保育猪舍三种局部供暖措施效果比较研究

薛振华，赵婉莹，吴中红，刘继军，张秋亭，云 鹏，陈京媛，王美芝*

(1. 北京市畜牧总站,北京 100107；2. 中国农业大学水利与土木工程学院,北京 100083；3.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；4.北京大鸿恒丰牧业科技有限公司，北京 100101)

环境的温度和湿度是猪与其生活环境保持平衡的重要因素[1]。保育猪刚经历断奶应激，对低温很敏感，对疾病的易感性高，更需要精心饲养和管理。保育舍的温度环境直接影响其成活率和生长性能，保育猪舍适宜的环境温度为20～25 ℃[2]，当环境温度低于舒适区时，猪表现出血管收缩、皮温下降，产生竖毛、肢体蜷缩或挤聚等冷应激现象[3]。保育猪舍适宜的相对湿度为60%～70%[2]。有研究发现，在气温相同(12～14 ℃)、湿度不同的试验中，80%～85%湿度与65%～70%湿度比，30日龄仔猪体重低2.46 kg，增重速度低34.1%[4]。

在猪舍围护结构保温性能达不到猪舍冬季温度需求时，需要对猪舍配置供暖措施。在北方地区，环境温度较低，为维持生产性能猪舍(尤其是保育猪舍)一般需要添加局部供暖。目前使用较多的有仔猪保温箱、电热板、红外保温灯、石英加热管等，其中两种典型的局部加热方式是红外保温灯供暖和地面供暖[5]。红外保温灯一般与保温箱配合使用，为哺乳仔猪提供适宜的温度。使用红外保温灯可提高仔猪的局部环境温度。周青等[6]发现，加红外保温灯的保温箱试验组与对照组相比，平均最低温度高4.8 ℃，料重比降低了7.8%(P<0.01)，具有较好的保温效果。猪一天的躺卧时间一般在15 h以上[7]，地面温度能够直接影响仔猪的健康状况和生产性能。刘炜等[8]通过试验表明应用地暖保温的仔猪每头平均日增重提高44 g，料肉比减少0.13，饲料利用率提高10.8%，地暖保温技术能够给保育阶段的仔猪提供适宜的生活环境促进仔猪生产水平的提高。王美芝等[9]认为低温地暖系统比暖气片对流供暖方式热效率高，在传送过程中热量损失小，其实感温度比传统的采暖方式高2～4 ℃，可减少猪舍的耗煤量，同时可减少二氧化碳排放量，在供暖保温的基础上达到了节能减排的低碳养殖效果。

在相同的猪舍环境条件下，不同局部供暖方式对保育仔猪局部热环境的效果比较尚不明确，而且在京津冀雾霾严重、北京市猪场禁止燃煤供暖的前提下，使用电供暖成为猪舍供暖的主要供暖方式。为更好了解不同电供暖形式的供暖情况，本试验对试验猪舍进行局部电供暖设计，对比了三种常见局部供暖方式红外保温灯、电地暖和顶板电热板之间的热环境效果，为猪舍电供暖方式的选择提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验猪舍 本试验在北京市大兴区某猪场进行。试验时间：2016年1月5日～2016年2月1日。试验的猪舍为保育猪舍，猪舍为东西走向，建筑面积810 m2(54.4 m×14.9 m)，猪舍屋顶材料为彩钢夹芯板，吊顶为单层彩钢板，吊顶距地高度2.5 m，四面墙体均为240 mm厚，双坡屋顶，舍内地面为水泥地面。窗户为单层塑钢窗，南北墙各有9个1.5 m×0.6 m的采光亮子，南墙上有两个1.5 m×1.4 m的大窗。6个风机排列在东墙上，风机外框尺寸(从北到南)分别为1.15 m×1.15 m、0.85 m×0.85 m、1.15 m×1.15 m、0.76 m×0.76 m、1.15 m×1.15 m、1.51 m×1.51 m，其中0.76 m×0.76 m的变频风机在试验期间连续开启，风量约为1 800 m3/h，其他风机全部关闭，风机百叶闭合。舍内吊顶上南北两列各9个大小为0.8 m×0.8 m×0.2 m的通风口，冬季每个通风口开启大小为0.55 m×0.15 m。保育舍猪栏为双列单走道式布局，走道宽1.0 m，猪栏大小按4～5窝保育猪设计，面积18 m2(3.0 m×6.0 m)，为半漏缝板地面，其中近走道处为3.0 m×1.5 m的实体地面。舍内分布见图1。

图1 试验舍环境指标测点分布A1-4、B1-4、C1-4分别为电地暖、顶板电热板和红外保温灯供暖的局部环境指标测点；X、Y为试验舍整体环境监测点。为电地暖供暖猪栏，为顶部电热板供暖猪栏，为红外保温灯供暖猪栏。为红外保温灯所在位置，每个猪栏有两个红外保温灯Fig.1 The distribution of environmental indicator measuring points in the experimental roomA1-4, B1-4, C1-4 were the local environmental index monitoring points of electric floor heating, top radiant heating and infrared heating lamps, respectively; X, Y were the whole environmental indexes monitoring points in the experimental room. was the pen of floor radiant heating， was the pen of top radiant heating， was the pen of infrared heating lamps. was the position of the infrared heating lamp, there were two lamps in each pen

1.1.2 测定仪器 试验期间环境指标测定所用的仪器有二氧化碳自记仪(型号：EZY-1S；北京天建华仪科技发展有限公司；测量范围：0～9 824 mg/m3；精度：±147 mg/m3或读数的10%)、多功能干湿球露点温湿度计(型号：8736；台湾衡欣科技股份有限公司；测量范围：0%～100%和-20～50 ℃；精度：±5%和±0.6 ℃)、热线式风速仪(型号：MODEL6003；沈阳加野科学仪器有限公司；测量范围：0.1～20.0 m/s和0～50 ℃；精度：±(指示值的5%+0.1) m/s和±1 ℃)、手持氨气监测仪(型号：GT901；深圳科尔诺电子科技有限公司；测量范围：0～76 mg/m3；精度：±3%)、温湿度自动记录仪(型号：Apresys179A-TH；艾普瑞(上海)精密光电有限公司；测量范围：0%～100%和-40～100 ℃；精度：±1.8%和±0.2 ℃)、表面温度计(型号：Testo905-T2；德图仪器国际贸易(上海)有限公司；测量范围：-50～350 ℃；精度：±1 ℃)

1.2 三种局部电供暖设计

1.2.1 电地暖方案设计 电地暖设计参照美国和加拿大对地暖设计标准的相关规定[10-11]，预设单位采暖功率250 W/m2，地面温度控制在25～35 ℃。结合试验猪舍实际养殖管理情况，设计地暖区域为6个猪栏，采用发热电缆采暖，每个猪栏的总面积约为18 m2，实体地面面积1.5 m×3 m=4.5 m2，在猪栏的水泥实体地面上铺设地暖，实际地暖铺设区域约为4.0 m2(除去料槽占地面积)，每头保育猪所占地暖面积为0.09～0.19 m2[10]，故设计地暖可供21～40头仔猪躺卧，符合实际需要。电地暖属于局部空间采暖，单位面积电地暖的采暖功率为250 W/m2；各猪栏分别设置温控器独立控制。

1.2.2 顶部电热板设计 顶部电热板供暖，发热体采用电热膜，选择岩棉作为保温隔热材料，电热面板由自下而上的水泥辐射板、电热膜、岩棉保温层、水泥板纤维四层组成[12-13]。面板四角有方管作为可调节高度支架，面板外部配合连接感温探头和温度控制器。感温探头安装在支架处距地面30～40 cm，位于仔猪活动区域，将区域实时温度传导给温度控制器，根据不同日龄保育猪的温度需求，合理设定温度并及时调节电热板的开闭，在供暖的同时也达到了节能环保的效果。试验中猪栏内顶部供暖电热板尺寸1.0 m×3.0 m(受猪栏现场料槽位置限制，顶部电热板有一半在实体地面上方，一半在漏缝地板上方)，安装高度为距离地面1.0 m，电热板单位面积功率为250 W/m2。

1.3 测定指标与方法

试验期间(20160105-20160130)，用二氧化碳自记仪、氨气检测仪测定舍内气体浓度，二氧化碳为连续监测，记录时间间隔是30 min，氨气为定时监测，测定时间为每天8∶00、11∶00、14∶00、17∶00，测点为X和Y(图1)，气体测定高度约1.0 m。

试验期间(20160105-20160130)，供暖措施开启。为了测定三种不同电供暖方式所在局部区域整体温湿度状况，同时为了减少临近供暖方式之间的互相影响，选择6个猪栏中中间2个南北相对的猪栏，横向等距布四点进行局部环境温湿度的测定，测点距地面1.0 m，共12个测点(A1-4、B1-4、C1-4)，其中温湿度连续监测，测定间隔为30 min/次，测点分布见图1。其中，A2、B2、C2和A3、B3、C3在供暖区域内，A1、B1、C1和A4、B4、C4在供暖区域外。

试验期间(20160105-20160111和20160120-20160130)，为了测定不同电供暖方式不同高度温度的分布状况，选择测点A1、A2、B1、B2、C1、C2所在的三种供暖方式的猪栏(测点分布见图1)，用手持仪器在猪栏内供暖区域对地面温度和距地面0.3 m、0.7 m、1.1 m高度的温湿度进行测定，测定时间为每天8:00和14:00两次，每个测点测三次，取均值。测量地面温度时，选择无仔猪躺卧供暖区地面。

试验期间(20160105-20160111和20160120-20160130)，对保温灯的温度辐射规律进行探究，主要测定保温灯所在区域地面和距地面0.3 m水平面上中心点以及中心点向外的0.2 m、0.4 m、0.6 m距离的温度特征，测定时间为每天8∶00和14∶00两次，每个测点测三次，取均值，测点见图2。

图2 红外保温灯辐射范围温度测量点布置图Fig.2 The temperature measuring points at radiation range of infrared heating lamp

1.4 数据分析

所有试验数据用Minitab 17 的“箱线图(也称为方框须线图)”进行数据筛选，剔除异常数据，保留有效数据。有效数据用SAS8.1处理，结果以“平均值±标准误”的形式表示，P<0.05为显著差异。

2 结果与分析

2.1 试验舍内环境状况

试验期间，对试验舍内的CO2和NH3浓度进行监测，结果显示，试验保育舍内CO2和NH3浓度每天波动较大，其中CO2浓度范围是4 324～7 539 mg/m3，平均浓度为5 804 mg/m3；NH3浓度波动范围是16～25 mg/m3，平均浓度为21 mg/m3。

2.2 三种供暖方式局部环境状况

2.2.1 局部环境温湿度 局部环境温湿度结果见表1。由表1知，A组测点A2和A3温度在16 ℃以上，显著高于测点A1和A4(P<0.05)；B组测点B2和B3平均比测点B1和B4的温度高2.4 ℃(P<0.05)； C组位于供暖区域内的C2和C3测点温度显著地高于在供暖区域外的测点C1和C4的环境温度(P<0.05)。测点A1、A4、B1、B4、C1、C4之间温度差异不显著(P>0.05)；在供暖区域内的测点中，测点A2、A3、B2、B3温度差异不显著(P>0.05)，而测点C2、C3温度在18 ℃左右，显著高于A组和B组供暖区域内的测点温度(P<0.05)。可见，红外灯辐射到测点1.0 m高度处的能量大于地面辐射供暖和顶部供暖辐射到该高度处的能量值。

表1 三种供暖方式局部温湿度Table 1 The local temperature and relative humidity of three heating modes

在表1中，供暖区域外的测点湿度普遍偏高，均在93%以上，湿度最高的测点C4湿度值可达到98.7%。供暖区域内的测点湿度均在80%左右，其中测点C2湿度最低。同样的，A组和B组湿度值也在走道两侧呈对称分布，C组南侧(C3、C4)的湿度均显著高于北侧(C1、C2)的湿度。

上述表明局部供暖可以显著提高猪舍局部温度，并显著降低猪舍局部湿度。

2.2.2 三种供暖方式不同高度温湿度分布规律 2.2.1中监测的三种供暖方式的温湿度为1.0 m处的温湿度，但保育猪生活范围仅为地面至0.3 m高左右。为了更好的比较三种供暖方式对仔猪活动区的供暖效果，在试验期间(20160105-20160111和20160120-20160130)，用手持仪器对保育舍三种局部供暖方式地面温度以及距地面0.3 m、0.7 m、1.1 m高度的温湿度进行测定，其中，保温灯供暖猪栏地面温度测定时，选择距离保温灯正下方的地面区域。每天8∶00和14∶00测两次，所测得数据见表2。

地面温度：电地暖>保温灯>顶部电热板，电地暖的地面温度显著地高于顶部电热板供暖的地面温度(P<0.05)。

距离地面0.3 m的温度：保温灯>顶部电热板>地暖，电地暖温度显著地低于另外两种供暖方式(P<0.05)，其中，温度最高的保温灯要比地暖高2.9 ℃。三种供暖方式的总体湿度在距地面0.3 m高度存在显著差异(P<0.05)，其中地暖湿度达到(72.6±0.6)%，而顶部电热板和保温灯湿度在65%左右。

表2 三种局部供暖方式不同垂直高度温湿度的比较Table 2 Comparison of temperature and humidity for three heating modes at different vertical height

距离地面0.7 m位置：顶部电热板温度显著高于地暖，湿度显著低于地暖(P<0.05)。距地面1.1 m位置，顶部电热板和地暖这两种供暖方式的温度和湿度差异不显著(P>0.05)。

不同供暖方式的局部环境温湿度有不同的变化规律。对地暖来说，地面温度最高，随着垂直方向高度的增加，环境温度呈平缓下降趋势；顶部电热板供暖的地面温度最高，其次是0.7 m处，距地面1.1 m温度最低；保温灯的地面温度比距地面0.3 m位置环境温度高。地暖方式在距离地面不同高度的位置湿度变化不大，范围在72.6%～73.3%，顶部电热板供暖仅在距地面1.1 m高度时湿度为72.8%左右，在距地面0.3 m和0.7 m时湿度小于65%。

2.2.3 红外保温灯辐射温度分布规律 保温灯辐射供暖时在同一水平面(地面和距离地面0.3 m)，距离中心点越远温度越低。地面上中心点、距中心点0.2 m、距中心点0.4 m、距中心点0.6 m位置的温度分别为27.1 ℃、26.0 ℃、24.9 ℃和24.1 ℃。每个位置的温度Y1与距中心点的距离X1存在线性回归关系，线性回归方程分别为Y1=-5.055X1+27.014(R12=0.9969)。

在距离地面0.3 m高的水平面上，从中心向外四个不同位置范围的温度分别为23.8 ℃、23.1 ℃、22.0 ℃和21.4 ℃。每个位置的温度Y2与距中心点的距离X2存在线性回归关系: Y2=-4.115X2+23.817(R22=0.9876)。

地面上离中心点一定距离位置的温度比0.3 m高的相应点温度都要高，温度差为2.6～3.3 ℃，存在极显著差异(P<0.01)(图3)。

图3 红外保温灯环境辐射温度规律Fig. 3 The rule of environmental radiation temperature of infrared heat lamps

当保温灯猪栏地面温度Y1=25 ℃时，根据线性回归方程Y1=-5.055X1+27.014(R12=0.9969)可得距离中心点X1=0.40 m，进而得出保温灯满足仔猪最低地面温度需求的有效面积理论值S1=π·X12=0.50 m2。因此保温灯下保育猪理论舒适躺卧区面积0.50 m2。

当保温灯距地面0.3 m高度水平面上环境温度Y2=20 ℃时，可满足仔猪的温度需求，此时根据线性回归方程Y2=-4.115X2+23.817(R22=0.9876)可得距离中心点X2=0.93 m，进而得出保温灯满足仔猪需求的热量辐射有效面积理论值S2=π·X22=2.71 m2。因此保温灯下保育猪理论舒适站立区面积2.71 m2。

3 讨 论

舍内CO2日均浓度的平均值为5 804 mg/m3，明显高于我国国家标准中CO2浓度的限定值(CO2≤1 301 mg/m3)[2]，与美国推荐的冬季CO2浓度上限值(CO2≤5 894 mg/m3)相近[14]。舍内NH3日平均浓度平均值为21 mg/m3，略高于我国保育猪舍国家标准(NH3≤20 mg/m3)[2]，比美国推荐的NH3浓度上限值(NH3≤8 mg/m3)明显偏大[14]。

地面温度：电地暖(28 ℃)>红外保温灯(26.8 ℃)>顶部电热板(25.8 ℃)，三者地面温度均在仔猪舒适的地面温度范围内(25～35 ℃)，其中电地暖的地面温度28 ℃与P. Brandt等[15]研究的电地暖的地面温度30 ℃接近，比Malmkvist 等[16]所研究的33.5 ℃的地面温度低。距地面0.3 m高度温度：红外保温灯(21.3 ℃)>顶部电热板(20.7 ℃)>电地暖(18.4 ℃)，其中电地暖所提供的温度低于保育仔猪舒适温度(20～25 ℃)。地暖产生的热量由地面向上扩散，由下到上温度逐渐降低；红外保温灯属于红外辐射供暖，地面受到红外辐射吸收部分热量，因此地面温度会比其距地面0.3 m的环境温度高。

该试验中，每栏约25头猪，电地暖供暖面积为4.0 m2/栏，每头猪的舒适躺卧区为0.16 m2；顶板电热板的供暖面积为3 m2/栏，每头猪的舒适躺卧区为0.12 m2；每台红外保温灯的理论舒适躺卧区面积为0.5 m2/栏，每栏有2台红外保温灯，每头猪的舒适躺卧区为0.04 m2。保育猪的舒适躺卧面积为0.09～0.19 m2/头。仔猪感觉到寒冷时，往往会喜扎堆，用挤聚的方式来互相取暖，保持恒定体温，猪的趴卧有利于减少热量损失，并可通过同伴间扎堆挤聚获得热量[17-19]。红外保温灯组虽然在局部空间范围能够为仔猪提供较为适宜的温度，但因保温灯辐射面积有限，不能满足猪栏内所有仔猪的需求，因此相对于其他两组会有较多的仔猪挤聚现象。有研究表明，仔猪的挤聚现象是造成仔猪死亡的主要原因之一[20-21]。红外保温灯的长期光照会影响猪只在猪栏内的分布，6至11周龄的小猪在一般情况下会选择更暗的地方(78.7%的时间在更暗的环境，平均为19小时左右)，空间里的照度增加会使猪的入住率下降，但是排便率增加[22-24]。因此红外保温灯供暖难以满足栏内猪只的躺卧需要，易发生挤聚现象，导致弱猪死亡，保育猪更倾向于选择黑暗的区域休息。就经济方面，假设为每头猪提供0.12 m2的舒适躺卧区(25头猪共3 m2躺卧区)，每栏应提供6台红外保温灯，每台红外保温灯为250 W，每栏共需要1 500 W；顶部电热板和电地暖仅需要750 W，红外保温灯耗能为顶部电热板和电地暖的2倍。

4 结 论

(1)电地暖、顶部电热板、红外保温灯三种局部供暖方式的保育猪躺卧的地面温度分别为28.0 ℃、25.8 ℃、26.8 ℃，其中地暖所提供的地面温度最高，比顶部电热板的地面温度高2.2 ℃。三种方式均能为保育猪提供舒适的地面躺卧温度。

(2)在距离地面0.3 m处，电地暖、顶部电热板、红外保温灯三种局部供暖方式的保育猪活动范围温度分别为18.4 ℃、20.7 ℃、21.3 ℃，其中保温灯猪栏的温度最高，顶板电热板提供的温度符合仔猪所需温度范围，而地暖所提供的仔猪活动范围温度低于仔猪舒适温度。

(3)每台250 W的红外保温灯可为猪只提供0.5 m2左右的舒适躺卧区，会引起栏内猪只挤聚，并且长期光照会影响栏内猪只的分布规律。

(4)在本试验所选用的保育猪舍条件下，顶部电热板相比电地暖和红外保温灯供暖综合效果更好。但是，电供暖方式的形式选择还需结合猪舍内部布局和投资及运行费用综合考虑。