濕簾-風機系統(tǒng)對北京育肥豬舍的降溫效果

王美芝，趙婉瑩，劉繼軍，安 濤，易 路，王 剛，吳中紅※

（1.中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2.動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193；3. 中國科學院國家天文臺，北京 100012）

濕簾-風機系統(tǒng)對北京育肥豬舍的降溫效果

王美芝1,2，趙婉瑩1，劉繼軍1,2，安 濤1，易 路1，王 剛3，吳中紅1,2※

（1.中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2.動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193；3. 中國科學院國家天文臺，北京 100012）

北京市夏季高溫將對豬的生產(chǎn)造成嚴重影響，夏季豬舍環(huán)境溫度控制尤為重要。該試驗研究比較了濕簾-風機和單純風機在北京豬舍的降溫效果，設計了風機風量測量系統(tǒng)并實測了豬舍通風量，每天定時分別測定兩豬舍內(nèi)溫度、濕度、風速和舍外溫、濕度并進行比較分析。結(jié)果表明：試驗期間，濕簾-風機豬舍和單純風機舍6個斷面風速范圍分別為0.51～0.84和0.51～0.68 m/s，整體風速差異不顯著（P＞0.05）。濕簾-風機舍舍內(nèi)溫度顯著低于單純風機舍（P＜0.05），濕簾-風機舍和單純風機舍舍內(nèi)溫度高于 30.0 ℃的小時數(shù)占比分別為 5.0%和 20.2%。濕簾-風機舍同一時刻斷面 1(濕簾端)溫度低于斷面6（風機端）溫度0.4～2.2 ℃，單純風機舍各時刻不同斷面的溫度差異不顯著（P＞0.05）。單純風機舍內(nèi)的豬只呼吸頻率均顯著高于濕簾-風機舍內(nèi)呼吸頻率3.82次/min（12:00）和3.05次/min（14:00）（P＜0.05）。濕簾-風機舍降溫系統(tǒng)日用水量為 1.20～6.27 m3。北京地區(qū)豬舍使用濕簾-風機系統(tǒng)降溫效果優(yōu)于單純風機降溫效果，但濕簾-風機降溫將耗用一定水資源。

風機；降溫；風速；濕簾-風機系統(tǒng)；豬舍

王美芝，趙婉瑩，劉繼軍，安 濤，易 路，王 剛，吳中紅. 濕簾-風機系統(tǒng)對北京育肥豬舍的降溫效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(7)：197－205.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.026 http://www.tcsae.org

Wang Meizhi, Zhao Wanying, Liu Jijun, An Tao，Yi Lu, Wang Gang, Wu Zhonghong. Cooling effect of water pad-fan system for fattening pig houses in Beijing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 197－205. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.026 http://www.tcsae.org

0 引 言

高溫將影響育肥豬的熱應激、豬的福利和生產(chǎn)性能[1]。高溫下，育肥豬將通過對生產(chǎn)性能不利的熱調(diào)節(jié)機制包括行為、生理和代謝等調(diào)整來維持其體溫，比如通過減少采食量減少產(chǎn)熱量，由此帶來生長速率的下降[2]。生長育肥豬在熱應激條件下，采食量會顯著下降，Renaudeau 等[3]試驗測定 28、32、36 ℃溫度下育肥豬的平均日采食量逐漸下降。同時，豬舍內(nèi)溫度越高，氨氣排放量越高[4]。

20世紀 50年代美國科學家研究開發(fā)了濕簾降溫系統(tǒng)。濕簾-風機降溫系統(tǒng)利用水蒸汽吸熱實現(xiàn)冷卻[5-6]。濕簾-風機降溫技術是溫室多種降溫技術中最有效而且最為經(jīng)濟的降溫方式[7]。濕簾-風機降溫系統(tǒng)在溫室降溫方面的效果已有較多研究[8-10]，研究人員對該降溫方式下溫室降溫參數(shù)進行了優(yōu)化[11]，并對濕簾-風機降溫系統(tǒng)安裝高度對降溫效果的影響進行了研究[12]。在上海等濕度較大地區(qū)，在室外相對濕度大于80%時，濕簾-風機和遮陽綜合措施可使溫室內(nèi)溫度比室外降低2～3 ℃[13]。濕簾-風機降溫系統(tǒng)在高溫干燥地區(qū)降低舍內(nèi)溫度較為高效，研究人員利用模糊數(shù)學的方法理論評價了中國 9個城市地區(qū)禽舍采用濕簾-風機降溫的適宜性[14]。龔建軍等[15]研究了四川地區(qū)妊娠豬舍采用濕簾-風機降溫系統(tǒng)時風機安裝位置不同對降溫效果的影響及該降溫期間豬舍內(nèi)環(huán)境狀況。蒲洪州等[16]在重慶地區(qū)安裝濕簾-風機的妊娠豬舍高溫季節(jié)降溫結(jié)果表明，濕簾風機降溫系統(tǒng)受濕度影響，在濕度大于 90%條件下，最大降溫幅度為 1 ℃，在低濕條件下雖其最大降溫幅度可達 9 ℃，但在極端高溫情況下很難將舍內(nèi)溫度降到適宜溫度范圍內(nèi)。盧真真等[17]通過試驗和理論分析相結(jié)合，分析了北京地區(qū)雞舍利用濕簾-風機降溫時在保證一定降溫幅度時的必需通風量。綜上可知，濕簾-風機降溫系統(tǒng)的降溫效果受不同地區(qū)的氣候條件影響較大，并且不同動物種類及飼養(yǎng)密度的產(chǎn)熱量不同也會對降溫效果產(chǎn)生影響。

據(jù)北京市1971－2015年的氣象資料顯示，北京市夏季極端最高氣溫可達41.9 ℃[18]。調(diào)查顯示，北京地區(qū)的豬舍夏季多數(shù)沒有降溫措施[19]，北京豬舍有必要增加降溫措施。濕簾-風機降溫和單純風機降溫在北京市氣候條件下對豬舍的降溫效果比較尚未見報道，本試驗選擇濕簾-風機降溫育肥豬舍和單純風機降溫育肥豬舍作為研究對象，通過比較兩者各環(huán)境指標的差異，研究濕簾-風機系統(tǒng)和單純風機系統(tǒng)對北京地區(qū)夏季豬舍的降溫效果，以期對北京地區(qū)豬舍夏季降溫方式的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗豬舍基本情況

選擇北京市大興區(qū)某豬場建筑形式相同的兩棟育肥豬舍。其中一棟為濕簾-風機舍，另一棟為單純風機舍。兩棟豬舍的建筑尺寸均為60.4 m×8.9 m×3.55 m，墻體材料為 240 mm厚磚墻內(nèi)外抹灰，四面墻體材料及厚度相同，窗戶為單層塑鋼窗。南側(cè)縱墻和北側(cè)縱墻各有20個1.48 m×1.48 m 的窗戶，南側(cè)窗戶下沿距離舍內(nèi)地面0.93 m，北側(cè)窗戶下沿距舍內(nèi)地面0.85 m。豬舍內(nèi)為單列豬欄單列走道布置方式，走道寬度 1.37 m。舍內(nèi)有豬欄12個，豬欄尺寸為7.40 m×4.67 m，鋼欄桿豬欄高0.99 m。欄內(nèi)實體地面寬為2.6 m，漏縫地板寬為4.8 m。每棟豬舍漏縫地板下有4個糞坑，坑深0.7 m，清糞方式為拔塞式水泡糞方式。每個豬舍有 1個 2.1 m(高)× 0.9 m(寬)的門。試驗舍設計飼養(yǎng)育肥豬420頭（豬欄面積為414.70 m2，每頭育肥豬占床面積為0.8～1.2 m2[20]），由于條件限制，濕簾-風機降溫舍和單純風機降溫舍各有育肥豬94頭，種類為長白和大白混合飼養(yǎng)，平均每頭體質(zhì)量為100～110 kg。屋頂為彩鋼夾芯板（厚度為100 mm）雙坡屋頂，豬舍設有2.47 m高單層彩鋼板吊頂。2棟豬舍均為南北朝向，濕簾位于東墻上，風機位于西墻上。大濕簾尺寸為 2.6 m(寬)×1.8 m(高)× 0.15 m(厚)，小濕簾尺寸為1.3 m(寬)×1.8 m(高)×0.15 m(厚)，濕簾底部距離舍內(nèi)地面0.37 m。風機共有4個，型號共有2個，2種型號的風機型號分別為1.18 m×1.18 m(大) 和0.86 m×0.86 m(小)。2個大風機底部距離舍內(nèi)地面分別為0.55 m和0.63 m，2個小風機底部距離舍內(nèi)地面分別為0.85和0.93 m。

試驗期為2015年7月24日－8月11日。試驗期間兩棟豬舍的風機每天均24 h開啟。單純風機舍每天24 h靠近濕簾一側(cè)的南側(cè)縱墻上 2個窗戶開啟（推拉窗，實際每個窗戶開啟面積為窗戶面積的一半），每天08:00－18:00東墻上的一個門開啟。濕簾-風機舍內(nèi)濕簾人工開啟時間為 10:00－18:00，濕簾開啟時門窗全部關閉，每日18:00－次日10:00門窗開啟同單純風機舍。

兩棟試驗豬舍平面圖及測試點布置示意圖見圖1。

圖1 單純風機舍和濕簾-風機舍的測量點分布圖Fig.1 Measuring points of fan pig house and water pad-fan pig house

1.2 試驗測定指標及方法

1.2.1 豬舍通風量的測定

豬舍風機通風量及濕簾配置的合理性是研究單純風機降溫和濕簾-風機降溫效果的基本條件。因試驗豬舍及環(huán)境控制設備為既有豬舍和既有設備，現(xiàn)有風機的通風量等技術參數(shù)標識已毀損，為確定豬舍風機目前狀態(tài)下的通風量，需對風機通風量進行實測。通風量的確定比較困難，通風量的確定方法有風機斷面實測法、風速斷面法、二氧化碳質(zhì)量平衡法、示蹤氣體法和熱平衡法[21]。本試驗采用風機斷面實測法確定單臺風機通風量，借鑒美國農(nóng)業(yè)部南部家禽實驗室研制的（FANS）風機風量測試系統(tǒng)[22]，對該系統(tǒng)進行簡化設計。

風機B由一個780 mm（長）× 800 mm（寬）× 350 mm（厚）的鍍鋅板底座框和一個780 mm（長）×800 mm（寬）×200 mm（厚）的風速計安裝框架組成測試系統(tǒng)，5個自動記錄式風速儀在水平測試桿上等距安置，風速儀距扇葉31 cm，距外框邊界9 cm。風機A由一個1 080 mm（長）×1 150 mm（寬）×550 mm（厚）的鍍鋅板底座框和一個1 080 mm（長）×1 150 mm（寬）×200 mm（厚）的風速計安裝框架組成測試系統(tǒng)，風速儀距扇葉39 cm，距外框邊界9 cm。上下改變測試桿位置，對測試框架內(nèi)不同測點（風機A共25個測點，風機B共20個測點）的風速進行監(jiān)測，計算框架斷面平均風速，根據(jù)框架斷面平均風速和斷面面積得到單臺風機通風量。

風速風量測試框架中安裝的自動記錄式風速儀采用北京天建華儀科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的WFWZY-1萬向風速風溫記錄儀，該儀表的風速分辨率為0.01 m/s，量程為0.05～30 m/s。

試驗豬舍西端墻從北向南共4臺風機：風機A、風機B、風機B′和風機A′，其中風機A和風機A′型號相同，風機B和風機B′型號相同，先通過測試風機A和風機B的斷面平均風速和斷面面積得出二者的通風量，然后通過風機轉(zhuǎn)速與通風量的關系公式（1）[23]求得風機A′和風機B’的通風量。

式中Q1，Q2為風機1和風機2的通風量，m3/h；N1，N2為風機1和風機2的轉(zhuǎn)速，r/min。

風機轉(zhuǎn)速采用自行設計的轉(zhuǎn)速測試儀進行測試，轉(zhuǎn)速測試儀的設計原理為：選擇漫反射式光電開關作為轉(zhuǎn)速測量傳感器，采用市場上較為普遍、性能穩(wěn)定的AT89C51作為核心微處理器，對由傳感器傳來的信號進行處理、計算，將計算后的轉(zhuǎn)速顯示到LED數(shù)碼管上。風速轉(zhuǎn)速測試儀的連接示意圖見圖2。

圖2 風機轉(zhuǎn)速測試儀連接示意圖Fig.2 Connecting schematic diagram of speed tester of fan

漫反射式光電開關在測量范圍內(nèi)檢測到目標物體（即風機扇葉時），會產(chǎn)生一個由低電平至高電平的跳變信號，從而觸發(fā)單片機的外部中斷，進入至中斷函數(shù)體中對變量 Num進行加‘1’操作。與此同時開啟單片機定時器，當定時器計時1 min時對Num變量進行處理，計算出每分鐘的風機轉(zhuǎn)速（r/min），并將轉(zhuǎn)速值顯示至LED數(shù)碼管上。

1.2.2 舍內(nèi)、外環(huán)境指標和濕簾用水量的測定

舍內(nèi)環(huán)境指標主要測定溫濕度和風速。舍外環(huán)境指標主要測定溫濕度。豬舍內(nèi)不同斷面溫、濕度及風速監(jiān)測：每隔兩豬欄為一監(jiān)測斷面，從濕簾端到風機端共設6個斷面（見圖1），且每一監(jiān)測斷面分豬欄和走道2個監(jiān)測點，各監(jiān)測點監(jiān)測高度略高于育肥豬豬背高度。

舍內(nèi)、外溫濕度監(jiān)測儀器采用Apresys 179A-TH溫濕度自動記錄儀24 h 自動記錄（精度分別為±0.2 ℃，相對濕度±1.8%），每30 min記錄1次，舍內(nèi)溫濕度自動記錄儀每個監(jiān)測點布置1個，共12個溫濕度監(jiān)測點。舍外溫、濕度自動記錄儀布置 3個，放置在氣象專用百葉箱中，測點高度采用中國氣象站的測定高度（1.5 m），百葉箱置于室外空曠無遮陰處。舍外溫度取 3個舍外溫度計的平均值。

舍內(nèi)不同斷面風速的測定采用MODEL6004熱線式風速儀測定，該風速儀測量范圍0.1～20 m/s，測定精度0.1 m/s或指示值的5%。測量舍內(nèi)風速時1個監(jiān)測點記錄30個數(shù)據(jù)，取平均值，每棟豬舍內(nèi)共布置12個風速監(jiān)測點。舍內(nèi)風速測試時間為2015年7月25日－8月11日，每日測定時間為 08:00、10:00、12:00、14:00、16:00和 18:00。

舍內(nèi)豬只呼吸頻率的測定是在環(huán)境溫度較高的12:00 和14:00時進行的，測定方法為采用人工秒表數(shù)出1 min計數(shù)側(cè)腹起伏次數(shù)[24]。

濕簾用水量監(jiān)測：在濕簾進水端安裝水表，監(jiān)測濕簾每日用水量，每日上午08:00讀數(shù)1次。每日上午08:00的水表讀數(shù)減去前1天該時刻的讀數(shù)為前1天的濕簾用水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 豬舍通風量試驗結(jié)果

試驗測得4臺風機的轉(zhuǎn)速和風機A和風機B的斷面平均風速，見表1。根據(jù)公式（1）和2種型號風機的斷面平均風速和斷面面積得出4臺風機的通風量，見表1。

表1 四臺風機的通風量Table1 Ventilation rate of four fans

豬舍的通風量為 4臺風機通風量之和，因此豬舍的總通風量61 441.94 m3/h。濕簾-風機豬舍和單純風機豬舍安裝的風機型號和數(shù)量相同，在此認為兩棟試驗豬舍的通風量均為61 441.94 m3/h。

2.2 豬舍通風量和濕簾配置的合理性校核

育肥豬34～100 kg時夏季育肥豬舍內(nèi)參考通風量為127.35～203.76 m3/(h·頭)[25]，每棟試驗舍設計飼養(yǎng)育肥豬420頭，則每棟試驗舍夏季共需通風量為 53 487～85 579 m3/h。實測豬舍夏季風機通風量為61 441.94 m3/h。實測通風量滿足豬舍設計的基本要求。在蒸發(fā)降溫的情況下，過簾風速設計為1.0～1.7 m/s，試驗舍的設計所需夏季風機通風量為53 487～85 579 m3/h，故濕簾面積最小值應為53 487×(1.0～1.7)/3 600=8.7～14.0 m2。本試驗中濕簾面積為(2.6+1.3) m×1.8 m=7.02 m2，面積稍小于濕簾面積最小值。因此，此濕簾-風機舍的濕簾和風機系統(tǒng)配置基本合理。

2.3 濕簾-風機舍、單純風機舍舍內(nèi)風速分布

為對比濕簾-風機豬舍和單純風機豬舍內(nèi)不同斷面風速，選擇數(shù)據(jù)記錄完全的2015年7月25日、2015年7 月27日－7月31日，2015年8月3日－8月9日共13 d，每日 08:00、10:00、12:00、14:00、16:00和 18:00 共 6個斷面豬欄部位的風速值，將同一時刻 1、2、3、4、5 和6斷面豬欄測點的風速數(shù)據(jù)用SPSS17.0軟件統(tǒng)計分析同一時刻、同一試驗舍不同斷面之間的風速差異性，結(jié)果見表2，風速值的表達方式為平均值±SD。

由表 2可知，濕簾-風機豬舍 6個斷面風速范圍為0.51～0.84 m/s；08:00－10:00時，濕簾-風機豬舍斷面1（濕簾端）和斷面6（風機端）風速差異不顯著（P＞0.05）；12:00－18:00，斷面 1風速顯著高于 2～6斷面風速（P＜0.05）。斷面1風速大于斷面2～6風速主要原因為10:00－18:00濕簾開啟時間豬舍門窗全關閉，新風從濕簾端進入豬舍，濕簾面積小于該豬舍斷面面積，距離濕簾近的部位因為進風斷面面積的減小造成該部位附近斷面1風速大于遠離濕簾端各斷面風速。

表2 濕簾-風機舍和單純風機舍不同時刻各斷面豬欄風速Table2 Wind speed above pen at different section in water pad-fan and fan pig house at different time m·s-1

單純風機舍試驗各時刻斷面1和斷面6風速差異不顯著（P＞0.05），6個斷面風速范圍為0.51～0.68 m/s。單純風機舍 1斷面風速在該豬舍進風端進風口面積除了沒有上水的濕簾外，還有打開的2扇窗戶和1個門，因此，在通風量基本相同情況下，單純風機豬舍斷面 1風速（0.58～0.65 m/s）在12:00－18:00小于濕簾-風機豬舍斷面1風速（0.74～0.84 m/s）。育肥豬舍內(nèi)夏季風速的適宜值為1.0 m/s[26]，該兩棟豬舍內(nèi)風速稍低。

利用SPSS20.0對風機舍和濕簾-風機舍共13 d同一編號斷面測得所有風速進行了差異顯著性分析，結(jié)果見表3。

表3 濕簾-風機舍和單純風機舍同一斷面風速對比Table3 Wind speed at same section in water pad-fan pig house and fan pig house m·s-1

由表3可知，濕簾-風機舍和單純風機舍斷面1風速是濕簾-風機舍顯著大于單純風機舍（P＜0.05），兩舍其他斷面均差異不顯著（P＞0.05）。濕簾-風機舍和單純風機舍綜合風速差異不顯著（P＞0.05）。

2.4 兩豬舍降溫期間溫濕度對比

將每一時刻各舍溫濕度平均值（每個舍12個測點，即 6個所測斷面的平均值）和室外溫濕度平均值分別進行作圖，見圖3。

圖3 舍內(nèi)外溫濕度對比Fig.3 Comparison of temperature and relative humidity inside and outside two pig houses

圖3中，試驗期間2015年7月24日00:00－8月11 日17:00中，室外溫度范圍17.1～41.1 ℃，舍外相對濕度范圍33.6%～100%；單純風機舍舍內(nèi)平均溫度范圍19.6～33.8 ℃，相對濕度范圍48%～100%；濕簾-風機舍舍內(nèi)平均溫度范圍21.3～31.7 ℃，相對濕度范圍65%～100%。

濕簾-風機舍降溫幅度較大的 2個時刻分別為 2015 年8月10日15:00和16:00。2015年8月10日15:00，舍外溫度和相對濕度分別為41.1 ℃和33.6%，此刻濕簾-風機舍舍內(nèi)溫度和相對濕度分別為 28.8 ℃（較舍外降低12.3 ℃）和75.8%；單純風機舍舍內(nèi)溫度和相對濕度分別為33.5 ℃（較舍外降低7.6 ℃）和48.5%。2015年8月10日16:00，舍外溫度和相對濕度分別為41.1 ℃和38.0%，此刻濕簾-風機舍舍內(nèi)溫度和相對濕度分別為28.9 ℃（較舍外降低 12.2 ℃）和 80.4%；單純風機舍舍內(nèi)溫度和相對濕度分別為33.3 ℃（較舍外降低7.8 ℃）和52.0%。濕簾-風機舍降溫幅度較大的2個時刻舍外溫、濕度為試驗期間溫度最高和相對濕度最低的時刻。濕簾-風機舍最高降溫幅度較舍外降低 12.3 ℃，該時刻單純風機舍較舍外降低7.6 ℃，二者降溫幅度相差4.7 ℃。

濕簾-風機降溫幅度較低的時刻為2015年7月27日14:00，該時刻舍外溫度和相對濕度分別為 36.5 ℃和60.1%，此刻濕簾-風機舍舍內(nèi)平均溫度為 31.7 ℃（較舍外降低4.8 ℃）和84.5%，單純風機舍舍內(nèi)平均溫度和相對濕度分別為32.9 ℃（較舍外降低3.7 ℃）和78.0%。

蒸發(fā)降溫是一個絕對加濕的過程，通過水分的蒸發(fā)降低空氣溫度，在這個過程中，顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱，并且高濕環(huán)境會減弱蒸發(fā)降溫的效果，很多的研究表明蒸發(fā)冷卻在干燥高溫地區(qū)有很好的降溫效果。上述結(jié)果表明，在北京地區(qū)，濕簾-風機降溫在高溫、低濕的時段降溫效果較好。

為分析在北京地區(qū)使用濕簾-風機降溫和單純風機降溫的豬舍在夏季降溫的整體情況，對試驗期間2015年7 月24日00:00－8月11日17:00的450 h內(nèi)兩豬舍的溫度分布范圍進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表4。

由表4可知，在試驗期間的450 h中，濕簾-風機豬舍和單純風機豬舍舍內(nèi)溫度低于 28.0 ℃的小時數(shù)占比分別為 71.6%和 61.8%，高于 30.0 ℃的小時數(shù)占比分別為5.0%和 20.2%?？梢姡瑵窈?風機降溫方式在北京地區(qū)使用時并不能將舍內(nèi)溫度全部控制在 30.0 ℃以內(nèi)，但是與單純風機降溫相比，可以將舍內(nèi)溫度高于 30.0 ℃的小時數(shù)占比從20.2%降低為5.0%。

表4 單純風機舍、濕簾-風機舍內(nèi)不同溫度分布范圍的時長Table4 Hours of different temperature in fan pig house and water pad-fan pig house

2.5 兩豬舍內(nèi)不同斷面溫、濕度對比

為對比濕簾-風機豬舍和單純風機豬舍內(nèi)不同斷面溫濕度，選擇濕簾-風機降溫效果較好的2015年7月26日、8月9日和8月10日濕簾和風機均運行時段10:00-18:00的溫濕度數(shù)據(jù)，將同一時刻1、2、3、4、5和6斷面豬欄和走道各 1個測點的溫、濕度數(shù)據(jù)按照同一斷面求平均，將3 d同一時刻的同一斷面的溫濕度值用SPSS17.0軟件統(tǒng)計分析不同斷面同一時刻的溫濕度差異性，結(jié)果見表5和表6。

表5 濕簾-風機舍和單純風機舍各斷面溫度Table5 Temperature at different sections in water pad-fan house and fan pig house at different time ℃

表6 濕簾-風機舍和單純風機舍各斷面相對濕度Table 6 Relative humidity at different sections in water pad-fan house and fan pig house at different time %

由表5可知，濕簾-風機舍10:00－18:00之間，同一時刻斷面1溫度比斷面6低0.4 ～2.2 ℃，其中16:00、17:00和18:00三個時刻同一時刻不同斷面溫度差異不顯著（P＞0.05），10:00-15:00同一時刻斷面1溫度顯著比斷面6低1.2～2.2 ℃（P＜0.05）。

由表5和表6可知，單純風機舍各時刻不同斷面的溫度差異不顯著（P＞0.05），單純風機舍各時刻不同斷面的相對濕度差異不顯著（P＞0.05），濕簾-風機舍在10:00、11:00、12:00、16:00、17:00、18:00時不同斷面的相對濕度差異不顯著（P＞0.05），濕簾-風機舍在13:00、14:00、15:00時不同斷面的相對濕度差異顯著（P＜0.05）。

利用SPSS20.0對2015年7月26日－8月11日(全天)風機舍和濕簾-風機舍所有測點的溫、濕度進行了差異顯著性分析，結(jié)果見表7。

表7 濕簾-風機舍與單純風機舍的溫濕度對比Table 7 Temperature and relative humidity in water pad-fan pig house, fan pig house

由表7可知，舍外溫度和單純風機舍舍內(nèi)溫度差異不顯著（P＞0.05），濕簾-風機舍舍內(nèi)溫度顯著低于單純風機舍舍內(nèi)溫度和舍外溫度（P＜0.05）。濕簾-風機舍舍內(nèi)相對濕度顯著高于單純風機舍舍內(nèi)相對濕度和舍外相對濕度，單純風機舍舍內(nèi)相對濕度顯著高于舍外相對濕度。

2.6 兩豬舍豬只呼吸頻率比較

利用SPSS20.0對單純風機舍和濕簾-風機舍2015年7月25日－8月10日每日12:00和14:00的溫度和豬只呼吸頻率進行差異顯著性分析，結(jié)果見表8。

表8 濕簾-風機舍和單純風機舍的溫度及豬只呼吸頻率Table 8 Temperature and respiration rate of pigs in water pad-fan pig house and fan pig house

由表8可知，在12:00和14:00時，單純風機舍內(nèi)溫度均顯著高于濕簾-風機舍（P＜0.05），單純風機舍內(nèi)的豬只呼吸頻率均顯著高于濕簾-風機舍舍內(nèi)呼吸頻率3.82 次/min（12:00）和3.05次/min（14:00）（P＜0.05）。

豬只汗腺不發(fā)達，通過皮膚蒸發(fā)散熱的能力有限，超過熱中性區(qū)上限后豬主要靠喘息提高蒸發(fā)散熱量，因此呼吸頻率的變化可以在一定程度上反應豬對溫度變化的適應情況。本試驗研究結(jié)果表明在溫度為28 ℃時，育肥豬的呼吸頻率為 55～56次/min，在環(huán)境溫度為 29～30 ℃時，豬只的呼吸頻率為60次/min。有研究發(fā)現(xiàn)，80 kg左右的育肥豬在 18～24 ℃時呼吸頻率無明顯變化（44.7～47.5次/min），在溫度超過24 ℃時呼吸頻率快速增加，平均每升高1 ℃增加3.0～3.3次/min，在環(huán)境溫度為28 ℃時，呼吸頻率為60.7次/min，環(huán)境溫度為32 ℃時，呼吸頻率為72.6次/min[27-28]，與本試驗研究結(jié)果基本相符。

2.7 濕簾用水量

在試驗的19 d中，選取降溫幅度較好的10 d，由濕簾-風機舍濕簾的用水量與最大降溫幅度（舍外溫度-舍內(nèi)溫度）制得表9進行比較。

由表9可知，濕簾日用水量為1.20～6.27 m3，最大降溫幅度為4.0～12.3 ℃。由于舍外溫濕度對降溫幅度的影響，所以最大降溫幅度不一定隨著濕簾用水量的增加而增大。

表9 濕簾用水量及最大降溫幅度Table 9 Water consumption and cooling range of water pad-fan system

3 討 論

試驗豬舍中豬只頭數(shù)為94頭，設計豬舍滿載頭數(shù)為420頭，為探討飼養(yǎng)密度對降溫效果的影響，對試驗狀況和滿載情況豬舍新風進風溫度的變化進行了理論分析。

一頭100 kg的育肥豬在20 ℃時的全熱產(chǎn)熱量經(jīng)計算為215 W，在舍內(nèi)溫度為25 ℃時，一頭100 kg的育肥豬舍內(nèi)溫度為20 ℃時全熱量乘以調(diào)整系數(shù)（1+4×10-5(20-t)3=0.995）后為214 W，顯熱量經(jīng)計算約為全熱的55.5%[29]。試驗育肥豬舍滿載420頭豬和試驗狀況94頭豬比較，假設每頭豬平均體質(zhì)量為100 kg，則在舍內(nèi)溫度為25 ℃時，滿載比試驗狀況多產(chǎn)顯熱量為 214 W×(420?94)×55.5%= 38 719 W。試驗豬舍體積為 60.4 m×8.9 m×2.47 m= 1 327.77 m3，試驗豬舍通風量為 61 441.94 m3/h= 17.07 m3/s，通風換氣次數(shù)為46次/h。假設新風進風溫度為tn1=25 ℃，在此狀況下，滿載比試驗狀況多產(chǎn)的顯熱量Qs=38 719 W，可提高試驗豬舍新風進風溫度，理論公式[30]為：

式中Gw為新風通風量，kg/s。在此，豬舍內(nèi)空氣密度為1.146 kg/m3[31]，Gw=19.56 kg/s；cp為舍內(nèi)空氣的定壓比熱容，kJ/(kg·℃)，在此為1.013 kJ/(kg·℃)[31]；tn2為豬體產(chǎn)熱將豬舍內(nèi)新風通風量溫度由25 ℃提高至的溫度，℃；tn1為豬舍新風進風溫度，℃，在此取25 ℃。

由公式（2）可得，滿載豬只時，現(xiàn)有新風通風量情況下，與現(xiàn)有飼養(yǎng)密度相比，豬體增加的顯熱量可將新風進風溫度由25提高至27 ℃，即提高2.0 ℃。

可見，在相同的通風量時，飼養(yǎng)密度不同降溫效果不同。試驗豬舍在滿載時若要達到本試驗條件相同的降溫效果，通風量需要增大，增大的通風量可通過公式（2）計算。

4 結(jié) 論

1）在豬舍通風量和濕簾配置基本合理情況下，豬舍是否使用濕簾對豬舍整體風速無顯著影響。

2）濕簾-風機降溫系統(tǒng)能夠顯著改善北京市育肥豬舍的環(huán)境條件。試驗期間，濕簾-風機舍舍內(nèi)溫度顯著低于單純風機舍（P＜0.05）。在北京地區(qū)使用時，濕簾-風機降溫系統(tǒng)與單純風機相比，可以將舍內(nèi)溫度高于 30.0 ℃的小時數(shù)占比從20.2%降低為5.0%。

3）濕簾-風機降溫系統(tǒng)在改善豬舍內(nèi)環(huán)境的同時，也改變了豬舍內(nèi)部的溫度分布均勻度。在 10:00－15:00舍外溫度較高時，濕簾-風機舍內(nèi)溫度分布不均勻，從斷面1（濕簾端）到斷面6（風機端）溫度逐漸上升（P＜0.05）。16:00－18:00，濕簾-風機舍舍內(nèi)溫度值均勻，濕簾的使用不會造成各斷面溫度有較大影響。無論什么時間段，只使用風機不使用濕簾時各斷面溫度值較為均勻。

4）濕簾-風機降溫系統(tǒng)能夠顯著改善育肥豬的生理狀況。試驗期間，單純風機舍內(nèi)的豬只呼吸頻率均顯著高于濕簾-風機舍舍內(nèi)呼吸頻率3.82次/min（12:00）和3.05 次/min（14:00）（P＜0.05）。

5）濕簾-風機降溫系統(tǒng)的最大降溫幅度不一定隨著濕簾用水量的增加而增大。試驗期間，當濕簾日用水量最大時（6.27 m3/d），當天最大降溫幅度為5.4 ℃；當濕簾日用水量為2.76 m3/d時，當天最大降溫幅度達到試驗期間最大值（12.3 ℃）。

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Cooling effect of water pad-fan system for fattening pig houses in Beijing

Wang Meizhi1,2, Zhao Wanying1, Liu Jijun1,2, An Tao1, Yi Lu1, Wang Gang3, Wu Zhonghong1,2※
(1.College of Animal Science,China Agricultural University, Beijing100193,China; 2.State Key Laboratory of Animal Nutrition,Beijing100193,China; 3.National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences,Beijing100012,China)

High temperature in summer will cause serious impact on the production performance of pigs. So it is very important to control temperature in the pig houses in Beijing, China. An experiment was conducted to compare the cooling effect of the water pad-fan and only fan in pig house in Beijing from July 24thto August 11th, 2015. Before testing the cooling effect, a manual test system for measuring fan ventilation rate was designed and applied to check if the ventilation rate of the experimental pig houses was appropriate. The water pad-area for the experimental pig house was checked too. A total of 188 finishing pigs (each pig 100-110 kg) were prepared for the experiment and divided into 2 pig houses averagely. Temperature and relative humidity outside the pig houses and temperature, relative humidity and wind speed at 6 sections in the pig houses were monitored. The results showed that the ventilation rate and water pad-area were up to the standard recommended by “Midwest Plan Service Structures and Environment Handbook”. During the experimental period, the wind speed range at Section 1-6 in the water pad-fan pig house and the fan pig house was 0.51-0.84 and 0.51-0.68 m/s, respectively. There was insignificant difference between the water pad-fan pig house and the fan pig house for whole wind speed (P＞0.05). The water pad-fan system could reduce the temperature inside the pig house by 12.3 ℃ at most compared to the temperature outside while the fan system could reduce the temperature inside the pig house by 7.6 ℃ compared to the temperature outside in the same experimental period. But when the temperature and relative humidity outside the pig houses were 36.5 ℃ and 60.1%, respectively, the water pad-fan system could not control the temperature inside the pig house below 31.7 ℃. During the 450 h experimental period, the time percentage for the water pad-fan pig house and fan pig house with indoor temperature of below 28.0 ℃ was 71.6% and 61.8%, respectively, and that above 30.0 ℃ was 5.0% and 20.2%, respectively. The temperature at Section 1 was 0.4-2.2 ℃ lower than that at Section 6 in the water pad-fan pig house while the temperature difference at different sections in the fan pig house was not significant (P＞0.05). The relative humidity difference at different sections both in the water pad-fan pig house and in the fan pig house was not significant (P＞0.05). Respiration rates in the water pad-fan pig house were reduced by 3.82 bpm (breaths per minute) at 12:00 and 3.05 bpm at 14:00 compared to those in the fan pig house (P＜0.05), and respiration rate was affected by temperature (P＜0.05). Being one kind of evaporative cooling method, the water pad-fan system would consume 1.20-6.27 m3water per day during the days with good cooling effect and the temperature was reduced by 4.0-12.3 ℃ compared to the temperature outside the pig houses. The temperature range reduced was not consistent with the water consumption at all time because the relative humidity was not the same in different days. These results indicate that the water pad-fan cooling system is better than the fan cooling system in pig houses in Beijing, China.

fans; cooling; wind speed; water pad-fan system; pig house

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.026

S817.3

A

1002-6819(2017)-07-0197-09

2016-07-28

2017-04-12

生豬產(chǎn)業(yè)技術體系北京市創(chuàng)新團隊項目（BAIC02-2016）

王美芝，女，副教授，博士，主要從事畜牧工程與畜牧環(huán)境研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，100193。

Email：meizhiwang@cau.edu.cn

※通信作者：吳中紅，女，副教授，主要從事畜禽環(huán)境工程、環(huán)境對家畜生殖發(fā)育的影響方面的研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，100193。

Email：wuzhh@cau.edu.cn