海口地区商品猪场生产工艺和环境设计方法初探

齐 飞 ，李 浩 ，2，施正香 ，2＊，韩 华

（1.中国农业大学水利与土木工程学院，农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083；2.北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心，北京 100083；3.新希望六和股份有限公司，北京 100102）

我国幅员辽阔，南北跨度5 500 km，各地气候条件差异大，在猪场建设时，应针对不同的气候条件进行相应的建筑和环境设计[1]。海口地区属典型的亚热带气候，年平均气温可达约24 ℃，平均相对湿度85%[2]。为结合当地的气候条件为商品猪生产提供适宜经济的环境调控，需要进行科学的工艺计算和工程技术选配[3]。

文章重点讨论海口地区商品猪场建筑和环境设计的设计方法，基于海口地区气候和地理特征，结合全进全出的工艺要求[4]，探讨海口地区商品猪场在工艺设计、建筑设计和环境控制方面的设计思路。

1 海口地区环境分析

1.1 气象条件

海口地处低纬度热带区域，四季界限不明显。全年日照时间长，辐射量大，年平均日照时数可达2 000 h以上，常年温度较高，年平均气温可达约24℃。7月气温最高，极端最高气温可达约41℃，1月气温最低，极端最低气温约3℃；平均相对湿度85%。由气候软件得到的2000—2009年的全年平均温湿度变化如图1、图2所示。海口地区风玫瑰图如图3所示，以东北风和东南风为主，偶有南部的台风。

因此，在海口地区商品猪场的建筑设计中，应注意建筑物的隔热性能和周边环境的选择，避免不易控的高温影响；由于风向影响，场区内区域布置应从上风向到下风向依次布置生活区、辅助生产区、生产区及粪污处理区；同时考虑台风天气，不能在建筑物的南部布置风机，避免台风对风机的破坏。在环控设计中，应尤其注意夏季高温条件下的舍内温度控制，综合考虑现有降温方式的优缺点，对比选择最适宜的环控方案。

1.2 地理条件

海口位于南纬20.033°，东经110.350°，地处海南省最北方，全市陆地面积2 305 km2，地势平缓，海拔标高在15～100 m。全市除马鞍岭、旧州岭等38个山丘较高外，绝大部分地区为海拔100 m以下的台地和平原。交通便利、靠近水源、地势平坦，地理环境适宜农业生产。地形地势情况见图4。

2 生产工艺设计

2.1 商品猪场的生产工艺流程设计

商品猪场包括保育仔猪、育成猪和育肥猪的培养，生产工艺流程如图5所示：从外场调入的断奶仔猪（8 kg）在保育舍养至30 kg（约79日龄）后，进入育成猪舍培养至65 kg（约126日龄），再进入育肥猪舍培养至110 kg（约180日龄）后出栏。

2.2 生产节律的选择——案例分析

在猪场的工艺方案设计过程中，需要结合猪场的工艺流程及场地限制，进行合适的生产节律的选择。

文章以一个年出栏量约6万头的猪场为案例进行分析，首先比较了按周为节律和按月为节律进行生产的工艺方案。其中，方案一计划每周入栏量1 200头，按周为批次进猪，预计年出栏量6.24万头；方案二计划每月入栏量5 000头，按月为批次进猪，年出栏量6万头。依据两种方案和全进全出的猪场设计原则，得出各项参数情况见表1。

由表1可得，本案例2.1节的工艺流程及出栏量要求下，方案一的年出栏量较多，同期饲养量（在栏量）较小；因消毒时长较少，建筑需求的面积也相对小。因此经比较选择认为方案一在使用较小的建筑面积的情况下能够获得更多的年出栏量，有着更高的经济效益；单次出猪、进猪数量较小，便于运输。

3 建筑设计

3.1 建筑及结构类型设计

猪舍建筑可分为封闭式、开放式和半开放式3种。封闭式猪舍有屋顶和闭合的四面墙，屋内环境受外界影响较小，可通过仪器、设备等进行舍内的温湿度和通风的调控；开放式猪舍舍内通风和采光性较好，但难以进行舍内的环境调控，对周边环境也会产生较大的影响；半开放猪舍介于两者之间，可以适当进行舍内温湿度的调控，但效果低于封闭式猪舍。我国南方地区养殖肥猪常采用开放式猪舍和半开放猪舍[2]，但在冬季寒冷天气和夏季炎热天气下，舍内温度和通风均不能满足猪体适宜温度的需求[5]。国外热带地区的猪舍则较多的采用密闭式猪舍，舍内环控和机械化程度都较高。

猪舍结构通常包括屋顶、墙体、地面、猪栏与地下设施等。除满足功能、强度的要求外，同样应注意其保温和隔热性能，具体要求应根据不同地区的气候条件和猪舍建筑的特点来确定[6]。有数据显示，传统封闭式猪舍的能量损失大致为墙体占50%、门窗占25%、地下室和地面占15%、屋面占10%[7]。在常用的屋顶建筑材料选择的基础上，可以通过安装吊顶来缩小屋顶下方的空间，起到通风、保暖与隔热的效果。墙体保温普遍采用“保温板+砖墙”的结构。毛震等[8]研究了北京地区四种墙体和屋顶的组合形式猪舍的夏季隔热效果，发现370 mm厚黏土砖墙+70 mm厚挤塑板墙体、瓦屋顶上覆盖彩钢夹芯板屋顶猪舍隔热效果最好。赵婉莹等[9]发现使用240 mm砖墙＋外保温（50 mm厚岩棉）＋彩钢夹芯板屋顶＋单层彩钢板吊顶和240 mm砖墙＋彩钢夹芯板屋顶＋单层彩钢板吊顶的猪舍，符合夏季猪舍隔热的设计要求。

3.2 建筑结构及栏位设计——案例分析

结合海口地区偏热的气候特点及机械化生产和环境控制要求，本文案例中的猪舍采用全密闭式猪舍[5]。屋顶材料采用隔热性能较好的黏土瓦、彩钢夹芯板和石棉瓦，并安装吊顶。墙体为240 mm墙，由黏土砖砌筑，墙外表面设保温板，加强保温效果[9]。猪舍檐高2.5 m左右，屋面坡度短长边比为1∶4。地面采用漏缝地板和水泥地板结合使用的方式[10,11]，划分睡觉和进食、排便排尿的地方。清粪方式采用干清粪[12,13]，每栋猪舍下设刮粪板清粪。

在2.2节中通过两个方案的比较，选取了按周为批次进行生产的方式，针对该工艺设计，进行猪舍的栏位面积及数量计算。根据丹麦福利养猪的猪舍尺寸，设计猪舍栏位情况见表2，依据猪只所需栏位的数量和面积得到其中一种猪场设计的猪舍种类、数量和基本尺寸见表3。

4 环境控制设计

4.1 猪舍需求环境参数

猪舍环境参数应当维持在最适宜猪生存的范围，此处主要考虑热环境参数（温度、湿度、通风量、气流速度）的影响，表4列出了商品猪场不同类型猪舍适宜的环境参数。

4.2 猪舍夏季环境控制技术

猪属于恒温动物，皮下脂肪厚且汗腺极不发达，在高温环境下，猪体内的热量难以散出，体温持续处于较高水平，继而发生热应激，导致生长发育速率减慢、消化功能和采食量降低、免疫力下降等问题[14]。

表1 猪场工艺方案参数比较

表2 猪舍栏位设计

表3 猪舍栏位设计

为解决猪的热应激问题，目前猪场常采用湿帘降温系统和喷淋装置（喷雾降温、洒水降温等），通过水分蒸发吸热，降低猪舍的温度[15-17]。胡伟等[18]总结了泰国和马来西亚的猪场降温措施，发现其在保育和育肥猪舍普遍采用水帘降温，在育肥舍还会设置水池。在较热的时间段，在仔猪活动区域洒水，辅助降温[19]。但是在喷雾或洒水的同时必须加强通风，避免高温高湿带来的更恶劣的影响。当高速气流吹过猪的身体时，水分蒸发带走猪身上的热量，增加其冷却效果[20]。猪舍通风量的大小将直接影响舍内环境温度：通风量合适时，风将带走猪身上的热量，有利于猪的健康生长和发育；通风量较大时，会使猪感到不适；通风量不足时，会导致猪舍内有害气体和粉尘颗粒浓度过高，影响猪群的健康[21]。Wouter等[22]总结了欧洲猪场常用的通风方式，依据进出风口的不同主要有四种，分别为：门式通风、气阀式通风、隧道式通风、天花板式通风。我国常用的通风方式依据通风方向的不同分为横向通风和纵向通风，后者又名“隧道通风”（与前面的含义不同），常用于大猪类型的房舍（如育肥舍）。舍外热空气经过湿帘蒸发降温，然后隧道式穿过房舍，不仅能够达到给猪群降温的效果，还能排出室内的有害气体[23]。

针对海口地区商品猪舍的环境调控，应重点考虑夏季隔热和降温的要求，不用或较少考虑冬季加温的需求。

4.3 猪舍环控计算——案例分析

根据工艺及建筑设计，进行猪场的环控计算。该猪场猪舍通风方式采用大型猪舍常见的纵向通风[21,23]。通风量采用经验值法计算得到，夏季猪舍所需通风量需求见表5。

冬季通风及保温需求的计算以保育仔猪舍为例，计算猪舍需补充热量的过程如下[24]。

畜禽舍内显热量的来源包括：畜禽产生的显热量Qs；由照明、电机、设备散发的热量Qm；采暖散热器或热辐射器的补充热量Qh。

于是，畜禽舍内热量平衡方程式可写成：

n：畜禽舍内畜禽的头数。n=1 200

qs为每头畜禽单位时间的显热散热量，查表可得qs=159.31

K：维护结构的传热系数，W/（m2·℃）；地面传热系数0.23，屋面传热系数0.3，墙体传热系数2.08。

A：维护结构的面积，m2；墙 体201.25m2，地 面493.5 m2，屋面508.69 m2。

ti：舍 内 计 算 温 度，℃；ti=20℃。

t0：舍 外 空 气 温 度，℃；t0=5℃。

a：围护结构温差修正系数。a=1.00。

L：冬季通风量，保育猪冬季通风量需满足5 m3/(h/头)，得L=1.67 m3/s。

ρa：空气密度，通风量按进风量计算时取ρa=353/（t0+273），按排风量计算时取ρa=353/（ti+273），kg/m3；ρa=1.20

cp：空气的定压比热容，取cp=1 030J/（kg·℃）。

由式（1）～（4）可得：

其他猪舍热量计算方式同上，最终确定需补充热量见表6。

当冬季室外温度为5℃时，保育仔猪舍和育肥猪舍在维持冬季通风量的情况下，舍内温度能够维持在20℃以上，而育成猪舍难以维持相应温度，考虑在猪舍内添加供暖设备。

表4 猪舍热环境参数

5 结论

文章针对海口地区特有的气候和地理环境特点，探讨了海口地区商品猪场在工艺设计、建筑设计和环境控制设计方面的设计思路，并结合实际情况分析了生产节律的选择，通过实际计算说明了海口地区环控方案的设计。

在案例分析中，结合设定的年出栏量和工艺流程，就按月和按周为节律的两种工艺方案进行了比较，认为按周为节律的生产方式在较小的建筑面积的情况下能够获得更多的年出栏量，同时单次出猪、进猪数量较小，便于运输。根据确定的工艺方案和生产规模，计算了存栏量2.8万头商品猪场的猪舍建筑设计、栏位的尺寸和面积。并根据经验值法和质能平衡分别计算了不同类型猪舍的通风量和冬季舍内需补充热量，认为除育成猪舍外均无需进行冬季加温。

在实际的猪场方案设计中，一方面要考虑地形和周边设施的影响，另一方面也要结合生产需求和资金进行设计。该案例可以为海口地区商品猪场的标准化建设提供参考。

表5 猪舍夏季通风量需求

表6 不同猪舍通风空气的显热损失Qv和需排除余热量Qh