保育豬舍三種局部供暖措施效果比較研究

薛振華，趙婉瑩，吳中紅，劉繼軍，張秋亭，云 鵬，陳京媛，王美芝*

(1. 北京市畜牧總站,北京 100107；2. 中國農業大學水利與土木工程學院,北京 100083；3.中國農業大學動物科技學院，北京 100193；4.北京大鴻恒豐牧業科技有限公司，北京 100101)

環境的溫度和濕度是豬與其生活環境保持平衡的重要因素[1]。保育豬剛經歷斷奶應激，對低溫很敏感，對疾病的易感性高，更需要精心飼養和管理。保育舍的溫度環境直接影響其成活率和生長性能，保育豬舍適宜的環境溫度為20～25 ℃[2]，當環境溫度低于舒適區時，豬表現出血管收縮、皮溫下降，產生豎毛、肢體蜷縮或擠聚等冷應激現象[3]。保育豬舍適宜的相對濕度為60%～70%[2]。有研究發現，在氣溫相同(12～14 ℃)、濕度不同的試驗中，80%～85%濕度與65%～70%濕度比，30日齡仔豬體重低2.46 kg，增重速度低34.1%[4]。

在豬舍圍護結構保溫性能達不到豬舍冬季溫度需求時，需要對豬舍配置供暖措施。在北方地區，環境溫度較低，為維持生產性能豬舍(尤其是保育豬舍)一般需要添加局部供暖。目前使用較多的有仔豬保溫箱、電熱板、紅外保溫燈、石英加熱管等，其中兩種典型的局部加熱方式是紅外保溫燈供暖和地面供暖[5]。紅外保溫燈一般與保溫箱配合使用，為哺乳仔豬提供適宜的溫度。使用紅外保溫燈可提高仔豬的局部環境溫度。周青等[6]發現，加紅外保溫燈的保溫箱試驗組與對照組相比，平均最低溫度高4.8 ℃，料重比降低了7.8%(P<0.01)，具有較好的保溫效果。豬一天的躺臥時間一般在15 h以上[7]，地面溫度能夠直接影響仔豬的健康狀況和生產性能。劉煒等[8]通過試驗表明應用地暖保溫的仔豬每頭平均日增重提高44 g，料肉比減少0.13，飼料利用率提高10.8%，地暖保溫技術能夠給保育階段的仔豬提供適宜的生活環境促進仔豬生產水平的提高。王美芝等[9]認為低溫地暖系統比暖氣片對流供暖方式熱效率高，在傳送過程中熱量損失小，其實感溫度比傳統的采暖方式高2～4 ℃，可減少豬舍的耗煤量，同時可減少二氧化碳排放量，在供暖保溫的基礎上達到了節能減排的低碳養殖效果。

在相同的豬舍環境條件下，不同局部供暖方式對保育仔豬局部熱環境的效果比較尚不明確，而且在京津冀霧霾嚴重、北京市豬場禁止燃煤供暖的前提下，使用電供暖成為豬舍供暖的主要供暖方式。為更好了解不同電供暖形式的供暖情況，本試驗對試驗豬舍進行局部電供暖設計，對比了三種常見局部供暖方式紅外保溫燈、電地暖和頂板電熱板之間的熱環境效果，為豬舍電供暖方式的選擇提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗豬舍 本試驗在北京市大興區某豬場進行。試驗時間：2016年1月5日～2016年2月1日。試驗的豬舍為保育豬舍，豬舍為東西走向，建筑面積810 m2(54.4 m×14.9 m)，豬舍屋頂材料為彩鋼夾芯板，吊頂為單層彩鋼板，吊頂距地高度2.5 m，四面墻體均為240 mm厚，雙坡屋頂，舍內地面為水泥地面。窗戶為單層塑鋼窗，南北墻各有9個1.5 m×0.6 m的采光亮子，南墻上有兩個1.5 m×1.4 m的大窗。6個風機排列在東墻上，風機外框尺寸(從北到南)分別為1.15 m×1.15 m、0.85 m×0.85 m、1.15 m×1.15 m、0.76 m×0.76 m、1.15 m×1.15 m、1.51 m×1.51 m，其中0.76 m×0.76 m的變頻風機在試驗期間連續開啟，風量約為1 800 m3/h，其他風機全部關閉，風機百葉閉合。舍內吊頂上南北兩列各9個大小為0.8 m×0.8 m×0.2 m的通風口，冬季每個通風口開啟大小為0.55 m×0.15 m。保育舍豬欄為雙列單走道式布局，走道寬1.0 m，豬欄大小按4～5窩保育豬設計，面積18 m2(3.0 m×6.0 m)，為半漏縫板地面，其中近走道處為3.0 m×1.5 m的實體地面。舍內分布見圖1。

圖1 試驗舍環境指標測點分布A1-4、B1-4、C1-4分別為電地暖、頂板電熱板和紅外保溫燈供暖的局部環境指標測點；X、Y為試驗舍整體環境監測點。為電地暖供暖豬欄，為頂部電熱板供暖豬欄，為紅外保溫燈供暖豬欄。為紅外保溫燈所在位置，每個豬欄有兩個紅外保溫燈Fig.1 The distribution of environmental indicator measuring points in the experimental roomA1-4, B1-4, C1-4 were the local environmental index monitoring points of electric floor heating, top radiant heating and infrared heating lamps, respectively; X, Y were the whole environmental indexes monitoring points in the experimental room. was the pen of floor radiant heating， was the pen of top radiant heating， was the pen of infrared heating lamps. was the position of the infrared heating lamp, there were two lamps in each pen

1.1.2 測定儀器 試驗期間環境指標測定所用的儀器有二氧化碳自記儀(型號：EZY-1S；北京天建華儀科技發展有限公司；測量范圍：0～9 824 mg/m3；精度：±147 mg/m3或讀數的10%)、多功能干濕球露點溫濕度計(型號：8736；臺灣衡欣科技股份有限公司；測量范圍：0%～100%和-20～50 ℃；精度：±5%和±0.6 ℃)、熱線式風速儀(型號：MODEL6003；沈陽加野科學儀器有限公司；測量范圍：0.1～20.0 m/s和0～50 ℃；精度：±(指示值的5%+0.1) m/s和±1 ℃)、手持氨氣監測儀(型號：GT901；深圳科爾諾電子科技有限公司；測量范圍：0～76 mg/m3；精度：±3%)、溫濕度自動記錄儀(型號：Apresys179A-TH；艾普瑞(上海)精密光電有限公司；測量范圍：0%～100%和-40～100 ℃；精度：±1.8%和±0.2 ℃)、表面溫度計(型號：Testo905-T2；德圖儀器國際貿易(上海)有限公司；測量范圍：-50～350 ℃；精度：±1 ℃)

1.2 三種局部電供暖設計

1.2.1 電地暖方案設計 電地暖設計參照美國和加拿大對地暖設計標準的相關規定[10-11]，預設單位采暖功率250 W/m2，地面溫度控制在25～35 ℃。結合試驗豬舍實際養殖管理情況，設計地暖區域為6個豬欄，采用發熱電纜采暖，每個豬欄的總面積約為18 m2，實體地面面積1.5 m×3 m=4.5 m2，在豬欄的水泥實體地面上鋪設地暖，實際地暖鋪設區域約為4.0 m2(除去料槽占地面積)，每頭保育豬所占地暖面積為0.09～0.19 m2[10]，故設計地暖可供21～40頭仔豬躺臥，符合實際需要。電地暖屬于局部空間采暖，單位面積電地暖的采暖功率為250 W/m2；各豬欄分別設置溫控器獨立控制。

1.2.2 頂部電熱板設計 頂部電熱板供暖，發熱體采用電熱膜，選擇巖棉作為保溫隔熱材料，電熱面板由自下而上的水泥輻射板、電熱膜、巖棉保溫層、水泥板纖維四層組成[12-13]。面板四角有方管作為可調節高度支架，面板外部配合連接感溫探頭和溫度控制器。感溫探頭安裝在支架處距地面30～40 cm，位于仔豬活動區域，將區域實時溫度傳導給溫度控制器，根據不同日齡保育豬的溫度需求，合理設定溫度并及時調節電熱板的開閉，在供暖的同時也達到了節能環保的效果。試驗中豬欄內頂部供暖電熱板尺寸1.0 m×3.0 m(受豬欄現場料槽位置限制，頂部電熱板有一半在實體地面上方，一半在漏縫地板上方)，安裝高度為距離地面1.0 m，電熱板單位面積功率為250 W/m2。

1.3 測定指標與方法

試驗期間(20160105-20160130)，用二氧化碳自記儀、氨氣檢測儀測定舍內氣體濃度，二氧化碳為連續監測，記錄時間間隔是30 min，氨氣為定時監測，測定時間為每天8∶00、11∶00、14∶00、17∶00，測點為X和Y(圖1)，氣體測定高度約1.0 m。

試驗期間(20160105-20160130)，供暖措施開啟。為了測定三種不同電供暖方式所在局部區域整體溫濕度狀況，同時為了減少臨近供暖方式之間的互相影響，選擇6個豬欄中中間2個南北相對的豬欄，橫向等距布四點進行局部環境溫濕度的測定，測點距地面1.0 m，共12個測點(A1-4、B1-4、C1-4)，其中溫濕度連續監測，測定間隔為30 min/次，測點分布見圖1。其中，A2、B2、C2和A3、B3、C3在供暖區域內，A1、B1、C1和A4、B4、C4在供暖區域外。

試驗期間(20160105-20160111和20160120-20160130)，為了測定不同電供暖方式不同高度溫度的分布狀況，選擇測點A1、A2、B1、B2、C1、C2所在的三種供暖方式的豬欄(測點分布見圖1)，用手持儀器在豬欄內供暖區域對地面溫度和距地面0.3 m、0.7 m、1.1 m高度的溫濕度進行測定，測定時間為每天8:00和14:00兩次，每個測點測三次，取均值。測量地面溫度時，選擇無仔豬躺臥供暖區地面。

試驗期間(20160105-20160111和20160120-20160130)，對保溫燈的溫度輻射規律進行探究，主要測定保溫燈所在區域地面和距地面0.3 m水平面上中心點以及中心點向外的0.2 m、0.4 m、0.6 m距離的溫度特征，測定時間為每天8∶00和14∶00兩次，每個測點測三次，取均值，測點見圖2。

圖2 紅外保溫燈輻射范圍溫度測量點布置圖Fig.2 The temperature measuring points at radiation range of infrared heating lamp

1.4 數據分析

所有試驗數據用Minitab 17 的“箱線圖(也稱為方框須線圖)”進行數據篩選，剔除異常數據，保留有效數據。有效數據用SAS8.1處理，結果以“平均值±標準誤”的形式表示，P<0.05為顯著差異。

2 結果與分析

2.1 試驗舍內環境狀況

試驗期間，對試驗舍內的CO2和NH3濃度進行監測，結果顯示，試驗保育舍內CO2和NH3濃度每天波動較大，其中CO2濃度范圍是4 324～7 539 mg/m3，平均濃度為5 804 mg/m3；NH3濃度波動范圍是16～25 mg/m3，平均濃度為21 mg/m3。

2.2 三種供暖方式局部環境狀況

2.2.1 局部環境溫濕度 局部環境溫濕度結果見表1。由表1知，A組測點A2和A3溫度在16 ℃以上，顯著高于測點A1和A4(P<0.05)；B組測點B2和B3平均比測點B1和B4的溫度高2.4 ℃(P<0.05)； C組位于供暖區域內的C2和C3測點溫度顯著地高于在供暖區域外的測點C1和C4的環境溫度(P<0.05)。測點A1、A4、B1、B4、C1、C4之間溫度差異不顯著(P>0.05)；在供暖區域內的測點中，測點A2、A3、B2、B3溫度差異不顯著(P>0.05)，而測點C2、C3溫度在18 ℃左右，顯著高于A組和B組供暖區域內的測點溫度(P<0.05)?？梢?，紅外燈輻射到測點1.0 m高度處的能量大于地面輻射供暖和頂部供暖輻射到該高度處的能量值。

表1 三種供暖方式局部溫濕度Table 1 The local temperature and relative humidity of three heating modes

在表1中，供暖區域外的測點濕度普遍偏高，均在93%以上，濕度最高的測點C4濕度值可達到98.7%。供暖區域內的測點濕度均在80%左右，其中測點C2濕度最低。同樣的，A組和B組濕度值也在走道兩側呈對稱分布，C組南側(C3、C4)的濕度均顯著高于北側(C1、C2)的濕度。

上述表明局部供暖可以顯著提高豬舍局部溫度，并顯著降低豬舍局部濕度。

2.2.2 三種供暖方式不同高度溫濕度分布規律 2.2.1中監測的三種供暖方式的溫濕度為1.0 m處的溫濕度，但保育豬生活范圍僅為地面至0.3 m高左右。為了更好的比較三種供暖方式對仔豬活動區的供暖效果，在試驗期間(20160105-20160111和20160120-20160130)，用手持儀器對保育舍三種局部供暖方式地面溫度以及距地面0.3 m、0.7 m、1.1 m高度的溫濕度進行測定，其中，保溫燈供暖豬欄地面溫度測定時，選擇距離保溫燈正下方的地面區域。每天8∶00和14∶00測兩次，所測得數據見表2。

地面溫度：電地暖>保溫燈>頂部電熱板，電地暖的地面溫度顯著地高于頂部電熱板供暖的地面溫度(P<0.05)。

距離地面0.3 m的溫度：保溫燈>頂部電熱板>地暖，電地暖溫度顯著地低于另外兩種供暖方式(P<0.05)，其中，溫度最高的保溫燈要比地暖高2.9 ℃。三種供暖方式的總體濕度在距地面0.3 m高度存在顯著差異(P<0.05)，其中地暖濕度達到(72.6±0.6)%，而頂部電熱板和保溫燈濕度在65%左右。

表2 三種局部供暖方式不同垂直高度溫濕度的比較Table 2 Comparison of temperature and humidity for three heating modes at different vertical height

距離地面0.7 m位置：頂部電熱板溫度顯著高于地暖，濕度顯著低于地暖(P<0.05)。距地面1.1 m位置，頂部電熱板和地暖這兩種供暖方式的溫度和濕度差異不顯著(P>0.05)。

不同供暖方式的局部環境溫濕度有不同的變化規律。對地暖來說，地面溫度最高，隨著垂直方向高度的增加，環境溫度呈平緩下降趨勢；頂部電熱板供暖的地面溫度最高，其次是0.7 m處，距地面1.1 m溫度最低；保溫燈的地面溫度比距地面0.3 m位置環境溫度高。地暖方式在距離地面不同高度的位置濕度變化不大，范圍在72.6%～73.3%，頂部電熱板供暖僅在距地面1.1 m高度時濕度為72.8%左右，在距地面0.3 m和0.7 m時濕度小于65%。

2.2.3 紅外保溫燈輻射溫度分布規律 保溫燈輻射供暖時在同一水平面(地面和距離地面0.3 m)，距離中心點越遠溫度越低。地面上中心點、距中心點0.2 m、距中心點0.4 m、距中心點0.6 m位置的溫度分別為27.1 ℃、26.0 ℃、24.9 ℃和24.1 ℃。每個位置的溫度Y1與距中心點的距離X1存在線性回歸關系，線性回歸方程分別為Y1=-5.055X1+27.014(R12=0.9969)。

在距離地面0.3 m高的水平面上，從中心向外四個不同位置范圍的溫度分別為23.8 ℃、23.1 ℃、22.0 ℃和21.4 ℃。每個位置的溫度Y2與距中心點的距離X2存在線性回歸關系: Y2=-4.115X2+23.817(R22=0.9876)。

地面上離中心點一定距離位置的溫度比0.3 m高的相應點溫度都要高，溫度差為2.6～3.3 ℃，存在極顯著差異(P<0.01)(圖3)。

圖3 紅外保溫燈環境輻射溫度規律Fig. 3 The rule of environmental radiation temperature of infrared heat lamps

當保溫燈豬欄地面溫度Y1=25 ℃時，根據線性回歸方程Y1=-5.055X1+27.014(R12=0.9969)可得距離中心點X1=0.40 m，進而得出保溫燈滿足仔豬最低地面溫度需求的有效面積理論值S1=π·X12=0.50 m2。因此保溫燈下保育豬理論舒適躺臥區面積0.50 m2。

當保溫燈距地面0.3 m高度水平面上環境溫度Y2=20 ℃時，可滿足仔豬的溫度需求，此時根據線性回歸方程Y2=-4.115X2+23.817(R22=0.9876)可得距離中心點X2=0.93 m，進而得出保溫燈滿足仔豬需求的熱量輻射有效面積理論值S2=π·X22=2.71 m2。因此保溫燈下保育豬理論舒適站立區面積2.71 m2。

3 討 論

舍內CO2日均濃度的平均值為5 804 mg/m3，明顯高于我國國家標準中CO2濃度的限定值(CO2≤1 301 mg/m3)[2]，與美國推薦的冬季CO2濃度上限值(CO2≤5 894 mg/m3)相近[14]。舍內NH3日平均濃度平均值為21 mg/m3，略高于我國保育豬舍國家標準(NH3≤20 mg/m3)[2]，比美國推薦的NH3濃度上限值(NH3≤8 mg/m3)明顯偏大[14]。

地面溫度：電地暖(28 ℃)>紅外保溫燈(26.8 ℃)>頂部電熱板(25.8 ℃)，三者地面溫度均在仔豬舒適的地面溫度范圍內(25～35 ℃)，其中電地暖的地面溫度28 ℃與P. Brandt等[15]研究的電地暖的地面溫度30 ℃接近，比Malmkvist 等[16]所研究的33.5 ℃的地面溫度低。距地面0.3 m高度溫度：紅外保溫燈(21.3 ℃)>頂部電熱板(20.7 ℃)>電地暖(18.4 ℃)，其中電地暖所提供的溫度低于保育仔豬舒適溫度(20～25 ℃)。地暖產生的熱量由地面向上擴散，由下到上溫度逐漸降低；紅外保溫燈屬于紅外輻射供暖，地面受到紅外輻射吸收部分熱量，因此地面溫度會比其距地面0.3 m的環境溫度高。

該試驗中，每欄約25頭豬，電地暖供暖面積為4.0 m2/欄，每頭豬的舒適躺臥區為0.16 m2；頂板電熱板的供暖面積為3 m2/欄，每頭豬的舒適躺臥區為0.12 m2；每臺紅外保溫燈的理論舒適躺臥區面積為0.5 m2/欄，每欄有2臺紅外保溫燈，每頭豬的舒適躺臥區為0.04 m2。保育豬的舒適躺臥面積為0.09～0.19 m2/頭。仔豬感覺到寒冷時，往往會喜扎堆，用擠聚的方式來互相取暖，保持恒定體溫，豬的趴臥有利于減少熱量損失，并可通過同伴間扎堆擠聚獲得熱量[17-19]。紅外保溫燈組雖然在局部空間范圍能夠為仔豬提供較為適宜的溫度，但因保溫燈輻射面積有限，不能滿足豬欄內所有仔豬的需求，因此相對于其他兩組會有較多的仔豬擠聚現象。有研究表明，仔豬的擠聚現象是造成仔豬死亡的主要原因之一[20-21]。紅外保溫燈的長期光照會影響豬只在豬欄內的分布，6至11周齡的小豬在一般情況下會選擇更暗的地方(78.7%的時間在更暗的環境，平均為19小時左右)，空間里的照度增加會使豬的入住率下降，但是排便率增加[22-24]。因此紅外保溫燈供暖難以滿足欄內豬只的躺臥需要，易發生擠聚現象，導致弱豬死亡，保育豬更傾向于選擇黑暗的區域休息。就經濟方面，假設為每頭豬提供0.12 m2的舒適躺臥區(25頭豬共3 m2躺臥區)，每欄應提供6臺紅外保溫燈，每臺紅外保溫燈為250 W，每欄共需要1 500 W；頂部電熱板和電地暖僅需要750 W，紅外保溫燈耗能為頂部電熱板和電地暖的2倍。

4 結 論

(1)電地暖、頂部電熱板、紅外保溫燈三種局部供暖方式的保育豬躺臥的地面溫度分別為28.0 ℃、25.8 ℃、26.8 ℃，其中地暖所提供的地面溫度最高，比頂部電熱板的地面溫度高2.2 ℃。三種方式均能為保育豬提供舒適的地面躺臥溫度。

(2)在距離地面0.3 m處，電地暖、頂部電熱板、紅外保溫燈三種局部供暖方式的保育豬活動范圍溫度分別為18.4 ℃、20.7 ℃、21.3 ℃，其中保溫燈豬欄的溫度最高，頂板電熱板提供的溫度符合仔豬所需溫度范圍，而地暖所提供的仔豬活動范圍溫度低于仔豬舒適溫度。

(3)每臺250 W的紅外保溫燈可為豬只提供0.5 m2左右的舒適躺臥區，會引起欄內豬只擠聚，并且長期光照會影響欄內豬只的分布規律。

(4)在本試驗所選用的保育豬舍條件下，頂部電熱板相比電地暖和紅外保溫燈供暖綜合效果更好。但是，電供暖方式的形式選擇還需結合豬舍內部布局和投資及運行費用綜合考慮。