本刊編輯/薛惠莉（整理）

豬場設(shè)計

寒區(qū)太陽能豬舍建筑工藝優(yōu)化設(shè)計研究與應(yīng)用
——吉林農(nóng)大秦貴信、袁月明、呂鐵彪、姜海龍等專家課題組研究成果

本刊編輯/薛惠莉（整理）

東北地區(qū)是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，在我國養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)中有著突出的區(qū)位優(yōu)勢。然而，北方氣候區(qū)冬季漫長寒冷的氣候使得養(yǎng)豬生產(chǎn)者在進(jìn)行舍內(nèi)環(huán)境控制時面臨保溫和通風(fēng)兩難選擇。如何平衡通風(fēng)和保溫這對矛盾以保證現(xiàn)代豬種較高的生產(chǎn)成績是養(yǎng)豬生產(chǎn)參與者面臨的重大難題。太陽能豬舍的基本原理及理念就是利用北方氣候區(qū)的太陽能資源作為控制相對穩(wěn)定的舍內(nèi)小氣候環(huán)境的動力。這一技術(shù)體系不僅能有效利用東北豐富的太陽能資源，還能解決舍內(nèi)出現(xiàn)的晝夜溫差大、季節(jié)溫差大等問題。以前有讀者反饋說對太陽能豬舍的基本原理、建筑工藝、施工方案等不是很了解。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)秦貴信、袁月明、呂鐵彪、姜海龍等專家課題組在吉林某豬場的成功建造案例，用實踐說明了太陽能豬舍所帶來的經(jīng)濟效益。

本刊：什么是太陽能豬舍？

姜海龍：太陽能豬舍就是在傳統(tǒng)北方豬舍建筑工藝基礎(chǔ)上，針對北方地區(qū)太陽能資源豐富的區(qū)域特點，將太陽能作為豬舍主要熱力來源，優(yōu)化豬舍建筑結(jié)構(gòu)以符合豬只生物學(xué)特性需求的新型豬舍。

本刊：太陽能豬舍與傳統(tǒng)豬舍相比有哪些優(yōu)缺點？

姜海龍：與傳統(tǒng)豬舍相比，太陽能豬舍具有節(jié)約礦物質(zhì)能源、模塊式建筑易于施工和靈活拆卸、造價低廉等優(yōu)點，但是夏季防暑技術(shù)復(fù)雜。如何優(yōu)化太陽能利用技術(shù)，達(dá)到太陽能在豬舍內(nèi)的吸收、貯存、緩釋等目的，是保證太陽能在豬舍內(nèi)高效利用的關(guān)鍵技術(shù)。因此，以節(jié)能降耗為目標(biāo)，優(yōu)化太陽能豬舍建筑工藝是解決太陽能豬舍推廣示范的支撐性技術(shù)。

本刊：太陽能豬舍在國內(nèi)建造的可行性有多大？適合在什么地區(qū)建造？

姜海龍：理論上講，太陽能豬舍不存在著復(fù)雜的技術(shù)問題，建筑結(jié)構(gòu)和施工工藝都基于傳統(tǒng)豬舍優(yōu)化而來。因此，在攻克冷熱氣體交換、架空地小來改善豬的空間環(huán)境。以5頭/圈和10頭/圈兩種規(guī)模為例，分3個批次進(jìn)行，每頭豬舍內(nèi)面積為2.16 m2；舍外面積為1.50 m2，得出以下結(jié)論：5頭/圈組每頭豬可享受的空間面積為（10.8+7.5） m2，10頭/圈組每頭豬可享受的空間面積為（21.6+15.0） m2。我們也對混群后48 h內(nèi)的爭斗次數(shù)發(fā)生情況和持續(xù)時間做了統(tǒng)計，詳見表3。

表3　混群后48 h內(nèi)的爭斗次數(shù)發(fā)生情況和持續(xù)時間

以上我們是對群養(yǎng)母豬做的一個試驗分析，針對分娩欄空間環(huán)境對母仔的影響、空間環(huán)境對生長育肥豬的影響、福利性設(shè)施對育肥豬生產(chǎn)性能的影響等也都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)。比如我們發(fā)明了一種自由式分娩欄，同時采用掛簾式仔豬保溫箱，這種空間的改變，使得母仔交流更加充分，健康和生產(chǎn)水平明顯優(yōu)于限位欄或大欄飼養(yǎng)系統(tǒng)。又如在生長育肥階段，通過增加福利性設(shè)施來改變飼養(yǎng)空間格局，同樣也獲得了很好的結(jié)果。這里就不再一一列舉了，給大家做一個簡單的總結(jié)：

1）空間需求是實現(xiàn)健康養(yǎng)豬非常重要的要素，在空間環(huán)境設(shè)計中，應(yīng)統(tǒng)籌考慮群體大小、飼養(yǎng)密度、經(jīng)濟占欄面積、圈欄尺寸、豬舍單元配置等相關(guān)參數(shù)。

2）群養(yǎng)更有利于母豬行為表達(dá)和建立和諧的社群關(guān)系，改善繁殖性能。同時有助于母豬運動，減少爭斗和混群應(yīng)激。

3）發(fā)明的自由式分娩欄能有效地解決限位欄母豬活動不足、無隔分娩欄仔豬壓死率高的難題；與門洞式保溫箱相比，掛簾式保溫箱更有利于仔豬自由出入和空氣質(zhì)量的提高。

4）活動空間增大有助于降低仔豬并窩應(yīng)激，提高豬群和諧度，對健康和生長發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用。

5）配置福利性設(shè)施會影響圈舍空間格局，和豬對各功能區(qū)的分配與利用。豐富的空間環(huán)境會刺激豬更多的采食、飲水和運動，使其發(fā)揮更好的生產(chǎn)性能。面通風(fēng)等問題后，具有較廣闊的市場應(yīng)用空間。

由于是太陽能豬舍是利用太陽能作為豬舍的主要熱源，通過優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)而形成的新型生態(tài)豬舍。因此，本類型豬舍對太陽能資源的要求較高，適合在北方晴朗天氣多的地區(qū)應(yīng)用。

本刊：太陽能豬舍在建造材料的選擇上有什么要求？

姜海龍：在太陽能豬舍建造材料的選擇上，主要的問題是陽光板的優(yōu)選?？紤]的指標(biāo)主要是透光率、使用壽命和結(jié)實程度等。其余的墻體建造材料與傳統(tǒng)豬舍沒有較大的差異。

本刊：有沒有調(diào)研與傳統(tǒng)豬舍建造成本與收益的對比？

本刊：太陽能豬舍有沒有運用在實際生產(chǎn)上？

姜海龍：課題組在吉林省長春天惠牧業(yè)有限公司進(jìn)行了試驗。通過建設(shè)附屬陽光間、架空地面、系統(tǒng)通風(fēng)等，使豬舍的礦物質(zhì)能源消耗降低到30%以內(nèi)。同時，豬群的健康水平得到了很大的提高。經(jīng)過綜合計算，提高經(jīng)濟效益10%左右。

除了理論上的介紹，課題組還做了大量試驗：

試驗1：太陽能低溫?zé)崴膳i床豬舍的設(shè)計及相關(guān)試驗

2011年1月18日—2011年3月15日，用9個傳感器連續(xù)24 h測量溫度，觀察冬季豬舍內(nèi)溫度分布及太陽能利用情況。其中在1月27日和1月30日舍外溫度相近，課題組對舍內(nèi)太陽能與電加熱同時采用和單獨太陽能加熱進(jìn)行了比較試驗，試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1、圖2可知：1月27日舍內(nèi)平均溫度為11.33 ℃，舍外平均溫度為-22.5 ℃；1月30日舍內(nèi)平均溫度為4.22 ℃，舍外平均溫度為-22.15 ℃，設(shè)計溫度為16 ℃。太陽能的貢獻(xiàn)率為若按寒冷季節(jié)平均室外氣溫-18.0 ℃計算，太陽能的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到68.93%。

全年豬舍需要熱量為1.61×105kcal/m2，折合成標(biāo)煤需要23.01 kg/m2， 12.65元 /m2（0.55元/kg）。根據(jù)計算，全年太陽能提供的熱量是1.27×105kcal/m2，還需補充熱量為0.34×105kcal/m2，太陽能貢獻(xiàn)率為78.88%。用煤和電采暖不但會消耗資源，而且向大氣排碳增加，為節(jié)約資源和節(jié)能減排，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟，所以在分娩豬舍采用太陽能低溫?zé)崴匕骞┡到y(tǒng)在經(jīng)濟和環(huán)保兩個方面均具有可行性。

創(chuàng)新教育理論認(rèn)為，不要把簡單的結(jié)論給學(xué)生，要讓學(xué)生自己獨立去探索、研究，要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“做數(shù)學(xué)”的過程，并在這個過程中與學(xué)生平等的交流和給予恰到好處的點撥。讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會思考問題的方法，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)、終身發(fā)展打好基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

試驗2：架空豬床太陽能溫室豬舍的設(shè)計及相關(guān)試驗

2011年11月25日—11月28日為太陽能豬舍的溫濕度試驗測試做了試驗豬舍與對照豬舍的對比試驗，如圖3所示。

試驗豬舍比對照豬舍的溫度平均高3.0 ℃，相對濕度平均降4%。由圖3可見試驗豬舍晝夜溫差小于對照舍，減少了豬的環(huán)境應(yīng)激。

由表2所知：與水泥地面的圈舍相比，架空地面的豬舍能較好地保持豬的腹感溫度，使豬的生長性能得到了很大的提高。按照當(dāng)時的商品育肥豬市場售價12.8元/kg、飼料2.8元/kg計算，架空地面結(jié)構(gòu)的豬舍與水泥地豬舍相比，增加經(jīng)濟效益為：

圖1　2011年1月27日M點垂直方向溫度變化曲線圖

圖2　2011年1月30日M點垂直方向溫度變化曲線圖

圖3　太陽能豬舍的溫濕度試驗測試

表1　2011年2月16日—2011年2月21日太陽能利用測試

表2　不同豬舍類型豬日增重與料重比　

表3　相變材料不同比例下豬暖床溫度對比

表4　發(fā)泡混凝土自保溫砌塊配合比設(shè)計

圖4　發(fā)泡混凝土的制備工藝流程圖

表5　2015年2月28日—2015年3月1日試驗結(jié)果

12.8元 /kg×1 216 kg+2.8元 / kg×3 996 kg=26 753.6元， 每 頭 豬新增經(jīng)濟效益為： 26 753.6÷314頭= 85.2元/頭。

試驗3：相變材料豬暖床的計算機模擬仿真和試驗研究

在一定的溫度范圍內(nèi)，利用本身相態(tài)或結(jié)構(gòu)變化，通過吸收或釋放潛熱，從而進(jìn)行溫度調(diào)控的一類材料就稱為相變材料。試驗中選癸酸和月桂酸復(fù)合相變材料加入豬舍地板中，來改善豬舍內(nèi)的熱舒適性；并用ANSYS分析軟件對不同的癸酸和月桂酸放入的比例、普通地板

和相變地板的溫度恒定性進(jìn)行數(shù)值模擬優(yōu)化，選最優(yōu)方案進(jìn)行試驗。

模擬結(jié)果表明：相變材料加溫地板表面溫度比普通加溫地板表面溫度和相變石膏板與上層C20混凝土接觸面的溫度恒定；癸酸與月桂酸的比例為70%：30%時，地板表溫度較高。

試驗4：發(fā)泡混凝土自保溫砌塊的研制

發(fā)泡混凝土自保溫切塊是以低容重、低傳熱的發(fā)泡混凝土為芯材，高容量、高強度的混凝土為基材，兩者復(fù)合而成的一種及滿足保溫性能又保證強度達(dá)到使用要求的畜禽舍保溫材料。

課題組通過綜合分析得出，試驗的優(yōu)水平是芯材的容重為250 kg/m3、基材的容重為900 kg/m3、壁厚為30 mm；主次因素依次是：芯材的容重、基材的容重 、壁厚。

試驗5：太陽能混合動力通風(fēng)系統(tǒng)的研究

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的思路：利用太陽能與電能一體化，借助通風(fēng)換熱，一方面向豬舍內(nèi)提供新鮮空氣，保證豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量。另一方面利用排出的濁氣與引入舍內(nèi)的空氣間的溫度差，使兩者在進(jìn)行換氣的同時進(jìn)行熱量的交換，回收排除氣體所攜帶的部分熱量，以達(dá)到節(jié)能的目的。不僅能保障豬舍內(nèi)的溫度，改善豬舍內(nèi)空氣環(huán)境，更能降低生產(chǎn)成本，提高養(yǎng)豬效益。

太陽能通風(fēng)系統(tǒng)的特點：

1）裝置為進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。

2）太陽能與電能一體化，進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)的驅(qū)動力以太陽能為主動力，以電能為輔助動力，當(dāng)太陽能不足，不能滿足室內(nèi)的通風(fēng)要求時，自動啟動風(fēng)機，依靠電能驅(qū)動風(fēng)扇排風(fēng)。

3）進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)經(jīng)太陽能預(yù)熱后，在和室內(nèi)的排風(fēng)通過換熱板進(jìn)行間壁式換熱，充分吸收利用室內(nèi)排風(fēng)的顯熱和潛熱，使進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)溫度進(jìn)一步升高，減少室外冷空氣對室內(nèi)環(huán)境所造成的影響。

4）后換熱板為裝有半導(dǎo)體換熱片的隔板，增加冷熱流體的換熱能力，提高了換熱效率。

5）室外新風(fēng)和室內(nèi)排風(fēng)通過隔板換熱，在進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)之間沒有直接接觸無交叉感染。

特別致謝：文章內(nèi)容均來自于秦貴信、袁月明、呂鐵彪、姜海龍等專家的“生豬健康養(yǎng)殖模式構(gòu)建與示范項目組”研究成果，感謝姜海龍博士遠(yuǎn)在國外時抽出自己的寶貴時間對本刊采訪的回復(fù)，感謝袁教授提供的資料和對小編提出問題的及時解答，謝謝！