架空豬床地面結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能豬舍

袁月明，呂鐵彪，姜海龍，秦貴信（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)春 130118）

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架空豬床地面結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能豬舍

袁月明，呂鐵彪，姜海龍，秦貴信*
（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)春 130118）

隨著規(guī)?；B(yǎng)豬的發(fā)展，以及追求高效益與高效率相結(jié)合的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，這就必然對(duì)豬舍環(huán)境提出更高的要求。豬舍環(huán)境主要是指熱環(huán)境（舍溫和空氣相對(duì)濕度）和舍內(nèi)空氣質(zhì)量（CO2、NH3、H2S等有害氣體濃度）。在眾多環(huán)境因素中，溫度對(duì)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(dòng)以外，一天之中70%以上的時(shí)間以躺臥休息為主，休息區(qū)的溫度環(huán)境，尤其是地面的溫度調(diào)控極為重要。而往往由于低溫，導(dǎo)致疾病的流行，豬的生產(chǎn)性能、健康狀況和肉的品質(zhì)均受到不良影響，飼料轉(zhuǎn)化率降低，從而直接導(dǎo)致豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的下降。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在對(duì)豬舍內(nèi)小氣候環(huán)境的試驗(yàn)與模擬，包括采用不同的供暖方式、通過(guò)改變豬舍建筑結(jié)構(gòu)以及建筑材料等提高舍內(nèi)溫度。但是對(duì)于改變豬床結(jié)構(gòu)，提高豬舍的地面溫度的研究較少。本研究豬舍采用附加陽(yáng)光間吸收太陽(yáng)輻射，加熱附加陽(yáng)光間內(nèi)的空氣，熱空氣通過(guò)架空豬床地面為豬舍和豬床提供熱量，同時(shí)降低舍內(nèi)的相對(duì)濕度，提高太陽(yáng)能的利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)豬舍

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

2）試驗(yàn)豬舍與對(duì)照豬舍的區(qū)別為：試驗(yàn)豬舍主要分成兩個(gè)部分：附加陽(yáng)光間與舍體，二者由公共墻隔開(kāi)。公共墻是實(shí)體墻且有通風(fēng)窗，寒冷季節(jié)公共墻覆蓋保溫膜。附加陽(yáng)光間為拱形輕鋼結(jié)構(gòu)、寒冷季節(jié)覆蓋保溫薄膜的。試驗(yàn)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(gè)單元，每個(gè)單元長(zhǎng)3 500 mm，寬1 970 mm，有自己獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)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(jié)構(gòu)為架空豬床。試驗(yàn)豬舍內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)風(fēng)口處，引風(fēng)機(jī)安裝在出風(fēng)口處。對(duì)照豬舍的地面由水泥砂漿找坡層、水泥砂漿墊層、素土夯實(shí)層組成。結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1、2。

試驗(yàn)豬舍和對(duì)照豬舍分別飼養(yǎng)了275 和325頭育肥豬，試驗(yàn)豬舍的豬只躺臥位置主要集中在架空豬床的區(qū)域，對(duì)照豬舍的豬只躺臥在豬欄靠南側(cè)的位置。

建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖及節(jié)點(diǎn)詳圖、設(shè)計(jì)說(shuō)明見(jiàn)圖紙。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1）溫濕度傳感器JCJ100S

溫度測(cè)量范圍為：-40～60 ℃；

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

2） 40路全隔離萬(wàn)能輸入的中長(zhǎng)圖彩色無(wú)紙記錄儀JCJF

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

3） 風(fēng)機(jī)

軸流風(fēng)機(jī)功率為30 W，電壓為220 V；引風(fēng)機(jī)功率為40 W，電壓為220 V

圖1 豬舍結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 架空豬床地面結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 太陽(yáng)能在架空豬床和豬舍加熱中的運(yùn)行方式

白天，利用太陽(yáng)能加熱附加陽(yáng)光間內(nèi)的空氣，給架空豬床地面和豬舍提供熱量，并將熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱材料中；夜間，蓄熱材料儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)，給架空豬床地面和豬舍提供熱量。

1.3.2 太陽(yáng)能豬舍的溫濕度試驗(yàn)測(cè)試

試驗(yàn)分兩個(gè)階段：2011年11月25日—11月28日和2012年2月16日—2月21日對(duì)豬舍內(nèi)的溫濕度進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量。2011年11月25日—11月28日為試驗(yàn)豬舍與對(duì)照豬舍的對(duì)比試驗(yàn)。溫室傳感器S1和D1距離舍內(nèi)地面1.2 m。2012年2月16日—2月21日為試驗(yàn)豬舍在軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)、引風(fēng)機(jī)引風(fēng)和無(wú)風(fēng)機(jī)自然循環(huán)的3種不同情況下的試驗(yàn)。取豬舍內(nèi)中間3個(gè)豬欄作為測(cè)試對(duì)象，采用溫濕傳感器測(cè)量，數(shù)據(jù)用40路全隔離萬(wàn)能輸入的中長(zhǎng)圖彩色無(wú)紙記錄儀采集，每4 min采集并自動(dòng)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(cè)量距進(jìn)風(fēng)口2 m遠(yuǎn)的地面溫濕度，溫濕度傳感器Y1、Z1、W1是測(cè)量距進(jìn)風(fēng)口1 m遠(yuǎn)的地面溫濕度。溫濕度傳感器布置圖見(jiàn)圖3。

圖3 傳感器布置圖

圖4 對(duì)照舍和試驗(yàn)舍的溫度、相對(duì)濕度曲線

1.3.3 數(shù)據(jù)分析處理

以當(dāng)天的日出、日落時(shí)間為界，將1 d分為2個(gè)時(shí)段即白天和夜晚，分別計(jì)算溫度、相對(duì)濕度的平均值、最大值、最小值、均方差等，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯著性分析。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，溫（濕）度為縱坐標(biāo)，用Microsoft Excel軟件繪制曲線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)豬舍與對(duì)照豬舍的試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)豬舍比對(duì)照豬舍的溫度平均高3.0 ℃，相對(duì)濕度平均降4%，兩者溫度、相對(duì)濕度差異極顯著（P＜0.01）；當(dāng)舍內(nèi)溫度升高1 ℃，試驗(yàn)豬舍和對(duì)照豬舍濕度分別下降4%和3%，見(jiàn)圖4。白天試驗(yàn)豬舍比對(duì)照豬舍的溫度平均高2.4 ℃；夜晚試驗(yàn)豬舍比對(duì)照豬舍的溫度平均高3.2 ℃。由于風(fēng)機(jī)將附加陽(yáng)光間內(nèi)的熱空氣通過(guò)架空豬床地面輸送到豬舍內(nèi)，架空豬床內(nèi)的蓄熱材料將熱量存儲(chǔ)下來(lái)，夜晚蓄熱材料將白天存儲(chǔ)的熱量釋放出來(lái)，故試驗(yàn)舍舍內(nèi)的溫度比對(duì)照舍高；又由于試驗(yàn)豬舍的溫度提高了，故相對(duì)濕度自然下降。2011年11 月26日由于是小雪的天氣，太陽(yáng)輻射量較小，故舍內(nèi)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(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 試驗(yàn)豬舍距離進(jìn)風(fēng)口2 m的地面溫度

表1和圖5試驗(yàn)結(jié)果表明：白天軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無(wú)風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高0.7 ℃，軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高1.5 ℃；夜晚軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無(wú)風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高1.1 ℃，軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高2.9 ℃。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)的晝夜平均溫差為1.0 ℃，引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的晝夜平均溫差為2.4 ℃，無(wú)風(fēng)機(jī)晝夜平均溫差為1.4 ℃。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)在日出前溫度達(dá)到一天中最低值，隨著太陽(yáng)輻射量的增加溫度升高，溫度達(dá)到最大值時(shí)持續(xù)一段時(shí)間，隨著太陽(yáng)輻射量的減少，溫度開(kāi)始緩慢下降，日落之后蓄熱材料持續(xù)放熱，溫度下降較慢；而無(wú)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)排風(fēng)在日落之后溫度下降比軸流風(fēng)機(jī)快。分析原因，第一，由于軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無(wú)風(fēng)機(jī)風(fēng)速快，帶進(jìn)架空豬床地面的熱量多，儲(chǔ)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(fēng)機(jī)送風(fēng)比無(wú)風(fēng)機(jī)的地面溫度高，晝夜溫差??；第二，由于軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的風(fēng)速平均慢 0.5 m/s，熱空氣在架空豬床地面停留的時(shí)間長(zhǎng)，蓄熱材料與熱空氣熱量交換的時(shí)間就長(zhǎng)，故軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的地面溫度高。附加陽(yáng)光間內(nèi)的晝夜溫差比較大，上午隨著太陽(yáng)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(jìn)風(fēng)口2 m的地面溫度受蓄熱材料蓄熱能力、太陽(yáng)輻射量等因素的影響。

2.2.2 試驗(yàn)豬舍距離進(jìn)風(fēng)口1 m的地面溫度

結(jié)果表明：白天軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無(wú)風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高3.6 ℃，軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的地面溫度平均高3.8 ℃；夜晚軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無(wú)風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高6.4 ℃，軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的地面溫度平均高6.9 ℃。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)的晝夜平均溫差為2.3 ℃，引風(fēng)機(jī)的晝夜平均溫差為5.4 ℃，無(wú)風(fēng)機(jī)晝夜平均溫差為5.1 ℃。距離進(jìn)風(fēng)口1 m的地面溫度受附加陽(yáng)光間溫度影響較大。白天陽(yáng)光通過(guò)透光保溫薄膜射入附加陽(yáng)光間內(nèi)，附加陽(yáng)光間內(nèi)的溫度上升較快，溫度較高，軸流風(fēng)機(jī)送入到架空豬床地面的熱量比無(wú)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)多，夜晚蓄熱材料將白天存儲(chǔ)的熱量釋放出來(lái)，軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)的地面溫度明顯高于無(wú)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。

表1 距離進(jìn)風(fēng)口2 m的地面溫度

圖5 距離進(jìn)風(fēng)口2 m地面的溫度曲線圖

2.2.3 試驗(yàn)豬舍距離地面1.2 m的舍內(nèi)溫度

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

3 結(jié)論

1）試驗(yàn)豬舍比對(duì)照豬舍的舍內(nèi)溫度平均高3.0 ℃，舍內(nèi)相對(duì)濕度平均下降了4%，說(shuō)明在太陽(yáng)能豬舍中采用架空豬床結(jié)構(gòu)具有重要的作用；

2）在試驗(yàn)豬舍，無(wú)論是距離進(jìn)風(fēng)口2 m還是1 m，軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)均比無(wú)風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的地面溫度高，且晝夜溫差??；舍內(nèi)溫度軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)與無(wú)風(fēng)機(jī)持平；因此，在試驗(yàn)豬舍內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)效果最佳。

3）架空豬床結(jié)構(gòu)不但能提高豬床和豬舍的溫度，而且還能降低舍內(nèi)的相對(duì)濕度，對(duì)養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展十分有利。

參考文獻(xiàn)

［1］ 高增月，盧朝義，趙書(shū)廣.豬舍溫度控制技術(shù)應(yīng)用的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（S2）：75-78.

［2］ 萬(wàn)熙卿.關(guān)注豬的“腹感溫度”［J］.今日養(yǎng)豬業(yè)，2007（2）：13-14.

［3］ 何勇軍，李美花.豬舍及其部分環(huán)境指標(biāo)對(duì)豬生產(chǎn)的影響［J］.畜牧與獸醫(yī)，2006，38（4）：26-28.

［4］ 王宗尉.舍內(nèi)環(huán)境與豬健康水平多元回歸模型分析［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

［5］ 李娜，金鑫，王巍，等.冬季不同取暖方式對(duì)豬舍環(huán)境及育成豬生長(zhǎng)性能影響的研究［J］.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2010（23）：77-78.

［6］ 徐凡，馬承偉，劉洋，等.天津日光溫室熱濕環(huán)境分析［C］.中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011.

［7］ 包德勝，劉貴林，王振華.北方寒區(qū)畜舍太陽(yáng)能利用技術(shù)及發(fā)展前景［C］.2010國(guó)際農(nóng)業(yè)工程大會(huì)論文集，2010.

［8］ 俞美子，王德武，范強(qiáng).日光溫室育肥豬舍主要內(nèi)環(huán)境指標(biāo)的測(cè)定［J］.湖北畜牧獸醫(yī)，2008（7）：16-17.

［9］ 王薇.豬舍環(huán)境控制的措施［J］.養(yǎng)殖技術(shù)顧問(wèn)，2012（4）：5.

［10］ Tong G， Christopher DM， Li B. Numerical modeling of temperature variations in a Chinese solar greenhouse［J］. Computers and Electronics in Agriculture， 2009，68（1）： 129-139.

［11］ 李愛(ài)國(guó).冬季豬舍采暖方式的設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)上的考慮［J］.養(yǎng)殖技術(shù)顧問(wèn)，2012（4）：26.

［12］ 付仕倫，謝寶元.冷季提高豬舍環(huán)境溫度方式之效益分析［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（8）：548-551.

［13］ BARTZANAS T， KITTAS C，SAPOUNAS A A， et al. Analysis of airflow through experimental rural buildings： Sensitivity to turbulence models ［J］. Biosystems Engineering，2007， 97（2）：229－239.

［14］ MADEC F，DIVIDICH J L，PLUSKE J R，et al.Environmental requirements and housing of the weaned pig［C］. Pluske J R，Dividich J Le，and Verstegen M W A，eds. Weaning the pig：Concepts and Consequences. The Netherlands Wageningen Academic Publishers，2003：337-360.

［15］ 鄂佐星.高寒地區(qū)太陽(yáng)能保溫豬舍的研究與開(kāi)發(fā)［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

［16］ 張?jiān)朴?，萬(wàn)麗紅，呂禮良，等.東北地區(qū)冬季豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，2011（17）：300-301.

［17］ 王從展.豬舍內(nèi)小環(huán)境的控制［J］.養(yǎng)殖技術(shù)顧問(wèn)，2012（6）：59.

［18］ 孟力力，楊其長(zhǎng)，Gerard.P.A.Bot，等.日光溫室熱環(huán)境模擬模型的構(gòu)建［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（1）：164-170.

［19］ 馬承偉，苗香雯.農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程［M］.中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005：54.

［20］ 汪海平，盧秦杰.低溫?zé)崴孛孑椛洳膳i舍建造方法［J］.豬業(yè)科學(xué)，2011，28（6）：254.

［21］ 李陸欽.豬舍加溫地板研究［D］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

［22］ SETHI V P， SHARMA S K. Survey and evaluation of heating technologies for worldwide agricultural greenhouse applications［J］. Solar energy， 2008，82（9）： 832－859.

［23］ 袁月明，李喜武，潘世強(qiáng)，等.太陽(yáng)能低溫?zé)崴i床采暖在分娩豬舍中的應(yīng)用［C］.中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011.

［24］ 王小超，陳昭輝，王美芝，等.冬季豬舍熱回收換氣系統(tǒng)供暖的數(shù)值模擬［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（12）：227-233.

［25］ 王順生，馬承偉，柴力龍，等.日光溫室內(nèi)置式太陽(yáng)能集熱調(diào)溫裝置試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2007（2）：130-133.

［26］ 張俊輝.試驗(yàn)豬舍改造及其環(huán)境評(píng)價(jià)［D］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2012.

［27］ 王鳳，陳剛.附加陽(yáng)光間型雞舍保溫性能的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，17（1）：156-160.

［28］ 王思珍，曹穎霞，牛新野.日光暖棚畜舍的設(shè)計(jì)及其環(huán)境評(píng)價(jià)［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（3）：80-83.

［29］ 閆毅，陳麗梅，李松，等.北方地區(qū)保溫豬舍的設(shè)計(jì)［J］. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2010，30 （4）：81-83

［30］ 佟國(guó)紅，David M.christopher.墻體材料對(duì)日光溫室溫度環(huán)境影響的CFD模擬［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（3）：153-157.

［31］ 王宏麗，李曉野，鄒志榮.相變蓄熱砌塊墻體在日光溫室中的應(yīng)用效果［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（5）：253-257.

基金項(xiàng)目：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（“雙十工程”重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目）吉林省安全優(yōu)質(zhì)肉豬現(xiàn)代生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)示范，201403013NY；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（重大招標(biāo)專項(xiàng)）吉林省新型豬舍的研究與示范；20150203011NY。

*通訊作者：秦貴信：qgx@jlau.edu.cn.

收稿日期：（2016-03-05）