齊 飛，施正香,2，黃金軍，李 浩,2

不同氣候區(qū)豬舍最大通風(fēng)量確定及濕簾降溫系統(tǒng)應(yīng)用效果

齊 飛1，施正香1,2，黃金軍1，李 浩1,2※

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2. 北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

熱應(yīng)激會(huì)對(duì)豬產(chǎn)生不利影響，為探究豬舍適宜的夏季通風(fēng)條件和合理的降溫需求，該研究利用環(huán)境氣象資料，結(jié)合能質(zhì)平衡方程，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱及通風(fēng)散熱占比進(jìn)行了分析，構(gòu)建了保育及育肥舍夏季最大通風(fēng)量的計(jì)算公式，對(duì)五大氣候區(qū)的典型城市：長(zhǎng)春、北京、南寧、武漢、貴陽(yáng)的保育及育肥舍夏季最大通風(fēng)量取值進(jìn)行了規(guī)范，并對(duì)這些城市的110 m×15 m的模型豬舍的熱濕環(huán)境進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，5個(gè)地區(qū)使用濕簾的時(shí)長(zhǎng)：南寧>武漢>北京>貴陽(yáng)>長(zhǎng)春；使用濕簾后舍內(nèi)溫度仍高于27 ℃的時(shí)長(zhǎng)：南寧>武漢>北京>貴陽(yáng)>長(zhǎng)春；使用濕簾后的平均降溫幅度：北京>長(zhǎng)春>武漢>南寧>貴陽(yáng)；使用濕簾后平均相對(duì)濕度增量：北京>長(zhǎng)春>武漢>南寧>貴陽(yáng)；使用濕簾后舍內(nèi)溫度降至27 ℃以下時(shí)間占比：長(zhǎng)春>北京>貴陽(yáng)>武漢>南寧。通過(guò)分析以上數(shù)據(jù)，該研究對(duì)五大氣候區(qū)濕簾降溫系統(tǒng)的購(gòu)置及使用提出了建議，同時(shí)該研究為不同氣候區(qū)商品豬舍的夏季小氣候估算及濕簾降溫系統(tǒng)運(yùn)行使用效果評(píng)估提供了參考。

溫度；通風(fēng)；環(huán)境；豬舍；通風(fēng)設(shè)計(jì)；降溫策略

0 引 言

熱應(yīng)激會(huì)對(duì)豬的健康產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。豬對(duì)熱應(yīng)激很敏感，因?yàn)槠渥陨頍嵴{(diào)節(jié)存在問(wèn)題[2]，豬的汗腺不發(fā)達(dá)，主要依靠皮膚和呼吸道蒸發(fā)散熱。熱應(yīng)激主要是由于環(huán)境溫度較高引起，但高溫下的高濕同樣會(huì)加劇熱應(yīng)激的影響[3-4]。多項(xiàng)研究表明，熱應(yīng)激導(dǎo)致母豬產(chǎn)仔率降低[5-6]，加速第一胎妊娠母豬的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的分解代謝[7]，產(chǎn)生季節(jié)性不孕癥[8-9]，影響豬的腸上皮及膽固醇代謝[10]，導(dǎo)致消化能力和吸收能力受損[11]，降低脂肪含量[12]。同時(shí)，溫度和濕度、氨氣（NH3）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）的氣體濃度等多種環(huán)境因素之間存在相關(guān)性[13]，嚴(yán)重危害豬只健康[14]。

為緩解夏季熱應(yīng)激，豬舍適宜的通風(fēng)降溫十分重要。通風(fēng)系統(tǒng)可以為豬提供最佳的生活環(huán)境[15]。夏季通風(fēng)的主要目的是緩解高溫引起的熱應(yīng)激，因此夏季通風(fēng)量往往成為最大通風(fēng)量的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。Commission Internationale du Genie Rural（CIGR）手冊(cè)指出，可基于舍內(nèi)最高溫度30 ℃，計(jì)算保育及育肥舍夏季最大通風(fēng)量[16]。但由于該模型實(shí)際計(jì)算較為困難，在生產(chǎn)中使用較少。同時(shí)，造價(jià)低廉、性能良好的濕簾降溫系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于畜禽舍降溫中[17-18]。使用濕簾降溫系統(tǒng)改變進(jìn)風(fēng)溫度能夠有效改善較高舍外溫度下的通風(fēng)降溫效率，高速的風(fēng)經(jīng)過(guò)濕簾，濕簾上的水分蒸發(fā)吸熱，從而降低進(jìn)氣口溫度，提高進(jìn)氣溫度與舍內(nèi)溫差，增大通風(fēng)降溫效率。在炎熱干燥的環(huán)境，濕簾的蒸發(fā)效率可達(dá)80%[19]。但由于其降溫原理是直接蒸發(fā)吸熱，一方面會(huì)增加環(huán)境中的濕度，另一方面在本身濕度較高的環(huán)境中，濕簾系統(tǒng)的降溫效果也會(huì)大大降低[20-21]。

中國(guó)幅員遼闊，氣候類型多樣，自南至北由南熱帶過(guò)度到北溫帶，年平均氣溫由24 ℃逐漸下降到-6 ℃，南北相差30 ℃；年平均相對(duì)濕度多在40%～80%之間，各地區(qū)間的差異也較為明顯[22]，根據(jù)不同的氣候類型，中國(guó)可以劃分為五大熱工分區(qū)，區(qū)域間氣候類型具有相似性。Wang等[23]應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)中國(guó)家禽養(yǎng)殖場(chǎng)濕簾降溫系統(tǒng)的適用性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)北京、濟(jì)南、西安等較北城市的濕簾使用效果較好。但目前對(duì)于中國(guó)不同氣候區(qū)豬舍濕簾的利用率、利用時(shí)長(zhǎng)及效果仍然沒(méi)有系統(tǒng)的分析。

為探究不同氣候區(qū)豬舍適宜的夏季通風(fēng)條件和合理的降溫需求，本文利用環(huán)境氣象資料，結(jié)合能質(zhì)平衡方程，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱及通風(fēng)散熱占比進(jìn)行了分析，構(gòu)建了保育及育肥舍夏季最大通風(fēng)量的計(jì)算公式，并通過(guò)定義相關(guān)量，從濕簾使用時(shí)長(zhǎng)、使用濕簾后舍內(nèi)溫度滿足豬舍溫度要求的時(shí)長(zhǎng)、使用濕簾后舍內(nèi)溫度平均下降幅度、使用濕簾后舍內(nèi)相對(duì)濕度平均增量等角度對(duì)比了濕簾在五大氣候區(qū)的典型城市：長(zhǎng)春、北京、南寧、武漢、貴陽(yáng)的使用效果差異性，為5個(gè)地區(qū)商品豬舍的小氣候估算及濕簾降溫系統(tǒng)在不同氣候區(qū)的運(yùn)行使用效果評(píng)估提供了參考。

1 材料與方法

1.1 豬舍建筑熱工分區(qū)及研究城市的選擇

本文引用《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》[24]中的熱工設(shè)計(jì)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（表1），將商品豬舍建筑分為五大熱工分區(qū)：嚴(yán)寒氣候區(qū)、寒冷氣候區(qū)、夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)及溫和氣候區(qū)。

表1 建筑熱工分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)及建筑設(shè)計(jì)要求[24]

為研究不同氣候區(qū)商品豬舍的環(huán)控參數(shù)差異，本文以每個(gè)氣候區(qū)的一個(gè)典型城市為例進(jìn)行研究，選取城市分別為：長(zhǎng)春（嚴(yán)寒）、北京（寒冷）、武漢（夏熱冬冷）、南寧（夏熱冬暖）、貴陽(yáng)（溫和）。使用Meteonorm 7氣象數(shù)據(jù)庫(kù)獲取以小時(shí)為節(jié)點(diǎn)的各地全年氣象數(shù)據(jù)[25-26]。

5個(gè)城市的溫度及相對(duì)濕度如圖1。分析可得，5個(gè)地區(qū)的年最高溫度均在35 ℃左右，由于豬群的產(chǎn)熱效應(yīng)，純機(jī)械通風(fēng)豬舍內(nèi)溫度始終高于舍外，因此不加裝濕簾降溫的通風(fēng)系統(tǒng)在夏季不足以滿足5個(gè)地區(qū)商品豬舍的通風(fēng)降溫需求。其中南寧地區(qū)的溫度年較差最小，為34.5 ℃，在豬舍建設(shè)時(shí)要優(yōu)先考慮夏季隔熱防暑；長(zhǎng)春地區(qū)的溫度年較差最大，為59.7 ℃，冬季最低溫度為-26.7 ℃，在豬舍建設(shè)時(shí)應(yīng)充分滿足冬季保溫需求。南寧、武漢及貴陽(yáng)年相對(duì)濕度變化相似，均高于北京及長(zhǎng)春，因而南寧、武漢及貴陽(yáng)三地在進(jìn)行豬舍環(huán)控設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注舍內(nèi)除濕的要求。

1.2 模型豬舍的構(gòu)建

本試驗(yàn)以某商品舍為模型豬舍，分析不同外界溫度下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量與通風(fēng)散熱量的大小關(guān)系。模型豬舍長(zhǎng)110 m，寬15 m，檐高3 m，脊高4.75 m，欄位共72個(gè)，長(zhǎng)×寬為6 m×3 m，門4個(gè)，長(zhǎng)×寬為2.1 m×1.0 m，窗56個(gè)，長(zhǎng)×寬為1.5 m×0.9 m，其熱工參數(shù)見表2。

表2 模型豬舍熱工參數(shù)

保育及育肥舍的飼養(yǎng)密度會(huì)對(duì)每頭豬對(duì)應(yīng)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量產(chǎn)生影響。生產(chǎn)中，過(guò)高的飼養(yǎng)密度會(huì)導(dǎo)致豬群相互攻擊、爭(zhēng)斗，過(guò)低的飼養(yǎng)密度會(huì)導(dǎo)致豬舍冬季單位豬的供暖負(fù)荷增大，不利于節(jié)約生產(chǎn)成本，浪費(fèi)土地資源，造成生產(chǎn)收益的下降[27-28]，綜合考慮以上因素及福利化生豬飼養(yǎng)需求，保育及育肥豬飼養(yǎng)工藝參數(shù)應(yīng)滿足表3。

表3 保育、育肥豬飼養(yǎng)工藝參數(shù)

模型選取的保育、育肥豬飼養(yǎng)密度分別0.35和0.8 m2/頭（模型豬舍內(nèi)飼養(yǎng)保育、育肥豬分別為3 702和1 620頭）。

1.3 豬舍熱平衡方程的構(gòu)建

通風(fēng)量的計(jì)算可以通過(guò)熱量平衡對(duì)其進(jìn)行合理的估計(jì)。豬舍熱平衡方程式可寫成

為便于計(jì)算，該模型規(guī)定舍內(nèi)空氣得熱數(shù)值為正，舍內(nèi)空氣失熱數(shù)值為負(fù)。

在春秋過(guò)度季節(jié)及炎熱的夏季，豬群的顯熱產(chǎn)熱為舍內(nèi)唯一熱源，根據(jù)顯熱產(chǎn)熱與總產(chǎn)熱關(guān)系模型[29]有

該模型基于不同環(huán)境溫度對(duì)商品豬的顯熱產(chǎn)熱量給予了修正，其關(guān)系模型如下

由《實(shí)用供暖空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[30]中規(guī)定的通風(fēng)散熱模型，計(jì)算舍內(nèi)由氣體交換帶來(lái)的熱損失。

根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》[24]中規(guī)定的關(guān)于建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)散熱模型，計(jì)算密閉式商品豬舍由舍內(nèi)外溫差導(dǎo)致的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱熱損失。

CIGR認(rèn)為在夏季時(shí)，保育及育肥舍的熱量平衡公式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為公式（7）。

即豬群顯熱產(chǎn)熱量等于通風(fēng)散熱量。此處忽略了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱。通過(guò)設(shè)定不同的外界溫度，探究飼養(yǎng)25、60、100 kg豬的豬舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱與圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱所占比例，驗(yàn)證該公式的可靠性。

將通風(fēng)散熱模型式（5）與式（7）結(jié)合得到式（8），

基于熱平衡方程構(gòu)建VBA模型，該模型已得到了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證。將設(shè)定的豬舍模型參數(shù)代入，分析計(jì)算不同地區(qū)保育及育肥舍的夏季最大通風(fēng)量。

1.4 濕簾降溫效果運(yùn)算

對(duì)于密閉式商品豬舍，在夏季僅使用機(jī)械通風(fēng)時(shí)，舍內(nèi)溫度會(huì)隨著通風(fēng)量的增大接近舍外溫度，但始終無(wú)法低于舍外，因此在夏季高溫天氣，通過(guò)加裝濕簾降溫系統(tǒng)，改變進(jìn)氣口溫度，對(duì)密閉式商品豬舍的環(huán)境調(diào)控具有重要意義。

由式（9）可知在濕簾降溫效率相同的情況下，過(guò)濕簾前空氣的干濕球溫差越大，過(guò)簾后空氣的干球溫度就越低，降溫效果就越好。

為評(píng)估開啟濕簾后的商品豬舍熱濕環(huán)境，需得到過(guò)簾后的空氣溫度及空氣絕對(duì)含濕量或相對(duì)濕度，再將其代入建立的VBA模型中即可得到開啟濕簾狀況下舍內(nèi)的空氣溫濕度。由式（9）可知，在開啟濕簾后其過(guò)簾溫度滿足以下模型。

在忽略濕簾通風(fēng)阻力的前提下，濕簾與外界空氣的熱交換過(guò)程可視為等晗過(guò)程，通過(guò)已知的干濕球溫度與含濕量，可在焓濕圖中確定出唯一一條等晗線，再通過(guò)式（10）計(jì)算出過(guò)簾后的空氣溫度，按照等晗線上的增量比例關(guān)系即可計(jì)算出過(guò)簾后的空氣絕對(duì)含濕量，從而可計(jì)算得到濕簾使用下豬舍內(nèi)的熱環(huán)境情況。

表4 濕簾降溫效果定義

馬承偉等[33]通過(guò)測(cè)試不同風(fēng)速下濕簾降溫效率，發(fā)現(xiàn)過(guò)簾風(fēng)速為1.0～1.5 m/s的時(shí)候，多數(shù)濕簾降溫效率在60%～70%。考慮在實(shí)際應(yīng)用中，為了保障濕簾效率，會(huì)調(diào)節(jié)過(guò)簾風(fēng)速以保證80%以上的降溫效率，因此以80%設(shè)置降溫效率，在最大通風(fēng)量的研究基礎(chǔ)上，討論5個(gè)地區(qū)的保育及育肥舍濕簾應(yīng)用效果的不同，比較、、、、的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱及通風(fēng)散熱占比

不同舍外溫濕度情況下，保育及育肥舍的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與通風(fēng)耗散熱損失比例如圖2所示。分析可知，在溫度較低的情況下，豬舍通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱比例較大，當(dāng)舍外溫度為15 ℃時(shí)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量約占總散熱量的30%。隨著舍外溫度的升高，舍內(nèi)外溫差減小，通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)損失熱量的比例逐漸減小，當(dāng)舍外溫度達(dá)到30 ℃時(shí)，舍內(nèi)外溫差為0，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不參與保育及育肥舍內(nèi)外的熱傳遞過(guò)程。當(dāng)舍外溫度高于30 ℃時(shí)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱量的傳遞是由豬舍外部至內(nèi)部，因而該部分散熱為負(fù)值。

在進(jìn)行不同地區(qū)商品豬舍夏季最大通風(fēng)量的模擬時(shí)，5個(gè)城市最熱月份正午溫度均高于25 ℃，在這種情況下，豬舍內(nèi)部熱量通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散出的比例較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算可將建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分的傳熱量忽略，此結(jié)論與CIGR中對(duì)夏季最大通風(fēng)量的研究一致，因此在實(shí)際計(jì)算中，可運(yùn)用簡(jiǎn)化后的公式（7）快速計(jì)算出豬舍夏季所需滿足的最大通風(fēng)量。

2.2 保育及育肥舍的夏季最大通風(fēng)量

針對(duì)北京、南寧及武漢三地，由于夏季舍外高溫時(shí)間較長(zhǎng)，不使用濕簾降溫的通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿足舍內(nèi)95%時(shí)長(zhǎng)的降溫需求。由式（8）得到通風(fēng)量隨可調(diào)控的舍外最高溫度的變化如圖4。分析可得，當(dāng)通風(fēng)量達(dá)到一定值時(shí)，通風(fēng)量的增高對(duì)調(diào)控舍內(nèi)溫度無(wú)明顯作用，當(dāng)可調(diào)控的舍外最高溫度超過(guò)29 ℃時(shí)，繼續(xù)增大通風(fēng)量，舍內(nèi)的降溫效益減小?？紤]豬舍降溫設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，以29 ℃為北京、南寧、武漢三地最大通風(fēng)量的計(jì)算依據(jù)。

綜上所述，結(jié)合式（8）與保育及育肥豬顯熱產(chǎn)熱計(jì)算模型公式（3）、（4），保育及育肥舍對(duì)應(yīng)的夏季通風(fēng)量隨豬質(zhì)量變化為

2.3 不同地區(qū)濕簾使用效果分析

表5 保育及育肥豬夏季通風(fēng)量取值

為方便研究不同地區(qū)濕簾降溫系統(tǒng)的使用效果與使用時(shí)長(zhǎng)的差異，本文以育肥舍為對(duì)象研究不同地區(qū)、、、、的差異。

表6 保育及育肥舍夏季濕簾運(yùn)行效果相關(guān)參數(shù)

由于5個(gè)城市的外界熱環(huán)境差異較大，因而5個(gè)城市的濕簾使用時(shí)長(zhǎng)也存在較為明顯的差異。濕簾使用時(shí)長(zhǎng)及使用濕簾后仍高于27 ℃時(shí)長(zhǎng)如圖5a所示，5個(gè)地區(qū)使用濕簾的時(shí)長(zhǎng)：南寧>武漢>北京>貴陽(yáng)>長(zhǎng)春。針對(duì)育肥舍，在夏季，南寧地區(qū)需使用濕簾時(shí)長(zhǎng)為3 481 h，占全年總時(shí)長(zhǎng)的39.7%，因此在濕簾選用上應(yīng)注重濕簾的使用壽命，避免頻繁更換導(dǎo)致豬舍后期維護(hù)成本的增加。長(zhǎng)春與貴陽(yáng)地區(qū)由于夏季溫度相對(duì)較低，因而使用時(shí)長(zhǎng)也更短。

使用濕簾后舍內(nèi)溫度仍高于27 ℃的時(shí)長(zhǎng)：南寧>武漢>北京>貴陽(yáng)>長(zhǎng)春。分析可得，在長(zhǎng)春、北京、貴陽(yáng)，使用濕簾后，基本可以滿足夏季降溫的需求，舍內(nèi)使用濕簾后仍超出27 ℃時(shí)長(zhǎng)分別為148、212、209 h。因而以這些典型城市為代表的氣候區(qū)在夏季選用合適的濕簾即可滿足豬舍的降溫需求。南寧及武漢地區(qū)的育肥舍在使用濕簾后仍分別有1 182、1 134 h超出育肥豬的溫度高限值，分別占全年總時(shí)長(zhǎng)13.4%、12.9%，以這兩地為代表的氣候區(qū)在豬舍設(shè)計(jì)建造時(shí)應(yīng)考慮外加傳導(dǎo)降溫等手段，滿足舍內(nèi)熱環(huán)境需求。

不同地區(qū)使用濕簾后舍內(nèi)的溫度下降量及相對(duì)濕度增量如圖5b所示，使用濕簾后的平均降溫幅度：北京>長(zhǎng)春>武漢>南寧>貴陽(yáng)；使用濕簾后平均相對(duì)濕度增量：北京>長(zhǎng)春>武漢>南寧>貴陽(yáng)。受舍外相對(duì)濕度影響，在同樣的濕簾降溫效率下，不同地區(qū)舍內(nèi)溫度下降幅度也是不一致的，長(zhǎng)春及北京在使用濕簾后平均的降溫幅度較南寧、武漢及貴陽(yáng)更為明顯，同時(shí)長(zhǎng)春與北京使用濕簾后舍內(nèi)的相對(duì)濕度增量也更大。相對(duì)濕度增量與舍內(nèi)溫度的下降幅度有著相同的變化趨勢(shì)，在80%的降溫效率下，長(zhǎng)春及北京開啟濕簾后舍內(nèi)平均溫降為4.0～5.0 ℃，南寧、武漢及貴陽(yáng)的舍內(nèi)平均溫降為2.5～3.0 ℃。針對(duì)降溫幅度這一指標(biāo)，長(zhǎng)春、北京等北方城市在夏季濕簾的使用效果上優(yōu)于南寧、武漢等南方城市。

使用濕簾后舍內(nèi)溫度降至27 ℃以下時(shí)間占比如圖5c所示，其中：長(zhǎng)春>北京>貴陽(yáng)>武漢>南寧。分析可知，在開啟濕簾后長(zhǎng)春、貴陽(yáng)及北京的育肥舍基本可滿足舍內(nèi)的降溫需求（>95%），南寧及武漢使用濕簾后值較小，結(jié)合其濕簾使用時(shí)長(zhǎng)，在全年較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)僅使用濕簾降溫系統(tǒng)不能達(dá)到舍內(nèi)的降溫需求。

綜上所述，在設(shè)計(jì)豬舍夏季降溫系統(tǒng)時(shí)，以長(zhǎng)春、貴陽(yáng)、北京為典型城市的氣候區(qū)使用濕簾系統(tǒng)基本可滿足夏季降溫需求，但以武漢、南寧為典型城市的氣候區(qū)應(yīng)當(dāng)考慮外加傳導(dǎo)降溫等降溫方式。

3 結(jié) 論

1）通過(guò)構(gòu)建保育及育肥舍的熱量穩(wěn)態(tài)模型，結(jié)合不同夏季最大通風(fēng)量下所能調(diào)控的最高舍外溫度，擬合出不同地區(qū)、不同體重保育及育肥豬夏季最大通風(fēng)量與保育及育肥豬體重和可調(diào)控舍外最高溫度的關(guān)系模型。該模型考慮了各地的夏季舍外溫度狀況，使豬舍夏季通風(fēng)量的計(jì)算更符合當(dāng)?shù)貧夂颉２⒃诖嘶A(chǔ)上得到了北京、武漢、南寧、長(zhǎng)春、貴陽(yáng)在設(shè)定的可調(diào)控舍外最高溫度的基礎(chǔ)上，不同質(zhì)量豬的夏季最大通風(fēng)量取值。其中北京、武漢、南寧的可調(diào)控最高舍外溫度為29.0 ℃，100 kg豬的夏季通風(fēng)量取值可達(dá)到275.7 m3/h，長(zhǎng)春及貴陽(yáng)的可調(diào)控最高舍外溫度分別為26.9、25.7 ℃，100 kg豬的夏季通風(fēng)量取值為88.9、64.1 m3/h。

2）從全年濕簾的使用時(shí)長(zhǎng)、使用濕簾后溫度的下降量、舍內(nèi)相對(duì)濕度的增量等角度定量分析了濕簾在以南寧、長(zhǎng)春、北京、武漢、貴陽(yáng)為代表城市的五個(gè)氣候區(qū)的使用效果，設(shè)定育肥舍飼養(yǎng)密度0.8 m2/頭，當(dāng)濕簾降溫效率為80%時(shí)，在長(zhǎng)春、北京、貴陽(yáng)開啟濕簾后舍內(nèi)溫度基本低于溫度高限值，但在南寧及武漢開啟濕簾后舍內(nèi)溫度仍有1 182、1 134 h高于限值，分別占全年總時(shí)長(zhǎng)13.4%、12.9%，因而在以南寧及武漢為典型城市的氣候區(qū)的保育及育肥舍應(yīng)當(dāng)配備額外的輔助降溫措施。

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Determination of maximum ventilation and evaluation on the performance of the cooling system for commercial pig houses in different climate zones

Qi Fei1, Shi Zhengxiang1,2, Huang Jinjun1, Li Hao1,2※

(1.,,100083,; 2.,100083,)

Ventilation systems can move the stale air out of the building and draw the fresh air in, serving to preserve the optimum living conditions. It can be widely recognized as an effective way to relieve the strong impacts of heat stress on the health and behavior of pigs under the ventilation systems of a house in summer. The maximum ventilation of pig houses can often be assumed to design the ventilation systems. A cooling pad system with high performance has also been widely used in pig houses in China. However, the cooling performance of the pad system can be significantly reduced under a high humid environment, particularly for the diverse climate types. Furthermore, a variety of environmental factors can lead to the different performances of ventilation fans and cooling pad system under specific climatic conditions over the large geographical regions of China. A reasonable configuration of fans and cooling pad systems is very essential to the climate control for the pig houses in summer. In this study, a novel VBA model of the maximum ventilation and cooling pad operation was developed to predict the indoor environment under different climate types and operating conditions using the CIGR energy and mass balance. According to the ‘Code for Thermal Engineering Design of Civil Buildings’, the typical cities were selected as the study areas from different climate zones of China, including Changchun (severe cold), Beijing (cold), Wuhan (hot summer and cold winter), Nanning (hot summer and warm winter), and Guiyang (mild). The environmental data of five cities were collected from the weather database. A pig house in a dimension of 110 m×15 m×3 m was set up as a model case. Firstly, a systematic analysis was made to determine the ratio of heat transfer to the ventilation and heat dissipation of the envelope structure. Then, a relationship equation was established for the maximum ventilation and the heat dissipation under various ventilation rates in commercial pig houses. Five parameters were finally selected to evaluate the performance of the cooling pad system with the maximum ventilation in the study areas, including the duration of the cooling pad system, the duration at the indoor temperature above 27 ℃, the proportion of time below 27 ℃, the average decrease of temperature, and the average increase of the relative humidity, after the cooling pad system. The results showed that the building envelope presented less effect on the heat exchange in the pig houses when the outdoor temperature reached 30℃. The sensible heat production of the pigs was almost equal to the ventilation and heat dissipation. Therefore, the maximum ventilation rate was closely related to the sensible heat production of the pig herd. The operation time of the cooling pad system was longer than that in the nursery, according to the indoor prediction using the VBA model. There was a similar tendency on the duration of indoor temperature higher than 27 ℃ with the cooling pad system. The duration of the cooling pad system was ranked in the order of Nanning>Wuhan>Beijing>Guiyang>Changchun. The duration of indoor temperature higher than 27 ℃ with the cooling pad system was ranked in the order of Nanning> Wuhan> Beijing > Guiyang> Changchun. The average decrease of temperature after the cooling pad system was ranked as Beijing> Changchun> Wuhan> Nanning> Guiyang, while the average increase of relative humidity was Beijing> Changchun> Wuhan> Nanning> Guiyang. The proportion of time at the indoor temperature below 27 ℃ was Changchun> Beijing> Guiyang> Wuhan > Nanning. Therefore, the temperature of the pig house with the cooling pad system was basically lower than the high-temperature limit in Changchun, Beijing, Guiyang, but additional cooling was still necessary for Nanning and Wuhan. Different operation schemes were also recommended for the cooling pad systems in five major climate zones. The finding can provide a strong reference to predict the summer microclimate in commercial pig houses with the cooling pad systems.

temperature; ventilation; environment; pig house; ventilation design; cooling strategy

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023

S828.9

A

1002-6819(2021)-22-0202-08

2021-07-20

2021-11-09

國(guó)家自然科學(xué)基金（32002226）

齊飛，博士生，研究方向?yàn)樾笄莪h(huán)建筑設(shè)計(jì)及環(huán)境控制。Email：719545682@qq.com

李浩，博士，研究方向?yàn)樾笄莪h(huán)境工程。Email：leehcn@hotmail.com

齊飛，施正香，黃金軍，等. 不同氣候區(qū)豬舍最大通風(fēng)量確定及濕簾降溫系統(tǒng)應(yīng)用效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(22)：202-209. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023 http://www.tcsae.org

Qi Fei, Shi Zhengxiang, Huang Jinjun, et al. Determination of maximum ventilation and evaluation on the performance of the cooling system for commercial pig houses in different climate zones[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 202-209. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.023 http://www.tcsae.org