华南地区牧场牛舍使用隧道式通风的效果分析

凌泽晖，邹乐勤，王英群＊，梁园明，滕金枝

1 广西石埠乳业生态观光牧场有限公司，广西扶绥 532103

2 广西壮族自治区畜禽品种改良站，广西南宁 530001

3 广西科技师范学院，广西来宾 546199

0 引言

随着奶牛养殖创新理念的不断提升，现代化的产业技术和设备的迅速推广，为奶牛谋求更大福利的意识不断增强，奶牛养殖从场址选择、布局规划、工艺设计及设备选型等各方面、各环节都进行了系统的论证及创新，以更好地提高奶牛的舒适度、加快实现生产的效率化、规模的集约化。南方地区常年高温高湿，被行业认定为不适合奶牛养殖的地带[1]。依据传统奶牛的养殖模式，长期以来奶牛单产水平一直在5～7 吨之间徘徊，在很大程度上受制于环境气候的影响。为了突破该瓶颈，近些年来，“牛人们”不断地尝试各种养殖模式[2]，如设计高屋檐自然通风[3]、湿帘通风[4，5]、大通铺发酵床散放通风[6]及隧道式机械通风[7]等。以上各种设计的模式理念都围绕着解决南方地区高温高湿条件下奶牛热应激[8]、舒适度、生产性能等问题。笔者所在的广西石埠乳业生态观光牧场有限公司（简称“石埠牧场”）综合各种模式的优缺点，采用了大通铺隧道式机械接力通风散栏式饲养模式，即设计通风方向为由北向南，东西两侧密闭，形成由北至南的隧道式通风模式。现以该公司2019—2021年采用的饲养模式及运行情况进行总结分析，以供参考。

1 石埠牧场饲养模式现状

1.1 隧道式通风选址及牛舍布局、结构分析

隧道式通风牛舍对于风向、太阳照射不是很讲究，可以依据地势平整，划出一块牛舍建筑所需的场地面积。纵向依据刮粪机运行限度或机械通风的换风速度而定，横向以横向通风设计即以机械通风的换风速度而定。目前，石埠牧场成母牛舍采用横向通风，后备牛舍采用纵向通风。

成母牛舍如图1所示，成母牛1 栋牛舍横向188.0 m，纵向144.0 m；后备牛舍2 栋，规格分别为134.0 m×50.0 m和144.0 m×75.0 m。成母牛舍檐口高度为4.5 m，屋顶高度为6.5 m。后备牛舍檐口高度为4.5 m，屋顶高度第一栋为6.5 m，第二栋为9.3 m。现就牛舍的结构特点作如下分析。

图1 牛舍示意图

1.1.1 通风设计

隧道式通风设计理念就是通过单向通风，频繁更换舍内空气。在夏季热应激情况下，将在进风口安装雾化冷却的空气随着气流交换舍内的热空气，从而达到降低舍内温度的效果。从实际运行效果分析，在夏季炎热天气下，舍外太阳直射温度达到38 ℃以上，舍内通过导流风机、负压风机全速运行，及喷淋喷雾设备不间断开启，温度可控制在30 ℃左右，但在午间时段（12：00—15：00）舍内最高温度可达到35 ℃。由于舍内风速平均能达2.5 m/s，奶牛热应激反应相对较小。对于午间时段舍内出现的高温情况，可能与屋顶隔热层厚度不足及屋面安装透光瓦所造成热辐射有关。在后期建设的后备牛舍通过加厚隔热层及不加装透光瓦，其舍内温度明显可控制在30 ℃左右。

1.1.2 牛舍屋面坡度

隧道式通风牛舍屋面坡度较传统牛舍屋面低，降至10%，可提高空气的流通速度，避免热空气回旋及有效地将风力集中在奶牛活动区域，带走奶牛散发出的热量。

1.1.3 牛舍设计

建设大通铺牛舍，各个阶段的牛只所处栏舍间隔短，上挤奶台行走距离短、较传统分隔开的牛舍减少了上挤奶台时的热应激，同时也便于奶牛分群。

1.1.4 机械通风

隧道式通风需机械持续送风抽风，保持持续风力稳定，可有效防止蚊蝇栖息，减少蚊蝇对奶牛采食及躺卧休息的干扰，提高奶牛舒适度、采食量，进而提高产奶量。

1.2 节约建筑成本

与传统的大跨度牛舍相比，取消了牛舍顶部钟楼式的排气口；屋面坡度由传统牛舍设计的20%～25%降至10%；牛舍顶部高度比原传统牛舍设计11.0 m降至8.0 m左右；牛舍联排之后比传统独栋牛舍减少立柱，相应减少立柱基础。

以上牛舍结构的改变较传统牛舍，从钢材用量、土建工程可直接减少材料费用及建造费用。同时与传统独栋牛舍相比，需每栋间有一定的间隔距离比，节省了占地面积及用地成本。

1.3 风机投入数量、成本及风机耗能

牛舍封闭后，采用隧道式通风的形式，将两侧面密闭。牛舍内气流主要依靠负压风机和导流风机来传送，以达到降温并舒适的恒温效果，这是与自然式通风牛舍最大的区别。据测算，存栏1 800 头成母牛的隧道式通风牛舍负压风机84 台，导流风机98 台。日常运营成本测算如下。

隧道通风负压风机年工作情况如表1所示，隧道式通风可以根据气候及室内温度变化，变频智能调节风机启动数量，可以有效降低能耗。其中4—10月，牛舍温度均在16 ℃以上，开启全部数量的负压风机，其他月在满负荷和半负荷风机运转，全年总耗能为1 304 886 kw·h。

表1 隧道通风负压风机年工作情况表

隧道通风导流风机年工作情况如表2所示，隧道式通风可以根据气候及室内温度变化，变频智能调节98 台导流风机的功率，从而降低能耗。其中11至次年2月气温较低，以中功率模式为主，部分时间能开启低功率模式，4—10月以大功率模式为主，部分时间开启中功率模式，能主动降低全年总耗能。

表2 隧道通风导流风机年工作情况表

综上，按照电费0.38 元/度计，负压风机年耗电金额为49.6 万元，导流风机年耗电金额为60.3 万元。隧道式机械通风年总耗电成本为109.9 万元。单只奶牛日均耗电费为1.88 元。

两者舵的使用情况见图6和图7，可很直观地看出，使用指数函数修饰的控制器进行航向控制时，动舵幅度较模糊控制小很多，通过使用MATLAB进行计算可以得到，图6的平均舵角为1.94°，图7的平均舵角为2.27°，平均舵角下降了0.33°，降幅约为15%,而舵的使用情况在一定程度上可反映出船舶能量的消耗，以及船舶营运过程中船员的舒适感。所以,使用指数函数修饰的航向保持控制器，不仅能够降低能源的消耗，而且还在一定程度上改善船员的工作生活环境。

2 效果分析及改善建议

2.1 防暑降温效果

2.1.1 优势

隧道式通风牛舍在夏季热应激条件下，能有效通过雾化冷却入口热空气，并快速流通以调节牛舍内温湿度，以适合奶牛的日常生活环境，对提高奶牛舒适度、采食量、产奶量及降低疾病发生率有很大帮助。

2.1.2 劣势

由于屋顶隔热棉厚度不足，致夏季午间舍内温度达到35 ℃，建议通过更换屋面透光瓦或在整个牛舍屋面喷涂防晒漆，减少热辐射。同时，在午间湿度较低时段增加舍内喷雾开启时间，快速冷却舍内空气温度。

2.2 粪污处理效果

2.2.1 优势

启用自动化刮粪系统，其具有定时、高效、零伤害等优点，可保证牛舍清洁卫生，牛体卫生，从而降低牛群乳房炎、肢蹄病等发病率。奶牛排泄粪尿通过自动化刮粪系统刮至粪污沟，再经过粪污回冲系统将粪污回冲至集污池，再将粪污抽入厌氧塔进行厌氧发酵，随后产生的沼气、沼液、沼渣，其中沼液和沼渣进入固液分离系统进行固液分离，产生的固体部分通过沼气烘干系统进行烘干，用于奶牛卧床垫料，或制作有机肥；液体部分进行氧化塘爆氧，用于浇灌牧草、青贮玉米种植地及周边甘蔗种植地等；经厌氧塔发酵产生的沼气进入烘干系统烘干粪渣作为牛床垫料。

2.2.2 劣势

2.3 生产管理效果

牧场通过采用智能化GEA-Dairyplan牛群管理系统、一牧云牧场管理系统及督保乐牛群发情健康监控管理系统等在各生产环节采集牛群实时在线采食、运动、挤奶及舍内温控变化等数据信息，实现牧场生产管理的智能分析、智能预警、智能决策，过程可视透明化、质量管控数字化、成本控制精细化、专家在线指导化等，为牧场生产提供精准化饲养管理，全面提升牧场生产效率，降低运营成本，提高源奶质量，实现牧场效益最大化。