垂直置換通風豬舍的環境控制分析

周洋

（廣東華農溫氏畜牧股份有限公司，廣東云浮 527400）

隨著國內現代化養豬水平的不斷提高，豬舍的更新換代，對豬舍內環境精準控制的需求不斷增大，其中通風系統已經成為一個非常重要的組成部分。養豬行業的快速發展，也迫使豬場獸醫不斷地擴大關注點，包括疾病、營養、育種、生物安全、飼養管理、通風系統、豬舍結構以及建筑材料等。本文重點探討密閉式豬舍垂直置換通風系統的控制思路。

1 垂直置換通風基本原理

垂直置換通風技術最早源于歐洲，近幾年才在國內豬舍中應用。其原理是基于豬舍內存在的熱源而引發的自然空氣對流，主要以氣流無脈沖涌動、空氣自熱源由下向上、空氣流速極低以及空氣溫度逐漸分層為標志。

新鮮的空氣從豬舍地面外的通風口進入，然后通過豬舍走道的漏縫板進入舍內，因與室內空氣溫度有溫差，冷空氣進入室內后會逐漸下沉接近于地面，在地面上形成一層由新鮮空氣組成的“空氣湖”。這里有一個關鍵點，豬舍單元欄板的高度不宜超過1 m，過高的欄板將阻礙新鮮空氣翻過欄板進入豬舍，或者可以如圖1，欄板上部20 cm處無遮擋，即保證了整體高度，又可以使新鮮空氣順利進入豬群生活空間。因豬體本身是一個熱源，在熱源的作用下熱源周圍形成浮力尾流，帶走熱量，也將渾濁的空氣帶到豬舍上方，由屋頂的風機排出。新鮮空氣的進入、熱空氣的上升、風機的抽吸，三種“力量”的共同作用使新鮮的空氣層不斷向上推動舊的空氣層，同時將豬體產生的熱量和渾濁氣體擠壓到豬舍頂部[1-3]。因此，新鮮空氣首先是經過豬的生活空間（高度小于1 m），這樣就可以保證豬群處于一個相對清潔的空氣環境中。

2 智能環控系統

在現代化的豬舍中，通風系統是整合到智能環控系統中的（如圖2）。整個控制系統中有兩個控制設備：一個是通風系統，另一個是加熱系統。環境數據監測模塊包括4個：溫度傳感器、濕度傳感器、有害氣體傳感器、通風量傳感器。單元控制器是智能環控設備的中央大腦，它根據各個傳感器收集到的數據，以及設置好的參考值作為基準線，對各個環境參數的偏離通過兩個控制設備進行調整，使整個內環境維持一個動態的平衡，最終目的讓豬群處于一個舒適的生活環境內。

圖1 豬舍過道漏縫板

3 傳感器及環控參數

3.1 傳感器的位置確定

因為垂直置換通風豬舍內的空氣是分層的，冷空氣在最底層，熱空氣在最上層，舍內的空氣溫度是由低向高不斷增加，呈垂直遞增。將傳感器安裝在正確的位置可能很困難。理想情況下，傳感器應該能夠記錄豬群躺臥區域的溫度，因此要做到這一點，必須將傳感器安裝在豬躺臥區域等高的水平位置。然而，在這個位置，傳感器需要得到極好保護，否則傳感器將被豬群破壞。考慮到豬對傳感器的破壞，因此應將傳感器安裝在豬躺臥區域上方盡可能靠近豬但又可以防止豬接觸到的水平位置。溫度傳感器不應安裝在任何來自通風口的進氣或加熱設備影響的區域。在生產性能差的豬舍中，一個常見的問題是溫度傳感器安裝位置過高。

圖2 環控系統模塊

3.2 舍內有害氣體參數標準

需要設置傳感器的相關環境參數。首先傳感器的濕度參數設置在50%～70%，這個區間可以滿足豬群的正常生長需求。對于豬舍濕度，在南方地區不需要其他干預措施，便可以維持需要的濕度。其次是有害氣體參數，豬舍內主要檢測二氧化碳和氨氣含量，參考《規模豬場環境參數及環境管理》 （GB/T 17824.3-2008）。在養殖實踐中一般檢測到的二氧化碳含量是超過國標的，大約維持在1 000～1 500 ppm；氨氣濃度是在國標上限之下，大約維持在4～15 ppm。但有一個特殊情況，使用石灰粉在空欄期進行消毒時，氨氣含量會升高至20～25 ppm，有時甚至更高[4]。

3.3 豬群生長曲線的制定

垂直置換通風是一套精準的通風系統，尤其是應用到豬舍建筑中，通風量的確定是關鍵步驟，從仔豬斷奶到育肥出欄這個階段，豬只的體重每天都在發生變化，通風量必將也是一個變化的量。溫度和最小通風量的參數在豬只的生長過程中不是一個恒定的量，是會隨著豬群體重的增加而改變，即隨著生長曲線的變化而變化，其計算公式為：每頭豬每小時最小換氣量（m3/h）=（體重×0.35 m3/kg）/時間（t）。豬群的生長曲線被劃分為7個節點，每個節點根據豬群的平均體重來設置所需的溫度和通風量，如表1所示。

表1 豬群生長 （溫度/最小通風量）曲線

豬舍內溫度是一個主要控制參數，當實際溫度低于設置值時，變頻加熱系統會根據溫度差值和帶寬值的差值進行變頻加熱，對進風口進來的新鮮空氣進行預熱處理，以提高進風溫度；當實際溫度超過設置值時，變頻風機會根據溫度差值和帶寬值來增大通風量，排出多余的熱量。溫度是主要的控制參數，有些養豬場并沒有將有害氣體參數的控制和變頻風機關聯，只是檢測和記錄數據。其主要因素：一是現在還不確定二氧化碳和氨氣濃度對豬群的確切影響，且目前傳感器輸出的數據均低于標準上限；二是多因子控制系統將帶來能耗和成本的增加，當前養殖企業面臨的壓力主要還是來自養殖成本。養殖企業也在不斷考慮和研究有害氣體的控制成本與養殖效益之間的合適處理方式。

3.4 通風系統關鍵點的控制

保證垂直通風系統良好運轉，還要考慮以下兩個關鍵點：一是豬舍內的密封性是否良好，主要涉及門窗和吊頂。如果豬舍內有漏風的地方，漏風處的氣流進入舍內不僅會干擾室內空氣的流動交換，而且賊風吹到豬群，影響健康狀況。豬舍吊頂在外墻風機的作用下，形成負壓空間，如果密封不好，導致外墻風機需要加大功率才能形成所需負壓，排出舍內的空氣，造成成本浪費。二是合理的進風速度。通風口的進風速度會影響新鮮空氣進入豬舍后在豬舍內的流動方向和速度。地道通風口外需考慮建造外墻，并在外墻上設置換氣窗，使空氣從換氣窗進入，可以起到緩沖風速的作用。進風量的大小重點考慮最少進風量，最少進風量是以最低通風量為底線。通風量是根據豬群的生長曲線計算的，它隨著豬群的生長和體重的增加不斷地增大。假設保育—育肥舍存欄400頭、平均體重7 kg的豬。按照參考文獻[5]上的最低換氣量0.35 m3/kg·h，可以計算出該棟豬舍每小時的換氣量=400頭×7 kg×0.35 m3/kg=980 m3/h。每小時的最小進風量必須超過980 m3/h，換算每秒鐘即0.27 m3/s。假設通風口的進風速度不超過0.3 m/s，這樣所需的最低進風口面積為0.27 m3÷0.3 m/s=0.9 m2。也就是需要保證通風口有一個合適的面積和進風速度，才能保證通風系統正常運轉的需要，進氣量需要大于排氣量。

4 豬舍的隔熱系數

在應用垂直置換通風的豬舍中，建筑物的隔熱性扮演著一個重要的角色。豬群是豬舍內主要的熱量來源，按照設定的溫度參數，當室內溫度超過設置值，變頻風機會增大通風量排出。如果豬舍建筑材料導熱系數過高，在冬季，豬舍內一部分熱量會被建筑材料所吸收傳遞，這樣就需要加熱系統提供額外的熱量來彌補這些損耗，必然導致能耗成本增加；在夏季，建筑物材料會吸收外界的熱量，導致舍內的溫度升高，這樣就需要通風系統增大通風量來排出多余的熱量，這也必然導致能耗成本的增加。在選擇建筑材料時，可以參考《公共建筑節能設計標準》 （GB 50189-2015）。

[1]常茹,于齊東.置換通風的工程應用難點分析 [J].建筑熱能通風空調,2011,30(6):92-94.

[2]穆振英,刁乃仁,由世俊.置換通風系統送風設計參數的確定[J].天津大學學報,2010,43(12):1123-1130.

[3]崔光潤,訾春波.垂直置換通風技術在豬舍中的應用 [J].豬業科學,2016,33(8):90-91.

[4]王美芝,吳中紅,劉繼軍,等.豬舍有害氣體及顆粒物環境參數研究綜述[J].豬業科學,2016,33(3):34-36.

[5]劉繼軍.家畜環境衛生學 (精簡版)[M].北京:中國農業出版社,2016.