有窗密閉式豬舍水空調技術夏季降溫效果

謝雨晴，劉瀠蔚，王美芝，葛紹標，安 磊，田見暉，吳中紅

（中國農業(yè)大學動物科技學院，北京100193）

夏季高溫是影響豬繁殖性能的主要環(huán)境因素。高溫使母豬乏情或非正常發(fā)情率增加，內分泌功能失調，排卵數和卵子質量明顯下降，母豬受胎率降低。此外，熱應激還能導致分娩母豬泌乳量減少，煩燥不安，攻擊性增強，進而導致窩產仔數和窩重降低，仔豬增重減慢，甚至增加仔豬的壓死率［1－4］。同時，熱應激還會降低腸道的完整性并增加內毒素的滲透率，導致炎癥，引起消化功能障礙［5］。根據《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數據集（第一版）》的氣象資料，北京市夏季極端最高氣溫41.9 ℃，在最熱的7月份日最高溫度為25.6～39.4 ℃，平均值達34.4 ℃［6］。舍內熱量的主要來源為舍外較高氣溫通過舍內外空氣對流將大量熱量傳入室內，舍內母豬繁殖性能直接受到外界溫度的影響［7］。為了減少北京市夏季高溫對豬繁殖性能的影響，夏季對繁殖豬舍采取適宜的降溫措施非常必要。

夏季豬舍有蒸發(fā)降溫、利用水對豬體降溫等降溫方法，蒸發(fā)降溫方式如濕簾風機降溫系統(tǒng)、高壓噴霧降溫系統(tǒng)和噴霧冷風機等是把空氣中的顯熱轉化為潛熱，降低空氣溫度，卻增大空氣的相對濕度［8－9］。濕簾風機降溫系統(tǒng)的使用局限性主要表現(xiàn)為：其降溫效率受到濕度的影響較大，在高溫高濕的南方地區(qū)其使用效果有待進一步試驗研究；其次，濕簾風機降溫系統(tǒng)對循環(huán)水水質有一定的要求，鹽類與空氣中的塵垢在水中不斷積聚使循環(huán)水水質變差，進而影響濕簾的使用壽命及降溫效率。噴霧降溫系統(tǒng)的關鍵在于霧滴的大小，霧滴過大會導致水分不能完全蒸發(fā)而落到動物體表或地面上匯集成水，造成舍內潮濕。高壓噴霧需要專門的增壓設備和耐壓管道，成本較高，同時存在噴嘴孔徑小，對水質要求較高，需要過濾裝置的問題。另外，有研究改造設計的水冷式豬床降溫效果顯著，并且對豬舍環(huán)境舒適性有很大改善，但在既有豬舍存在改造成本高、不利于推廣的問題［10］。水空調系統(tǒng)是利用低溫地下水作為循環(huán)冷媒水，地下水在水空調盤管中與空氣中的熱量交換釋放冷量，通過風機將降溫后的空氣吹入室內。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的壓縮機制冷相比，具有能耗和運行成本低，結構簡單，安裝維修方便等優(yōu)點，符合目前畜牧業(yè)生產對畜舍溫度調控設備的要求［11－12］。此外，水空調的水在封閉系統(tǒng)中流動，降溫過程中不會增加舍內濕度并且理論上不會受到污染，可以繼續(xù)用于灌溉等［13］。

本研究將水空調降溫系統(tǒng)應用于繁殖豬舍，水空調利用井水作為循環(huán)水，出水進入豬飲水系統(tǒng)，通過對降溫效果和母豬生理指標的測定來評價水空調系統(tǒng)對豬舍熱環(huán)境改善的效果，檢測和評價進入豬飲水系統(tǒng)的循環(huán)水水質和飲用的適宜性。并計算水空調、民用制冷空調和濕簾－風機降溫系統(tǒng)在單位建筑面積的運行電費，綜合探討水空調降溫技術在繁殖母豬生產上的實用性和可行性。

1 材料與方法

1.1 豬舍選擇和試驗設計

試驗在北京市房山區(qū)某豬場進行，試驗日期為2013年07月05日～2013年07月25日，試驗期20 d。選擇1棟保育舍，2棟產房做試驗，三棟豬舍的建筑形式相同，分別標注為試驗舍1，試驗舍2，試驗舍3。試驗第一階段15d，試驗舍1、2是半滿舍，試驗舍3為滿舍，三棟舍除下雨天外全天24h使用水空調降溫；試驗第二階段5d，試驗舍2是空舍，試驗舍1、3為滿舍，試驗舍1水空調關閉，試驗舍2、3水空調全天開啟。豬舍采用自然通風，兩階段三棟豬舍的門窗均24h開啟。試驗舍1和試驗舍3單位面積豬重量相近。

1.2 豬舍樣式、舍內布置和設備安裝

三棟豬舍均為4.5 m×60 m，檐高2.5 m，370 mm 厚磚墻的有窗單列式畜舍。產房均是標準高陪產仔欄，每棟30欄位。保育舍共有欄位31個，過道寬1.3m。

水空調降溫系統(tǒng)主要由深水井、入水管、回水管、水空調主機組成，水空調各部分管道為飲用水管，不影響循環(huán)水質，水空調循環(huán)水進入豬飲水系統(tǒng)，回流水最后流入另一枯井用于灌溉。試驗舍內均勻安裝4臺水空調，每臺水空調主機由熱交換盤管及換熱器、3臺離心式風機構成，每臺水空調主機功率80 W，通風量2000m3／h。

1.3 測量指標和方法

1.3.1 環(huán)境參數 在三棟豬舍分別均勻安裝5臺Apresys 179－TH 溫濕度自動記錄儀，在遮陽且通風良好的舍外放置3臺溫濕度自動記錄儀記錄豬舍內外溫濕度。試驗第一階段，用AZ8736手持溫濕度儀測量試驗舍2和試驗舍3的水空調的出風口溫濕度。用MOOD 6006 熱線式風速儀測定水空調出風口的風速、水空調正對豬欄處的風速以及兩個水空調之間豬欄處的風速，水空調出風口風速取多個點測量，每個測量點記錄30個數據。

1.3.2 生理指標 于8∶30和14∶30在試驗舍2和試驗舍3分別選取3頭健康母豬，用畜用電子溫度計測量其直腸溫度，并記錄同一頭母豬的呼吸頻率，胸部和腹部肌肉一起一伏為呼吸一次。

1.3.3 水空調水溫、水量和水質 在機井的出水管處和試驗舍2水空調回水管處各安裝一個水表和水龍頭，于8∶00和19∶30 分別記錄兩個水表的讀數，連續(xù)記錄7d。從10∶00至18∶00，每隔2h測定一次機井出水的水溫和試驗舍2水空調回水的水溫。從機井出水口和試驗舍2水空調回水口各取一定量的水樣進行水質檢測，檢測指標為菌落總數和總大腸桿菌數。

1.3.4 數據分析 所有試驗數據采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件對試驗數據進行處理和分析，并以平均值±標準差表示，組間差異顯著性分析采用單因素方差分析（ANOVA）。

2 結果與分析

2.1 水空調風速和溫濕度

表1中的風速數據是多個試驗期的多個數據的平均值，由表中水空調出風口風速和溫濕度情況可知，水空調出風口、正對豬欄處以及兩個水空調之間的風速均較低，對母豬的舒適度沒有太大的改善。兩棟試驗舍各個水空調出風口的溫度均在21～25 ℃之間，濕度為80%～90%。由于水空調進水流方向是從一號水空調依次流向二、三、四號，水逐漸吸收水空調運行產生的熱量，溫度逐漸升高。通過測量發(fā)現(xiàn)試驗舍2的一號水空調出風口的風速和溫度明顯偏高，可能是水空調長期在臟亂環(huán)境中使用清理不及時導致盤管堵塞，沒有水流經過造成。因此，建議水空調在使用中定期清洗維護。

2.2 降溫效果

2.2.1 13 ∶00～18∶00高溫時段平均溫濕度比較

試驗第一階段15d，剔除7d下雨天（圖1左），在每天高溫時段，開水空調的三棟舍比舍外平均氣溫低9℃以上，降溫效果明顯。此外，三棟試驗舍在降溫情況下，溫度差異不顯著，說明三棟舍基礎環(huán)境條件一致，具有可比較性。

表1 水空調出風口風速和溫濕度情況Table 1 Air speed，temperature and humidity of water conditioner in barns

試驗第二階段5d（圖1 右），在舍外平均氣溫37.7 ℃時，安裝了水空調的試驗豬舍內平均氣溫比舍外低4.2～11.3℃；滿豬狀態(tài)下，開水空調的試驗舍3 室溫比試驗舍1 平均降低了約1.4 ℃（P＜0.01），說明排除畜舍的隔熱，水空調的作用并沒有達到理想的效果；都開水空調狀態(tài)下，空的試驗舍2室溫比滿豬的試驗舍3平均低0.4 ℃（P＞0.05），在降溫條件下，豬群密度對室內溫度的影響不明顯。此外，水空調對豬舍濕度的影響效果顯著（P＜0.01），理論上水空調不會增加室內的濕度，室內濕度的增加是由水空調上的冷凝水滴在室內和降溫雙重作用導致的。因此，使用水空調的時候建議使用導流管將冷凝水回收導出到室外。

圖1 高溫時段（13∶00～18∶00）水空調降溫豬舍平均溫濕度Fig.1 Average temperature and humidity during hot period（13∶00～18∶00）in barns with water conditioners

2.2.2 全天逐時溫濕度比較 試驗第二階段全天溫濕度情況見圖2。從9∶00開始，開水空調的試驗舍2和試驗舍3 溫度低于未開水空調的試驗舍1，空的試驗舍2溫度低于滿豬的試驗舍3。在13∶00～17∶00的高溫時段，水空調對溫濕度的影響明顯大于豬群密度的影響，并且舍外溫度越高，豬群密度的影響越小。從19∶00 開始，舍外溫度逐漸降低，開始低于不開水空調的試驗舍1；21∶00之后，舍外溫度低于空的試驗舍2。舍外的溫度的最高點均出現(xiàn)在14∶00左右，而豬舍的溫度的最高點均出現(xiàn)在16∶00左右，舍內外溫濕度最高出現(xiàn)的時間呈現(xiàn)出2h的延遲。

2.3 生理指標

圖3是母豬在8∶30和14∶30的直腸溫度和呼吸頻率，由圖可知，開了水空調試驗舍2、3內的母豬在8∶30和14∶30的平均直腸溫度和呼吸頻率差異均不顯著（P＞0.05），兩個時刻的平均直腸溫度相差不到1℃，下午14∶30高溫時間呼吸頻率也沒有顯著的升高，說明水空調的降溫是有效的，能夠改善高溫條件下母豬的舒適度。

圖2 試驗第二階段水空調對舍內溫濕度的影響逐時比較Fig.2 Hourly temperature and humidity in barns with water conditioner in phase two

圖3 母豬在8∶30和14∶30的直腸溫度（℃）（a）和呼吸頻率（次·min－1）（b）Fig.3 Sows rectal temperature and respiratory frequency at 8：30and 14：30in barns with water

2.4 豬場總用水量及水空調降溫與其他降溫方式運行電費比較

2.4.1 水空調降溫釋放的冷量 由表2，表3計算每棟豬舍水空調降溫用水流量為12.63／11.5＝1.1 m3／h。根據公式（1）［24］可以算出每棟豬舍利用地下水風機盤管釋放的冷量：

表2 水空調8∶00～19∶30的耗水量Table 2 Water consumption and temperature of water－cooled system from 8∶00to 19∶30

Q＝c∑m（t2－t1）＝3.82×108J

根據公式（2）計算每棟豬舍利用地下水風機盤管釋放冷量的功率P＝Q／t≈9.23kW，則每棟豬舍每日攝取地下水冷量為223KW·h。

式中：Q 為地下水降溫對豬舍釋放的冷量；m為水的流量，kg／s；c為水的比熱容，4.183kJ／（kg·K）；t2－t1為溫度差，℃；t為時間，h。

2.4.2 水空調降溫、民用制冷空調降溫與濕簾－風機降溫的運行電費比較 表4列出了常見幾種降溫方式的運行電費。不考慮地下水提升至地面和送到豬舍水泵的耗電，粗略估算。已知每臺水空調的功率為80 W，則本試驗中每棟豬舍4臺水空調每日耗電量為7.68 元／m2，以每度電0.60元計算，每棟豬舍每日的運行電費為4.61 元，每棟豬舍建筑面積270m2，則單位建筑面積豬舍水空調降溫運行電費為0.017元／m2。若本試驗豬舍采用民用制冷空調降溫釋放223kW·h的冷量，根據民用空調3.15的能效比計算其每日耗電量為70.79kW·h，每日運行電費為42.67元，單位建筑面積豬舍民用制冷空調運行電費0.157元／m2，是水空調降溫運行電費的9倍。若本試驗豬舍采用濕簾－風機降溫，需配置通風量為18 000m3／h、功率為370W 的風機2臺，每日耗電量為17.76kW·h，每日運行電費為10.66元，單位建筑面積豬舍運行電費為0.039元／m2，是水空調降溫運行電費的2倍。

表3 機井和水空調回水在各個時間點的平均溫度Table 3 Average temperature of pumping well and conditioner backwater at various points of time

表4 常見幾種降溫方式的運行電費比較Table 4 Power consumption comparison of several common cooling methods

2.5 水質監(jiān)測

由表5可知，機井出水處的水中菌落總數和總大腸桿菌數均未檢出，而水空調回水處的水中菌落總數和總大腸桿菌數均超過了《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749－2006對水質的限值要求，被輕微污染的原因可能是水空調長時間使用不清洗消毒。因此，在使用水空調降溫系統(tǒng)的時候，若水空調回水作為豬的飲水，一定要定期對水空調進行清洗和消毒。此外，水空調的水質要求也比較嚴格，如果長期使用硬度較大的水，會造成盤管堵塞，對水空調的壽命和使用效果會造成很大的影響，使用前需要對水的硬度進行檢測。

表5 機井水和水空調回水中菌落總數和總大腸桿菌數Table 5 Number of bacterial and Escherichia coli in pumping well and conditioner backwater

3 討論

本試驗中，在33～45 ℃的高溫天氣，安裝了水空調的豬舍相對室外平均降溫9.2 ℃，在13∶00～18∶00的高溫時段平均溫度維持在28.5 ℃左右，此溫度在炎熱的夏季對畜體是比較舒適的。試驗中母豬在8∶30和14∶30當天中低溫和高溫時間點的直腸溫度和呼吸頻率差異不顯著，說明了水空調的降溫有效地緩解了動物在高溫時段的熱應激水平。本試驗中水空調進水口的水溫是16℃左右，經過熱交換之后出水口的溫度約為23℃，有平均7℃的溫差。安裝水空調的試驗豬舍在門窗開啟的自然通風情況下舍內平均氣溫比舍外低4.2～11.3 ℃，但開水空調的豬舍溫度比不開水空調的豬舍溫度平均僅低了1.2～2 ℃，濕度升高5.6%～7%。說明在此試驗中豬舍的隔熱效果良好，但是水空調的降溫并沒有達到理想的效果。其可能原因是水空調運行時豬舍的門窗敞開，舍內外的空氣一直在對流。因此，為了保證降溫效果，使用水空調降溫時應該關閉門窗。同時，為了保證室內空氣質量，可以安裝配套的負壓風機定時排風；也可以采用帶有空氣外循環(huán)的水空調機。此外，水空調運行過程中產生的冷凝水并沒有回收，而是直接滴在室內地面，這樣大大增加了舍內的濕度。建議使用導流管將水空調冷凝水回收或導流至室外。

水空調回水溫度升高以及回水管不清潔等，均易滋生微生物，回水不宜直接進入畜舍飲水系統(tǒng)，需做進一步處理。同時，地下水水質也影響水空調使用壽命，硬水質需做軟化處理。

水空調降溫程度與水溫相關，和民用制冷空調相比，降溫幅度和控溫效果都不如制冷空調［14］，但是運行成本比制冷空調低的多。目前養(yǎng)殖場夏季高溫時段普遍采用蒸發(fā)降溫的方式。蒸發(fā)降溫是由顯熱轉化為潛熱的過程，會增加空氣濕度，因此在高濕地區(qū)降溫效率會有所降低。噴霧冷風機在夏季26.3～35.5 ℃時，可降低舍內溫度3～7 ℃［15－17］，同時舍內的濕度顯著升高。Arbel等［18］研究表明，噴霧蒸發(fā)降溫能降低奶牛舍干球溫度4～5℃，在半開放式畜舍，能有效減緩熱應激。但是Chaiyabutr等［19］發(fā)現(xiàn)降溫后低溫高濕的環(huán)境會影響奶牛的產奶量。濕簾－風機降溫系統(tǒng)平均降溫幅度可達6.1 ℃［20－21］，Shiao等［22］發(fā)現(xiàn)濕簾－風機降溫系統(tǒng)能使一天中在26 ℃以上的時長減少4.2h，濕簾－風機降溫效果因氣候不同而有較大差別。Wu等［23］在牛舍的試驗中發(fā)現(xiàn)，水空調的使用可以使舍內溫濕指數（THI）降低4.1～6.3，牛的躺臥環(huán)境得到了改善。此外，我國的地下水資源分布不均勻，同時考慮避免對水資源的浪費，水空調的使用并不適用于所有地區(qū)，仍然具有很大的局限性［13］。

4 結論

本試驗使用水空調技術對隔熱性能良好的豬舍進行降溫，在室外溫度33～45 ℃的高溫天氣，門窗均開啟的條件下，水空調的試驗豬舍比舍外溫度低4.2～11.3 ℃，有效緩解了母豬在高溫時段的熱應激。與其他降溫方式相比水空調降溫運行費用較低。由于水空調回水易受污染，不宜直接進入畜舍飲水系統(tǒng)。

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