寒区太阳能猪舍建筑工艺优化设计研究与应用——吉林农大秦贵信、袁月明、吕铁彪、姜海龙等专家课题组研究成果

本刊编辑/薛惠莉（整理）

猪场设计

寒区太阳能猪舍建筑工艺优化设计研究与应用
——吉林农大秦贵信、袁月明、吕铁彪、姜海龙等专家课题组研究成果

本刊编辑/薛惠莉（整理）

东北地区是我国重要的粮食主产区，在我国养猪产业中有着突出的区位优势。然而，北方气候区冬季漫长寒冷的气候使得养猪生产者在进行舍内环境控制时面临保温和通风两难选择。如何平衡通风和保温这对矛盾以保证现代猪种较高的生产成绩是养猪生产参与者面临的重大难题。太阳能猪舍的基本原理及理念就是利用北方气候区的太阳能资源作为控制相对稳定的舍内小气候环境的动力。这一技术体系不仅能有效利用东北丰富的太阳能资源，还能解决舍内出现的昼夜温差大、季节温差大等问题。以前有读者反馈说对太阳能猪舍的基本原理、建筑工艺、施工方案等不是很了解。吉林农业大学秦贵信、袁月明、吕铁彪、姜海龙等专家课题组在吉林某猪场的成功建造案例，用实践说明了太阳能猪舍所带来的经济效益。

本刊：什么是太阳能猪舍？

姜海龙：太阳能猪舍就是在传统北方猪舍建筑工艺基础上，针对北方地区太阳能资源丰富的区域特点，将太阳能作为猪舍主要热力来源，优化猪舍建筑结构以符合猪只生物学特性需求的新型猪舍。

本刊：太阳能猪舍与传统猪舍相比有哪些优缺点？

姜海龙：与传统猪舍相比，太阳能猪舍具有节约矿物质能源、模块式建筑易于施工和灵活拆卸、造价低廉等优点，但是夏季防暑技术复杂。如何优化太阳能利用技术，达到太阳能在猪舍内的吸收、贮存、缓释等目的，是保证太阳能在猪舍内高效利用的关键技术。因此，以节能降耗为目标，优化太阳能猪舍建筑工艺是解决太阳能猪舍推广示范的支撑性技术。

本刊：太阳能猪舍在国内建造的可行性有多大？适合在什么地区建造？

姜海龙：理论上讲，太阳能猪舍不存在着复杂的技术问题，建筑结构和施工工艺都基于传统猪舍优化而来。因此，在攻克冷热气体交换、架空地小来改善猪的空间环境。以5头/圈和10头/圈两种规模为例，分3个批次进行，每头猪舍内面积为2.16 m2；舍外面积为1.50 m2，得出以下结论：5头/圈组每头猪可享受的空间面积为（10.8+7.5） m2，10头/圈组每头猪可享受的空间面积为（21.6+15.0） m2。我们也对混群后48 h内的争斗次数发生情况和持续时间做了统计，详见表3。

表3　混群后48 h内的争斗次数发生情况和持续时间

以上我们是对群养母猪做的一个试验分析，针对分娩栏空间环境对母仔的影响、空间环境对生长育肥猪的影响、福利性设施对育肥猪生产性能的影响等也都有相应的数据。比如我们发明了一种自由式分娩栏，同时采用挂帘式仔猪保温箱，这种空间的改变，使得母仔交流更加充分，健康和生产水平明显优于限位栏或大栏饲养系统。又如在生长育肥阶段，通过增加福利性设施来改变饲养空间格局，同样也获得了很好的结果。这里就不再一一列举了，给大家做一个简单的总结：

1）空间需求是实现健康养猪非常重要的要素，在空间环境设计中，应统筹考虑群体大小、饲养密度、经济占栏面积、圈栏尺寸、猪舍单元配置等相关参数。

2）群养更有利于母猪行为表达和建立和谐的社群关系，改善繁殖性能。同时有助于母猪运动，减少争斗和混群应激。

3）发明的自由式分娩栏能有效地解决限位栏母猪活动不足、无隔分娩栏仔猪压死率高的难题；与门洞式保温箱相比，挂帘式保温箱更有利于仔猪自由出入和空气质量的提高。

4）活动空间增大有助于降低仔猪并窝应激，提高猪群和谐度，对健康和生长发育有明显的促进作用。

5）配置福利性设施会影响圈舍空间格局，和猪对各功能区的分配与利用。丰富的空间环境会刺激猪更多的采食、饮水和运动，使其发挥更好的生产性能。面通风等问题后，具有较广阔的市场应用空间。

由于是太阳能猪舍是利用太阳能作为猪舍的主要热源，通过优化通风系统而形成的新型生态猪舍。因此，本类型猪舍对太阳能资源的要求较高，适合在北方晴朗天气多的地区应用。

本刊：太阳能猪舍在建造材料的选择上有什么要求？

姜海龙：在太阳能猪舍建造材料的选择上，主要的问题是阳光板的优选。考虑的指标主要是透光率、使用寿命和结实程度等。其余的墙体建造材料与传统猪舍没有较大的差异。

本刊：有没有调研与传统猪舍建造成本与收益的对比？

本刊：太阳能猪舍有没有运用在实际生产上？

姜海龙：课题组在吉林省长春天惠牧业有限公司进行了试验。通过建设附属阳光间、架空地面、系统通风等，使猪舍的矿物质能源消耗降低到30%以内。同时，猪群的健康水平得到了很大的提高。经过综合计算，提高经济效益10%左右。

除了理论上的介绍，课题组还做了大量试验：

试验1：太阳能低温热水采暖猪床猪舍的设计及相关试验

2011年1月18日—2011年3月15日，用9个传感器连续24 h测量温度，观察冬季猪舍内温度分布及太阳能利用情况。其中在1月27日和1月30日舍外温度相近，课题组对舍内太阳能与电加热同时采用和单独太阳能加热进行了比较试验，试验结果如图1和图2所示。

由图1、图2可知：1月27日舍内平均温度为11.33 ℃，舍外平均温度为-22.5 ℃；1月30日舍内平均温度为4.22 ℃，舍外平均温度为-22.15 ℃，设计温度为16 ℃。太阳能的贡献率为若按寒冷季节平均室外气温-18.0 ℃计算，太阳能的贡献率可以达到68.93%。

全年猪舍需要热量为1.61×105kcal/m2，折合成标煤需要23.01 kg/m2， 12.65元 /m2（0.55元/kg）。根据计算，全年太阳能提供的热量是1.27×105kcal/m2，还需补充热量为0.34×105kcal/m2，太阳能贡献率为78.88%。用煤和电采暖不但会消耗资源，而且向大气排碳增加，为节约资源和节能减排，实现低碳经济，所以在分娩猪舍采用太阳能低温热水地板供暖系统在经济和环保两个方面均具有可行性。

创新教育理论认为，不要把简单的结论给学生，要让学生自己独立去探索、研究，要引导学生经历“做数学”的过程，并在这个过程中与学生平等的交流和给予恰到好处的点拨。让学生学会学习、学会思考问题的方法，为学生的终身学习、终身发展打好基础，促进学生的全面发展。

试验2：架空猪床太阳能温室猪舍的设计及相关试验

2011年11月25日—11月28日为太阳能猪舍的温湿度试验测试做了试验猪舍与对照猪舍的对比试验，如图3所示。

试验猪舍比对照猪舍的温度平均高3.0 ℃，相对湿度平均降4%。由图3可见试验猪舍昼夜温差小于对照舍，减少了猪的环境应激。

由表2所知：与水泥地面的圈舍相比，架空地面的猪舍能较好地保持猪的腹感温度，使猪的生长性能得到了很大的提高。按照当时的商品育肥猪市场售价12.8元/kg、饲料2.8元/kg计算，架空地面结构的猪舍与水泥地猪舍相比，增加经济效益为：

图1　2011年1月27日M点垂直方向温度变化曲线图

图2　2011年1月30日M点垂直方向温度变化曲线图

图3　太阳能猪舍的温湿度试验测试

表1　2011年2月16日—2011年2月21日太阳能利用测试

表2　不同猪舍类型猪日增重与料重比　

表3　相变材料不同比例下猪暖床温度对比

表4　发泡混凝土自保温砌块配合比设计

图4　发泡混凝土的制备工艺流程图

表5　2015年2月28日—2015年3月1日试验结果

12.8元 /kg×1 216 kg+2.8元 / kg×3 996 kg=26 753.6元， 每 头 猪新增经济效益为： 26 753.6÷314头= 85.2元/头。

试验3：相变材料猪暖床的计算机模拟仿真和试验研究

在一定的温度范围内，利用本身相态或结构变化，通过吸收或释放潜热，从而进行温度调控的一类材料就称为相变材料。试验中选癸酸和月桂酸复合相变材料加入猪舍地板中，来改善猪舍内的热舒适性；并用ANSYS分析软件对不同的癸酸和月桂酸放入的比例、普通地板

和相变地板的温度恒定性进行数值模拟优化，选最优方案进行试验。

模拟结果表明：相变材料加温地板表面温度比普通加温地板表面温度和相变石膏板与上层C20混凝土接触面的温度恒定；癸酸与月桂酸的比例为70%：30%时，地板表温度较高。

试验4：发泡混凝土自保温砌块的研制

发泡混凝土自保温切块是以低容重、低传热的发泡混凝土为芯材，高容量、高强度的混凝土为基材，两者复合而成的一种及满足保温性能又保证强度达到使用要求的畜禽舍保温材料。

课题组通过综合分析得出，试验的优水平是芯材的容重为250 kg/m3、基材的容重为900 kg/m3、壁厚为30 mm；主次因素依次是：芯材的容重、基材的容重 、壁厚。

试验5：太阳能混合动力通风系统的研究

通风系统设计的思路：利用太阳能与电能一体化，借助通风换热，一方面向猪舍内提供新鲜空气，保证猪舍内空气质量。另一方面利用排出的浊气与引入舍内的空气间的温度差，使两者在进行换气的同时进行热量的交换，回收排除气体所携带的部分热量，以达到节能的目的。不仅能保障猪舍内的温度，改善猪舍内空气环境，更能降低生产成本，提高养猪效益。

太阳能通风系统的特点：

1）装置为进风与排风一体化，结构紧凑，安装方便。

2）太阳能与电能一体化，进风与排风的驱动力以太阳能为主动力，以电能为辅助动力，当太阳能不足，不能满足室内的通风要求时，自动启动风机，依靠电能驱动风扇排风。

3）进入室内的新风经太阳能预热后，在和室内的排风通过换热板进行间壁式换热，充分吸收利用室内排风的显热和潜热，使进入室内的新风温度进一步升高，减少室外冷空气对室内环境所造成的影响。

4）后换热板为装有半导体换热片的隔板，增加冷热流体的换热能力，提高了换热效率。

5）室外新风和室内排风通过隔板换热，在进风、排风之间没有直接接触无交叉感染。

特别致谢：文章内容均来自于秦贵信、袁月明、吕铁彪、姜海龙等专家的“生猪健康养殖模式构建与示范项目组”研究成果，感谢姜海龙博士远在国外时抽出自己的宝贵时间对本刊采访的回复，感谢袁教授提供的资料和对小编提出问题的及时解答，谢谢！