封闭式猪舍通风系统技术与产品

舒宇颉，肖石军

（江西农业大学省部共建猪遗传改良与养殖技术国家重点实验室，江西 南昌 330045）

集约化、标准化、现代化是生猪稳产保供的根本保障。集约化养猪环境控制条件和水平直接影响生产效率和生产成本。非洲猪瘟常态化以来，便于生物安全体系管控的封闭式猪舍成为新式猪舍发展方向，对猪舍通风、温控、空气质量等重要生产环境因素提出了新要求，在很大程度上影响产能和规模。河北省承德市猪场新建猪舍调查结果显示相比于2016年，2020年的有窗封闭式猪舍建筑数量明显增加，且配有通风降温设施的猪场数量增加了17.74%[1]。猪舍中环境控制需要兼顾通风、控温、空气质量等因素，其中通风系统需要从冬季供暖通风和夏季降温这两方面进行综合考虑[2]，以高效低成本为主体设计方向。猪舍的空气流动需要结合猪舍温度和相对湿度进行考虑，对猪只而言，过高或过低的圈内气流速度都会显著影响其生长发育[3]。目前，国内规模化生猪养殖中，通风系统存在着设施设备简陋、环境控制能力差等缺陷。通风系统设计的不科学不合理导致猪只生长环境、福利变差[4]，同时还有健康状态和采食量下降等问题。

为解决以上难点，本文综述了国内外猪舍通风系统设计特点及其发展现状，介绍各类通风方式及其工作原理、典型通风系统类型、通风系统的生物安全等。为规模化猪舍环境控制、通风需求设计提供参考与借鉴。

1 国内外通风系统研发应用现状

1.1 国外现状

国外畜牧养殖业对通风系统研发较早，有比较成熟的研究成果，研发了配套技术设备，建立了一系列较为规范的通风系统技术体系，改善了养殖场内通风条件，提高生产效益的同时，也保障了动物福利。

20世纪90年代末，美国麦克雷蒙博士等发明了Airworks猪舍通风系统，为猪舍通风带来了变革。美国Park等开发了模拟通风对猪舍空气质量影响的模型[5]，研究了冬季的几种通风方案，发现不同的通风再循环比例，会影响舍内空气质量和总运营成本，且再循环过滤通风比坑式通风成本更低。该研究为设计通风系统中的空气再循环比例提供了重要参考。Michele Costantini在欧盟大规模实施猪舍设施空气净化技术（湿酸洗涤器）对猪舍环境影响[6]。结果表明，猪舍废气中氨气浓度降低了70%，而且废气中的颗粒物、有机物等有害气体得到有效处理，湿酸洗涤器对NH3的减排效果显著，该研究为通风系统中的空气过滤方法提供重要的创新思路。

1.2 国内现状

国内关于在畜禽养殖业通风系统的研究和应用相对较晚，但发展迅速，探索建立了不同气候、温湿度等应用模式，有力保障了畜牧业持续快速发展。宁芳芳等研究了光触媒空气净化器对猪舍中空气质量及猪只生产性能的影响[7]，进一步验证了空气过滤在通风中的重要性。解天等以垂直通风育肥猪舍为研究对象[8]，采用CFD对影响猪舍热环境质量的气流场和温度场进行了模拟，分析了舍内气流轨迹、猪只和饲养员呼吸高度处的气流速度与温度、气流速度和温度的相关性，并进行模拟验证，该研究为猪舍通风优化和舍内环境调控提供了重要理论依据。白洪杰等通过猪舍环境研究建筑（SERB）软件对猪舍环境监测数据进行分析[9]，对照组猪舍通风方式为负压通风，试验组为过滤式垂直立体通风系统，结果表明，使用过滤式垂直立体通风系统能显著的提升舍内空气质量，提高猪只抗体水平，降低死亡率。

2 猪舍通风类型

规模化生猪养殖中主要的通风方式有自然通风与机械通风两大类。其中机械通风按照压差的不同可以分为正压通风和负压通风两类。

2.1 自然通风

自然通风是利用猪舍内外自然形成的风压或热压，使猪舍内空气流动。自然通风系统在较早的开放式和半开放式猪舍中应用较多[10]，图1为传统的单斜面屋顶猪舍中的自然通风，其通风原理简单，根据通风需求来调整前部活板以控制气流的进出量[11]。

图1 单斜面屋顶猪舍气流图

2.2 机械通风

机械通风是指利用风机等机械强制使猪舍内外空气进行交换[12]。机械通风通常有正压通风和负压通风两类。

2.2.1 正压通风。正压通风是将过滤后的空气吹进舍内，使舍内气压高于舍外，舍内空气因内外压差被压出排气口来达到换气目的。正压通风系统的优点是未过滤空气进入舍内的风险小，气密性要求低；其缺点是能耗相对高，对风机动力要求较高。目前国内的正压通风系统中，风机运行大都通过舍内外温度变化来控制，舍内外静压差难以保持。图2所示空气过滤机组由舍内外气压控制，以保证稳定静压差，各单元风阀及带风阀的烟囱随温度变化来调节风阀功率，从而调节每个单元的通风量。这样既可以保证舍内安全，又可以基于每个单元的具体情况调节通风量。

图2 单元式正压通风系统图

2.2.2 负压通风。负压通风是通过风机抽出舍内空气使其达到负压状态，舍外空气被压入舍内，负压通风系统需在进风口安装空气过滤器，如图3。负压通风系统的优点在于易改造，便捷造价低；其缺点在于安全性较差，对猪舍气密性要求高。

图3 负压通风系统示意图

负压通风也是目前使用最多的通风模式，可分为隧道通风、阁楼通风、垂直通风等。负压通风设计时要注意两点，一是在负压通风系统中增加空气过滤装置，会增加通风阻力，导致猪舍内外静压差增大，静压差过大不仅会降低风机运行效率，而且会增加未过滤的空气通过猪舍缝隙进入舍内的风险。二是需要防止风机的倒流，可以在负压系统中加入防倒流百叶或在风机外罩布袋。

3 典型通风系统简介

3.1 Airworks通风系统

Airworks猪舍通风系统是20世纪90年代末由美国华特希尔公司的雷蒙两兄弟总结多年养猪经验研发的新型通风系统。Airworks系统改变了传统的通风模式，兼顾了保温与通风，最大的特点是节约建筑面积和节能。

Airworks通风系统是垂直通风的一种改良模式，其优点在于风程短，没有死角，能时刻保持全猪舍新鲜空气。其工作原理图如图4，外界空气由阁楼处进入舍内（蓝色标识），废气从猪舍漏缝地板处被抽走（红色标识）。Airworks系统在夏季需降温时，通风装置将风直接精准地吹在猪身上，可有利于降低猪的体感温度；在冬季保温时，猪舍采用全封闭式设计，并使用大量保温材料，即有利于冬天保温，也可节约取暖能源。

图4 Air Works通风系统原理图

相对于传统的水平通风模式，Airwork垂直通风模式最大优点是：猪舍内无粉尘，粉尘被负压抽到粪坑，保护猪只不易患上呼吸道疾病；猪舍粪可以直接漏到粪坑下，不用人工清扫，猪只不易得肠道疾病。

3.2 靶向通风系统

靶向通风系统是适应近年来南方水网地区发展楼房养猪通风研发的一种通风系统，在解决南方地区夏季降温与冬季通风取暖冲突问题效果明显，靶向通风可以使有害废气以最短风程、最快速度排出舍外。靶向通风系统的主要特点是风程短，可将新鲜空气垂直精准吹到猪只身上，兼具除臭除尘效果。该通风模式可解决冬季通风取暖矛盾，且夏季通风成本低，操作简单[13]。

3.2.1 靶向通风功能及组成。靶向通风系统主要特点：均匀送风。无论何时何地风速均保持稳定，消除近端无风、远端风多的问题；均匀排风。利用地沟排风，确保排风量与送风量一致，实现自动控制以达到均匀排风目的；节能和降温。靶向通风系统可实现降温、除臭、热回收三大功能。其通风方向示意图如图5所示。

图5 靶向通风方向示意图

3.2.2 靶向通风在楼房猪舍中的应用。2018年非洲猪瘟在我国大范围流行成常态以来，受土地政策、疫情管控等综合影响，楼房养猪蔚然成风，据不完全统计，2019年～2021年楼房养猪新增产能5 000万头以上。由于楼房养猪密度大，对通风要求更高，并且需要进行除臭和空气过滤，所以靶向通风系统更契合楼房式猪舍。靶向通风在楼房猪舍中的优势在于通风量小且风程短，使用的空气过滤墙面积减小，可降低运营成本。

靶向通风的通风量是纵向通风的1/8左右，在均匀送风系统和均匀吸风系统作用下，可以在小通风量情况下，使得风程最小（相对纵向通风缩短6～8倍）。楼房猪舍中使用靶向通风可实现猪舍内热量少累加，确保舍内前后端无温差，且每个单元通风、温度均匀。

4 猪舍通风设计一般原则

猪舍内换气量由不同类型猪舍的气候环境和实际生产需求而制定不同换气参数，见表1[14]。

表1 各类猪舍通风设计参数

5 通风系统中的生物安全问题

以应用广泛的负压通风为例，该通风模式下生物安全方面的缺陷包括：在负压通风模式中，猪舍相对外界有一定真空度，除进气口外的舍内结构需保证完全封闭，否则舍外空气会通过缝隙进入舍内，其中的细菌、病毒等会对猪生物安全产生威胁。猪舍跨度较大时，空气分层、温度及速度不均匀。进口处仅有湿帘降温，没有针对性过滤、净化。舍内相邻栏内猪只可接触，生物安全难以保证。

解决生物安全问题主要思路包括以下三方面。“严进”，舍外空气在进气口处进行净化过滤处理，将细菌、病毒隔断在舍外，之后再使用紫外灯照射[15]，以完成对空气的二次杀菌过滤。“宽出”，舍内使用微正压气压条件，可使舍外空气无法进入舍内造成污染。“优技”，采用垂直通风模式，使舍内空气定向流动，废气由地沟排出。舍内空气可以使用光触媒技术[16]，该方法不仅可以降解氨气及粉尘颗粒，阻止气溶胶产生，还能减少排出舍外污染物对环境影响。

6 讨论

不同的通风模式适用不同的养殖环境，传统的纯自然通风模式不能达到精确控制舍内温湿度以及通风量的目的，现在规模化猪舍通风设计中已很少使用。现代规模化猪场多为封闭式猪舍，且分为有窗和无窗两种形式，前者采用机械式与自然综合通风模式，弥补自然通风的不足，成本较低；后者则采用全机械式通风模式，前期设备投入增加且维护成本相对高，但其便于保障猪只各个生长阶段所需的最适小气候环境，国内新建猪舍大都选用这类模式。随着通风技术的不断发展，更智能、更符合生产需求的通风产品和技术模式在不断研发，将为不同生产规模、不同投资规模、不同气候特点、不同生产群体等提供更多通风模式选择。

（致谢：感谢黄路生院士对本文写作思路、案例选择的指导以及论文的修改建议。）