袁月明，吕铁彪，姜海龙，秦贵信（吉林农业大学，长春 130118）



架空猪床地面结构的太阳能猪舍

袁月明，吕铁彪，姜海龙，秦贵信*
（吉林农业大学，长春 130118）

随着规模化养猪的发展，以及追求高效益与高效率相结合的经营目标，这就必然对猪舍环境提出更高的要求。猪舍环境主要是指热环境（舍温和空气相对湿度）和舍内空气质量（CO2、NH3、H2S等有害气体浓度）。在众多环境因素中，温度对于猪只的影响尤为突出。猪只除了采食、饮水、排泄和一定的活动以外，一天之中70%以上的时间以躺卧休息为主，休息区的温度环境，尤其是地面的温度调控极为重要。而往往由于低温，导致疾病的流行，猪的生产性能、健康状况和肉的品质均受到不良影响，饲料转化率降低，从而直接导致猪场经济效益的下降。

目前国内外学者的研究主要集中在对猪舍内小气候环境的试验与模拟，包括采用不同的供暖方式、通过改变猪舍建筑结构以及建筑材料等提高舍内温度。但是对于改变猪床结构，提高猪舍的地面温度的研究较少。本研究猪舍采用附加阳光间吸收太阳辐射，加热附加阳光间内的空气，热空气通过架空猪床地面为猪舍和猪床提供热量，同时降低舍内的相对湿度，提高太阳能的利用率。

1 材料与方法

1.1 试验猪舍

1）试验猪舍和对照猪舍的主体结构为：长61 m，跨度8.1 m，高3.42 m，坐北朝南，墙体结构为东西山墙厚度370 mm，南北墙厚度为240 mm，南、北墙各有23个（600×600） mm的通风窗；门在东侧墙面；屋面为拱形轻钢结构，采用双层PE保温膜覆盖，冬季覆盖岩棉保温。

2）试验猪舍与对照猪舍的区别为：试验猪舍主要分成两个部分：附加阳光间与舍体，二者由公共墙隔开。公共墙是实体墙且有通风窗，寒冷季节公共墙覆盖保温膜。附加阳光间为拱形轻钢结构、寒冷季节覆盖保温薄膜的。试验猪舍的舍体外墙贴60 mm厚保温苯板，四周挖防寒沟。将猪床地面下分成28个单元，每个单元长3 500 mm，宽1 970 mm，有自己独立的进风口、出风口和封闭的气流通道；气流通道由蓄热材料（红砖、水泥）砌成，为了保温、防潮气流通道的地面铺30 mm的玻璃棉毡，因此称这种猪床结构为架空猪床。试验猪舍内的轴流风机安装在进风口处，引风机安装在出风口处。对照猪舍的地面由水泥砂浆找坡层、水泥砂浆垫层、素土夯实层组成。结构示意图见图1、2。

试验猪舍和对照猪舍分别饲养了275 和325头育肥猪，试验猪舍的猪只躺卧位置主要集中在架空猪床的区域，对照猪舍的猪只躺卧在猪栏靠南侧的位置。

建筑施工图、结构施工图及节点详图、设计说明见图纸。

1.2 试验设备

1）温湿度传感器JCJ100S

温度测量范围为：-40～60 ℃；

温度测量精度为：Pt100：优于±0.5 ℃（0～50 ℃）；湿度测量范围为：0%～100%；湿度测量精度为：±3% RH（25%～90%，23℃）。

2） 40路全隔离万能输入的中长图彩色无纸记录仪JCJF

准确度：±0.2%FS；输入信号：电流：（4～20） mA、（0～10） mA；输入路数 ：1～40路万能输入；电压：（0～5）V、（1～5）V DC、mV信号。

3） 风机

轴流风机功率为30 W，电压为220 V；引风机功率为40 W，电压为220 V

图1 猪舍结构示意图

图2 架空猪床地面结构示意图

1.3 试验方法

1.3.1 太阳能在架空猪床和猪舍加热中的运行方式

白天，利用太阳能加热附加阳光间内的空气，给架空猪床地面和猪舍提供热量，并将热量储存在蓄热材料中；夜间，蓄热材料储存的热量释放出来，给架空猪床地面和猪舍提供热量。

1.3.2 太阳能猪舍的温湿度试验测试

试验分两个阶段：2011年11月25日—11月28日和2012年2月16日—2月21日对猪舍内的温湿度进行连续的测量。2011年11月25日—11月28日为试验猪舍与对照猪舍的对比试验。温室传感器S1和D1距离舍内地面1.2 m。2012年2月16日—2月21日为试验猪舍在轴流风机送风、引风机引风和无风机自然循环的3种不同情况下的试验。取猪舍内中间3个猪栏作为测试对象，采用温湿传感器测量，数据用40路全隔离万能输入的中长图彩色无纸记录仪采集，每4 min采集并自动记录1次。温湿度传感器Y3、Z3、W3距地面高度均为1.2 m，温湿度传感器Y2、Z2、W2是测量距进风口2 m远的地面温湿度，温湿度传感器Y1、Z1、W1是测量距进风口1 m远的地面温湿度。温湿度传感器布置图见图3。

图3 传感器布置图

图4 对照舍和试验舍的温度、相对湿度曲线

1.3.3 数据分析处理

以当天的日出、日落时间为界，将1 d分为2个时段即白天和夜晚，分别计算温度、相对湿度的平均值、最大值、最小值、均方差等，并对试验结果进行显著性分析。以时间为横坐标，温（湿）度为纵坐标，用Microsoft Excel软件绘制曲线图。

2 结果与分析

2.1 试验猪舍与对照猪舍的试验结果与分析

试验猪舍比对照猪舍的温度平均高3.0 ℃，相对湿度平均降4%，两者温度、相对湿度差异极显著（P＜0.01）；当舍内温度升高1 ℃，试验猪舍和对照猪舍湿度分别下降4%和3%，见图4。白天试验猪舍比对照猪舍的温度平均高2.4 ℃；夜晚试验猪舍比对照猪舍的温度平均高3.2 ℃。由于风机将附加阳光间内的热空气通过架空猪床地面输送到猪舍内，架空猪床内的蓄热材料将热量存储下来，夜晚蓄热材料将白天存储的热量释放出来，故试验舍舍内的温度比对照舍高；又由于试验猪舍的温度提高了，故相对湿度自然下降。2011年11 月26日由于是小雪的天气，太阳辐射量较小，故舍内温度较低。其余3 d均为晴天，温、湿度变化比较明显。

2.2 3种工况的试验结果与分析

2.2.1 试验猪舍距离进风口2 m的地面温度

表1和图5试验结果表明：白天轴流风机送风比无风机的地面温度平均高0.7 ℃，轴流风机送风比引风机的地面温度平均高1.5 ℃；夜晚轴流风机送风比无风机的地面温度平均高1.1 ℃，轴流风机送风比引风机的地面温度平均高2.9 ℃。轴流风机送风的昼夜平均温差为1.0 ℃，引风机排风的昼夜平均温差为2.4 ℃，无风机昼夜平均温差为1.4 ℃。轴流风机送风在日出前温度达到一天中最低值，随着太阳辐射量的增加温度升高，温度达到最大值时持续一段时间，随着太阳辐射量的减少，温度开始缓慢下降，日落之后蓄热材料持续放热，温度下降较慢；而无风机和引风机排风在日落之后温度下降比轴流风机快。分析原因，第一，由于轴流风机送风比无风机风速快，带进架空猪床地面的热量多，储存在蓄热材料中的热量就多，夜晚蓄热材料释放的热量也多，所以轴流风机送风比无风机的地面温度高，昼夜温差小；第二，由于轴流风机送风比引风机排风的风速平均慢 0.5 m/s，热空气在架空猪床地面停留的时间长，蓄热材料与热空气热量交换的时间就长，故轴流风机送风比引风机排风的地面温度高。附加阳光间内的昼夜温差比较大，上午随着太阳辐射量的增加温度升高得较快，下午辐射量减小，温度也下降很快。因此，距离进风口2 m的地面温度受蓄热材料蓄热能力、太阳辐射量等因素的影响。

2.2.2 试验猪舍距离进风口1 m的地面温度

结果表明：白天轴流风机送风比无风机的地面温度平均高3.6 ℃，轴流风机送风比引风机排风的地面温度平均高3.8 ℃；夜晚轴流风机送风比无风机的地面温度平均高6.4 ℃，轴流风机送风比引风机排风的地面温度平均高6.9 ℃。轴流风机送风的昼夜平均温差为2.3 ℃，引风机的昼夜平均温差为5.4 ℃，无风机昼夜平均温差为5.1 ℃。距离进风口1 m的地面温度受附加阳光间温度影响较大。白天阳光通过透光保温薄膜射入附加阳光间内，附加阳光间内的温度上升较快，温度较高，轴流风机送入到架空猪床地面的热量比无风机和引风机多，夜晚蓄热材料将白天存储的热量释放出来，轴流风机送风的地面温度明显高于无风机和引风机。

表1 距离进风口2 m的地面温度

图5 距离进风口2 m地面的温度曲线图

2.2.3 试验猪舍距离地面1.2 m的舍内温度

白天轴流风机送风与无风机的温度均为22.1 ℃，两者温度差异不显著（P＞0.05）；晚上轴流风机送风也与无风机的温度持平，为18.8 ℃，且温度差异显著（P＜0.05）。轴流风机送风与无风机的昼夜平均温差均为3.3 ℃，轴流风机送风和无风机的温度曲线几乎重合在一起。由于人的走动及猪只活动，舍内的空气流动，故舍内轴流风机送风与无风机的温度持平。

3 结论

1）试验猪舍比对照猪舍的舍内温度平均高3.0 ℃，舍内相对湿度平均下降了4%，说明在太阳能猪舍中采用架空猪床结构具有重要的作用；

2）在试验猪舍，无论是距离进风口2 m还是1 m，轴流风机送风均比无风机和引风机的地面温度高，且昼夜温差小；舍内温度轴流风机送风与无风机持平；因此，在试验猪舍内轴流风机送风效果最佳。

3）架空猪床结构不但能提高猪床和猪舍的温度，而且还能降低舍内的相对湿度，对养猪业的发展十分有利。

参考文献

［1］ 高增月，卢朝义，赵书广.猪舍温度控制技术应用的研究［J］.农业工程学报，2006，22（S2）：75-78.

［2］ 万熙卿.关注猪的“腹感温度”［J］.今日养猪业，2007（2）：13-14.

［3］ 何勇军，李美花.猪舍及其部分环境指标对猪生产的影响［J］.畜牧与兽医，2006，38（4）：26-28.

［4］ 王宗尉.舍内环境与猪健康水平多元回归模型分析［D］.哈尔滨：东北农业大学，2009.

［5］ 李娜，金鑫，王巍，等.冬季不同取暖方式对猪舍环境及育成猪生长性能影响的研究［J］.黑龙江畜牧兽医，2010（23）：77-78.

［6］ 徐凡，马承伟，刘洋，等.天津日光温室热湿环境分析［C］.中国农业工程学会2011年学术年会论文集，2011.

［7］ 包德胜，刘贵林，王振华.北方寒区畜舍太阳能利用技术及发展前景［C］.2010国际农业工程大会论文集，2010.

［8］ 俞美子，王德武，范强.日光温室育肥猪舍主要内环境指标的测定［J］.湖北畜牧兽医，2008（7）：16-17.

［9］ 王薇.猪舍环境控制的措施［J］.养殖技术顾问，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］ 李爱国.冬季猪舍采暖方式的设计及经济上的考虑［J］.养殖技术顾问，2012（4）：26.

［12］ 付仕伦，谢宝元.冷季提高猪舍环境温度方式之效益分析［J］.中国农学通报，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.高寒地区太阳能保温猪舍的研究与开发［D］.哈尔滨：东北农业大学，2003.

［16］ 张云影，万丽红，吕礼良，等.东北地区冬季猪舍环境监测［J］.现代农业技术，2011（17）：300-301.

［17］ 王从展.猪舍内小环境的控制［J］.养殖技术顾问，2012（6）：59.

［18］ 孟力力，杨其长，Gerard.P.A.Bot，等.日光温室热环境模拟模型的构建［J］.农业工程学报，2009，25（1）：164-170.

［19］ 马承伟，苗香雯.农业生物环境工程［M］.中国农业出版社，2005：54.

［20］ 汪海平，卢秦杰.低温热水地面辐射采暖猪舍建造方法［J］.猪业科学，2011，28（6）：254.

［21］ 李陆钦.猪舍加温地板研究［D］.北京：中国农业大学，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，潘世强，等.太阳能低温热水猪床采暖在分娩猪舍中的应用［C］.中国农业工程学会2011年学术年会论文集，2011.

［24］ 王小超，陈昭辉，王美芝，等.冬季猪舍热回收换气系统供暖的数值模拟［J］.农业工程学报，2011，27（12）：227-233.

［25］ 王顺生，马承伟，柴力龙，等.日光温室内置式太阳能集热调温装置试验研究［J］.农机化研究，2007（2）：130-133.

［26］ 张俊辉.试验猪舍改造及其环境评价［D］.北京：中国农业科学院，2012.

［27］ 王凤，陈刚.附加阳光间型鸡舍保温性能的试验研究［J］.中国农业大学学报，2012，17（1）：156-160.

［28］ 王思珍，曹颖霞，牛新野.日光暖棚畜舍的设计及其环境评价［J］. 农业工程学报，2002，18（3）：80-83.

［29］ 闫毅，陈丽梅，李松，等.北方地区保温猪舍的设计［J］. 农业与技术，2010，30 （4）：81-83

［30］ 佟国红，David M.christopher.墙体材料对日光温室温度环境影响的CFD模拟［J］.农业工程学报，2009，25（3）：153-157.

［31］ 王宏丽，李晓野，邹志荣.相变蓄热砌块墙体在日光温室中的应用效果［J］. 农业工程学报，2011，27（5）：253-257.

基金项目：吉林省科技发展计划项目（“双十工程”重大科技成果转化项目）吉林省安全优质肉猪现代生产关键技术示范，201403013NY；吉林省科技发展计划项目（重大招标专项）吉林省新型猪舍的研究与示范；20150203011NY。

*通讯作者：秦贵信：qgx@jlau.edu.cn.

收稿日期：（2016-03-05）