架空豬床地面結構的太陽能豬舍

袁月明，呂鐵彪，姜海龍，秦貴信（吉林農業大學，長春 130118）

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架空豬床地面結構的太陽能豬舍

袁月明，呂鐵彪，姜海龍，秦貴信*
（吉林農業大學，長春 130118）

隨著規模化養豬的發展，以及追求高效益與高效率相結合的經營目標，這就必然對豬舍環境提出更高的要求。豬舍環境主要是指熱環境（舍溫和空氣相對濕度）和舍內空氣質量（CO2、NH3、H2S等有害氣體濃度）。在眾多環境因素中，溫度對于豬只的影響尤為突出。豬只除了采食、飲水、排泄和一定的活動以外，一天之中70%以上的時間以躺臥休息為主，休息區的溫度環境，尤其是地面的溫度調控極為重要。而往往由于低溫，導致疾病的流行，豬的生產性能、健康狀況和肉的品質均受到不良影響，飼料轉化率降低，從而直接導致豬場經濟效益的下降。

目前國內外學者的研究主要集中在對豬舍內小氣候環境的試驗與模擬，包括采用不同的供暖方式、通過改變豬舍建筑結構以及建筑材料等提高舍內溫度。但是對于改變豬床結構，提高豬舍的地面溫度的研究較少。本研究豬舍采用附加陽光間吸收太陽輻射，加熱附加陽光間內的空氣，熱空氣通過架空豬床地面為豬舍和豬床提供熱量，同時降低舍內的相對濕度，提高太陽能的利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗豬舍

1）試驗豬舍和對照豬舍的主體結構為：長61 m，跨度8.1 m，高3.42 m，坐北朝南，墻體結構為東西山墻厚度370 mm，南北墻厚度為240 mm，南、北墻各有23個（600×600） mm的通風窗；門在東側墻面；屋面為拱形輕鋼結構，采用雙層PE保溫膜覆蓋，冬季覆蓋巖棉保溫。

2）試驗豬舍與對照豬舍的區別為：試驗豬舍主要分成兩個部分：附加陽光間與舍體，二者由公共墻隔開。公共墻是實體墻且有通風窗，寒冷季節公共墻覆蓋保溫膜。附加陽光間為拱形輕鋼結構、寒冷季節覆蓋保溫薄膜的。試驗豬舍的舍體外墻貼60 mm厚保溫苯板，四周挖防寒溝。將豬床地面下分成28個單元，每個單元長3 500 mm，寬1 970 mm，有自己獨立的進風口、出風口和封閉的氣流通道；氣流通道由蓄熱材料（紅磚、水泥）砌成，為了保溫、防潮氣流通道的地面鋪30 mm的玻璃棉氈，因此稱這種豬床結構為架空豬床。試驗豬舍內的軸流風機安裝在進風口處，引風機安裝在出風口處。對照豬舍的地面由水泥砂漿找坡層、水泥砂漿墊層、素土夯實層組成。結構示意圖見圖1、2。

試驗豬舍和對照豬舍分別飼養了275 和325頭育肥豬，試驗豬舍的豬只躺臥位置主要集中在架空豬床的區域，對照豬舍的豬只躺臥在豬欄靠南側的位置。

建筑施工圖、結構施工圖及節點詳圖、設計說明見圖紙。

1.2 試驗設備

1）溫濕度傳感器JCJ100S

溫度測量范圍為：-40～60 ℃；

溫度測量精度為：Pt100：優于±0.5 ℃（0～50 ℃）；濕度測量范圍為：0%～100%；濕度測量精度為：±3% RH（25%～90%，23℃）。

2） 40路全隔離萬能輸入的中長圖彩色無紙記錄儀JCJF

準確度：±0.2%FS；輸入信號：電流：（4～20） mA、（0～10） mA；輸入路數 ：1～40路萬能輸入；電壓：（0～5）V、（1～5）V DC、mV信號。

3） 風機

軸流風機功率為30 W，電壓為220 V；引風機功率為40 W，電壓為220 V

圖1 豬舍結構示意圖

圖2 架空豬床地面結構示意圖

1.3 試驗方法

1.3.1 太陽能在架空豬床和豬舍加熱中的運行方式

白天，利用太陽能加熱附加陽光間內的空氣，給架空豬床地面和豬舍提供熱量，并將熱量儲存在蓄熱材料中；夜間，蓄熱材料儲存的熱量釋放出來，給架空豬床地面和豬舍提供熱量。

1.3.2 太陽能豬舍的溫濕度試驗測試

試驗分兩個階段：2011年11月25日—11月28日和2012年2月16日—2月21日對豬舍內的溫濕度進行連續的測量。2011年11月25日—11月28日為試驗豬舍與對照豬舍的對比試驗。溫室傳感器S1和D1距離舍內地面1.2 m。2012年2月16日—2月21日為試驗豬舍在軸流風機送風、引風機引風和無風機自然循環的3種不同情況下的試驗。取豬舍內中間3個豬欄作為測試對象，采用溫濕傳感器測量，數據用40路全隔離萬能輸入的中長圖彩色無紙記錄儀采集，每4 min采集并自動記錄1次。溫濕度傳感器Y3、Z3、W3距地面高度均為1.2 m，溫濕度傳感器Y2、Z2、W2是測量距進風口2 m遠的地面溫濕度，溫濕度傳感器Y1、Z1、W1是測量距進風口1 m遠的地面溫濕度。溫濕度傳感器布置圖見圖3。

圖3 傳感器布置圖

圖4 對照舍和試驗舍的溫度、相對濕度曲線

1.3.3 數據分析處理

以當天的日出、日落時間為界，將1 d分為2個時段即白天和夜晚，分別計算溫度、相對濕度的平均值、最大值、最小值、均方差等，并對試驗結果進行顯著性分析。以時間為橫坐標，溫（濕）度為縱坐標，用Microsoft Excel軟件繪制曲線圖。

2 結果與分析

2.1 試驗豬舍與對照豬舍的試驗結果與分析

試驗豬舍比對照豬舍的溫度平均高3.0 ℃，相對濕度平均降4%，兩者溫度、相對濕度差異極顯著（P＜0.01）；當舍內溫度升高1 ℃，試驗豬舍和對照豬舍濕度分別下降4%和3%，見圖4。白天試驗豬舍比對照豬舍的溫度平均高2.4 ℃；夜晚試驗豬舍比對照豬舍的溫度平均高3.2 ℃。由于風機將附加陽光間內的熱空氣通過架空豬床地面輸送到豬舍內，架空豬床內的蓄熱材料將熱量存儲下來，夜晚蓄熱材料將白天存儲的熱量釋放出來，故試驗舍舍內的溫度比對照舍高；又由于試驗豬舍的溫度提高了，故相對濕度自然下降。2011年11 月26日由于是小雪的天氣，太陽輻射量較小，故舍內溫度較低。其余3 d均為晴天，溫、濕度變化比較明顯。

2.2 3種工況的試驗結果與分析

2.2.1 試驗豬舍距離進風口2 m的地面溫度

表1和圖5試驗結果表明：白天軸流風機送風比無風機的地面溫度平均高0.7 ℃，軸流風機送風比引風機的地面溫度平均高1.5 ℃；夜晚軸流風機送風比無風機的地面溫度平均高1.1 ℃，軸流風機送風比引風機的地面溫度平均高2.9 ℃。軸流風機送風的晝夜平均溫差為1.0 ℃，引風機排風的晝夜平均溫差為2.4 ℃，無風機晝夜平均溫差為1.4 ℃。軸流風機送風在日出前溫度達到一天中最低值，隨著太陽輻射量的增加溫度升高，溫度達到最大值時持續一段時間，隨著太陽輻射量的減少，溫度開始緩慢下降，日落之后蓄熱材料持續放熱，溫度下降較慢；而無風機和引風機排風在日落之后溫度下降比軸流風機快。分析原因，第一，由于軸流風機送風比無風機風速快，帶進架空豬床地面的熱量多，儲存在蓄熱材料中的熱量就多，夜晚蓄熱材料釋放的熱量也多，所以軸流風機送風比無風機的地面溫度高，晝夜溫差小；第二，由于軸流風機送風比引風機排風的風速平均慢 0.5 m/s，熱空氣在架空豬床地面停留的時間長，蓄熱材料與熱空氣熱量交換的時間就長，故軸流風機送風比引風機排風的地面溫度高。附加陽光間內的晝夜溫差比較大，上午隨著太陽輻射量的增加溫度升高得較快，下午輻射量減小，溫度也下降很快。因此，距離進風口2 m的地面溫度受蓄熱材料蓄熱能力、太陽輻射量等因素的影響。

2.2.2 試驗豬舍距離進風口1 m的地面溫度

結果表明：白天軸流風機送風比無風機的地面溫度平均高3.6 ℃，軸流風機送風比引風機排風的地面溫度平均高3.8 ℃；夜晚軸流風機送風比無風機的地面溫度平均高6.4 ℃，軸流風機送風比引風機排風的地面溫度平均高6.9 ℃。軸流風機送風的晝夜平均溫差為2.3 ℃，引風機的晝夜平均溫差為5.4 ℃，無風機晝夜平均溫差為5.1 ℃。距離進風口1 m的地面溫度受附加陽光間溫度影響較大。白天陽光通過透光保溫薄膜射入附加陽光間內，附加陽光間內的溫度上升較快，溫度較高，軸流風機送入到架空豬床地面的熱量比無風機和引風機多，夜晚蓄熱材料將白天存儲的熱量釋放出來，軸流風機送風的地面溫度明顯高于無風機和引風機。

表1 距離進風口2 m的地面溫度

圖5 距離進風口2 m地面的溫度曲線圖

2.2.3 試驗豬舍距離地面1.2 m的舍內溫度

白天軸流風機送風與無風機的溫度均為22.1 ℃，兩者溫度差異不顯著（P＞0.05）；晚上軸流風機送風也與無風機的溫度持平，為18.8 ℃，且溫度差異顯著（P＜0.05）。軸流風機送風與無風機的晝夜平均溫差均為3.3 ℃，軸流風機送風和無風機的溫度曲線幾乎重合在一起。由于人的走動及豬只活動，舍內的空氣流動，故舍內軸流風機送風與無風機的溫度持平。

3 結論

1）試驗豬舍比對照豬舍的舍內溫度平均高3.0 ℃，舍內相對濕度平均下降了4%，說明在太陽能豬舍中采用架空豬床結構具有重要的作用；

2）在試驗豬舍，無論是距離進風口2 m還是1 m，軸流風機送風均比無風機和引風機的地面溫度高，且晝夜溫差小；舍內溫度軸流風機送風與無風機持平；因此，在試驗豬舍內軸流風機送風效果最佳。

3）架空豬床結構不但能提高豬床和豬舍的溫度，而且還能降低舍內的相對濕度，對養豬業的發展十分有利。

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*通訊作者：秦貴信：qgx@jlau.edu.cn.

收稿日期：（2016-03-05）