保育豬舍三種局部供暖措施效果比較研究

薛振華，趙婉瑩，吳中紅，劉繼軍，張秋亭，云 鵬，陳京媛，王美芝*

(1. 北京市畜牧總站,北京 100107；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,北京 100083；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193；4.北京大鴻恒豐牧業(yè)科技有限公司，北京 100101)

環(huán)境的溫度和濕度是豬與其生活環(huán)境保持平衡的重要因素[1]。保育豬剛經(jīng)歷斷奶應(yīng)激，對低溫很敏感，對疾病的易感性高，更需要精心飼養(yǎng)和管理。保育舍的溫度環(huán)境直接影響其成活率和生長性能，保育豬舍適宜的環(huán)境溫度為20～25 ℃[2]，當(dāng)環(huán)境溫度低于舒適區(qū)時，豬表現(xiàn)出血管收縮、皮溫下降，產(chǎn)生豎毛、肢體蜷縮或擠聚等冷應(yīng)激現(xiàn)象[3]。保育豬舍適宜的相對濕度為60%～70%[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，在氣溫相同(12～14 ℃)、濕度不同的試驗中，80%～85%濕度與65%～70%濕度比，30日齡仔豬體重低2.46 kg，增重速度低34.1%[4]。

在豬舍圍護結(jié)構(gòu)保溫性能達不到豬舍冬季溫度需求時，需要對豬舍配置供暖措施。在北方地區(qū)，環(huán)境溫度較低，為維持生產(chǎn)性能豬舍(尤其是保育豬舍)一般需要添加局部供暖。目前使用較多的有仔豬保溫箱、電熱板、紅外保溫?zé)?、石英加熱管等，其中兩種典型的局部加熱方式是紅外保溫?zé)艄┡偷孛婀┡痆5]。紅外保溫?zé)粢话闩c保溫箱配合使用，為哺乳仔豬提供適宜的溫度。使用紅外保溫?zé)艨商岣咦胸i的局部環(huán)境溫度。周青等[6]發(fā)現(xiàn)，加紅外保溫?zé)舻谋叵湓囼灲M與對照組相比，平均最低溫度高4.8 ℃，料重比降低了7.8%(P<0.01)，具有較好的保溫效果。豬一天的躺臥時間一般在15 h以上[7]，地面溫度能夠直接影響仔豬的健康狀況和生產(chǎn)性能。劉煒等[8]通過試驗表明應(yīng)用地暖保溫的仔豬每頭平均日增重提高44 g，料肉比減少0.13，飼料利用率提高10.8%，地暖保溫技術(shù)能夠給保育階段的仔豬提供適宜的生活環(huán)境促進仔豬生產(chǎn)水平的提高。王美芝等[9]認(rèn)為低溫地暖系統(tǒng)比暖氣片對流供暖方式熱效率高，在傳送過程中熱量損失小，其實感溫度比傳統(tǒng)的采暖方式高2～4 ℃，可減少豬舍的耗煤量，同時可減少二氧化碳排放量，在供暖保溫的基礎(chǔ)上達到了節(jié)能減排的低碳養(yǎng)殖效果。

在相同的豬舍環(huán)境條件下，不同局部供暖方式對保育仔豬局部熱環(huán)境的效果比較尚不明確，而且在京津冀霧霾嚴(yán)重、北京市豬場禁止燃煤供暖的前提下，使用電供暖成為豬舍供暖的主要供暖方式。為更好了解不同電供暖形式的供暖情況，本試驗對試驗豬舍進行局部電供暖設(shè)計，對比了三種常見局部供暖方式紅外保溫?zé)?、電地暖和頂板電熱板之間的熱環(huán)境效果，為豬舍電供暖方式的選擇提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗豬舍 本試驗在北京市大興區(qū)某豬場進行。試驗時間：2016年1月5日～2016年2月1日。試驗的豬舍為保育豬舍，豬舍為東西走向，建筑面積810 m2(54.4 m×14.9 m)，豬舍屋頂材料為彩鋼夾芯板，吊頂為單層彩鋼板，吊頂距地高度2.5 m，四面墻體均為240 mm厚，雙坡屋頂，舍內(nèi)地面為水泥地面。窗戶為單層塑鋼窗，南北墻各有9個1.5 m×0.6 m的采光亮子，南墻上有兩個1.5 m×1.4 m的大窗。6個風(fēng)機排列在東墻上，風(fēng)機外框尺寸(從北到南)分別為1.15 m×1.15 m、0.85 m×0.85 m、1.15 m×1.15 m、0.76 m×0.76 m、1.15 m×1.15 m、1.51 m×1.51 m，其中0.76 m×0.76 m的變頻風(fēng)機在試驗期間連續(xù)開啟，風(fēng)量約為1 800 m3/h，其他風(fēng)機全部關(guān)閉，風(fēng)機百葉閉合。舍內(nèi)吊頂上南北兩列各9個大小為0.8 m×0.8 m×0.2 m的通風(fēng)口，冬季每個通風(fēng)口開啟大小為0.55 m×0.15 m。保育舍豬欄為雙列單走道式布局，走道寬1.0 m，豬欄大小按4～5窩保育豬設(shè)計，面積18 m2(3.0 m×6.0 m)，為半漏縫板地面，其中近走道處為3.0 m×1.5 m的實體地面。舍內(nèi)分布見圖1。

圖1 試驗舍環(huán)境指標(biāo)測點分布A1-4、B1-4、C1-4分別為電地暖、頂板電熱板和紅外保溫?zé)艄┡木植凯h(huán)境指標(biāo)測點；X、Y為試驗舍整體環(huán)境監(jiān)測點。為電地暖供暖豬欄，為頂部電熱板供暖豬欄，為紅外保溫?zé)艄┡i欄。為紅外保溫?zé)羲谖恢?，每個豬欄有兩個紅外保溫?zé)鬎ig.1 The distribution of environmental indicator measuring points in the experimental roomA1-4, B1-4, C1-4 were the local environmental index monitoring points of electric floor heating, top radiant heating and infrared heating lamps, respectively; X, Y were the whole environmental indexes monitoring points in the experimental room. was the pen of floor radiant heating， was the pen of top radiant heating， was the pen of infrared heating lamps. was the position of the infrared heating lamp, there were two lamps in each pen

1.1.2 測定儀器 試驗期間環(huán)境指標(biāo)測定所用的儀器有二氧化碳自記儀(型號：EZY-1S；北京天建華儀科技發(fā)展有限公司；測量范圍：0～9 824 mg/m3；精度：±147 mg/m3或讀數(shù)的10%)、多功能干濕球露點溫濕度計(型號：8736；臺灣衡欣科技股份有限公司；測量范圍：0%～100%和-20～50 ℃；精度：±5%和±0.6 ℃)、熱線式風(fēng)速儀(型號：MODEL6003；沈陽加野科學(xué)儀器有限公司；測量范圍：0.1～20.0 m/s和0～50 ℃；精度：±(指示值的5%+0.1) m/s和±1 ℃)、手持氨氣監(jiān)測儀(型號：GT901；深圳科爾諾電子科技有限公司；測量范圍：0～76 mg/m3；精度：±3%)、溫濕度自動記錄儀(型號：Apresys179A-TH；艾普瑞(上海)精密光電有限公司；測量范圍：0%～100%和-40～100 ℃；精度：±1.8%和±0.2 ℃)、表面溫度計(型號：Testo905-T2；德圖儀器國際貿(mào)易(上海)有限公司；測量范圍：-50～350 ℃；精度：±1 ℃)

1.2 三種局部電供暖設(shè)計

1.2.1 電地暖方案設(shè)計 電地暖設(shè)計參照美國和加拿大對地暖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定[10-11]，預(yù)設(shè)單位采暖功率250 W/m2，地面溫度控制在25～35 ℃。結(jié)合試驗豬舍實際養(yǎng)殖管理情況，設(shè)計地暖區(qū)域為6個豬欄，采用發(fā)熱電纜采暖，每個豬欄的總面積約為18 m2，實體地面面積1.5 m×3 m=4.5 m2，在豬欄的水泥實體地面上鋪設(shè)地暖，實際地暖鋪設(shè)區(qū)域約為4.0 m2(除去料槽占地面積)，每頭保育豬所占地暖面積為0.09～0.19 m2[10]，故設(shè)計地暖可供21～40頭仔豬躺臥，符合實際需要。電地暖屬于局部空間采暖，單位面積電地暖的采暖功率為250 W/m2；各豬欄分別設(shè)置溫控器獨立控制。

1.2.2 頂部電熱板設(shè)計 頂部電熱板供暖，發(fā)熱體采用電熱膜，選擇巖棉作為保溫隔熱材料，電熱面板由自下而上的水泥輻射板、電熱膜、巖棉保溫層、水泥板纖維四層組成[12-13]。面板四角有方管作為可調(diào)節(jié)高度支架，面板外部配合連接感溫探頭和溫度控制器。感溫探頭安裝在支架處距地面30～40 cm，位于仔豬活動區(qū)域，將區(qū)域?qū)崟r溫度傳導(dǎo)給溫度控制器，根據(jù)不同日齡保育豬的溫度需求，合理設(shè)定溫度并及時調(diào)節(jié)電熱板的開閉，在供暖的同時也達到了節(jié)能環(huán)保的效果。試驗中豬欄內(nèi)頂部供暖電熱板尺寸1.0 m×3.0 m(受豬欄現(xiàn)場料槽位置限制，頂部電熱板有一半在實體地面上方，一半在漏縫地板上方)，安裝高度為距離地面1.0 m，電熱板單位面積功率為250 W/m2。

1.3 測定指標(biāo)與方法

試驗期間(20160105-20160130)，用二氧化碳自記儀、氨氣檢測儀測定舍內(nèi)氣體濃度，二氧化碳為連續(xù)監(jiān)測，記錄時間間隔是30 min，氨氣為定時監(jiān)測，測定時間為每天8∶00、11∶00、14∶00、17∶00，測點為X和Y(圖1)，氣體測定高度約1.0 m。

試驗期間(20160105-20160130)，供暖措施開啟。為了測定三種不同電供暖方式所在局部區(qū)域整體溫濕度狀況，同時為了減少臨近供暖方式之間的互相影響，選擇6個豬欄中中間2個南北相對的豬欄，橫向等距布四點進行局部環(huán)境溫濕度的測定，測點距地面1.0 m，共12個測點(A1-4、B1-4、C1-4)，其中溫濕度連續(xù)監(jiān)測，測定間隔為30 min/次，測點分布見圖1。其中，A2、B2、C2和A3、B3、C3在供暖區(qū)域內(nèi)，A1、B1、C1和A4、B4、C4在供暖區(qū)域外。

試驗期間(20160105-20160111和20160120-20160130)，為了測定不同電供暖方式不同高度溫度的分布狀況，選擇測點A1、A2、B1、B2、C1、C2所在的三種供暖方式的豬欄(測點分布見圖1)，用手持儀器在豬欄內(nèi)供暖區(qū)域?qū)Φ孛鏈囟群途嗟孛?.3 m、0.7 m、1.1 m高度的溫濕度進行測定，測定時間為每天8:00和14:00兩次，每個測點測三次，取均值。測量地面溫度時，選擇無仔豬躺臥供暖區(qū)地面。

試驗期間(20160105-20160111和20160120-20160130)，對保溫?zé)舻臏囟容椛湟?guī)律進行探究，主要測定保溫?zé)羲趨^(qū)域地面和距地面0.3 m水平面上中心點以及中心點向外的0.2 m、0.4 m、0.6 m距離的溫度特征，測定時間為每天8∶00和14∶00兩次，每個測點測三次，取均值，測點見圖2。

圖2 紅外保溫?zé)糨椛浞秶鷾囟葴y量點布置圖Fig.2 The temperature measuring points at radiation range of infrared heating lamp

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗數(shù)據(jù)用Minitab 17 的“箱線圖(也稱為方框須線圖)”進行數(shù)據(jù)篩選，剔除異常數(shù)據(jù)，保留有效數(shù)據(jù)。有效數(shù)據(jù)用SAS8.1處理，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”的形式表示，P<0.05為顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗舍內(nèi)環(huán)境狀況

試驗期間，對試驗舍內(nèi)的CO2和NH3濃度進行監(jiān)測，結(jié)果顯示，試驗保育舍內(nèi)CO2和NH3濃度每天波動較大，其中CO2濃度范圍是4 324～7 539 mg/m3，平均濃度為5 804 mg/m3；NH3濃度波動范圍是16～25 mg/m3，平均濃度為21 mg/m3。

2.2 三種供暖方式局部環(huán)境狀況

2.2.1 局部環(huán)境溫濕度 局部環(huán)境溫濕度結(jié)果見表1。由表1知，A組測點A2和A3溫度在16 ℃以上，顯著高于測點A1和A4(P<0.05)；B組測點B2和B3平均比測點B1和B4的溫度高2.4 ℃(P<0.05)； C組位于供暖區(qū)域內(nèi)的C2和C3測點溫度顯著地高于在供暖區(qū)域外的測點C1和C4的環(huán)境溫度(P<0.05)。測點A1、A4、B1、B4、C1、C4之間溫度差異不顯著(P>0.05)；在供暖區(qū)域內(nèi)的測點中，測點A2、A3、B2、B3溫度差異不顯著(P>0.05)，而測點C2、C3溫度在18 ℃左右，顯著高于A組和B組供暖區(qū)域內(nèi)的測點溫度(P<0.05)?？梢?，紅外燈輻射到測點1.0 m高度處的能量大于地面輻射供暖和頂部供暖輻射到該高度處的能量值。

表1 三種供暖方式局部溫濕度Table 1 The local temperature and relative humidity of three heating modes

在表1中，供暖區(qū)域外的測點濕度普遍偏高，均在93%以上，濕度最高的測點C4濕度值可達到98.7%。供暖區(qū)域內(nèi)的測點濕度均在80%左右，其中測點C2濕度最低。同樣的，A組和B組濕度值也在走道兩側(cè)呈對稱分布，C組南側(cè)(C3、C4)的濕度均顯著高于北側(cè)(C1、C2)的濕度。

上述表明局部供暖可以顯著提高豬舍局部溫度，并顯著降低豬舍局部濕度。

2.2.2 三種供暖方式不同高度溫濕度分布規(guī)律 2.2.1中監(jiān)測的三種供暖方式的溫濕度為1.0 m處的溫濕度，但保育豬生活范圍僅為地面至0.3 m高左右。為了更好的比較三種供暖方式對仔豬活動區(qū)的供暖效果，在試驗期間(20160105-20160111和20160120-20160130)，用手持儀器對保育舍三種局部供暖方式地面溫度以及距地面0.3 m、0.7 m、1.1 m高度的溫濕度進行測定，其中，保溫?zé)艄┡i欄地面溫度測定時，選擇距離保溫?zé)粽路降牡孛鎱^(qū)域。每天8∶00和14∶00測兩次，所測得數(shù)據(jù)見表2。

地面溫度：電地暖>保溫?zé)?頂部電熱板，電地暖的地面溫度顯著地高于頂部電熱板供暖的地面溫度(P<0.05)。

距離地面0.3 m的溫度：保溫?zé)?頂部電熱板>地暖，電地暖溫度顯著地低于另外兩種供暖方式(P<0.05)，其中，溫度最高的保溫?zé)粢鹊嘏?.9 ℃。三種供暖方式的總體濕度在距地面0.3 m高度存在顯著差異(P<0.05)，其中地暖濕度達到(72.6±0.6)%，而頂部電熱板和保溫?zé)魸穸仍?5%左右。

表2 三種局部供暖方式不同垂直高度溫濕度的比較Table 2 Comparison of temperature and humidity for three heating modes at different vertical height

距離地面0.7 m位置：頂部電熱板溫度顯著高于地暖，濕度顯著低于地暖(P<0.05)。距地面1.1 m位置，頂部電熱板和地暖這兩種供暖方式的溫度和濕度差異不顯著(P>0.05)。

不同供暖方式的局部環(huán)境溫濕度有不同的變化規(guī)律。對地暖來說，地面溫度最高，隨著垂直方向高度的增加，環(huán)境溫度呈平緩下降趨勢；頂部電熱板供暖的地面溫度最高，其次是0.7 m處，距地面1.1 m溫度最低；保溫?zé)舻牡孛鏈囟缺染嗟孛?.3 m位置環(huán)境溫度高。地暖方式在距離地面不同高度的位置濕度變化不大，范圍在72.6%～73.3%，頂部電熱板供暖僅在距地面1.1 m高度時濕度為72.8%左右，在距地面0.3 m和0.7 m時濕度小于65%。

2.2.3 紅外保溫?zé)糨椛錅囟确植家?guī)律 保溫?zé)糨椛涔┡瘯r在同一水平面(地面和距離地面0.3 m)，距離中心點越遠溫度越低。地面上中心點、距中心點0.2 m、距中心點0.4 m、距中心點0.6 m位置的溫度分別為27.1 ℃、26.0 ℃、24.9 ℃和24.1 ℃。每個位置的溫度Y1與距中心點的距離X1存在線性回歸關(guān)系，線性回歸方程分別為Y1=-5.055X1+27.014(R12=0.9969)。

在距離地面0.3 m高的水平面上，從中心向外四個不同位置范圍的溫度分別為23.8 ℃、23.1 ℃、22.0 ℃和21.4 ℃。每個位置的溫度Y2與距中心點的距離X2存在線性回歸關(guān)系: Y2=-4.115X2+23.817(R22=0.9876)。

地面上離中心點一定距離位置的溫度比0.3 m高的相應(yīng)點溫度都要高，溫度差為2.6～3.3 ℃，存在極顯著差異(P<0.01)(圖3)。

圖3 紅外保溫?zé)舡h(huán)境輻射溫度規(guī)律Fig. 3 The rule of environmental radiation temperature of infrared heat lamps

當(dāng)保溫?zé)糌i欄地面溫度Y1=25 ℃時，根據(jù)線性回歸方程Y1=-5.055X1+27.014(R12=0.9969)可得距離中心點X1=0.40 m，進而得出保溫?zé)魸M足仔豬最低地面溫度需求的有效面積理論值S1=π·X12=0.50 m2。因此保溫?zé)粝卤Ｓi理論舒適躺臥區(qū)面積0.50 m2。

當(dāng)保溫?zé)艟嗟孛?.3 m高度水平面上環(huán)境溫度Y2=20 ℃時，可滿足仔豬的溫度需求，此時根據(jù)線性回歸方程Y2=-4.115X2+23.817(R22=0.9876)可得距離中心點X2=0.93 m，進而得出保溫?zé)魸M足仔豬需求的熱量輻射有效面積理論值S2=π·X22=2.71 m2。因此保溫?zé)粝卤Ｓi理論舒適站立區(qū)面積2.71 m2。

3 討 論

舍內(nèi)CO2日均濃度的平均值為5 804 mg/m3，明顯高于我國國家標(biāo)準(zhǔn)中CO2濃度的限定值(CO2≤1 301 mg/m3)[2]，與美國推薦的冬季CO2濃度上限值(CO2≤5 894 mg/m3)相近[14]。舍內(nèi)NH3日平均濃度平均值為21 mg/m3，略高于我國保育豬舍國家標(biāo)準(zhǔn)(NH3≤20 mg/m3)[2]，比美國推薦的NH3濃度上限值(NH3≤8 mg/m3)明顯偏大[14]。

地面溫度：電地暖(28 ℃)>紅外保溫?zé)?26.8 ℃)>頂部電熱板(25.8 ℃)，三者地面溫度均在仔豬舒適的地面溫度范圍內(nèi)(25～35 ℃)，其中電地暖的地面溫度28 ℃與P. Brandt等[15]研究的電地暖的地面溫度30 ℃接近，比Malmkvist 等[16]所研究的33.5 ℃的地面溫度低。距地面0.3 m高度溫度：紅外保溫?zé)?21.3 ℃)>頂部電熱板(20.7 ℃)>電地暖(18.4 ℃)，其中電地暖所提供的溫度低于保育仔豬舒適溫度(20～25 ℃)。地暖產(chǎn)生的熱量由地面向上擴散，由下到上溫度逐漸降低；紅外保溫?zé)魧儆诩t外輻射供暖，地面受到紅外輻射吸收部分熱量，因此地面溫度會比其距地面0.3 m的環(huán)境溫度高。

該試驗中，每欄約25頭豬，電地暖供暖面積為4.0 m2/欄，每頭豬的舒適躺臥區(qū)為0.16 m2；頂板電熱板的供暖面積為3 m2/欄，每頭豬的舒適躺臥區(qū)為0.12 m2；每臺紅外保溫?zé)舻睦碚撌孢m躺臥區(qū)面積為0.5 m2/欄，每欄有2臺紅外保溫?zé)?，每頭豬的舒適躺臥區(qū)為0.04 m2。保育豬的舒適躺臥面積為0.09～0.19 m2/頭。仔豬感覺到寒冷時，往往會喜扎堆，用擠聚的方式來互相取暖，保持恒定體溫，豬的趴臥有利于減少熱量損失，并可通過同伴間扎堆擠聚獲得熱量[17-19]。紅外保溫?zé)艚M雖然在局部空間范圍能夠為仔豬提供較為適宜的溫度，但因保溫?zé)糨椛涿娣e有限，不能滿足豬欄內(nèi)所有仔豬的需求，因此相對于其他兩組會有較多的仔豬擠聚現(xiàn)象。有研究表明，仔豬的擠聚現(xiàn)象是造成仔豬死亡的主要原因之一[20-21]。紅外保溫?zé)舻拈L期光照會影響豬只在豬欄內(nèi)的分布，6至11周齡的小豬在一般情況下會選擇更暗的地方(78.7%的時間在更暗的環(huán)境，平均為19小時左右)，空間里的照度增加會使豬的入住率下降，但是排便率增加[22-24]。因此紅外保溫?zé)艄┡y以滿足欄內(nèi)豬只的躺臥需要，易發(fā)生擠聚現(xiàn)象，導(dǎo)致弱豬死亡，保育豬更傾向于選擇黑暗的區(qū)域休息。就經(jīng)濟方面，假設(shè)為每頭豬提供0.12 m2的舒適躺臥區(qū)(25頭豬共3 m2躺臥區(qū))，每欄應(yīng)提供6臺紅外保溫?zé)?，每臺紅外保溫?zé)魹?50 W，每欄共需要1 500 W；頂部電熱板和電地暖僅需要750 W，紅外保溫?zé)艉哪転轫敳侩姛岚搴碗姷嘏?倍。

4 結(jié) 論

(1)電地暖、頂部電熱板、紅外保溫?zé)羧N局部供暖方式的保育豬躺臥的地面溫度分別為28.0 ℃、25.8 ℃、26.8 ℃，其中地暖所提供的地面溫度最高，比頂部電熱板的地面溫度高2.2 ℃。三種方式均能為保育豬提供舒適的地面躺臥溫度。

(2)在距離地面0.3 m處，電地暖、頂部電熱板、紅外保溫?zé)羧N局部供暖方式的保育豬活動范圍溫度分別為18.4 ℃、20.7 ℃、21.3 ℃，其中保溫?zé)糌i欄的溫度最高，頂板電熱板提供的溫度符合仔豬所需溫度范圍，而地暖所提供的仔豬活動范圍溫度低于仔豬舒適溫度。

(3)每臺250 W的紅外保溫?zé)艨蔀樨i只提供0.5 m2左右的舒適躺臥區(qū)，會引起欄內(nèi)豬只擠聚，并且長期光照會影響欄內(nèi)豬只的分布規(guī)律。

(4)在本試驗所選用的保育豬舍條件下，頂部電熱板相比電地暖和紅外保溫?zé)艄┡C合效果更好。但是，電供暖方式的形式選擇還需結(jié)合豬舍內(nèi)部布局和投資及運行費用綜合考慮。