0.35 m3/kg）/时间（t）。猪群的生长曲线被划分为7个节点，每个节点根据猪群的平均体重来设置所需的温度和通风量，如表1所示。

表1 猪群生长 （温度/最小通风量）曲线

猪舍内温度是一个主要控制参数，当实际温度低于设置值时，变频加热系统会根据温度差值和带宽值的差值进行变频加热，对进风口进来的新鲜空气进行预热处理，以提高进风温度；当实际温度超过设置值时，变频风机会根据温度差值和带宽值来增大通风量，排出多余的热量。温度是主要的控制参数，有些养猪场并没有将有害气体参数的控制和变频风机关联，只是检测和记录数据。其主要因素：一是现在还不确定二氧化碳和氨气浓度对猪群的确切影响，且目前传感器输出的数据均低于标准上限；二是多因子控制系统将带来能耗和成本的增加，当前养殖企业面临的压力主要还是来自养殖成本。养殖企业也在不断考虑和研究有害气体的控制成本与养殖效益之间的合适处理方式。

3.4 通风系统关键点的控制

保证垂直通风系统良好运转，还要考虑以下两个关键点：一是猪舍内的密封性是否良好，主要涉及门窗和吊顶。如果猪舍内有漏风的地方，漏风处的气流进入舍内不仅会干扰室内空气的流动交换，而且贼风吹到猪群，影响健康状况。猪舍吊顶在外墙风机的作用下，形成负压空间，如果密封不好，导致外墙风机需要加大功率才能形成所需负压，排出舍内的空气，造成成本浪费。二是合理的进风速度。通风口的进风速度会影响新鲜空气进入猪舍后在猪舍内的流动方向和速度。地道通风口外需考虑建造外墙，并在外墙上设置换气窗，使空气从换气窗进入，可以起到缓冲风速的作用。进风量的大小重点考虑最少进风量，最少进风量是以最低通风量为底线。通风量是根据猪群的生长曲线计算的，它随着猪群的生长和体重的增加不断地增大。假设保育—育肥舍存栏400头、平均体重7 kg的猪。按照参考文献[5]上的最低换气量0.35 m3/kg·h，可以计算出该栋猪舍每小时的换气量=400头×7 kg×0.35 m3/kg=980 m3/h。每小时的最小进风量必须超过980 m3/h，换算每秒钟即0.27 m3/s。假设通风口的进风速度不超过0.3 m/s，这样所需的最低进风口面积为0.27 m3÷0.3 m/s=0.9 m2。也就是需要保证通风口有一个合适的面积和进风速度，才能保证通风系统正常运转的需要，进气量需要大于排气量。

4 猪舍的隔热系数

在应用垂直置换通风的猪舍中，建筑物的隔热性扮演着一个重要的角色。猪群是猪舍内主要的热量来源，按照设定的温度参数，当室内温度超过设置值，变频风机会增大通风量排出。如果猪舍建筑材料导热系数过高，在冬季，猪舍内一部分热量会被建筑材料所吸收传递，这样就需要加热系统提供额外的热量来弥补这些损耗，必然导致能耗成本增加；在夏季，建筑物材料会吸收外界的热量，导致舍内的温度升高，这样就需要通风系统增大通风量来排出多余的热量，这也必然导致能耗成本的增加。在选择建筑材料时，可以参考《公共建筑节能设计标准》 （GB 50189-2015）。

[1]常茹,于齐东.置换通风的工程应用难点分析 [J].建筑热能通风空调,2011,30(6):92-94.

[2]穆振英,刁乃仁,由世俊.置换通风系统送风设计参数的确定[J].天津大学学报,2010,43(12):1123-1130.

[3]崔光润,訾春波.垂直置换通风技术在猪舍中的应用 [J].猪业科学,2016,33(8):90-91.

[4]王美芝,吴中红,刘继军,等.猪舍有害气体及颗粒物环境参数研究综述[J].猪业科学,2016,33(3):34-36.

[5]刘继军.家畜环境卫生学 (精简版)[M].北京:中国农业出版社,2016.