溫度精細(xì)調(diào)控對(duì)哺乳仔豬局部供暖節(jié)能的影響

游筱彤，張錦瑞，王 華，吳中紅，陽(yáng)林芳，劉 佳，王美芝

溫度精細(xì)調(diào)控對(duì)哺乳仔豬局部供暖節(jié)能的影響

游筱彤1，張錦瑞1，王 華1，吳中紅1，陽(yáng)林芳2，劉 佳1，王美芝1※

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2. 廣東壹號(hào)食品股份有限公司，廣州 510620）

隨著哺乳仔豬日齡增加，仔豬對(duì)溫度的需求逐漸降低。為了探究精細(xì)調(diào)控保溫?zé)魷囟葘?duì)局部供暖的影響，以及仔豬對(duì)溫度的需求，從而降低供暖能耗，該研究選擇河北承德某豬場(chǎng)2個(gè)試驗(yàn)單元共48欄仔豬，分為四梯度溫差2 ℃組（Ⅰ組）、四梯度溫差1 ℃組（Ⅱ組）和兩階段功率組（對(duì)照組），監(jiān)測(cè)仔豬生長(zhǎng)性能、行為和能耗。結(jié)果表明，在仔豬日齡為1～3、4～7、8～14和15～21 d時(shí)，Ⅰ組保溫?zé)粝碌钠骄諝鉁囟确謩e為30.5、28.1、27.6和26.1 ℃，Ⅱ組保溫?zé)粝碌目諝鉁囟确謩e為29.7、27.9、27.2和26.9 ℃，對(duì)照組保溫?zé)粝碌目諝鉁囟确謩e為31.4、27.3、27.7和27.8 ℃。3組之間哺乳仔豬平均日增質(zhì)量差異不顯著（>0.05），哺乳仔豬成活率分別為96.7%、96.8%、96.7%。與對(duì)照組相比，Ⅰ組和Ⅱ組節(jié)能率分別為16.7%和26.2%。從節(jié)能角度來(lái)說(shuō)，設(shè)置四個(gè)溫度梯度變溫度精細(xì)調(diào)控保溫?zé)糨^兩階段功率控制對(duì)仔豬局部供暖的效果更優(yōu)。該研究為優(yōu)化仔豬保溫?zé)魷囟染?xì)調(diào)控效果、提升豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益提供了一定的參考。

溫度；濕度；供暖；仔豬；節(jié)能；行為；保溫?zé)簦痪?xì)調(diào)控

0 引 言

仔豬生產(chǎn)是豬生產(chǎn)飼養(yǎng)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，哺乳仔豬的成活率是影響?zhàn)B豬經(jīng)濟(jì)效益的主要因素之一[1]。哺乳仔豬被毛稀疏、皮下脂肪不發(fā)達(dá)，免疫和體溫調(diào)節(jié)機(jī)能不完善[2]，對(duì)環(huán)境溫度適應(yīng)性較差。仔豬在持續(xù)低溫刺激下，難以依靠體溫調(diào)節(jié)機(jī)能維持體溫，更傾向于扎堆躺臥在母豬旁取暖，被母豬壓死概率升高[3-4]。中國(guó)《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》標(biāo)準(zhǔn)推薦產(chǎn)房中哺乳母豬的適宜溫度為18～22 ℃，而仔豬出生第一周所需溫度為28～32 ℃，出生一周后至斷奶最低臨界溫度為24～26 ℃[5]，仔豬所需溫度高于哺乳母豬適宜溫度。為了同時(shí)滿足母豬和仔豬對(duì)溫度的需求，降低仔豬死亡率，需要在仔豬躺臥區(qū)域提供局部供暖設(shè)施，以補(bǔ)充仔豬所需熱量及溫度。仔豬局部供暖設(shè)施根據(jù)傳熱方式的不同可分為兩種類型：一種是輻射加熱，如保溫?zé)?；另一種是表面?zhèn)鲗?dǎo)加熱，如水暖和電熱板（墊）[6-7]，表面?zhèn)鲗?dǎo)加熱方式在仔豬局部躺臥區(qū)域所提供的溫度相較輻射加熱方式更為均勻，電熱板較保溫?zé)舻墓β矢?、能效較高[8]，但表面?zhèn)鲗?dǎo)加熱方式的初始成本較高且安裝和維護(hù)相對(duì)輻射加熱方式更為繁瑣[9]。保溫?zé)艄┡悄壳皣?guó)內(nèi)外豬場(chǎng)最常采用的仔豬局部供暖方式。保溫?zé)舻某杀据^低，安裝方便，可供給仔豬充足的溫度和熱量，但存在使用壽命較短、能效較低[10-11]等問(wèn)題。Sharpe等[12]發(fā)現(xiàn)美國(guó)中西部地區(qū)產(chǎn)房保溫?zé)羰褂玫碾娔苤辽僬籍a(chǎn)房總消耗電能的58%。Barber等[13]研究表明，在加拿大薩斯喀徹溫省豬場(chǎng)的產(chǎn)房加熱能耗占產(chǎn)房總能耗的65%，在產(chǎn)房加熱能耗中，其中78%為保溫?zé)艏訜崮芎?。雖然使用電力過(guò)程中不直接排放二氧化碳[14]，但是在中國(guó)，電能主要由煤炭等化石能源燃燒產(chǎn)生[15-16]，煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量溫室氣體，其中二氧化碳占3種溫室氣體（二氧化碳、甲烷和氧化亞氮）總量的99%以上[14,17]。溫室氣體的大量排放會(huì)引起氣候劇烈變化，提升低層大氣及地表溫度，影響人類的生存安全[18-20]。既有研究發(fā)現(xiàn)，哺乳仔豬隨著日齡和體質(zhì)量的增長(zhǎng)，其體溫調(diào)節(jié)能力日趨成熟，對(duì)供暖方式提供熱量的需求下降[21]。因此，隨著仔豬日齡的增加，采用恒定功率的保溫?zé)艄┡瘜⒃斐赡茉蠢速M(fèi)和過(guò)多溫室氣體排放。

隨著仔豬日齡的增加，采取一定的溫度調(diào)控措施使保溫?zé)魷囟戎饾u降低，在節(jié)省保溫?zé)裟芎牡耐瑫r(shí)不降低仔豬生產(chǎn)性能，將是未來(lái)仔豬保溫?zé)魷囟染?xì)調(diào)控的發(fā)展方向。在既有研究中，張繼成等[22-23]按照預(yù)設(shè)的仔豬各生長(zhǎng)階段適宜溫度范圍，使用溫度控制系統(tǒng)調(diào)控保溫?zé)艨山档图s36%的能耗，但是并未進(jìn)行仔豬生產(chǎn)效果試驗(yàn)。劉芳等[24]通過(guò)試驗(yàn)表明設(shè)定5個(gè)階段溫度的溫控設(shè)備調(diào)節(jié)保溫?zé)襞c恒定功率保溫?zé)艏訜嵯啾?，每欄仔豬平均日增質(zhì)量增加2.4 kg，節(jié)能率為21.7%，但是該溫度調(diào)控方式為繼電器控制方式，易造成保溫?zé)魮p壞[25]。王美芝等[25]按仔豬不同日齡適宜溫度范圍設(shè)置3檔溫度精細(xì)調(diào)控保溫?zé)?，與當(dāng)時(shí)規(guī)?；i場(chǎng)常用的一段式恒定功率保溫?zé)艏訜嵯啾瓤晒?jié)能25.4%，但未觀察溫度調(diào)控對(duì)仔豬冷應(yīng)激行為的影響，并且目前中國(guó)規(guī)?；i場(chǎng)以兩段式功率控制器控制保溫?zé)舴绞饺〈艘欢问胶愣üβ时責(zé)艄┡绞?。中?guó)規(guī)模化豬場(chǎng)普遍使用的兩段式功率保溫?zé)艨刂破鳛槭謩?dòng)調(diào)控的兩個(gè)按鈕式控制器，不能自動(dòng)進(jìn)行溫度調(diào)控。

因此，本研究采用溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置2種四段溫度梯度精細(xì)調(diào)控保溫?zé)舴桨?，與目前規(guī)?；i場(chǎng)常用的兩段式功率控制保溫?zé)魷囟裙┡Ｊ綄?duì)比，測(cè)定保溫?zé)粝戮植繙囟?、仔豬生長(zhǎng)性能和行為、保溫?zé)裟芎那闆r，探究溫度精細(xì)調(diào)控與目前普遍采用的兩段溫度調(diào)控對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能和能耗方面的影響，為仔豬保溫?zé)艟?xì)化溫度調(diào)控方案的優(yōu)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)豬舍基本情況

本試驗(yàn)在河北省承德市壹號(hào)食品公司規(guī)?；i場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)間為2021年2月—2021年3月。豬場(chǎng)產(chǎn)房共12個(gè)單元，每個(gè)單元建筑尺寸為32.8 m×13.6 m×2.4 m。產(chǎn)房單元均采用機(jī)械通風(fēng)，每個(gè)單元設(shè)有6個(gè)風(fēng)機(jī)，分別為2個(gè)24寸（800 mm×800 mm）地溝風(fēng)機(jī)、2個(gè)36寸（1 120 mm× 1 120 mm）風(fēng)機(jī)和2個(gè)50寸（1 410 mm×1 410 mm）風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)按溫度設(shè)置交替變頻排風(fēng)，冬季從吊頂進(jìn)風(fēng)口處進(jìn)風(fēng)，依靠2個(gè)地溝風(fēng)機(jī)排風(fēng)進(jìn)行空氣交換。單元舍內(nèi)溫度低于20 ℃時(shí)開(kāi)啟燃?xì)馀L(fēng)機(jī)，高于22 ℃時(shí)關(guān)閉。產(chǎn)房單元豬欄為四列五走道式布局，共64個(gè)欄位，產(chǎn)欄尺寸為2.2 m×1.8 m。每個(gè)欄位設(shè)有1 個(gè)保溫?zé)簦?50 W，因特希特公司）和1個(gè)電熱板（100 W，1.2 m×0.48 m，暖威科技節(jié)能有限公司），保溫?zé)魬覓煸诰嚯x地面0.6 m高處。

1.2 保溫?zé)魷囟茸詣?dòng)控制邏輯

為研究保溫?zé)魷囟染?xì)調(diào)控對(duì)仔豬局部供暖的影響，本文自主設(shè)計(jì)了保溫?zé)魷囟茸詣?dòng)控制系統(tǒng)，主要由溫度傳感器、溫度控制器、調(diào)壓可控硅模塊和彩色觸摸屏組成（圖1a）。為防止仔豬啃咬，溫度傳感器放置在保溫?zé)粝戮嚯x地面0.4 m高處。經(jīng)預(yù)試驗(yàn)測(cè)定，保溫?zé)粝戮嚯x地面0.4 m高處溫度與保溫?zé)粝伦胸i躺臥高度平面（距離地面約10 cm）處溫度無(wú)顯著差異（>0.05）。在系統(tǒng)使用的最初階段，按仔豬各日齡溫度需求在控制箱彩色觸摸屏上設(shè)定溫度梯度，然后點(diǎn)擊觸摸屏啟動(dòng)，將設(shè)定溫度數(shù)據(jù)傳輸至可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），控制器按設(shè)定的溫度梯度使用模糊PID控制算法控制可控硅的輸出電壓，調(diào)節(jié)保溫?zé)艄β室愿淖儽責(zé)粝碌臏囟?。?dāng)溫度傳感器自動(dòng)采集的保溫?zé)魧?shí)時(shí)溫度高于或低于設(shè)定溫度時(shí)，通過(guò)控制器內(nèi)模糊PID控制算法運(yùn)算處理，控制可控硅調(diào)低或調(diào)高輸出電壓，以確保保溫?zé)粝碌膶?shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度相一致，控制流程圖見(jiàn)圖1b?？刂破骺蓪?duì)溫度傳感器自動(dòng)采集的溫度、可控硅輸出電壓和電流、用電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)收集，并通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模塊將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器，移動(dòng)終端即手機(jī)或電腦端訪問(wèn)云端服務(wù)器，可實(shí)時(shí)查看并下載各項(xiàng)數(shù)據(jù)，修改溫度梯度及梯度時(shí)間間隔。

1.3 試驗(yàn)分組

因試驗(yàn)場(chǎng)地電路等問(wèn)題，控制系統(tǒng)安裝受限，故選擇3列48欄健康哺乳仔豬（陸川母豬×杜洛克公豬），分為四梯度溫差2 ℃組（Ⅰ組）、四梯度溫差1 ℃組（Ⅱ組）和兩階段功率組（對(duì)照組）3組，分置在2個(gè)產(chǎn)房單元（試驗(yàn)單元1和試驗(yàn)單元2），Ⅰ組、對(duì)照組分別選取試驗(yàn)單元1的A、B列產(chǎn)欄，Ⅱ組則選擇試驗(yàn)單元2的A列產(chǎn)欄，每組1列16欄仔豬（圖2a），仔豬哺乳期（從出生到斷奶）為21 d。試驗(yàn)單元1的試驗(yàn)時(shí)間為2021年2月10日至2021年3月2日，試驗(yàn)單元2的試驗(yàn)時(shí)間為2021年2月27日至2021年3月19日。Ⅰ組和Ⅱ組均采用溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)溫度梯度控制保溫?zé)簟?duì)照組應(yīng)用兩個(gè)按鈕式控制器手動(dòng)調(diào)控保溫?zé)?。Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組設(shè)置的目標(biāo)空氣溫度和功率如表1所示。3個(gè)組每欄電熱板在試驗(yàn)期間均保持1檔（12 W功率）加熱。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

1.4.1 環(huán)境數(shù)據(jù)測(cè)定

2個(gè)試驗(yàn)單元舍內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)設(shè)置相同，分布如圖 2a所示。試驗(yàn)單元舍內(nèi)溫濕度采用溫濕度自動(dòng)記錄儀（型號(hào)：WSZY-1，北京天建華儀科技發(fā)展有限公司，精度：±0.1 ℃、±0.1%RH）進(jìn)行自動(dòng)記錄，記錄間隔為20 min，均置于距地面1.5 m高處（以避免單元內(nèi)定期消毒損壞儀器和干擾正常的生產(chǎn)管理）。在場(chǎng)區(qū)空曠位置設(shè)置一個(gè)舍外溫濕度測(cè)點(diǎn)，使用溫濕度自動(dòng)記錄儀連續(xù)記錄試驗(yàn)期間的舍外溫濕度，溫濕度記錄儀型號(hào)、安裝高度和數(shù)據(jù)記錄間隔時(shí)間與舍內(nèi)相同。

為測(cè)定3個(gè)組保溫?zé)粝碌木植繙囟惹闆r，從3個(gè)組中各選取3個(gè)豬欄，每日08:00、14:00和20:00對(duì)保溫?zé)粝伦胸i躺臥高度平面（距離地面約10 cm）空氣溫度和地面溫度進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，每個(gè)監(jiān)測(cè)平面設(shè)置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖2c所示。為全面了解產(chǎn)欄的溫度分布情況，對(duì)局部加熱區(qū)域以外的漏縫地板區(qū)域進(jìn)行空氣溫度和地面溫度的測(cè)定，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2b?？諝鉁囟群偷孛鏈囟葴y(cè)定儀器分別為手持溫濕度計(jì)（型號(hào)：德圖Testo 610，德圖儀器國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司，精度：±0.1 ℃、±0.1%RH）和紅外熱像儀（型號(hào)E8，F(xiàn)LIR菲力爾系統(tǒng)有限公司，精度：±2 ℃）。溫濕度測(cè)定結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

表1 目標(biāo)空氣溫度和功率設(shè)置

注：Ⅰ組代表四梯度溫差2 ℃組；Ⅱ組代表四梯度溫差1 ℃組；對(duì)照組代表兩階段功率組。下同。

Note: Group Ⅰ represents four gradient temperature difference 2 ℃ group; Group Ⅱrepresents four gradient temperature difference 1 ℃ group; Control group represents two stage power group. Same as below.

1.地溝風(fēng)機(jī) 2.36寸、50寸風(fēng)機(jī) 3.濕簾 4.溫度控制系統(tǒng) 5.溫度傳感器 6.保溫?zé)艏盁羯w 7.保溫?zé)粝聹囟葴y(cè)點(diǎn) 8.漏縫地板溫度測(cè)點(diǎn) 9.仔豬休息活動(dòng)的漏縫地板區(qū)域 10.母豬的休息活動(dòng)區(qū)域

1.Trench fans 2.36-inch and 50-inch fans 3.Wet curtain 4.Temperature control system 5.Temperature sensor 6.Heat lamp and the cover plate of the lamp 7.Temperature measuring points under heat lamp 8.Temperature measuring points of the slatted floor 9.Slatted floor area where piglets rest and move 10.Rest and activity area of sows

注：A～D表示單元的4列產(chǎn)欄；a～h表示單元舍內(nèi)溫度、濕度測(cè)點(diǎn)。

Note: A-D represent the four rows of the farrowing room; a-h represent the temperature and humidity measurement points in the farrowing room.

圖2 豬舍單元及產(chǎn)欄測(cè)點(diǎn)分布圖

Fig.2 Distribution of measuring points in farrowing room and stall

1.4.2 行為觀察

在每個(gè)組4個(gè)產(chǎn)欄正上方的天花板安裝攝像機(jī)（海康威視HIKVISION，杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司），對(duì)仔豬行為進(jìn)行記錄。選取仔豬出生后的1、5、10和15 d連續(xù)24 h的錄像，使用15 min間隔瞬時(shí)掃描采樣的方法觀察仔豬在保溫?zé)粝?、電熱板上的行為，包括躺臥、站立、吸乳、扎堆擁擠和爭(zhēng)斗行為，行為類型及定義參考Zhu等[9,26]研究。使用Cowlog3.0軟件按照行為的類型及位置分析并計(jì)算每種行為仔豬數(shù)量占欄內(nèi)仔豬總數(shù)的百分比（當(dāng)超過(guò)75%的仔豬從事某一特定行為時(shí)，行為即被記錄）。

1.4.3 生產(chǎn)性能測(cè)定

在仔豬出生和斷奶時(shí)，記錄3個(gè)組每欄哺乳仔豬的初生質(zhì)量、窩產(chǎn)仔數(shù)、窩產(chǎn)活仔數(shù)、斷奶頭數(shù)和斷奶質(zhì)量，并計(jì)算每只仔豬的初生質(zhì)量、斷奶質(zhì)量和平均日增質(zhì)量。因?qū)嶋H分娩生產(chǎn)過(guò)程中存在組內(nèi)仔豬調(diào)窩現(xiàn)象，仔豬哺乳期死亡率通過(guò)仔豬在哺乳期間總死亡數(shù)（即總窩產(chǎn)活仔數(shù)和總斷奶仔豬數(shù)的差值）與總窩產(chǎn)活仔數(shù)的百分比進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果以平均值表示。

1.4.4 能耗分析

Ⅰ組和Ⅱ組控制系統(tǒng)每10 min自動(dòng)記錄1次保溫?zé)舻挠秒娏亢洼敵龉β剩瑢?duì)照組每天08:00定時(shí)人工記錄1次安裝電表的數(shù)值。通過(guò)記錄3組保溫?zé)裘咳湛偤碾娏?，?jì)算每欄（個(gè)）保溫?zé)羧站碾娏亢推骄β剩骄碾娏坑?jì)算式為

=/（0×0）（1）

式中為每個(gè)保溫?zé)羧站碾娏?，kW×h；為每組保溫?zé)粼跍囟忍荻葧r(shí)間內(nèi)的耗電量，kW×h；0為設(shè)置的溫度梯度時(shí)間，d；0為每組安裝的保溫?zé)魯?shù)量，個(gè)。

平均功率計(jì)算式為

=/(0×0)（2）

式中為每個(gè)保溫?zé)裘咳掌骄β?，W；為每組保溫?zé)粼跍囟忍荻葧r(shí)間內(nèi)的總功率，W。

若按兩個(gè)溫控組（Ⅰ組和Ⅱ組）設(shè)定溫度調(diào)控所有產(chǎn)房單元的保溫?zé)?，則其較兩階段功率控制節(jié)省的耗電量計(jì)算式為

=×(-)×1×（3）

式中為溫控組調(diào)控保溫?zé)糨^對(duì)照組節(jié)省的耗電量，kW×h；為溫控組每個(gè)保溫?zé)羧站碾娏?，kW×h；為對(duì)照組每個(gè)保溫?zé)羧站碾娏浚琸W×h；為生產(chǎn)1批次仔豬的時(shí)間，d；為每個(gè)單元的保溫?zé)魯?shù)量，個(gè)；1為豬場(chǎng)產(chǎn)房單元數(shù)，個(gè)。

各組保溫?zé)艉碾姰a(chǎn)生的二氧化碳排放量計(jì)算式為

=×tol（4）

式中為保溫?zé)艉碾娝a(chǎn)生的二氧化碳排放量，t；為電網(wǎng)排放因子，根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的最新數(shù)值0.581 0 k/(kW×h)代入計(jì)算[27-28]；tol為試驗(yàn)期間每組保溫?zé)舻目偤碾娏?，kW×h。

2 結(jié)果與分析

2.1 舍內(nèi)、外環(huán)境狀況

為分析試驗(yàn)期間2個(gè)試驗(yàn)單元舍內(nèi)外溫濕度情況，分別對(duì)2個(gè)單元舍內(nèi)外每日平均溫度、平均相對(duì)濕度進(jìn)行計(jì)算。由表2可知，冬季試驗(yàn)期間，試驗(yàn)單元1（Ⅰ組和對(duì)照組所在單元）和試驗(yàn)單元2（Ⅱ組所處單元）舍內(nèi)溫度差異不顯著（>0.05），均高于美國(guó)Midwest Plan Service建議的溫度15.5～18.5 ℃[29]和中國(guó)《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適宜溫度18～22℃[5]。

由表3可知，試驗(yàn)單元1舍內(nèi)鄰近濕簾端(a、f測(cè)點(diǎn))、中段區(qū)域(b、d、e、g測(cè)點(diǎn)) 和靠近風(fēng)機(jī)端(c、h測(cè)點(diǎn))的溫度差異不顯著（>0.05），試驗(yàn)單元2濕簾端、中段區(qū)域和風(fēng)機(jī)端的溫度無(wú)顯著差異（>0.05），說(shuō)明在環(huán)控系統(tǒng)的調(diào)控下連體式產(chǎn)房單元舍內(nèi)溫度平穩(wěn)，基本保持恒溫狀態(tài)。

表2 試驗(yàn)單元內(nèi)外平均溫度與相對(duì)濕度

注：不同小寫(xiě)字母表示處理間（同行）數(shù)據(jù)在0.05水平差異顯著（<0.05），下同。

Note: Different lowercases represent significant difference among treatments (the same row) at 0.05 level, the same as below.

表3 試驗(yàn)單元內(nèi)不同位置溫度分布

2.2 保溫?zé)粝驴諝鉁囟群偷孛鏈囟?/h3>

在試驗(yàn)期間每日3次測(cè)定Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組保溫?zé)粝碌目諝鉁囟群偷孛鏈囟?，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 保溫?zé)粝聦?shí)測(cè)溫度

如表4所示，在仔豬日齡1～21 d，Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組保溫?zé)粝碌孛鏈囟染?0 ℃以上。隨仔豬日齡增加，Ⅰ組和Ⅱ組保溫?zé)粝驴諝鉁囟群偷孛鏈囟瘸孰A段遞減趨勢(shì)，與表1設(shè)置的目標(biāo)空氣溫度變化一致。仔豬日齡1～3 d，Ⅰ組和Ⅱ組保溫?zé)羧站諝鉁囟群偷孛鏈囟蕊@著低于對(duì)照組（<0.05），但Ⅱ組保溫?zé)粝碌孛鏈囟雀哂冖窠M，這與空氣溫度對(duì)比結(jié)果不同，可能是因?yàn)閮山M測(cè)定溫度欄位的仔豬初生質(zhì)量和窩產(chǎn)活仔數(shù)存在差異，導(dǎo)致仔豬在電熱板上的躺臥面積和覆蓋測(cè)點(diǎn)的數(shù)量不同，對(duì)地面溫度的測(cè)定值產(chǎn)生影響。在仔豬日齡的4～7 d，Ⅰ組保溫?zé)粝驴諝鉁囟蕊@著高于對(duì)照組（<0.05），Ⅱ組與對(duì)照組保溫?zé)粝驴諝鉁囟炔町惒伙@著（>0.05）。在仔豬日齡8～14 d，Ⅱ組保溫?zé)粝驴諝鉁囟蕊@著高于Ⅰ組和對(duì)照組（<0.05）。在仔豬日齡的4～7和8～14 d，Ⅰ組、Ⅱ組與對(duì)照組保溫?zé)粝碌孛鏈囟炔町惒伙@著（>0.05）。在仔豬日齡15～21 d，Ⅰ組和Ⅱ組保溫?zé)粝驴諝鉁囟群偷孛鏈囟让黠@低于對(duì)照組（<0.05）。

2.3 漏縫地板空氣溫度和地面溫度

為了解漏縫地板的溫度分布情況，對(duì)3個(gè)組漏縫地板空氣溫度和地面溫度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5所示。

表5 漏縫地板空氣溫度和地面溫度

由表5可知，在仔豬日齡1～21 d，Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組的漏縫地板空氣溫度分別為22.9～25.2、23.4～25.1和23.6～24.7 ℃，3個(gè)組漏縫地板地面溫度分別為23.8～24.7、23.9～24.7和24.2～24.7℃，3個(gè)組漏縫地板的空氣溫度和地面溫度均低于其保溫?zé)粝碌目諝鉁囟群偷孛鏈囟取?/p>

2.4 仔豬行為

為探究Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組保溫?zé)粝聹囟葘?duì)仔豬行為的影響，分析統(tǒng)計(jì)3個(gè)組選取欄位仔豬的行為比例，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 仔豬行為比例

由表6可知，Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組在保溫?zé)粝略褤頂D的比例接近0。低溫環(huán)境下，仔豬會(huì)扎堆擁擠在一起，保持以腹臥為主的姿勢(shì)，降低能量的損失[30]?？梢?jiàn)，3個(gè)組保溫?zé)粝碌臏囟雀哂谧胸i的最低臨界溫度，基本不會(huì)導(dǎo)致仔豬出現(xiàn)冷應(yīng)激的情況。仔豬躺臥行為是反映仔豬對(duì)加熱方式類型或溫度偏好的重要指標(biāo)[31]。3組仔豬的所有行為中占比最高的是在保溫?zé)粝碌奶膳P，分別為43.7%、52.4%和36.9%，且3組保溫?zé)粝碌奶膳P比例均高于漏縫地板上的躺臥比例，說(shuō)明3個(gè)組保溫?zé)粝碌臏囟染m宜仔豬躺臥。Ⅱ組燈下躺臥比例顯著高于Ⅰ組和對(duì)照組（<0.05），這表明該仔豬較其他兩組可能更偏愛(ài)Ⅱ組保溫?zé)粝碌臏囟?，但也可能是因?yàn)棰蚪M的仔豬較其他兩組更傾向于群體集中躺臥或活動(dòng)。Vasdal等[32]發(fā)現(xiàn)當(dāng)部分仔豬躺臥在保溫?zé)粝禄蚵┛p地板處時(shí)，同群其他仔豬總是傾向于與它們一起躺臥并保持相同行為。因此，Ⅱ組仔豬可能受到群體社會(huì)環(huán)境的影響，在保溫?zé)粝碌奶膳P比例高于其他兩組。

2.5 仔豬生長(zhǎng)性能

Ⅰ組、Ⅱ組和對(duì)照組3個(gè)組仔豬的生長(zhǎng)性能如表7所示。由表7可知，Ⅱ組初生仔豬質(zhì)量顯著高于Ⅰ組和對(duì)照組（<0.05），初生仔豬質(zhì)量主要與母豬妊娠階段的環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)、疫病狀況及分娩胎次等因素密切相關(guān)。3組仔豬的窩產(chǎn)仔數(shù)、窩產(chǎn)活仔數(shù)、斷奶仔豬質(zhì)量、平均日增質(zhì)量和斷奶仔豬數(shù)均無(wú)顯著差異（>0.05）。3組哺乳仔豬死亡率基本一致，成活率分別達(dá)到96.7%、96.8%、96.7%。因此，Ⅰ組和Ⅱ組設(shè)置溫度梯度控制保溫?zé)魧?duì)仔豬的生長(zhǎng)性能未產(chǎn)生不良影響。仔豬哺乳期死亡率受仔豬因素（初生質(zhì)量、初乳攝入量、體溫調(diào)節(jié)能力和性別）、母豬因素（初乳產(chǎn)量、胎次和母體特征）和環(huán)境因素（溫度、飼養(yǎng)和管理）等多種因素綜合影響[33]。仔豬初生質(zhì)量是影響哺乳仔豬死亡率的重要因素，哺乳期死亡率與初生仔豬質(zhì)量呈反比關(guān)系[34]。Ⅱ組仔豬哺乳期死亡率略低于其他兩組，可能是由于Ⅱ組仔豬初生質(zhì)量高于其他兩組，也有可能是因?yàn)樵谏a(chǎn)管理中對(duì)仔豬進(jìn)行適時(shí)調(diào)窩、交叉培養(yǎng)，降低了Ⅱ組因仔豬窩產(chǎn)仔數(shù)較多出現(xiàn)更為激烈的初乳爭(zhēng)搶概率，從而減少了弱仔的死亡數(shù)。根據(jù)Zhang等[35]報(bào)道，當(dāng)仔豬數(shù)量超過(guò)母豬可用的功能性奶頭數(shù)時(shí)，仔豬的吮乳量可能會(huì)減少，導(dǎo)致死亡率升高。

表7 仔豬生長(zhǎng)性能

2.6 保溫?zé)裟芎男б娣治?/h3>

為比較3組保溫?zé)裟芎那闆r，對(duì)每欄保溫?zé)簦繖诰惭b1個(gè)保溫?zé)簦┑暮碾娏恳约拜敵龉β蔬M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表8所示。

由表8可知，在仔豬日齡1～21 d，Ⅰ組和Ⅱ組保溫?zé)舻拿咳掌骄β曙@著低于對(duì)照組（<0.05）；與對(duì)照組相比，Ⅰ組和Ⅱ組日均耗電量分別降低了0.7和1.1 kW×h，2組節(jié)能率分別為16.7%和26.2%，與Zheng等[23-24]研究結(jié)果一致，增加保溫?zé)魷囟忍荻然蚬β侍荻瓤梢怨?jié)省能耗并降低經(jīng)濟(jì)成本。Zhou等[36]使用變阻器設(shè)置7個(gè)功率階段控制保溫?zé)?，每個(gè)保溫?zé)羧站秒娏繛?.3 kW×h，高于本試驗(yàn)Ⅱ組的耗電量3.1kW×h，可能是由于本試驗(yàn)的試驗(yàn)單元舍溫較高，與設(shè)定的目標(biāo)溫度溫差減小，導(dǎo)致維持設(shè)定溫度所需保溫?zé)糨敵龉β式档汀⒛芎臏p少。

試驗(yàn)豬場(chǎng)所在地區(qū)農(nóng)用電價(jià)為0.511 5元/(kW×h)，豬場(chǎng)基礎(chǔ)母豬規(guī)模約3 000頭，共有12個(gè)產(chǎn)房單元，1個(gè)單元放置64個(gè)保溫?zé)?。若?個(gè)試驗(yàn)組設(shè)定目標(biāo)溫度使用溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)控所有產(chǎn)房單元的保溫?zé)簦鶕?jù)每欄保溫?zé)羧站碾娏亢碗妰r(jià)結(jié)合式（3）和（4），計(jì)算出生產(chǎn)1批仔豬時(shí)（仔豬哺乳期21 d），應(yīng)用Ⅰ組和Ⅱ組設(shè)定溫度調(diào)控所有產(chǎn)房單元保溫?zé)糨^兩階段恒功率控制，節(jié)約的耗電量分別為11 289.6和17 740.8 kW×h，節(jié)省的電費(fèi)分別為5 774.6和9 074.4元，二氧化碳排放量分別減少6.6 和10.3 t。母豬在分娩前7 d轉(zhuǎn)入產(chǎn)房，仔豬從出生到斷奶共21 d，仔豬斷奶轉(zhuǎn)出后的7 d為產(chǎn)房單元空舍清洗消毒期，試驗(yàn)豬場(chǎng)所在地區(qū)冬季大約為150 d，因此，豬場(chǎng)1個(gè)冬季可產(chǎn)4批仔豬。如果豬場(chǎng)采用批次化生產(chǎn)，則1臺(tái)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)可連接1個(gè)單元64個(gè)保溫?zé)?，產(chǎn)房共需安裝12臺(tái)控制系統(tǒng)，1臺(tái)控制系統(tǒng)成本為2 560.0元。如果采用Ⅰ組和Ⅱ組溫度控制方案，則豬場(chǎng)分別在5.3、3.4個(gè)仔豬生產(chǎn)周期即2個(gè)和1個(gè)冬季可回收控制系統(tǒng)成本。

表8 保溫?zé)裟芎?/p>

3 結(jié) 論

1）Ⅰ組（四梯度溫差2 ℃組）、Ⅱ組（四梯度溫差1 ℃組）和對(duì)照組（兩階段功率組）之間哺乳仔豬平均日增質(zhì)量差異不顯著（>0.05），仔豬成活率分別為96.7%、96.8%、96.7%。

2）與對(duì)照組相比，Ⅰ組和Ⅱ組節(jié)能率分別為16.7%和26.2%。試驗(yàn)豬場(chǎng)按Ⅰ組和Ⅱ組設(shè)定溫度使用控制系統(tǒng)調(diào)控保溫?zé)艨煞謩e在2個(gè)和1個(gè)冬季回收控制系統(tǒng)成本。

3）結(jié)合仔豬的生長(zhǎng)性能、保溫?zé)裟芎男б?，設(shè)置四個(gè)溫度梯度精細(xì)調(diào)控保溫?zé)糨^兩階段功率控制更優(yōu)。

[1] 王成森，李禹濤，郭洪梅. 哺乳仔豬非疫病死亡原因分析[J]. 畜牧與獸醫(yī)，2018，50(12)：125-128

[2] Larsen M, Pedersen L J. Does light attract piglets to the creep area?[J]. Animal, 2015, 9(6): 1032-1037.

[3] Pedersen L J, Larsen M, Malmkvist J. The ability of different thermal aids to reduce hypothermia in neonatal piglets[J]. Journal of Animal Science, 2016, 94(5): 2151-2159.

[4] Kirkden R D, Broom D M, Andersen I L. Piglet mortality: Management solutions[J]. Journal of Animal Science, 2013, 91(7): 3361-89.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)與環(huán)境管理：GB/T17824. 3-2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[6] Andersen H M L, Pedersen L J. Effect of radiant heat at the birth site in farrowing crates on hypothermia and behaviour in neonatal piglets[J]. Animal: An International Journal of Animal Bioscience, 2016, 10(1): 128-134.

[7] Leonard S M, Xin H, Brown-Brandl T M, et al. Effects of farrowing stall layout and number of heat lamps on sow and piglet production performance[J]. Animals: An Open Access Journal from MDPI, 2020, 10(2): 348.

[8] 朱淑斌，黃香文，魏國(guó)生，等. 大尺寸玻璃鋼仔豬電熱板的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(6)：241-244.

Zhu Shubing, Huang Xiangwen, Wei Guosheng, et al. Design of large size fiberglass reinforced plastics for piglet electric heating panels and application effects[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(6): 241-244. (in Chinese with English abstract)

[9] Zhu Y, Li Y, Reese M, et al. Behavior and performance of suckling piglets provided three supplemental heat sources[J]. Animals, 2020, 10(7): 1155.

[10] Larsen M, Thodberg K, Pedersen L J. Radiant heat increases piglets' use of the heated creep area on the critical days after birth[J]. Livestock Science, 2017, 201, 74-77.

[11] Stinn J P, Xin H. Heat lamp vs. heat mat as localized heat source in swine farrowing crate[J]. Agriculture, Animal Sciences, 2014, 660, 96-102.

[12] Sharpe K T, Reese M H, Buchanan E S, et al. Electrical and thermal energy consumption in midwest commercial swine facilities[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2018, 34(5): 857-864.

[13] Barber E M, Classen H L, Thacker P A. Energy use in the production and housing of poultry and swine-an overview[J]. Canadian Journal of Animal Sciences, 1989, 69(1): 7-21.

[14] 王宏亮，薛建明，許月陽(yáng)，等. 電力領(lǐng)域主要溫室氣體排放情況及控制策略研究[J]. 華電技術(shù)，2014，36(10)：56-5862.

[15] 2021年中國(guó)燃煤發(fā)電報(bào)告[EB/OL]. [2021-07-21]. http: //www. chinapower. com. cn/zx/zxbg/20210721/ 89863. Html.

[16] 中國(guó)能源大數(shù)據(jù)報(bào)告（2022）—電力行業(yè)發(fā)展[EB/OL]. [2022-07-11]. https: //news. bjx. com. cn/html/20220711/1240028. shtml.

[17] 蘇燊燊，趙錦洋，胡建信. 中國(guó)電力行業(yè)1990-2050年溫室氣體排放研究[J]. 氣候變化研究進(jìn)展，2015，11(5)：353-362.

Su Shenshen, Zhao Jinyang, Hu Jianxin. Greenhouse gas emissions from power sector in China from 1990 to 2050[J]. Progressus Inquisitiones DE Mutatione Climatis, 2015, 11(5): 353-362. (in Chinese with English abstract)

[18] Rodrigues M F, Abaide A, Danielsson G H, et al. Energy and greenhouse gas emission potential of Northwest Mesoregion of the State of Rio Grande do Sul, Brazil[C]. 2020 IEEE PES Transmission & Distribution Conference and Exhibition-Latin America (T&D LA), Montevideo, Uruguary: IEEE, 2020.

[19] Moiceanu G, Dinca M N. Climate change-greenhouse gas emissions analysis and forecast in Romania[J]. Sustainability, 2021, 13(21): 1-21.

[20] Arora N K, Fatima T, Mishra I, et al. Environmental sustainability: Challenges and viable solutions[J]. Environmental Sustainability, 2018, 1: 309-340.

[21] Milan H, Maia A, Gebremedhin K G. Prediction of optimum supplemental heat for piglets[J]. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2019, 62(2): 321-342.

[22] 張繼成，劉洪貴，鄭萍，等. 哺乳期仔豬局部溫度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2021，42(4)：67-71.

Zhang Jicheng, Liu Honggui, Zheng Ping, et al. Design and experiment of intelligent control system for local temperature of suckling piglets[J]. Transactions of Journal of Domestic Animal Ecology, 2021, 42(4): 67-71. (in Chinese with English abstract)

[23] Zheng P, Zhang J, Liu H, et al. A wireless intelligent thermal control and management system for piglet in large-scale pig farms[J]. Information Processing in Agriculture, 2021, 8(2): 341-349.

[24] 劉芳，吳中紅，王美芝，等. 仔豬保溫箱溫度調(diào)控設(shè)備應(yīng)用效果研究[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2009(1)：27-29.

[25] 王美芝，任方杰，臧建軍，等. 保溫?zé)糇児β使┡瘜?duì)哺乳仔豬環(huán)境調(diào)控及節(jié)能效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(15)：182-191.

Wang Meizhi, Ren Fangjie, Zang Jianjun, et al. Environmental control and energy saving effect of heat lamp with variable power heating for piglets[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 182-191. (in Chinese with English abstract)

[26] 李永振，王朝元，黃仕偉，等. 飼養(yǎng)密度和玩具對(duì)育肥豬生產(chǎn)性能、行為和生理指標(biāo)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(12)：191-198.

Li Yongzhen, Wang Chaoyuan, Huang Shiwei, et al. Effects of stocking density and toy provision on production performance, behavior and physiological indexes of finishing pigs[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(12): 191-198. (in Chinese with English abstract)

[27] 生態(tài)環(huán)境部. 企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南發(fā)電設(shè)施（2022修訂版）[S]. 北京：生態(tài)環(huán)境部，2022.

[28] 生態(tài)環(huán)境部辦公廳. 關(guān)于做好2022年企業(yè)溫室氣體排放報(bào)告管理相關(guān)重點(diǎn)工作的通知[EB/OL]. [2022-03-15]. https: //www. mee. gov. cn/ xxgk2018/xxgk/xxgk06/202203/t20220315_971468. html.

[29] Midwest Plan Service. Swine Housing and Equipment Handbook, MWPS-8[M]. Ames: Midwest Plan Service, 1983.

[30] Huynh T, Aarnink A, Gerrits W, et al. Thermal behaviour of growing pigs in response to high temperature and humidity[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2005, 91(1): 1-16.

[31] Schormann R, Hoy S. Effects of room and nest temperature on the preferred lying place of piglets-A brief note[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2006, 101(3): 369-374.

[32] Vasdal G, Mcigedal I, Knut E, et al. Piglet preference for infrared temperature and flooring[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2010, 122(2): 92-97.

[33] Muns R, Nuntapaitoon M, Tummaruk P. Non-infectious causes of pre-weaning mortality in piglets[J]. Livestock Science, 2016, 184: 46-57.

[34] Ting He, Long He, Enen Gao, et al. Fat deposition deficiency is critical for the high mortality of pre-weanling newborn piglets[J]. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2018, 9(4): 171-178.

[35] Zhang X, Wang M, He T, et al. Effect of different cross-fostering strategies on growth performance, stress status and immunoglobulin of piglets[J]. Animals, 2021, 11(2): 499.

[36] Zhou H, Xin H. Responses of piglets to variable and constant wattage heat lamps with clear or red-color radiant rays[EB/OL]. (1997-01-01) [2014-07-21]. https: //dr. lib. iastate. edu/handle/20. 500. 12876/91059.

Effects of precise temperature control on local heating energy saving of suckling piglets

You Xiaotong1, Zhang Jinrui1, Wang Hua1, Wu Zhonghong1, Yang Linfang2, Liu Jia1, Wang Meizhi1※

(1.,,100193,; 2..,.,510620,)

The temperature requirements of piglets can decrease with the increasing age in the breeding farm. In this study, the growth performance and behavior of piglets were monitored in real time, in order to explore the effects of precise temperature control on the local heating, and the energy consumption of heat lamps. Forty-eight stalls of piglets were selected from two test rooms of a pig farm in Hebei Province of China. Three groups were divided: four temperature gradients group with 2 ℃ for each gradient (Group Ⅰ), four temperature gradients group with 1℃ for each gradient (Group Ⅱ), and two-stage power group (control group) with 16 stalls in each group. The age of the piglets (21 days from birth to weaning) was divided into four periods, 1 to 3, 4 to 7, 8 to 14, and 15 to 21?days. The automatic system of temperature control was used to set the different temperature gradients. The temperature control system consisted of a touch-screen, a temperature sensor, a Programmable Logic Controller (PLC), and a silicon-controlled rectifier for voltage regulation. Control group was adopted as a manual switch with two push buttons of high and low (high and low indicated the heat lamp with 250 and 175 W power, respectively). In addition, a heat lamp (250 W) was placed for the local heating of piglets in each stall. The temperature under the heat lamps, growth performance, behavior of piglets, and the energy consumption of heat lamps were measured to calculate the carbon dioxide emission of energy consumption. The results showed that the average temperatures were 24.1 and 24.3℃in the two test rooms, respectively. The average air temperatures were 30.5, 28.1, 27.6, and 26.1 ℃, respectively, under the heat lamp with the Group Ⅰ. By contrast, the air temperatures were 29.7, 27.9, 27.2, and 26.9℃, respectively, under the heat lamp with Group Ⅱ. The air temperatures were 31.4, 27.3, 27.7, and 27.8℃, respectively, under the heat lamp with a control group. There were no significant differences in the average daily gain among the three groups (>0.05). The survival rates of suckling piglets were 96.7%, 96.8% and 96.7%, respectively. There was no cold stress in the three groups of piglets. Compared with the control group, the energy saving rate of Group Ⅰ and Group Ⅱ were 16.7% and 26.2%, respectively. The automatic system of temperature control recovered the cost only in two and one winters, when the temperature of the heat lamps was set, according to the Group Ⅰ and Group Ⅱ. In energy conservation, four temperature gradients can be expected to better control the heat lamps, compared with the two-stage power control for the local heating of piglets. The finding can provide the reference for the optimal strategy of precise temperature control on the heat lamp, in order to improve the economic benefits of the pig farm.

temperature; humidity; heating; piglets; energy saving; behavior; heat lamp; precise control

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.020

S818；S815

A

1002-6819(2022)-24-0180-08

游筱彤，張錦瑞，王華，等. 溫度精細(xì)調(diào)控對(duì)哺乳仔豬局部供暖節(jié)能的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(24)：180-187.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.020 http://www.tcsae.org

You Xiaotong, Zhang Jinrui, Wang Hua, et al. Effects of precise temperature control on local heating energy saving of suckling piglets[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(24): 180-187. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.020 http://www.tcsae.org

2022-10-08

2022-11-23

中國(guó)動(dòng)物福利標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目；生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（BAIC02-2021）

游筱彤，研究方向?yàn)樾竽凉こ膛c畜牧環(huán)境。Email：youxiaotong07@163.com

王美芝，博士，副教授，研究方向?yàn)樾竽凉こ膛c畜牧環(huán)境。Email：meizhiwang@cau.edu.cn