规模化猪场妊娠母猪舍改进湿帘降温系统的环境特性

李修松，叶章颖，李国铭，沈 盼，朱松明，冯晓龙

·农业生物环境与能源工程·

规模化猪场妊娠母猪舍改进湿帘降温系统的环境特性

李修松1,2，叶章颖1，李国铭3，沈 盼2，朱松明1※，冯晓龙2

（1. 浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州 310058； 2. 青岛大牧人机械股份有限公司，青岛 266000；3. 密西西比州立大学农业与生物工程系，美国 39762）

为研究湿帘与地道结合的改进湿帘降温系统对妊娠母猪舍的环境特性，该研究采取现场测试的方法，选取河南地区某规模化母猪场妊娠舍为试验猪舍，对该猪舍夏季和冬季舍内热环境和空气质量环境进行测试和分析，结果表明：1）改进湿帘降温系统夏季对新风的平均降温功率增加了−84.4 kW，提高了25%的降温效果；冬季对新风的平均加热功率增加了121.6 kW且舍内无需供暖，87%以上的节能效果发生在地下风道前半程。2）试验猪舍舍内温湿度、风速分布均匀，且舍内温度波动低于3.7 ℃；综合猪舍母猪体感有效温度和呼吸频率等应激程度指标，母猪冬季处于舒适状态，夏季有轻度热应激状态现象。3）夏季和冬季舍内氨气（NH3）、二氧化碳（CO2）、和粉尘（PM2.5和PM10）的质量浓度分布均匀，且均小于国家标准规定的妊娠舍空气污染物浓度极限水平。综上所述，改进湿帘降温系统不仅降低妊娠母猪舍热环境调控的能耗并维持舍内空气质量环境良好，对建立环境友好型规模化母猪场具有积极意义。

环境；养殖；妊娠舍；地通风统；热环境；空气质量环境

0 引 言

规模化母猪场的舍内热环境和空气质量环境是影响母猪健康和生产性能的重要因素之一[1-4]，中国地域辽阔，大部分规模化猪场处于典型的大陆性季风气候区，猪舍要满足母猪生长生产较为适宜的热环境和空气质量环境，夏季需要降温设施，冬季需要供暖设施；目前规模化猪场常见的环境调控方式夏季湿帘-风机或喷淋降温和冬季天然气或燃煤供暖等，其运行费用和能耗均比较高[5]。随着全球能源的日益短缺和原油价格的不断攀升，以及相关环保法律法规对猪舍废气排放的严格限制[6-7]，减少能源消耗和利用可再生能源是新式规模化猪场环境调控方式的主要发展趋势。通风系统的合理设计是规模化猪场环境调控的重要组成部分之一，在众多的猪舍通风模式中，地道通风系统因其结构简单，运行能耗低且兼容性好[8]等优点受到越来越多的关注。

地层具有蓄热保温的特性，一定深度的地层能将温度维持在15～20 ℃之间且不受季节变化影响[9]。地道通风系统将新风引入地道，利用地层的蓄热特性对新风降温或者预热，并通过正压或负压将处理后的新风送入猪舍，从而实现对猪舍环境的调控[10]。Jos等[11]在丹麦地区设计的育肥舍地道风系统冬季可以将新风温度提高约4 ℃，猪舍氨气（NH3）平均质量浓度维持在1.5 mg/m3左右；Wagenberg等[12]在荷兰地区建设的保育舍地道通风系统冬季使舍内二氧化碳（CO2）平均质量浓度维持在 2 534 mg/m3左右，移除仔猪生活区域空气污染物的效率CRE（Contaminant Removal Effectiveness）为1.41（CRE>1表示该区域空气污染物浓度较低）；Rubayet等[13]在韩国地区建设的育肥舍地道风系统冬季使猪舍细菌总量维持在150 CFU（Colony-Forming-Units），猪只咬尾、咬耳、爬跨等动物行为大大改善。Hessel等[14-15]在德国地区针对分娩舍和育肥舍设计的地道通风系统可以使猪舍冬季在不供暖的条件下，舍内平均温度稳定地维持在21和24 ℃，夏季舍内温度均不超过29 ℃。上述研究表明地道通风的方式对猪舍的环境控制有较好的促进作用，但在中国地区妊娠母猪舍的应用研究并不多见。

规模化母猪场妊娠母猪通常采用自动料线定位栏饲养，集约化自动化程度较高，饲养数量大密度也较高，生产过程中产生大量的热和气体污染物需要及时排出。调查发现，目前国内规模化猪场采用的横向或纵向湿帘降温系统很难满足妊娠母猪对热环境和空气质量环境的需求[16]。因此，本研究以采取湿帘与地道相结合的改进湿帘降温系统的妊娠母猪舍为研究对象，对该猪舍夏季和冬季舍内环境进行连续监测和分析，以期为设计适合中国情和气候条件的环境友好型规模化猪场通风系统提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验猪舍概况

试验猪场为河南省信阳市某农牧集团的现代化商业核心种猪场，该地区夏季炎热，冬季寒冷，属于典型大陆性季风气候区。该种猪场存栏丹系一元种猪（大白和长白）2 400头，整场采用母猪区和种猪育成区“两点式”布局。母猪区含配种舍、妊娠舍和分娩舍各一栋。配种舍定位栏14排812个，尺寸为56 m×47 m×4 m（长 ×宽×高），妊娠舍定位栏24排1 344个，尺寸为98 m×47 m×4 m（长×宽×高）。妊娠母猪采用定位栏结合自由活动的福利方式饲养，定位栏尺寸为2.4 m×0.7 m（长×宽），母猪后进后出，两排栏尾对尾区域铺设漏缝地板（缝宽0.025 m），宽2.8 m，母猪在该区域可以自由活动；头对头之间实体地板宽0.6 m，中间预留宽0.12 m地下风道出风口，出风口处加格栅防护；采用周批次生产节律，人工授精，哺乳期结束的母猪通过密闭式赶猪走廊转到配种区发情待配，4～5周进行B超孕检，怀孕母猪转到妊娠区，108～110 d后转入产房待产；采用通体食槽喂料喂水，塞盘式机械料线系统每天8:00和14:00给母猪定时喂料，按日龄2.2～3.0 kg/ (d·头) 喂料；每次喂料结束后食槽注水，喂料前清空食槽。拔塞式水泡粪排污方式，每排栏粪池宽1.8 m，深1.2 m，每个粪池间隔28～30 d拔塞排空。

猪舍围护结构采用1 m高实体砖墙外加0.05 m厚XPS保温板，砖墙以上采用钢结构。舍内吊顶高度2.4 m；实体砖墙以上的墙体、屋面和吊顶均采用镀铝锌彩钢板内夹0.1 m厚玻璃丝绵。为保证猪舍密封良好，墙体和吊顶所有接缝处采用聚氨酯喷涂作密封处理。

1.2 改进湿帘降温系统通风模式及设备配置

选取妊娠舍为试验猪舍，该猪舍改进湿帘降温系统通风模式如图1所示，舍外新风经湿帘进入母猪位实体地板下方的地下风道，经母猪头部前方的进风口均匀进入舍内，污浊废气经屋顶风机排出舍外。为满足出风均匀，定位栏尾对尾的每条过道上方配置直径为0.76 m的屋顶风机4台（3台定速1台变速）（额定电压380 V，输入功率0.55 kW，风量14 750 m3/h，-20 Pa，Big Herdsman），离地高度2 m，间距11 m，12条过道共配置屋顶风机48台；配置7.2 m ×1.8 m（长×宽）湿帘12块（型号：7090，Big Herdsman）。室内温度由环境控制器（BH9100，Big Herdsman）自动调控，湿帘水泵开启温度设置28 ℃。过湿帘最大风速1.8 m/s，地下风道入风口最大风速3.4 m/s，出风口最大风速3.2 m/s。

图1 试验猪舍示意图

1.3 试验方法

1.3.1 猪舍环境指标测试

猪舍环境测试时间选取夏季（2019年8月13—19日）和冬季（2020年1月7—13日）。任取妊娠区12排栏为环境测试区。测试的指标为温度、相对湿度、风速，NH3、CO2和粉尘（PM2.5和PM10）的质量浓度，各测试点如图1所示。随机选取一条地下风道，湿帘后端放置温湿度记录仪（Elitech RC-4HA/C，江苏精创集团）1个，风道中沿长度方向上距离湿帘端8（前）、22（中）和36 m（后）各放置温湿度记录仪1个，测试风道内温湿度变化；猪舍内部前、中和后离地面1.5 m高度各放置温湿度记录仪1个，测试舍内温湿度变化；舍外同时放置2个温湿度记录仪记录舍外气候环境，安装在距地面高1.8 m的背阴面，并用锡箔纸包裹作防辐射处理；数据采集间隔均设置为15 min。猪舍前、中和后的母猪背部高度（0.5 m）处测试风速（AR866A，北京美特迩有限公司）、NH3、CO2（HYE 2000，台州汉遥电子有限公司）和粉尘浓度（DT-96B，郑州君达有限公司），每天8:00—10:00、13:00—15:00、18:00—20:00采集3次测点数据，每次采样3次，取其平均值作为该测点采集值。数据采集过程避开喂料时间[17]。

1.3.2 改进湿帘降温系统节能性能的评估

改进湿帘降温系统节能性能的主要原因是地道对新风的热交换作用，其节能评估计算公式如下

Q（1）

式中Q为改进湿帘降温系统节能功率，kW，Q值为正值，表示改系统对新风预热功率，若为负值则表示改系统对新风预冷功率；v为猪舍通风量，m3/s；c为空气的定压比热容，取1.03 kJ/(kg·℃)；ρ为空气密度，ρ=353/(t+273)，kg/m3，0为舍外平均温度，℃；t为地道平均温度，℃。

1.3.3 妊娠母猪热应激状态评估

利用有效环境温度（Effective Environmental Temperature，EET）和呼吸频率对母猪应激状态进行评估。

EET是综合了温度、湿度和风速的来计算母猪体感有效温度的指标[18]，公式为

式中EET为母猪体感有效温度，℃；t为猪舍舍内温度，℃；RH为舍内相对湿度，%；母猪区域风速，m/s。EET低于15 ℃时，母猪采食量开始增加，出现扎堆取暖现象，该温度为母猪最低临界温度（Lower Critical Temperature，LCT），EET高于27 ℃时，母猪蒸发降温作用增加明显，出现体温升高、采食量减少、呼吸频率加快现象，该温度为母猪蒸发临界温度（Evaporative Critical Temperature，ECT），EET高于36 ℃时，母猪自身散热能力达到极限，如果温度进一步升高，母猪可能会出现死亡现象，该温度为母猪最高临界温度（Upper Critical Temperature，UCT）。即：EET ＜15 ℃为冷应激，15 ℃＜EET＜27 ℃为舒适区，27 ℃≤EET＜36 ℃为热应激状态[19]。

任意选取6排栏，每排随机选取10只安静躺卧的妊娠母猪，利用人工采集方法记录妊娠母猪腹部1 min起伏次数即呼吸频率，每天8:00—10:00、13:00—15:00和18:00 —20:00采集数据，每次采样3次，取其平均值作为该测点采集值。母猪的呼吸频率是反映应激状态的重要生理指标之一[20]，呼吸频率20～30次/min为妊娠母猪适宜状态，呼吸频率30～80次/min为妊娠母猪轻度热应激状态，呼吸频率高于80次/min为热应激状态[19]。

2 结果与分析

2.1 改进湿帘降温系统对舍内热环境的影响

如表1，夏季测试期间舍内平均温度（27.1±1.0）℃，平均相对湿度（87.5%±2.6%）。舍外平均温度为（28.7±2.4）℃，平均相对湿度为（81.3%±5.4%）；新风经过湿帘后温度平均降低2.3 ℃，平均相对湿度提高11个百分点；进入地道后平均温度再次降低0.9 ℃，平均湿度提高5.3个百分点；进风过程新风温度平均降低3.2 ℃，增加地道通风系统后，空气降温效果平均提高25%。8月18日—19日之间为阴雨天气，舍外平均温度不高（26.4 ℃），相对湿度较大（平均相对湿度90%），湿帘水泵没有开启，室外新风温度经过湿帘后变化不大，但进入地道后平均温度降幅1.8 ℃，进一步说明改进湿帘系统对高温高湿空气具有降温效果。

冬季测试期间舍内平均温度（17.6±1.2）℃，平均相对湿度（75.9%±2.4%）。舍外平均温度为（0.4±2.8）℃，平均相对湿度为（92.1%±4.3%）；冬季湿帘水泵停止运行，经过湿帘的新风温度约等于舍外空气温度，进入地道后平均温度升高8.0 ℃，平均湿度降低24.4个百分点。

猪是恒温动物，猪舍的温度越稳定越有利于猪只健康[21]，Hahn等[22]证实猪舍的温度波动低于5 ℃对猪只福利和健康影响不明显。改进湿帘降温系统对进入地道热冷空气降温升温的“阻尼”特性使猪舍内的温度更容易保持稳定。夏季经湿帘降温后的新风温度波动幅度为4.3 ℃，舍内温度波动幅度为3.7 ℃，改进湿帘降温系统使舍内温度波动幅度减低14%；冬季舍外温度波动幅度为8.1 ℃，舍内温度波动幅度为3 ℃，改进湿帘降温系统降使舍内温度波动幅度减低64%。舍内温度的稳定也降低猪舍环控设备调控强度，延长环控设备的使用寿命。

表1 各测点温湿度测定值

Wang等[23]的研究发现地道中风速在1～5 m/s范围时，风速越低，地道对空气温度降低或升高的幅度越大。试验猪舍夏季地道中空气的平均风速（1.9 m/s）大于冬季地道中空气的平均风速（0.3 m/s），因此新风进入地道后夏季温度的降低的幅度小于冬季温度升高的幅度，Hessel等[14-15]也证实通过地道进风的猪舍夏季温度舍内波动幅度大于冬季舍内温度波动幅度。本研究母猪舍夏季舍内平均温度低于蒲红州等[24]调查的仅用湿帘降温妊娠母猪舍的平均温度（29.4 ℃），主要原因是本研究夏季新风进入舍内之前经过湿帘和地下风道2次热处理。湿帘蒸发降温时空气的状态变化过程为等焓加湿冷却过程，降温过程受空气相对湿度大小制约，相对湿度高于70%时降温效率较低[25]；地道降温时空气的状态变化过程为近似等湿冷却过程，降温过程不受空气湿度大小制约[26]，经过湿帘降温后的高湿空气进入地道后，温度可以进一步降低。因此，本研究母猪舍夏季的降温效果高于仅用湿帘降温的母猪舍。

如表2，夏季和冬季试验猪舍前、中、后各测点的温湿度无明显差异，各测点夏季风速分布无明显差异，冬季无风速，说明改进湿帘降温系统模式下猪舍温湿度和风速分布均匀。目前规模化猪场普遍采用纵向通风模式，贺城等[27]采用CFD技术对夏季纵向通风猪舍的气流场进行模拟，发现猪舍各处温度分布不均（25～30 ℃）；猪舍风速在靠近进风口和出风口较高区域较高，其他区域较低。李鲲鹏等[28-29]分别对不同规模猪场的纵向通风妊娠舍进行现场测试，均发现夏季猪舍前后温差明显，最大温差达7 ℃。因此，改进湿帘降温系统模式妊娠舍舍内温湿度、风速分布优于纵向通风模式妊娠舍。

妊娠母猪生长适宜温度区间为15～20 ℃，高临界值为27 ℃，低临界值13 ℃；相对湿度舒适范围60% ~ 70%，高临界值80%，低临界值50%[30]。试验猪舍冬季舍内温度和相对湿度均在妊娠母猪的生产适宜区间之内；夏季猪舍内温度接近妊娠母猪温度高临界值，相对湿度超过高临界值，且母猪区域风速较低，因此夏季试验猪舍母猪可能有热应激风险。

表2 舍内不同测点温湿度和风速

2.2 改进湿帘降温系统节能性能分析

改进湿帘降温系统由于地道热交换的作用，在没有增加额外能耗的前提下，夏季降低了新风进舍的温度，冬季提高了新风进舍的温度，根据公式（1），该系统夏季、冬季节能与新风温度关系如图2所示，夏季新风温度越高，该系统的降温功率越高，冬季新风温度越低，该系统的加热功率越高。试验测试区域建筑面积为2 196 m2，夏季该系统对进舍新风平均降温功率增加了−84.4 kW，即经过湿帘降温后，该系统对猪舍额外提供了39.0 W/m2的制冷负荷；冬季该系统的平均加热功率增加了121.6 kW，即无供暖设备条件下，该系统为猪舍提供56.1 W/m2的采暖负荷。因此采用改进湿帘降温系统提高了的、规模化母猪舍环境调控水平也减少了制冷、供暖设备的投资和运行费用。

图2 不同温度条件下改进湿帘降温系统节能曲线

2.3 新风温度沿地道长度方向的变化

图3反映夏季和冬季新风温度沿地道长方向的变化规律。夏季风道入口处新风平均温度26.2 ℃，经过地道的前端8 m处平均温度降低0.7 ℃，经过地道的中间22 m处平均温度降低0.4 ℃，经过地道的后端36 m处平均温度降低0.1 ℃，地道前端降温较快，地道后端降温缓慢，前半程的降温幅度约为总降温幅度的92%；冬季风道入口处新风平均温度0.4 ℃，经过地道的前端8 m处平均温度升高5.5 ℃，经过地道的中间22 m处平均温度升高2.2 ℃，经过地道的后端36 m处平均温度升高1.1 ℃，地道前端升温较快，地道后端升温缓慢，前半程的升温幅度约为总升温温幅度的87%。Niu等[31]认为新风在地道的前半段与风道的内表面温度温差较大，与地道热交换的效率较高，新风沿长度方向与地道内表面的温差越来越低，新风与地道之间热交换的效率也越来越低，所以新风温度随地道长度的增加变化幅度趋缓。Jakhar等[32]研究长度为60 m地道在不同风速下的预热性能时发现82%～85%新风温度增加幅度发生在前34 m。Morshed等[33]将地道通风系统应用在鸡舍环境控制中，证实地道的前半段对新风的降温幅度影响显著。因此，在条件允许的情况下，为进一步提高该系统的热效率，可以考虑双侧地道进风的通风方式。

图3 夏季和冬季空气温度沿风道长度的变化曲线

2.4 改进湿帘降温系统对妊娠母猪应激的影响

测试期间试验猪舍母猪体感有效温度（EET）变化规律如图4。夏季条件下母猪平均EET为（26.4±1.2）℃，最高EET为29.4℃，最低EET为24.4℃，28%时间的EET在27和15 ℃之间，72%时间的EET高于27 ℃；冬季条件下母猪平均EET为（26.0±0.6）℃，最高EET为26.9℃，最低EET为24.8℃，所有时间的EET均在27和15 ℃之间。夏季条件下呼吸频率早、中和晚上的平均呼吸频率分别为（49±19）、（64±18）和（52±19）次/min。冬季呼吸频率早、中和晚均在20 ~ 30次/min之间。因此综合有效温度和呼吸频率2个指标，该系统下冬季母猪处于舒适状态，而夏季有轻微热应激现象，可能会对受胎率、分娩率、产活仔数等生产性能指标造成不利影响[34]。

图4 夏季和冬季妊娠舍母猪体感EET变化规律

Hoff[35]研究发现，当环境温度低于猪体表温度时，增加空气流速可以有效的带走猪只自身产生的热量，降低猪只有效温度和热应激程度。妊娠母猪体表温度34 ℃左右，试验猪舍夏季舍外新风经地道风将温度降至25℃左右，但新风从地道出风口进入猪舍过程中，经过母猪活动区域的新风风速较低，因此，为提高母猪热环境的舒适度，降低妊娠母猪热应激的风险，下一步的研究需要考虑导流板等措施增加母猪活动区域的风速。吴中红等[36]证实在平均温度为27.7 ℃的妊娠舍，母猪活动区域风速增加到0.9 m/s时，母猪的各项生理和生产指标均无热应激状况。

2.5 改进湿帘降温系统对猪舍空气质量环境的影响

试验猪舍冬季和夏季空气污染物平均质量浓度如图 5所示，冬季和夏季NH3、CO2和粉尘PM2.5及PM10平均质量浓度分别为 (2.8±0.4) mg/m3、（1 440 ±80）mg/m3、（45.9±6.0）g/m3、（64.8±3.7）g/m3和（1.5±0.1）mg/m3、（1 030±38） mg/m3、（23.2 ±3.2）g/m3、46.2±3.3）g/m3，冬季猪舍空气污染物浓度高于夏季，但低于国家标准《规模化猪场环境参数及环境管理（GB/T 17824.3—2008）》规定猪舍空气污染物浓度极限水平（NH3、CO2、和粉尘分别为20 mg/m3、1 800 mg/m3、和1 500g /m3）[30]，也低于Dong等[37]测试的传统规模化妊娠猪舍空气污染物平均质量浓度。冬季和夏季猪舍空气污染物质量浓度总体分布均匀，猪舍通风无死角。这表明改进湿帘降温系统通风模式的猪舍舍内空气质量环境良好，满足猪只健康生长和饲养人员工作的环境要求。

图5 夏季和冬季舍内不同位置NH3、CO2、PM2.5及PM10浓度的分布规律

试验猪舍冬季平均通风量（69.4 m3/h）低于夏季猪舍平均通风量（433 m3/h），猪舍通风量越大，通风过程进入猪舍空间的新鲜空气越多，猪舍内空气污染物浓度越低，因此冬季猪舍空气污染物浓度高于夏季猪舍空气污染浓度。由于地道通风对新风的预热作用，冬季进入舍内的新风与猪舍温差较小，试验猪舍冬季平均通风量高于传统妊娠母猪舍冬季平均通风量（34 m3/h），因此试验猪舍冬季空气污染物浓度较传统妊娠母猪舍更低。

新风由地道出风口均匀进入猪只活动区域，能更有效的稀释猪群活动区域的空气污染物浓度[38]；猪群因自身的产热会产生向上的气流，将屋顶风机均布于猪群上方，会使猪舍新风分布更均匀[39]。Jerez等[40]研究发现纵向通风模式妊娠舍（64.6 m×12.2 m，长×宽）NH3浓度夏季猪舍沿猪舍横向分布明显不均匀，冬季沿猪舍纵向分布明显不均匀，粉尘浓度夏季沿猪舍纵向分布明显不均匀，冬季沿猪舍横向向分布明显不均匀，因此试验猪舍气流组织形式空气污染物浓度分布均匀性优于传统纵向通风模式妊娠猪舍。

3 结 论

良好的通风系统能够为母猪提供最佳的生长生产环境，也能够节省能源消耗，降低猪场运营成本。本研究以典型的中国大陆性气候为背景，对河南地区2400头规模化母猪场妊娠舍改进湿帘降温系统进行试验，分别研究夏季与冬季环境下试验猪舍的舍内环境特性以及母猪的应激状态，得出以下结论：

1）夏季改进湿帘降温系统提高了25%的降温效果，对新风平均降温功率增加了-84.4 kW；冬季舍内不供暖，对新风的平均加热功率为增加了121.6 kW，87%以上的节能效果发生在地下风道前半程。

2）试验猪舍舍内温湿度、风速分布均匀，且舍内温度波动低于3.7 ℃。夏季和冬季舍内平均温度为（27.1±1.0）和（17.6±1.2）℃；综合猪舍母猪体感有效温度和呼吸频率等应激程度指标，母猪冬季处于舒适状态，夏季有轻度热应激现象。

3）冬季和夏季舍内新风分布均匀，空气质量环境良好，NH3、CO2、和粉尘PM2.5及PM10各点测质量浓度分布均匀，且均小于国家标准规定的妊娠舍空气污染物浓度极限水平。

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Environmental characteristics of a swine gestation barn with an innovative cooling pad system

Li Xiusong1,2, Ye Zhangying1, Li Guoming3, Shen Pan2, Zhu Songming1※, Feng Xiaolong2

(1.,,310058,; 2..,.,266000,; 3.,,,39762,)

Cooling and heating facilities are highly demanding in summer and winter, respectively, particularly for most large-scale pig farms in the typical continental monsoon climate zone in China. An energy-efficient ventilation system is essential to the environmental requirements for the growth and production of sow. Currently, a pad-fan evaporative cooling system is the most common method to control environmental temperature inside the housing for the large-scale pig unit. The operation of cooling process can provide comfortable temperature of fresh air, but make a big drop in the indoor temperature between both ends of a large pig house. However, the uneven distribution of fresh air in a large house can result in the extreme need for a high energy consumption in a cooling system. In the case of current pad cooling system, it is difficult to meet the requirements of thermal environment and air quality for pregnant sows in large-scale sow farms. Fortunately, a ground channel ventilation system is widely concerned in the environmental control field of pig farms, because it can cool down in summer and simultaneously warm up in winter. In the present study, an innovative ventilation system combining cooling pad and ground channel was proposed to explore the environmental characteristics inside a swine gestation barn. This feasible system was designed to significantly improve the uniformity of air distribution, while, reduce the energy consumption, by controlling the temperature difference between the front and rear of a large pig house. A typical pregnant sow house with this innovative ventilation system was built in Henan Province, China. The specific ventilation mode was as follows: the outdoor fresh air entered the underground duct system below the solid floor of the sow through the cooling pad, then flew into the house uniformly from the air inlet in front of the head of the sow, and finally the waste gas was discharged out of the house by the roof fan. The house with the size of L×W×H 98m×47m×4m contained 1344 pregnant sows, and 24 rows of gestation stalls. Half of the area with the size of 49m×44m was selected for the environmental test. The field test was carried out to investigate the effect of new cooling system on environmental characteristics inside the pregnant sow house. The parameters related to thermal environment and air quality were measured to analyze the environment change of the pigsty in summer and winter. Temperature/relative humidity (RH) sensors, anemometers, air quality monitors, and air particle counters were used to measure the temperature/RH, air speed, NH3/CO2content, and PM2.5/PM10 distribution, respectively, during summer and winter. The effective environmental temperature was recorded, and the breathing rate were calculated, in order to evaluate sow stress status in summer and winter. The results show that during summer, the temperature of input air was reduced more than 25% with the innovative ventilation system, while, maintaining the air temperature at (27.1±1.0)oC, and the average cooling efficiency was −84.4 kW. During winter, the air temperature was retained at (17.7±1.2)oC without extra heating, and the average heating efficiency was 121.6 kW. More than 87% of the heat exchanged at the first half (close to the air inlet) of the system. The temperature, RH, and air speed were distributed evenly, where the temperature fluctuation was less than 3.8oC. The indexes of effective environmental temperature (EET) and respiratory rate of sow were verified that the tested sows were under a comfortable environmental state of fresh air during winter, and slightly heat stress status during summer. The contents of NH3, CO2, PM2.5 and PM10 were distributed evenly in the large house, less than those recommended national standards released by Chinese governmental agencies. The innovative pad ventilation cooling system can significantly decrease energy consumption of environmental control, while maintain excellent air quality inside the swine gestation barn. This proposed cooling system can contribute to the crucial environmental-friendly and economic implications on swine production.

environment; breeding; gestation barn; underground ventilation system; thermal environment; air quality environment

李修松，叶章颖，李国铭，等. 规模化猪场妊娠母猪舍改进湿帘降温系统的环境特性[J]. 农业工程学报，2020，36(20)：238-245.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.028 http://www.tcsae.org

Li Xiusong, Ye Zhangying, Li Guoming, et al. Environmental characteristics of a swine gestation barn with an innovative cooling pad system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(20): 238-245. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.028 http://www.tcsae.org

2020-05-12

2020-09-10

国家重点研发计划资助（2018YFD0500700）

李修松，博士生，主要从事畜禽养殖过程控制与环境研究。

Email：11813049@zju.edu.cn

朱松明，教授，博士生导师，主要从事农业生物环境智能控制技术与装备。Email：zhusm@zju.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.028

S831.4

A

1002-6819(2020)-20-0238-08