封閉式豬舍通風系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)品

舒宇頡，肖石軍

（江西農(nóng)業(yè)大學省部共建豬遺傳改良與養(yǎng)殖技術(shù)國家重點實驗室，江西 南昌 330045）

集約化、標準化、現(xiàn)代化是生豬穩(wěn)產(chǎn)保供的根本保障。集約化養(yǎng)豬環(huán)境控制條件和水平直接影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。非洲豬瘟常態(tài)化以來，便于生物安全體系管控的封閉式豬舍成為新式豬舍發(fā)展方向，對豬舍通風、溫控、空氣質(zhì)量等重要生產(chǎn)環(huán)境因素提出了新要求，在很大程度上影響產(chǎn)能和規(guī)模。河北省承德市豬場新建豬舍調(diào)查結(jié)果顯示相比于2016年，2020年的有窗封閉式豬舍建筑數(shù)量明顯增加，且配有通風降溫設施的豬場數(shù)量增加了17.74%[1]。豬舍中環(huán)境控制需要兼顧通風、控溫、空氣質(zhì)量等因素，其中通風系統(tǒng)需要從冬季供暖通風和夏季降溫這兩方面進行綜合考慮[2]，以高效低成本為主體設計方向。豬舍的空氣流動需要結(jié)合豬舍溫度和相對濕度進行考慮，對豬只而言，過高或過低的圈內(nèi)氣流速度都會顯著影響其生長發(fā)育[3]。目前，國內(nèi)規(guī)模化生豬養(yǎng)殖中，通風系統(tǒng)存在著設施設備簡陋、環(huán)境控制能力差等缺陷。通風系統(tǒng)設計的不科學不合理導致豬只生長環(huán)境、福利變差[4]，同時還有健康狀態(tài)和采食量下降等問題。

為解決以上難點，本文綜述了國內(nèi)外豬舍通風系統(tǒng)設計特點及其發(fā)展現(xiàn)狀，介紹各類通風方式及其工作原理、典型通風系統(tǒng)類型、通風系統(tǒng)的生物安全等。為規(guī)?；i舍環(huán)境控制、通風需求設計提供參考與借鑒。

1 國內(nèi)外通風系統(tǒng)研發(fā)應用現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

國外畜牧養(yǎng)殖業(yè)對通風系統(tǒng)研發(fā)較早，有比較成熟的研究成果，研發(fā)了配套技術(shù)設備，建立了一系列較為規(guī)范的通風系統(tǒng)技術(shù)體系，改善了養(yǎng)殖場內(nèi)通風條件，提高生產(chǎn)效益的同時，也保障了動物福利。

20世紀90年代末，美國麥克雷蒙博士等發(fā)明了Airworks豬舍通風系統(tǒng)，為豬舍通風帶來了變革。美國Park等開發(fā)了模擬通風對豬舍空氣質(zhì)量影響的模型[5]，研究了冬季的幾種通風方案，發(fā)現(xiàn)不同的通風再循環(huán)比例，會影響舍內(nèi)空氣質(zhì)量和總運營成本，且再循環(huán)過濾通風比坑式通風成本更低。該研究為設計通風系統(tǒng)中的空氣再循環(huán)比例提供了重要參考。Michele Costantini在歐盟大規(guī)模實施豬舍設施空氣凈化技術(shù)（濕酸洗滌器）對豬舍環(huán)境影響[6]。結(jié)果表明，豬舍廢氣中氨氣濃度降低了70%，而且廢氣中的顆粒物、有機物等有害氣體得到有效處理，濕酸洗滌器對NH3的減排效果顯著，該研究為通風系統(tǒng)中的空氣過濾方法提供重要的創(chuàng)新思路。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于在畜禽養(yǎng)殖業(yè)通風系統(tǒng)的研究和應用相對較晚，但發(fā)展迅速，探索建立了不同氣候、溫濕度等應用模式，有力保障了畜牧業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。寧芳芳等研究了光觸媒空氣凈化器對豬舍中空氣質(zhì)量及豬只生產(chǎn)性能的影響[7]，進一步驗證了空氣過濾在通風中的重要性。解天等以垂直通風育肥豬舍為研究對象[8]，采用CFD對影響豬舍熱環(huán)境質(zhì)量的氣流場和溫度場進行了模擬，分析了舍內(nèi)氣流軌跡、豬只和飼養(yǎng)員呼吸高度處的氣流速度與溫度、氣流速度和溫度的相關(guān)性，并進行模擬驗證，該研究為豬舍通風優(yōu)化和舍內(nèi)環(huán)境調(diào)控提供了重要理論依據(jù)。白洪杰等通過豬舍環(huán)境研究建筑（SERB）軟件對豬舍環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析[9]，對照組豬舍通風方式為負壓通風，試驗組為過濾式垂直立體通風系統(tǒng)，結(jié)果表明，使用過濾式垂直立體通風系統(tǒng)能顯著的提升舍內(nèi)空氣質(zhì)量，提高豬只抗體水平，降低死亡率。

2 豬舍通風類型

規(guī)?；i養(yǎng)殖中主要的通風方式有自然通風與機械通風兩大類。其中機械通風按照壓差的不同可以分為正壓通風和負壓通風兩類。

2.1 自然通風

自然通風是利用豬舍內(nèi)外自然形成的風壓或熱壓，使豬舍內(nèi)空氣流動。自然通風系統(tǒng)在較早的開放式和半開放式豬舍中應用較多[10]，圖1為傳統(tǒng)的單斜面屋頂豬舍中的自然通風，其通風原理簡單，根據(jù)通風需求來調(diào)整前部活板以控制氣流的進出量[11]。

圖1 單斜面屋頂豬舍氣流圖

2.2 機械通風

機械通風是指利用風機等機械強制使豬舍內(nèi)外空氣進行交換[12]。機械通風通常有正壓通風和負壓通風兩類。

2.2.1 正壓通風。正壓通風是將過濾后的空氣吹進舍內(nèi)，使舍內(nèi)氣壓高于舍外，舍內(nèi)空氣因內(nèi)外壓差被壓出排氣口來達到換氣目的。正壓通風系統(tǒng)的優(yōu)點是未過濾空氣進入舍內(nèi)的風險小，氣密性要求低；其缺點是能耗相對高，對風機動力要求較高。目前國內(nèi)的正壓通風系統(tǒng)中，風機運行大都通過舍內(nèi)外溫度變化來控制，舍內(nèi)外靜壓差難以保持。圖2所示空氣過濾機組由舍內(nèi)外氣壓控制，以保證穩(wěn)定靜壓差，各單元風閥及帶風閥的煙囪隨溫度變化來調(diào)節(jié)風閥功率，從而調(diào)節(jié)每個單元的通風量。這樣既可以保證舍內(nèi)安全，又可以基于每個單元的具體情況調(diào)節(jié)通風量。

圖2 單元式正壓通風系統(tǒng)圖

2.2.2 負壓通風。負壓通風是通過風機抽出舍內(nèi)空氣使其達到負壓狀態(tài)，舍外空氣被壓入舍內(nèi)，負壓通風系統(tǒng)需在進風口安裝空氣過濾器，如圖3。負壓通風系統(tǒng)的優(yōu)點在于易改造，便捷造價低；其缺點在于安全性較差，對豬舍氣密性要求高。

圖3 負壓通風系統(tǒng)示意圖

負壓通風也是目前使用最多的通風模式，可分為隧道通風、閣樓通風、垂直通風等。負壓通風設計時要注意兩點，一是在負壓通風系統(tǒng)中增加空氣過濾裝置，會增加通風阻力，導致豬舍內(nèi)外靜壓差增大，靜壓差過大不僅會降低風機運行效率，而且會增加未過濾的空氣通過豬舍縫隙進入舍內(nèi)的風險。二是需要防止風機的倒流，可以在負壓系統(tǒng)中加入防倒流百葉或在風機外罩布袋。

3 典型通風系統(tǒng)簡介

3.1 Airworks通風系統(tǒng)

Airworks豬舍通風系統(tǒng)是20世紀90年代末由美國華特希爾公司的雷蒙兩兄弟總結(jié)多年養(yǎng)豬經(jīng)驗研發(fā)的新型通風系統(tǒng)。Airworks系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的通風模式，兼顧了保溫與通風，最大的特點是節(jié)約建筑面積和節(jié)能。

Airworks通風系統(tǒng)是垂直通風的一種改良模式，其優(yōu)點在于風程短，沒有死角，能時刻保持全豬舍新鮮空氣。其工作原理圖如圖4，外界空氣由閣樓處進入舍內(nèi)（藍色標識），廢氣從豬舍漏縫地板處被抽走（紅色標識）。Airworks系統(tǒng)在夏季需降溫時，通風裝置將風直接精準地吹在豬身上，可有利于降低豬的體感溫度；在冬季保溫時，豬舍采用全封閉式設計，并使用大量保溫材料，即有利于冬天保溫，也可節(jié)約取暖能源。

圖4 Air Works通風系統(tǒng)原理圖

相對于傳統(tǒng)的水平通風模式，Airwork垂直通風模式最大優(yōu)點是：豬舍內(nèi)無粉塵，粉塵被負壓抽到糞坑，保護豬只不易患上呼吸道疾??；豬舍糞可以直接漏到糞坑下，不用人工清掃，豬只不易得腸道疾病。

3.2 靶向通風系統(tǒng)

靶向通風系統(tǒng)是適應近年來南方水網(wǎng)地區(qū)發(fā)展樓房養(yǎng)豬通風研發(fā)的一種通風系統(tǒng)，在解決南方地區(qū)夏季降溫與冬季通風取暖沖突問題效果明顯，靶向通風可以使有害廢氣以最短風程、最快速度排出舍外。靶向通風系統(tǒng)的主要特點是風程短，可將新鮮空氣垂直精準吹到豬只身上，兼具除臭除塵效果。該通風模式可解決冬季通風取暖矛盾，且夏季通風成本低，操作簡單[13]。

3.2.1 靶向通風功能及組成。靶向通風系統(tǒng)主要特點：均勻送風。無論何時何地風速均保持穩(wěn)定，消除近端無風、遠端風多的問題；均勻排風。利用地溝排風，確保排風量與送風量一致，實現(xiàn)自動控制以達到均勻排風目的；節(jié)能和降溫。靶向通風系統(tǒng)可實現(xiàn)降溫、除臭、熱回收三大功能。其通風方向示意圖如圖5所示。

圖5 靶向通風方向示意圖

3.2.2 靶向通風在樓房豬舍中的應用。2018年非洲豬瘟在我國大范圍流行成常態(tài)以來，受土地政策、疫情管控等綜合影響，樓房養(yǎng)豬蔚然成風，據(jù)不完全統(tǒng)計，2019年～2021年樓房養(yǎng)豬新增產(chǎn)能5 000萬頭以上。由于樓房養(yǎng)豬密度大，對通風要求更高，并且需要進行除臭和空氣過濾，所以靶向通風系統(tǒng)更契合樓房式豬舍。靶向通風在樓房豬舍中的優(yōu)勢在于通風量小且風程短，使用的空氣過濾墻面積減小，可降低運營成本。

靶向通風的通風量是縱向通風的1/8左右，在均勻送風系統(tǒng)和均勻吸風系統(tǒng)作用下，可以在小通風量情況下，使得風程最?。ㄏ鄬v向通風縮短6～8倍）。樓房豬舍中使用靶向通風可實現(xiàn)豬舍內(nèi)熱量少累加，確保舍內(nèi)前后端無溫差，且每個單元通風、溫度均勻。

4 豬舍通風設計一般原則

豬舍內(nèi)換氣量由不同類型豬舍的氣候環(huán)境和實際生產(chǎn)需求而制定不同換氣參數(shù)，見表1[14]。

表1 各類豬舍通風設計參數(shù)

5 通風系統(tǒng)中的生物安全問題

以應用廣泛的負壓通風為例，該通風模式下生物安全方面的缺陷包括：在負壓通風模式中，豬舍相對外界有一定真空度，除進氣口外的舍內(nèi)結(jié)構(gòu)需保證完全封閉，否則舍外空氣會通過縫隙進入舍內(nèi)，其中的細菌、病毒等會對豬生物安全產(chǎn)生威脅。豬舍跨度較大時，空氣分層、溫度及速度不均勻。進口處僅有濕簾降溫，沒有針對性過濾、凈化。舍內(nèi)相鄰欄內(nèi)豬只可接觸，生物安全難以保證。

解決生物安全問題主要思路包括以下三方面。“嚴進”，舍外空氣在進氣口處進行凈化過濾處理，將細菌、病毒隔斷在舍外，之后再使用紫外燈照射[15]，以完成對空氣的二次殺菌過濾?！皩挸觥?，舍內(nèi)使用微正壓氣壓條件，可使舍外空氣無法進入舍內(nèi)造成污染?！皟?yōu)技”，采用垂直通風模式，使舍內(nèi)空氣定向流動，廢氣由地溝排出。舍內(nèi)空氣可以使用光觸媒技術(shù)[16]，該方法不僅可以降解氨氣及粉塵顆粒，阻止氣溶膠產(chǎn)生，還能減少排出舍外污染物對環(huán)境影響。

6 討論

不同的通風模式適用不同的養(yǎng)殖環(huán)境，傳統(tǒng)的純自然通風模式不能達到精確控制舍內(nèi)溫濕度以及通風量的目的，現(xiàn)在規(guī)?；i舍通風設計中已很少使用?，F(xiàn)代規(guī)?；i場多為封閉式豬舍，且分為有窗和無窗兩種形式，前者采用機械式與自然綜合通風模式，彌補自然通風的不足，成本較低；后者則采用全機械式通風模式，前期設備投入增加且維護成本相對高，但其便于保障豬只各個生長階段所需的最適小氣候環(huán)境，國內(nèi)新建豬舍大都選用這類模式。隨著通風技術(shù)的不斷發(fā)展，更智能、更符合生產(chǎn)需求的通風產(chǎn)品和技術(shù)模式在不斷研發(fā)，將為不同生產(chǎn)規(guī)模、不同投資規(guī)模、不同氣候特點、不同生產(chǎn)群體等提供更多通風模式選擇。

（致謝：感謝黃路生院士對本文寫作思路、案例選擇的指導以及論文的修改建議。）