袁月明 呂鐵彪
架空豬床地面結(jié)構(gòu)的太陽能豬舍
袁月明 呂鐵彪
隨著規(guī)模化養(yǎng)豬的發(fā)展,以及追求高效益與高效率相結(jié)合的經(jīng)營目標(biāo),這就必然對豬舍環(huán)境提出更高的要求。豬舍環(huán)境主要是指熱環(huán)境(舍溫和空氣相對濕度)和舍內(nèi)空氣質(zhì)量(CO2、NH3、H2S等有害氣體濃度)。在眾多環(huán)境因素中,溫度對于豬只的影響尤為突出。豬只除了采食、飲水、排泄和一定的活動(dòng)以外,一天之中70%以上的時(shí)間以躺臥休息為主,休息區(qū)的溫度環(huán)境,尤其是地面的溫度調(diào)控極為重要。而往往由于低溫,導(dǎo)致疾病的流行,豬的生產(chǎn)性能、健康狀況和肉的品質(zhì)均受到不良影響,飼料轉(zhuǎn)化率降低,從而直接導(dǎo)致豬場經(jīng)濟(jì)效益的下降。
目前國內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在對豬舍內(nèi)小氣候環(huán)境的試驗(yàn)與模擬,包括采用不同的供暖方式、通過改變豬舍建筑結(jié)構(gòu)以及建筑材料等提高舍內(nèi)溫度。但是對于改變豬床結(jié)構(gòu),提高豬舍的地面溫度的研究較少。本研究豬舍采用附加陽光間吸收太陽輻射,加熱附加陽光間內(nèi)的空氣,熱空氣通過架空豬床地面為豬舍和豬床提供熱量,同時(shí)降低舍內(nèi)的相對濕度,提高太陽能的利用率。
1.1 試驗(yàn)豬舍
1)試驗(yàn)豬舍和對照豬舍的主體結(jié)構(gòu)為:長61 m,跨度8.1 m,高3.42 m,坐北朝南,墻體結(jié)構(gòu)為東西山墻厚度370 mm,南北墻厚度為240 mm,南、北墻各有23個(gè)(600×600) mm的通風(fēng)窗;門在東側(cè)墻面;屋面為拱形輕鋼結(jié)構(gòu),采用雙層PE保溫膜覆蓋,冬季覆蓋巖棉保溫。
2)試驗(yàn)豬舍與對照豬舍的區(qū)別為:試驗(yàn)豬舍主要分成兩個(gè)部分:附加陽光間與舍體,二者由公共墻隔開。公共墻是實(shí)體墻且有通風(fēng)窗,寒冷季節(jié)公共墻覆蓋保溫膜。附加陽光間為拱形輕鋼結(jié)構(gòu)、寒冷季節(jié)覆蓋保溫薄膜的。試驗(yàn)豬舍的舍體外墻貼60 mm厚保溫苯板,四周挖防寒溝。將豬床地面下分成28個(gè)單元,每個(gè)單元長3 500 mm,寬1 970 mm,有自己獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口和封閉的氣流通道;氣流通道由蓄熱材料(紅磚、水泥)砌成,為了保溫、防潮氣流通道的地面鋪30 mm的玻璃棉氈,因此稱這種豬床結(jié)構(gòu)為架空豬床。試驗(yàn)豬舍內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)風(fēng)口處,引風(fēng)機(jī)安裝在出風(fēng)口處。對照豬舍的地面由水泥砂漿找坡層、水泥砂漿墊層、素土夯實(shí)層組成。結(jié)構(gòu)示意圖見圖1、2。
圖1 豬舍結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 架空豬床地面結(jié)構(gòu)示意圖
試驗(yàn)豬舍和對照豬舍分別飼養(yǎng)了275和325頭育肥豬,試驗(yàn)豬舍的豬只躺臥位置主要集中在架空豬床的區(qū)域,對照豬舍的豬只躺臥在豬欄靠南側(cè)的位置。
建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖及節(jié)點(diǎn)詳圖、設(shè)計(jì)說明見圖紙。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
1)溫濕度傳感器JCJ100S
溫度測量范圍為:-40~60 ℃;
溫度測量精度為:Pt100:優(yōu)于±0.5 ℃(0~50 ℃);濕度測量范圍為:0%~100%;濕度測量精度為:±3% RH (25%~90%,23℃)。
2) 40路全隔離萬能輸入的中長圖彩色無紙記錄儀JCJF
準(zhǔn)確度:±0.2%FS;輸入信號(hào):電流:(4~20) mA、(0~10) mA;輸入路數(shù) :1~40路萬能輸入;電壓:(0~5)V、(1~5)V DC、mV信號(hào)。
3) 風(fēng)機(jī)
軸流風(fēng)機(jī)功率為30 W,電壓為220 V;引風(fēng)機(jī)功率為40 W,電壓為220 V
1.3 試驗(yàn)方法
1.3.1 太陽能在架空豬床和豬舍加熱中的運(yùn)行方式
白天,利用太陽能加熱附加陽光間內(nèi)的空氣,給架空豬床地面和豬舍提供熱量,并將熱量儲(chǔ)存在蓄熱材料中;夜間,蓄熱材料儲(chǔ)存的熱量釋放出來,給架空豬床地面和豬舍提供熱量。
1.3.2 太陽能豬舍的溫濕度試驗(yàn)測試
試驗(yàn)分兩個(gè)階段:2011年11月25日—11月28日和2012年2月16日—2月21日對豬舍內(nèi)的溫濕度進(jìn)行連續(xù)的測量。2011年11月25日—11月28日為試驗(yàn)豬舍與對照豬舍的對比試驗(yàn)。溫室傳感器S1 和D1距離舍內(nèi)地面1.2 m。2012年2月16日—2月21日為試驗(yàn)豬舍在軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)、引風(fēng)機(jī)引風(fēng)和無風(fēng)機(jī)自然循環(huán)的3種不同情況下的試驗(yàn)。取豬舍內(nèi)中間3個(gè)豬欄作為測試對象,采用溫濕傳感器測量,數(shù)據(jù)用40路全隔離萬能輸入的中長圖彩色無紙記錄儀采集,每4 min采集并自動(dòng)記錄1次。溫濕度傳感器Y3、Z3、W3距地面高度均為1.2 m,溫濕度傳感器Y2、Z2、W2是測量距進(jìn)風(fēng)口2 m遠(yuǎn)的地面溫濕度,溫濕度傳感器Y1、Z1、W1是測量距進(jìn)風(fēng)口1 m遠(yuǎn)的地面溫濕度。溫濕度傳感器布置圖見圖3。
圖3 傳感器布置圖
1.3.3 數(shù)據(jù)分析處理
以當(dāng)天的日出、日落時(shí)間為界,將1 d分為2個(gè)時(shí)段即白天和夜晚,分別計(jì)算溫度、相對濕度的平均值、最大值、最小值、均方差等,并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯著性分析。以時(shí)間為橫坐標(biāo),溫(濕)度為縱坐標(biāo),用Microsoft Excel軟件繪制曲線圖。
2.1 試驗(yàn)豬舍與對照豬舍的試驗(yàn)結(jié)果與分析
試驗(yàn)豬舍比對照豬舍的溫度平均高3.0 ℃,相對濕度平均降4%,兩者溫度、相對濕度差異極顯著(P<0.01);當(dāng)舍內(nèi)溫度升高1 ℃,試驗(yàn)豬舍和對照豬舍濕度分別下降4%和3%,見圖4。白天試驗(yàn)豬舍比對照豬舍的溫度平均高2.4 ℃;夜晚試驗(yàn)豬舍比對照豬舍的溫度平均高3.2 ℃。由于風(fēng)機(jī)將附加陽光間內(nèi)的熱空氣通過架空豬床地面輸送到豬舍內(nèi),架空豬床內(nèi)的蓄熱材料將熱量存儲(chǔ)下來,夜晚蓄熱材料將白天存儲(chǔ)的熱量釋放出來,故試驗(yàn)舍舍內(nèi)的溫度比對照舍高;又由于試驗(yàn)豬舍的溫度提高了,故相對濕度自然下降。2011年11月26日由于是小雪的天氣,太陽輻射量較小,故舍內(nèi)溫度較低。其余3 d均為晴天,溫、濕度變化比較明顯。
2.2 3種工況的試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.2.1 試驗(yàn)豬舍距離進(jìn)風(fēng)口2 m的地面溫度
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圖4 距離進(jìn)風(fēng)口2米地面的溫度曲線表
表1和圖4試驗(yàn)結(jié)果表明:白天軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高0.7 ℃,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高1.5 ℃;夜晚軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高1.1 ℃,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高2.9 ℃。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)的晝夜平均溫差為1.0 ℃,引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的晝夜平均溫差為2.4 ℃,無風(fēng)機(jī)晝夜平均溫差為1.4 ℃。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)在日出前溫度達(dá)到一天中最低值,隨著太陽輻射量的增加溫度升高,溫度達(dá)到最大值時(shí)持續(xù)一段時(shí)間,隨著太陽輻射量的減少,溫度開始緩慢下降,日落之后蓄熱材料持續(xù)放熱,溫度下降較慢;而無風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)排風(fēng)在日落之后溫度下降比軸流風(fēng)機(jī)快。分析原因,第一,由于軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無風(fēng)機(jī)風(fēng)速快,帶進(jìn)架空豬床地面的熱量多,儲(chǔ)存在蓄熱材料中的熱量就多,夜晚蓄熱材料釋放的熱量也多,所以軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無風(fēng)機(jī)的地面溫度高,晝夜溫差??;第二,由于軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的風(fēng)速平均慢 0.5 m/s,熱空氣在架空豬床地面停留的時(shí)間長,蓄熱材料與熱空氣熱量交換的時(shí)間就長,故軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的地面溫度高。附加陽光間內(nèi)的晝夜溫差比較大,上午隨著太陽輻射量的增加溫度升高得較快,下午輻射量減小,溫度也下降很快。因此,距離進(jìn)風(fēng)口2 m的地面溫度受蓄熱材料蓄熱能力、太陽輻射量等因素的影響。
2.2.2 試驗(yàn)豬舍距離進(jìn)風(fēng)口1 m的地面溫度
結(jié)果表明:白天軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高3.6 ℃,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的地面溫度平均高3.8 ℃;夜晚軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比無風(fēng)機(jī)的地面溫度平均高6.4 ℃,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)比引風(fēng)機(jī)排風(fēng)的地面溫度平均高6.9 ℃。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)的晝夜平均溫差為2.3 ℃,引風(fēng)機(jī)的晝夜平均溫差為5.4 ℃,無風(fēng)機(jī)晝夜平均溫差為5.1 ℃。距離進(jìn)風(fēng)口1 m的地面溫度受附加陽光間溫度影響較大。白天陽光通過透光保溫薄膜射入附加陽光間內(nèi),附加陽光間內(nèi)的溫度上升較快,溫度較高,軸流風(fēng)機(jī)送入到架空豬床地面的熱量比無風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)多,夜晚蓄熱材料將白天存儲(chǔ)的熱量釋放出來,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)的地面溫度明顯高于無風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。
2.2.3 試驗(yàn)豬舍距離地面1.2 m的舍內(nèi)溫度
白天軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)與無風(fēng)機(jī)的溫度均為22.1 ℃,兩者溫度差異不顯著(P>0.05);晚上軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)也與無風(fēng)機(jī)的溫度持平,為18.8 ℃,且溫度差異顯著(P<0.05)。軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)與無風(fēng)機(jī)的晝夜平均溫差均為3.3 ℃,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)和無風(fēng)機(jī)的溫度曲線幾乎重合在一起。由于人的走動(dòng)及豬只活動(dòng),舍內(nèi)的空氣流動(dòng),故舍內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)與無風(fēng)機(jī)的溫度持平。
1)試驗(yàn)豬舍比對照豬舍的舍內(nèi)溫度平均高3.0 ℃,舍內(nèi)相對濕度平均下降了4%,說明在太陽能豬舍中采用架空豬床結(jié)構(gòu)具有重要的作用;
2)在試驗(yàn)豬舍,無論是距離進(jìn)風(fēng)口2 m還是1 m,軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)均比無風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的地面溫度高,且晝夜溫差?。簧醿?nèi)溫度軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)與無風(fēng)機(jī)持平;因此,在試驗(yàn)豬舍內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)效果最佳。
3)架空豬床結(jié)構(gòu)不但能提高豬床和豬舍的溫度,而且還能降低舍內(nèi)的相對濕度,對養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展十分有利。
摘自《豬業(yè)科學(xué)》2016年第4期“環(huán)境與設(shè)施”欄目中P90-92