李修松 葉章穎 李保明 馮曉龍 朱松明 沈 盼

(1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，杭州 310058；2.青島大牧人機(jī)械股份有限公司，青島 266000；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)豬舍環(huán)境的影響主要是指通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)豬舍熱環(huán)境和空氣質(zhì)量環(huán)境的影響，評(píng)價(jià)熱環(huán)境的主要指標(biāo)有溫度、濕度和風(fēng)速等，評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量環(huán)境的主要指標(biāo)有NH3、H2S、CO2等有害氣體和粉塵濃度。通風(fēng)系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)豬只不同的生長(zhǎng)階段為豬只提供實(shí)現(xiàn)最佳生長(zhǎng)的溫度、濕度、風(fēng)速等，并移除對(duì)豬只和飼養(yǎng)人員健康不利的NH3、H2S、CO2、粉塵等氣體污染物。

保育階段的仔豬消化功能發(fā)育尚不健全，主動(dòng)免疫系統(tǒng)尚不完善，而且還承受斷奶應(yīng)激的影響[1]，極易受到豬舍熱環(huán)境和空氣質(zhì)量環(huán)境的影響，產(chǎn)生各種疾病。RISKOWSKI等[2]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同溫度和風(fēng)速的環(huán)境中，不僅對(duì)保育豬的日增重、飼料消耗量影響明顯，還對(duì)飼料在消化系統(tǒng)的消化時(shí)間影響明顯，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，飼料消化時(shí)間較短的豬只腹瀉發(fā)病率較高。腹瀉痊愈的豬只生長(zhǎng)發(fā)育不良、日增重下降的現(xiàn)象比較常見(jiàn)[3]。SCHEEPENS等[4]研究發(fā)現(xiàn)，保育豬在較低溫度或較高風(fēng)速的環(huán)境中咬耳、咬尾、打斗的行為是舒適環(huán)境的4倍，溫度和風(fēng)速等環(huán)境因素對(duì)保育豬福利行為影響明顯。NH3是豬舍最有害氣體之一，NH3進(jìn)入豬只或人體呼吸系統(tǒng)會(huì)引起各種呼吸道疾病[5]，而且在分解過(guò)程中會(huì)消耗維持豬體生長(zhǎng)和生產(chǎn)的能量，降低豬只的生產(chǎn)成績(jī)[6-7]，豬舍中的粉塵不僅會(huì)吸附豬舍中的各種有害氣體，還會(huì)吸附各種病毒、病菌微生物進(jìn)入呼吸道和肺部，對(duì)豬只和飼養(yǎng)人員健康造成不利影響[8]。因此，保育階段的豬只對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的要求較為嚴(yán)格，尤其在冬季通風(fēng)量較小的情況下，舍內(nèi)各部位溫濕度分布需均勻，并且不能出現(xiàn)較大波動(dòng)；氣流分布均勻無(wú)死角，且能夠?qū)H3、H2S、CO2、粉塵等氣體污染物控制在較低的范圍內(nèi)[9]。

豬舍內(nèi)溫濕度分布的均勻性、移除氣體污染物的效率主要取決于通風(fēng)系統(tǒng)采取的通風(fēng)模式[10]。豬舍通風(fēng)模式與進(jìn)氣口和排氣口的布置位置有關(guān)。STEVE等[11]在一個(gè)1/2比例模型的育肥舍通過(guò)比較5種類(lèi)型通風(fēng)模式發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)量保持不變，進(jìn)風(fēng)窗和地溝風(fēng)機(jī)均位于豬舍中間位置的通風(fēng)模式使豬只活動(dòng)區(qū)域的氣流場(chǎng)分布最均勻。BJERG等[12]利用CFD對(duì)丹麥常見(jiàn)的豬舍通風(fēng)模式進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在糞池布置風(fēng)量較小的排風(fēng)風(fēng)機(jī)，舍內(nèi)NH3濃度明顯降低，并且將屋頂風(fēng)機(jī)移動(dòng)到躺臥區(qū)上方時(shí)，豬舍溫度分布更加均勻。文獻(xiàn)[13-14]也證實(shí)，不同進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口布置方式產(chǎn)生的氣流組織模式對(duì)粉塵的移除效率影響明顯。

目前，大部分關(guān)于通風(fēng)模式的研究基于CFD模擬或者試驗(yàn)豬舍，SMITH等[15]試驗(yàn)證實(shí)，實(shí)際生產(chǎn)中豬舍的環(huán)境比較復(fù)雜，豬舍設(shè)施、豬只身體形狀及其活動(dòng)行為對(duì)氣體的流動(dòng)和分布影響明顯。本文基于商業(yè)豬場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的保育舍進(jìn)行測(cè)試，研究2種不同通風(fēng)模式在冬季對(duì)保育舍內(nèi)熱環(huán)境和空氣質(zhì)量環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)豬舍

試驗(yàn)豬舍選取廣西壯族自治區(qū)陸川縣某養(yǎng)殖集團(tuán)存欄2 000頭基礎(chǔ)母豬配套的保育場(chǎng)，該保育場(chǎng)采用全進(jìn)全出周批次生產(chǎn)模式，每周斷奶仔豬約960頭，每周仔豬進(jìn)入2個(gè)單元，每單元約480頭仔豬。仔豬21—22日齡進(jìn)入保育舍，保育42 d，空欄消毒7 d。保育舍共14間，每間寬7.2 m，長(zhǎng)28.8 m，吊頂高度2.4 m。豬舍中間過(guò)道兩側(cè)豬欄，過(guò)道寬0.8 m，欄長(zhǎng)2.4 m，寬3.2 m，每側(cè)12欄，每欄20頭豬，每頭豬占地約0.38 m2，稍大于MWPS推薦值(0.34 m2/頭)[16]，欄內(nèi)實(shí)體地面約占1.9 m2，漏糞區(qū)域約5.8 m2，采用規(guī)模豬場(chǎng)常用保育專(zhuān)用塑料漏縫地板，規(guī)格0.6 m×0.6 m，漏縫率46%。欄位前端采用PVC實(shí)體隔板，兩側(cè)格柵。離前端實(shí)體隔板0.5 m的側(cè)欄中間放置雙面6孔位不銹鋼保育料槽，離墻0.5 m的側(cè)欄中間放置仔豬飲水盤(pán)。每欄前面實(shí)體地板上方放置175 W保溫?zé)?只。豬舍糞污排放采用糞尿分離的機(jī)械刮糞方式，每天上午刮糞一次。根據(jù)MWPS保育舍對(duì)通風(fēng)量建議[16]，配置50″定速、36″定速、24″變速風(fēng)機(jī)各1臺(tái)放置糞池底部(試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)兩舍舍內(nèi)負(fù)壓均在15～20 Pa之間，風(fēng)機(jī)流量按負(fù)壓20 Pa下風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)風(fēng)量設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求)。降溫濕簾長(zhǎng)12 m，高1.8 m。豬舍屋面和吊頂均采用100 mm厚玻璃絲綿保溫隔熱材料。豬舍平面布置如圖1所示(圖中○表示溫度測(cè)點(diǎn)，△表示氣體污染物濃度測(cè)點(diǎn))。

圖1 試驗(yàn)豬舍示意圖

選取保育4周齡2間相鄰豬舍做試驗(yàn)豬舍，試驗(yàn)期間未出現(xiàn)仔豬死亡情況。飼料消耗和環(huán)控器溫度設(shè)置如表1所示。

表1 保育不同生長(zhǎng)階段的飼料量和環(huán)控器溫度設(shè)置

1.1.1CV通風(fēng)模式豬舍

圖2a為CV通風(fēng)模式豬舍，吊頂進(jìn)風(fēng)窗位于中間過(guò)道上方，尺寸0.8 m×1.2 m，共7個(gè)。根據(jù)冬季通風(fēng)量5.1 m3/(h·頭)、春秋通風(fēng)量25 m3/(h·頭)[16]，每個(gè)進(jìn)風(fēng)窗通風(fēng)量范圍340～1 700 m3/h。冬季時(shí)舍外新風(fēng)從濕簾進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入公共走廊，從公共走廊上方吊頂進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入閣樓(圖1b)，再由吊頂進(jìn)風(fēng)窗進(jìn)入豬只活動(dòng)區(qū)域，經(jīng)漏縫地板進(jìn)入糞池，經(jīng)風(fēng)機(jī)排出舍外。夏季舍外熱空氣經(jīng)濕簾降溫進(jìn)入公共走廊，從豬舍前端窗戶(hù)進(jìn)入舍內(nèi)，由風(fēng)機(jī)排出舍外。

圖2 豬舍通風(fēng)示意圖

1.1.2GCV通風(fēng)模式豬舍

圖2b為GCV豬舍，地下風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口截面積為4.32 m2，舍內(nèi)走道地面出風(fēng)口共8組，每組2塊，分別為寬0.2 m，長(zhǎng)3.6 m。根據(jù)豬舍冬季通風(fēng)量5.1 m3/(h·頭)及春秋通風(fēng)量25 m3/(h·頭)[16]，走廊出口風(fēng)速范圍在1～3 m/s，地下風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速范圍在0.5～1.5 m/s。冬季舍外新風(fēng)從地下進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入舍內(nèi)地下風(fēng)道，經(jīng)舍內(nèi)中間走廊地面出風(fēng)口進(jìn)入舍內(nèi)，漫過(guò)豬欄實(shí)體隔板均勻進(jìn)入每欄的仔豬生活區(qū)，進(jìn)入糞池后由風(fēng)機(jī)排出舍外。夏季舍外熱空氣經(jīng)濕簾降溫進(jìn)入公共走廊，從豬舍前端窗戶(hù)進(jìn)入舍內(nèi)，由風(fēng)機(jī)排出舍外。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1溫濕度測(cè)試

在兩個(gè)豬舍長(zhǎng)度方向上分別距離濕簾4.8、14.4、24 m處選取1、2、3斷面，在每個(gè)斷面1.5 m水平高度布置1個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，每個(gè)豬舍舍內(nèi)均有3個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)。在CV通風(fēng)豬舍吊頂進(jìn)風(fēng)口處分別布置3個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，與舍內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)(圖1b)，在GCV通風(fēng)豬舍地下進(jìn)風(fēng)道內(nèi)分別布置3個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，與舍內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)(圖1c)。同時(shí)為防舍外溫濕度數(shù)據(jù)丟失，在舍外布置2個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，距地面高1.8 m，并用錫箔紙包裹進(jìn)行防輻射處理，對(duì)測(cè)試期間舍外天氣狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。利用Elitech RC-4HA/C型溫濕度記錄儀(溫度：量程-30～60℃，精確度±0.5℃，分辨率0.1℃；相對(duì)濕度：量程0～99%，精確度±3%(25℃，20%～90%)，其他±5%，分辨率0.1%)對(duì)溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行采集。采集時(shí)間間隔為15 min。測(cè)試時(shí)間為2018年12月23日—2019年1月29日。

1.2.2NH3、CO2、H2S和粉塵測(cè)試

在2個(gè)豬舍長(zhǎng)度方向上分別距離濕簾4.8、14.4、24 m處選取1、2、3斷面，在每個(gè)斷面0.5、1.5 m水平高度分別布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)豬舍舍內(nèi)均有6個(gè)測(cè)點(diǎn)(圖1b、1c)。同時(shí)對(duì)兩個(gè)豬舍地溝風(fēng)機(jī)排出口分別布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)所有測(cè)點(diǎn)的NH3、CO2、H2S、PM2.5、PM10濃度進(jìn)行采集。有害氣體檢測(cè)采用泵吸式便攜氣體檢測(cè)報(bào)警儀(工作溫度-40～70℃，相對(duì)濕度0～95%(非冷凝)。其中CO2質(zhì)量濃度測(cè)試范圍0～5 398 mg/m3，分辨率1 mg/m3，NH3質(zhì)量濃度測(cè)試范圍0～69 mg/m3，分辨率0.01 mg/m3、H2S質(zhì)量濃度測(cè)試范圍0～139 mg/m3，分辨率0.1 mg/m3)。采集各測(cè)點(diǎn)NH3、CO2、H2S質(zhì)量濃度，均每次采樣3次，取其平均值作為該測(cè)點(diǎn)采集濃度。顆粒物檢測(cè)采用DT-96型顆粒物測(cè)試儀(PM2.5質(zhì)量濃度量程：0～2 000 μg/m3，PM10質(zhì)量濃度量程：0～2 000 μg/m3，分辨率1 μg/m3，鄭州君達(dá)儀器儀表有限公司)。采集各測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10濃度均每次采樣3次，手持儀器每次采樣時(shí)間為1 min，取其平均值作為該測(cè)點(diǎn)粉塵采集濃度。測(cè)試時(shí)間為2018年12月23日—2019年1月29日，每天08:00—10:00、13:00—15:00、19:00—21:00采集3次測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1通風(fēng)系統(tǒng)效率

采用SHERYLL[17]定義的舍內(nèi)平均氣體污染物移除效率和局部氣體污染物移除效率來(lái)評(píng)價(jià)兩種通風(fēng)系統(tǒng)移除舍內(nèi)有害氣體或粉塵的能力。計(jì)算公式為

(1)

式中Eo——舍內(nèi)平均污濁氣體移除效率

Cexhaust——排氣口污染物質(zhì)量濃度，mg/m3

Cinlet——進(jìn)氣口污染物質(zhì)量濃度，mg/m3

Cm——舍內(nèi)整體污染物質(zhì)量濃度，mg/m3

Eo=1認(rèn)為舍內(nèi)氣體混合均勻，Eo>1認(rèn)為舍內(nèi)空氣污染物濃度低于排氣口，空氣質(zhì)量較好，通風(fēng)系統(tǒng)移除舍內(nèi)有害氣體或粉塵的能力較高，反之認(rèn)為舍內(nèi)空氣質(zhì)量較差，通風(fēng)系統(tǒng)移除舍內(nèi)有害氣體或粉塵的能力較低。

1.3.2氣體污染物排放率

氣體污染物排放率可由進(jìn)氣口和排氣口之間氣體污染物濃度差計(jì)算得到[18]。采用平均氣體污染物排放率來(lái)評(píng)價(jià)兩種通風(fēng)系統(tǒng)氣體污染物排放量，計(jì)算公式為

E=Vr(Cexhaust-Cinlet)

(2)

式中E——?dú)怏w污染物排放率，mg/s

Vr——豬舍平均通風(fēng)量，m3/s

豬舍通風(fēng)量是衡量舍內(nèi)環(huán)境的基本參數(shù)，可以采用直接或間接的測(cè)試方法獲取。冬季保育舍通風(fēng)以變速風(fēng)機(jī)為主，直接測(cè)試比較困難[19]，根據(jù)豬舍熱平衡原理采用間接測(cè)試的方法計(jì)算豬舍的平均通風(fēng)量[20]，計(jì)算公式為

(3)

其中

ρa(bǔ)=353/(to+273)

式中CP——空氣的定壓比熱容，取1 030 J/(kg·K)

ρa(bǔ)——空氣密度，kg/m3

ti——豬舍內(nèi)平均溫度，℃

to——豬舍進(jìn)風(fēng)口平均溫度，℃

Qv——豬舍需排出的熱量[21]，W

1.3.3數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2013和SPSS 22.0數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，其中應(yīng)用SPSS 22.0軟件對(duì)不同通風(fēng)模式豬舍進(jìn)行單因素方差分析，多重比較采用LSD法，p<0.05時(shí)確定為差異顯著，數(shù)據(jù)分析結(jié)果以平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種通風(fēng)模式舍內(nèi)溫濕度測(cè)試結(jié)果

2.1.1舍外環(huán)境條件

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試期間舍外日平均溫度為16.3℃，最高氣溫在12月23日14:39為24.0℃，最低溫在12月29日23:39為8.1℃，平均相對(duì)濕度80.8%，最高相對(duì)濕度在12月23日03:09達(dá)到92.6%，最低相對(duì)濕度出現(xiàn)在12月23日14:09為64.1%。測(cè)試期間舍外溫度和相對(duì)濕度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 舍外溫濕度變化曲線(xiàn)(2018年)

2.1.2舍內(nèi)溫度分析

為了便于研究?jī)煞N通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)豬舍熱環(huán)境的影響，選取測(cè)試時(shí)間為2018年12月23—28日，對(duì)舍內(nèi)3點(diǎn)連續(xù)采集的平均溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。其中剔除豬舍開(kāi)啟保溫?zé)舻臅r(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)(12月23日17:30至12月24日12:00)。如圖4所示，GCV豬舍平均溫度25.0℃，最高溫度25.7℃，最低溫度24℃，溫度波動(dòng)范圍1.7℃；CV豬舍平均溫度24.7℃，最高溫度26.4℃，最低溫度21.8℃，溫度波動(dòng)范圍4.6℃。兩舍舍內(nèi)平均溫度均滿(mǎn)足該日齡保育豬溫度要求[22]，但GCV豬舍平均溫度稍大于CV豬舍，且更接近表1環(huán)控器設(shè)置溫度。GCV豬舍溫度波動(dòng)明顯小于CV豬舍，GCV豬舍舍內(nèi)溫度波動(dòng)幅度是CV豬舍37%。溫度波動(dòng)越小的豬舍對(duì)保育豬的健康越有利[23]，也大大降低環(huán)控器的操作頻率，降低故障風(fēng)險(xiǎn)[24]。

圖4 CV和GCV豬舍舍內(nèi)和進(jìn)風(fēng)口溫度變化曲線(xiàn)(2018年)

舍內(nèi)溫度波動(dòng)幅度受進(jìn)風(fēng)方式直接影響。GCV豬舍舍外新風(fēng)從地下風(fēng)道經(jīng)走廊經(jīng)風(fēng)口進(jìn)入舍內(nèi)，CV豬舍舍外新風(fēng)從吊頂閣樓經(jīng)進(jìn)風(fēng)窗進(jìn)入舍內(nèi)，如圖4所示，GCV地下風(fēng)道平均溫度19.1℃，最高溫度22.1℃，最低溫度15.8℃，溫度波動(dòng)幅度6.3℃；CV豬舍吊頂閣樓平均溫度20.6℃，最高溫度24.9℃，最低溫度17.2℃，溫度波動(dòng)幅度7.7℃；室外平均溫度17.9℃，最高溫度24℃，最低溫度12.7℃，溫度波動(dòng)幅度11.3℃；地下風(fēng)道和吊頂閣樓分別將舍外的溫度降低了45.1%和31.8%。舍外溫度較低時(shí)，地下進(jìn)風(fēng)和吊頂進(jìn)風(fēng)通風(fēng)模式均能夠提高新風(fēng)進(jìn)舍溫度，但舍外溫度較高時(shí)，地下進(jìn)風(fēng)能夠降低新風(fēng)進(jìn)舍溫度，吊頂進(jìn)風(fēng)仍能提高新風(fēng)溫度。舍外溫度與地下風(fēng)道的溫差如圖5所示，當(dāng)舍外溫度在20.2℃時(shí)，舍外溫度與地下風(fēng)道的溫差為0℃，即當(dāng)舍外溫度高于20.2℃時(shí)，地下風(fēng)道降低進(jìn)風(fēng)溫度，當(dāng)舍外溫度低于20.2℃時(shí)，地下風(fēng)道提高進(jìn)風(fēng)溫度。故GCV豬舍溫度性能優(yōu)于CV豬舍。

圖5 舍外溫度與地下風(fēng)道溫度溫差

豬舍溫度對(duì)豬群采食量、日增質(zhì)量、飼料轉(zhuǎn)化率等有顯著影響，豬舍溫度分布不均勻會(huì)造成豬舍豬群生長(zhǎng)均勻度不同，給豬舍管理帶來(lái)難度[25]。如圖6所示，兩舍均在舍中間處溫度稍高，兩端溫度稍低，主要原因是兩側(cè)窗戶(hù)保溫隔熱性較差，熱量損失較中間多，GCV豬舍最大溫差0.5℃，小于CV豬舍最大溫差1.8℃。對(duì)兩舍長(zhǎng)度方向溫度差異的顯著性分析顯示，GCV豬舍溫度相對(duì)于位置差異不顯著(p>0.05)，CV豬舍溫度4.8 m處和24 m處與14.4 m處溫度差異顯著(p<0.05)。原因可能是GCV豬舍進(jìn)風(fēng)口布置均勻度遠(yuǎn)大于CV豬舍(GCV豬舍地下進(jìn)風(fēng)口沿過(guò)道兩側(cè)通長(zhǎng)布置，CV豬舍吊頂進(jìn)風(fēng)口沿吊頂布置7個(gè))，故GCV豬舍溫度分布均勻性?xún)?yōu)于CV豬舍。

圖6 GCV和CV豬舍長(zhǎng)度方向溫度的變化

圖8 GCV和CV通風(fēng)模式豬舍舍內(nèi)不同位置對(duì)CO2、NH3、PM2.5、PM10分布的影響

綜上，GCV豬舍和CV豬舍舍內(nèi)熱環(huán)境的差異主要原因是兩舍進(jìn)風(fēng)方式不同。CV豬舍舍外新風(fēng)經(jīng)吊頂閣樓進(jìn)入舍內(nèi)。吊頂閣樓能夠收集豬舍通過(guò)吊頂板對(duì)外散發(fā)的熱量和太陽(yáng)輻射通過(guò)屋頂板對(duì)內(nèi)傳導(dǎo)的熱量。CZARICK[26]在對(duì)冬季利用吊頂進(jìn)風(fēng)通風(fēng)方式的雞舍進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)(雞舍屋頂彩鋼板，吊頂150 mm玻璃絲棉)，白天舍外冷空氣溫度可以提高13.8℃，由于屋頂無(wú)保溫隔熱措施，夜間閣樓溫度接近室外溫度。本研究吊頂和屋面都做保溫隔熱處理，從舍內(nèi)和舍外滲透進(jìn)閣樓的熱量在夜間得以保存，因此閣樓在白天和夜間對(duì)舍外冷空氣都有加熱作用，并在每天13:00—15:00達(dá)到最高(圖4)。GCV豬舍外新風(fēng)經(jīng)地下風(fēng)道進(jìn)入舍內(nèi)，地下風(fēng)道的土壤儲(chǔ)存大量的地?zé)崮?，其溫度主要受深度影響，在地?.5 m以下開(kāi)始保持穩(wěn)定[27]。HESSEL[28]對(duì)一間21.8 m×23.0 m，采用地下管道送風(fēng)的分娩舍進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地下管道能夠?qū)⑦M(jìn)風(fēng)的溫度波動(dòng)幅度從49.1℃(-14～35.1℃)減少到15℃(6.5～21.5℃)，舍外進(jìn)風(fēng)溫度低于14.1℃時(shí)，地下管道對(duì)舍外進(jìn)風(fēng)升溫，反之進(jìn)行降溫，這與本研究GCV豬舍溫度變化很相似。

相對(duì)濕度分析數(shù)據(jù)選取同溫度，如圖7所示，GCV豬舍平均相對(duì)濕度66.8%，最高相對(duì)濕度75.3%，最低相對(duì)濕度56.8%，CV豬舍平均相對(duì)濕度69.4%，最高相對(duì)濕度75.3%，最低相對(duì)濕度57.1%。兩舍的相對(duì)濕度差別不大，且均滿(mǎn)足豬只生長(zhǎng)的最佳相對(duì)濕度需求[22]。

圖7 兩種通風(fēng)模式豬舍舍內(nèi)相對(duì)濕度變化(2018年)

2.2 豬舍空氣質(zhì)量環(huán)境測(cè)試分析

測(cè)試期間對(duì)舍內(nèi)0.5 m和1.5 m水平高度有害氣體NH3、H2S、CO2和粉塵PM2.5、PM10濃度進(jìn)行采集，如圖8所示。兩個(gè)高度水平面均沒(méi)有檢測(cè)到H2S濃度，目前國(guó)內(nèi)其他商業(yè)豬場(chǎng)測(cè)到H2S質(zhì)量濃度也很低(小于0.2 mg/m3)[29]。兩豬舍0.5 m高度平面和1.5 m高度平面空氣中NH3、H2S、CO2和粉塵PM2.5、PM10濃度均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)模化豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理(GB/T 17824.3—2008)》關(guān)于保育舍的濃度規(guī)定(20 mg/m3、8 mg/m3、1 300 μg/m3、1 500 μg/m3)[22]。高度方向上，除CO2質(zhì)量濃度外，兩舍0.5 m高度平面處NH3、PM2.5、PM10濃度均大于1.5 m高度平面各參數(shù)濃度，檢測(cè)結(jié)果表明兩舍空氣質(zhì)量環(huán)境較好，不僅有利于豬只健康生長(zhǎng)，而且也滿(mǎn)足飼養(yǎng)人員工作環(huán)境要求。GCV豬舍0.5 m和1.5 m高度平面的各測(cè)試點(diǎn)NH3、PM2.5、PM10濃度均小于CV豬舍0.5 m和1.5 m高度平面NH3、PM2.5、PM10濃度，故GCV豬舍0.5 m和1.5 m高度平面空氣質(zhì)量環(huán)境優(yōu)于CV豬舍相同高度面的空氣質(zhì)量環(huán)境(p<0.05)。

長(zhǎng)度方向上，GCV豬舍(除CO2外)和CV豬舍0.5 m高度平面和1.5 m高度平面各空氣質(zhì)量環(huán)境參數(shù)差異不明顯(p>0.05)，說(shuō)明兩舍各空氣質(zhì)量環(huán)境參數(shù)分布均勻，舍內(nèi)通風(fēng)無(wú)死角。

豬舍排風(fēng)口布置位置可能是影響豬舍有害氣體和粉塵濃度的重要因素。GCV豬舍和CV豬舍排氣風(fēng)機(jī)均布置于漏糞地板下方，整個(gè)糞池下方形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，豬舍生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的有害氣體和粉塵迅速均勻地進(jìn)入糞池，糞池產(chǎn)生的有污濁氣體能夠直接由風(fēng)機(jī)排出。傳統(tǒng)通風(fēng)模式的保育舍排風(fēng)口經(jīng)常位于山墻或側(cè)墻，該模式下冬季CO2、NH3、PM2.5、PM10質(zhì)量濃度分別為7 892 mg/m3[30]、6.7 mg/m3[31]、230 μg/m3[32]、2 190 μg/m3[32]，排風(fēng)口在糞池的豬舍有害氣體和粉塵的濃度明顯低于傳統(tǒng)通風(fēng)模式的豬舍。NICOLAI等[33]試驗(yàn)證實(shí)將排風(fēng)口放置在糞池，糞池中的污濁氣體不會(huì)上浮，豬舍中有害氣體和粉塵的濃度大大降低。LAVOIE等[34]對(duì)比進(jìn)風(fēng)方式相同(管道送風(fēng))排風(fēng)方式不同(糞池排風(fēng)與山墻排風(fēng))的兩間豬舍發(fā)現(xiàn)有糞池排風(fēng)的豬舍冬季氨氣濃度和粉塵濃度均低于傳統(tǒng)排風(fēng)的豬舍。

豬舍進(jìn)風(fēng)口布置位置也可能是影響豬舍有害氣體和粉塵濃度的重要因素。ZONG等[35-36]對(duì)比排風(fēng)方式相同(地溝排風(fēng))進(jìn)風(fēng)方式不同(吊頂彌散進(jìn)風(fēng)與側(cè)墻進(jìn)風(fēng))兩間豬舍，發(fā)現(xiàn)吊頂彌散進(jìn)風(fēng)的豬舍NH3和CO2濃度均低于側(cè)墻進(jìn)風(fēng)的豬舍。GCV豬舍有害氣體和粉塵濃度低于CV豬舍也是由于兩豬舍的進(jìn)風(fēng)口布置不同。GCV豬舍進(jìn)風(fēng)方式為地下進(jìn)風(fēng)，進(jìn)入豬舍的新鮮空氣能夠更多地分布在豬群活動(dòng)區(qū)域，CV豬舍為吊頂進(jìn)風(fēng)，進(jìn)入豬舍新鮮空氣先和豬舍上部空間空氣混合后進(jìn)入豬群活動(dòng)區(qū)域，故CV豬舍糞池中氣體污染物進(jìn)入豬舍空間可能比GCV豬舍多，AARNINK等[37]也證實(shí)地下進(jìn)風(fēng)比屋頂彌散進(jìn)風(fēng)的豬舍NH3濃度和粉塵濃度降低21%和78%。

2.3 豬舍通風(fēng)效率的測(cè)試分析

決定豬舍通風(fēng)效率的主要因素是通風(fēng)系統(tǒng)的氣流組織模式，氣流組織模式由排風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口布置方式?jīng)Q定。合理的氣流組織模式可以縮短豬舍有害氣體舍內(nèi)停留時(shí)間，提高通風(fēng)系統(tǒng)移除氣體污染物的通風(fēng)效率。根據(jù)式(1)計(jì)算兩種不同的通風(fēng)模式對(duì)豬舍中有害氣體和粉塵的平均通風(fēng)效率均大于1,如圖9所示，說(shuō)明這兩種通風(fēng)模式都是移除氣體污染物效率比較高的空氣置換方式，即舍外新鮮空氣先進(jìn)入動(dòng)物和人的活動(dòng)區(qū)域再經(jīng)風(fēng)機(jī)排出舍外[38]。兩種通風(fēng)模式對(duì)NH3的移除效率明顯大于其他氣體污染物，NH3來(lái)源于漏縫地板以下糞尿的分解[39]，CO2和粉塵主要來(lái)源于豬舍動(dòng)物的呼吸和活動(dòng)[40-41]，進(jìn)一步證明排風(fēng)口位于糞池的通風(fēng)模式能夠降低舍內(nèi)NH3濃度。

圖9 2種不同通風(fēng)模式豬舍舍內(nèi)位置對(duì)通風(fēng)效率的影響

GCV豬舍對(duì)NH3和粉塵的平均通風(fēng)效率均高于CV豬舍(p<0.05)，GCV豬舍進(jìn)氣口在中間過(guò)道兩側(cè)，產(chǎn)生的是向上的氣流組織模式，CV豬舍進(jìn)氣口在豬舍吊頂，產(chǎn)生的是向下的氣流組織模式。GCV豬舍進(jìn)風(fēng)口離豬只活動(dòng)區(qū)域相對(duì)于CV更近，新鮮空氣從走廊進(jìn)風(fēng)口向上漫過(guò)豬欄后進(jìn)入豬只活動(dòng)區(qū)域，能夠更快地將害氣體和粉塵帶到糞池下方，由排氣風(fēng)機(jī)帶出舍外，所以GCV豬舍通風(fēng)模式通風(fēng)效率更高。BREUM等[42]試驗(yàn)證實(shí)，相同的豬舍進(jìn)風(fēng)向上的氣流組織模式移除氣體污染物的效率高于進(jìn)風(fēng)向下的氣流組織模式。

根據(jù)式(3)計(jì)算得GCV豬舍和CV豬舍平均通風(fēng)量分別為(2.5±0.5)m3/s和(3.1±0.9)m3/s，GCV豬舍平均通風(fēng)量比CV豬舍低21%。主要原因是GCV豬舍進(jìn)風(fēng)平均溫度(19.1℃)低于CV豬舍(20.6℃)。ZONG等[35]試驗(yàn)也證實(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度提高，豬舍通風(fēng)量增大。盡管GCV豬舍平均通風(fēng)量低于CV豬舍，但GCV豬舍氣體污染物濃度低于CV豬舍，GCV豬舍通風(fēng)模式移除氣體污染物的效率也高于CV豬舍，因此，GCV通風(fēng)模式為解決冬季保育舍“通風(fēng)和保溫”的矛盾提供了參考。

2.4 豬舍污染物排放率測(cè)試分析

進(jìn)風(fēng)口污染物濃度忽略不計(jì)，根據(jù)式(2)和表2得出豬舍氣體污染物排放率如表3所示。兩舍氣體污染物排放率均小于傳統(tǒng)通風(fēng)模式的保育舍(傳統(tǒng)通風(fēng)模式的保育舍CO2、NH3、PM2.5、PM10排放率分別為930.3 g/(d·頭)[30]、4.6 g/(d·頭)[35]、67.0 mg/(d·頭)[32]、455.8 mg/(d·頭)[32]。NI[43]研究發(fā)現(xiàn)，決定NH3散發(fā)量的是糞便表面對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，流過(guò)糞便表面的風(fēng)速越大對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)越大，豬舍NH3散發(fā)量越大。兩舍豬舍NH3排放量較低主要原因可能是糞池較深(1.8 m)，氣流進(jìn)入糞池后，到達(dá)豬糞表面的風(fēng)速很低，糞池表面對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)較低，糞便NH3揮發(fā)量較少，ANDERSSON[44]也發(fā)現(xiàn)1.2 m深度的糞池散發(fā)的NH3量較0.45 m深的糞池低30%；NH3揮發(fā)過(guò)程伴隨著CO2釋放[45]，故NH3揮發(fā)降低，CO2揮發(fā)量也降低；刮糞機(jī)及時(shí)將豬糞移除到糞污處理區(qū)，也大大減少了NH3和CO2排放率，LACHANCE等[46]研究證實(shí)糞尿分離的刮糞機(jī)清糞工藝相對(duì)于傳統(tǒng)水泡糞工藝豬舍最高可以減50%的NH3排放；AARNINK等[47]認(rèn)為減少豬舍糞污區(qū)域面積能夠顯著減少豬舍NH3排放率，豬舍糞污區(qū)域面積取決于漏縫地板的排污性能。兩豬舍均采用糞尿排放性能較好的塑料漏縫地板，豬舍地板表面糞污殘留少，豬舍衛(wèi)生條件較好，故NH3排放也較少；豬舍衛(wèi)生條件較好，豬舍粉塵排放也較低。

表2 2種不同通風(fēng)模式豬舍排風(fēng)口氣體污染物質(zhì)量濃度

表3 2種不同通風(fēng)模式豬舍污染物排放率

GCV豬舍排風(fēng)口污染物濃度與CV豬舍相差不大(p>0.05)，GCV豬舍平均通風(fēng)量小于CV豬舍，故GCV氣體污染物排放率小于CV豬舍。文獻(xiàn)[48-49]證實(shí)豬舍通風(fēng)量增大，舍內(nèi)空氣動(dòng)量增大，糞池和地板表面的氣流流量增大，豬舍NH3和CO2排放率增大。WANG等[50]在一棟?rùn)C(jī)械通風(fēng)的雞舍中也證實(shí)粉塵的排放率隨雞舍的通風(fēng)量變大而變大。

3 結(jié)論

(1)GCV豬舍冬季熱環(huán)境優(yōu)于CV豬舍。測(cè)試期間，兩豬舍的溫濕度均滿(mǎn)足豬只生長(zhǎng)需求，但GCV豬舍內(nèi)溫度(25.0℃)大于CV豬舍(24.7℃)，GCV豬舍內(nèi)溫度波動(dòng)1.7℃，小于CV豬舍(4.6℃)，GCV豬舍地下風(fēng)道對(duì)舍外新風(fēng)有加熱或降溫作用，當(dāng)舍外新風(fēng)溫度低于20.2℃對(duì)其加熱，高于20.2℃使其降溫。GCV沿舍長(zhǎng)方向溫度分布的均勻性?xún)?yōu)于CV豬舍(p<0.05)。

(2)GCV豬舍在冬季的空氣質(zhì)量環(huán)境優(yōu)于CV豬舍。測(cè)試期間，兩豬舍氣體污染物濃度均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但GCV豬舍NH3、PM2.5、PM10濃度均低于CV豬舍(p<0.05)。

(3)GCV豬舍移除氣體污染物的能力優(yōu)于CV豬舍。測(cè)試期間，兩種不同的通風(fēng)模式對(duì)豬舍氣體污染物的平均通風(fēng)效率均大于1，盡管GCV豬舍平均通風(fēng)量低于CV豬舍(p<0.05)，但GCV通風(fēng)模式移除氣體污染物的效率高于CV豬舍(p<0.05)。

(4)GCV豬舍氣體污染物的排放率小于CV豬舍。兩模式豬舍排風(fēng)口污染物濃度相差不大(p>0.05)，兩模式豬舍有氣體污染物的排放率均小于傳統(tǒng)豬舍，GCV豬舍氣體污染物的排放率小于CV豬舍(p<0.05)。