畜禽舍环境控制系统environmental control system for livestock and poultry house

使畜禽舍内保持合理环境参数的设备组合。完善的畜禽舍环境控制系统可使畜禽饲养获得优质高产和均衡生产，是畜禽集约化、工厂化饲养不可缺少的条件。
畜禽环境因素 环境是影响畜禽生长和生产的外界条件。环境因素包括：物理因素，即光照、噪音以及栏、笼、地板等与畜禽接触的设备；群体因素，即栏或笼内畜禽的头数以及群体内畜禽的强弱等级；空气质量因素，即空气中二氧化碳、氨、硫化氢等有害气体和灰尘等的含量；热因素，即气温、相对湿度、空气流动速度和热辐射等。环境的物理因素和群体因素一般由饲养管理技术解决。需要控制的环境因素主要是热因素和空气质量因素，有时也包括物理因素中的光照。畜禽舍的合理环境因素见表1。
调节舍内热因素和空气质量因素的主要方法是控制通风量，即控制单位时间室内外空气的交换量，有时还配合供热或降温。图1和图2分别为畜禽舍典型的冬季和春秋季通风曲线。冬季舍温常采用接近于下限的温度；由于舍温非最佳温度，所以只采用湿平衡通风量；当舍外温度在热平衡曲线和湿平衡曲线的交点温度以下时，应对舍内少量供热，以保证所定的下限温度。春秋季舍温定在最佳范围内，只采用热平衡通风量。冬季和春秋季的应有通风量皆随着舍外温度的提高而加大。夏季常采用一恒定的大通风量，使舍内温度随舍外温度变动而变化，并使舍内外保持1～3℃的温度差，如舍内温度超过上限温度时，应采用降温措施。

图1 畜禽舍冬季通风曲线

图2 畜禽舍春秋季通风曲线

控制系统的组成畜禽舍环境控制系统包括畜禽舍、通风系统、供热设备、降温设备和控制设备等。由于地区气候条件和畜禽种类的不同，系统的组成也会有一定的差异。
畜禽舍用来将畜禽环境与外界不利环境相隔离。根据与外界隔离的程度，有前开式冷舍、半封闭冷舍和全封闭暖舍三种。前开式冷舍常用于饲养肉牛和成年羊。它除了有时在屋顶下设保温层以减少夏季太阳辐射热和冬季冷凝的影响以外，其他的外围护结构墙皆无保温层，也无天棚。畜舍背风面全部敞开，只设有一定数量的柱子；另一面有墙，并有可封闭的通风口。这种畜舍的舍内温度与舍外温度相近，只是可以减少风和太阳辐射的影响。半封闭冷舍用于肉牛、羊、肥猪、奶牛、成鸡。它有闭合的四周墙，在屋檐下和屋脊上有连续缝隙式通风口以保证充分地更换空气，侧墙上有通风窗用于夏季通风。这种畜禽舍冬季舍内温度可比室外高3～6℃。中国华北地区研究推广的组合式鸡舍类似于这种类型，保温能力较高，冬季舍内外温差10～15℃。全封闭暖舍用于除肉牛以外的所有畜禽舍，它设有天棚和闭合的四周墙，天棚和四墙皆有保温层，并设有比较完善的通风设备，当采用优质保温材料时，在不采暖的情况下，严寒时舍内外温差可达30℃。

表1 畜禽舍的合理环境因素

畜禽舍类别		舍内温度(℃)			最佳相对湿度 %	极限有害气体含量% （按容积）
		下限	最佳范围	上限
						CO2	NH3	H2S
1	2	3	4	5	6	7	8	9
鸡舍	雏鸡舍	舍 温 15℃	舍温21℃，育雏器内温 度第1～3日32～35℃，以 后每周降2.8℃，直至 18℃		2～3周前 60%以上，以后 为30～75%	0.15	0.003	0.001
	育成鸡舍	10	14～20		50～85
	蛋鸡舍	7	13～23	29	50～85	0.25	0.003	0.001
	肉鸡舍	10	18～24	27.5	50～85
猪舍	产仔母猪舍 仔猪活动区	15	18～22 29～32	29	60～85	0.35	0.003	0.001
	仔猪舍		22～26		60～85
	肥猪舍	10	15～24	29	60～85
牛舍	4月龄内犊牛舍	10	12～20		50～75
	犊牛舍	5	15～20		50～75
	乳牛舍	2	10～15	24	50～75	0.35	0.003	0.001
	肉牛舍	-6	10～15	24	50～75
羊舍	初生羔羊舍		24～27		50～75
	肥育羊舍	5	10～15	21	50～75	0.35	0.003	0.001
	母羊舍	7	13	24	50～75

发达国家都采用优质保温材料来代替砖，以构筑暖舍的外围护结构，减少散失的热量。常用两层胶合板或金属板之间装入比砖的热阻大数十倍的高效保温材料，为了承重，其内部有一定数量的柱子。也有以中空的混凝土块砌墙，混凝土块的内腔灌注保温材料，或再贴加保温层。
通风系统 畜禽舍通风系统分自然通风和机械通风。
自然通风系统 常用于前开式和半封闭式冷舍。在冬季利用屋檐下和屋脊上的连续式通风口进行通风。由于室内气温高于室外气温，热空气上升而从屋脊通风口排出，而室外空气则从屋檐下通风口进入。有风时，根据风的方向，在畜禽舍的不同部位引起正压和负压，靠正压的通风口进气，靠负压的通风口排气，从而增强了自然通风。夏季时两侧墙上的连续式通风窗可打开，以提高通风效果，自然通风系统各通风口的尺寸见表2。
自然通风系统对换气量的多少和进气的分布不易控制，所以对环境控制较差，但投资少，能量消耗少。配合自动控制设备的自然通风系统有良好的技术性能和经济性。

表2 畜舍自然通风的通风口尺寸

畜舍类别	每3米畜舍跨度的通风口尺寸（厘米）
	冬季的屋脊 和檐下通风 口宽度	夏季侧墙通风窗高度
		双坡屋顶式 两侧墙	单坡屋顶式 后墙	单坡屋顶式 前墙
猪 舍 肉牛舍 奶牛舍 羊 舍	1.3 5.1 2.5 0.6	36 23 15 15	18 13 10 10	53 38 30 30

机械式通风系统 常用于封闭式暖舍。利用机械通风能使舍内温度分布均匀且无大幅度变动，可避免形成冷风，且能使舍内有合适的相对湿度。机械通风系统有进气式、排气式和联合式三种。
进气式机械通风系统(图3)中的风机将新鲜空气通过舍内上方管道上的两侧均布孔送入畜禽舍，使畜禽舍内形成一定的压力，舍内污浊空气即在此压力下通过排气口排出，如有缝隙地板，此排气口一般都在地板下方。畜舍跨度为7.5米以下时需1根管道，7.5～15米时需2根管道。管道上每一对直径5厘米的孔可负担30～60米³/小时的通风量。由于舍内有压力，在冬季会使空气中水汽渗入墙中和天棚上而降低保温能力，也会因渗入门缝而引起结冰，风机所需功率也较大，所以这种通风系统只用于畜舍的改装。

图3 进气式机械通风系统

排气式机械通风系统(图4)中的排气风机将空气抽出室外，使室内形成负压，室外空气因此由进气口进入室内而达到通风的目的。进气口的尺寸必须能使内外压力差达到10～30帕，从而使进入的空气速度达到2.5～5米/秒，以便使新鲜空气能和室内空气充分混合。畜舍跨度小于12米时风机可设在一侧，大于12米时，风机应设在两侧墙上。当设有缝隙地板和畜舍下深粪坑时，应设有风机将部分空气从粪坑排出。排气式通风系统克服了进气式系统的缺点，且设备简单可靠，进气分布良好，适合于各种类型的畜禽舍，特别是成年畜禽舍。
联合式机械通风系统是进气式和排气式系统的组合。进气风机将新鲜空气通过管道的均布孔送入室内，同时由排气风机将室内污浊空气排出。这种系统特别适于采用热风供热的产仔舍和幼畜禽舍。

图4 排气式机械通风系统

除上述三种机械通风系统以外，还有一种称为全气候型的通风系统，由联合式和排气式系统组合而成，以适应不同季节的需要。它由百叶窗式进气口、管道风机、管道、排气风机等组成，并和供热降温设备和控制设备相配合。整个系统调节到某一调定温度。通风系统的工作情况如下：当冬季舍温低于调定温度时，加热器和管道风机开动，室内空气经加热器加热，进入管道风机，并通过管道均布孔分布室内，使室内空气不断进行环流并得到加热，与管道风机相对的上部百叶窗进气口及第一排风机由定时器定期打开和开动，以排出潮气和污浊气体；当舍温达到调定温度时，加热器关闭，管道风机仍开动，室内空气进行环流，上部进气口和第一排风机也定期打开和开动以排出潮气和污浊气体；当舍温高于调定温度时，上部进气口、管道风机和第一排风机持续开动，室外空气由进气口进入管道风机，并通过管道被分布于室内，再由第一排风机排出。在春秋季节，上下百叶窗进气口都打开，管道风机和第一、二排风机开动，部分新鲜空气由管道风机通过管道均布孔分布室内，部分空气由下部进气口直接进入室内，然后由第一、二排风机排出。在夏季，管道风机和第一、二、三排风机运转，上下百叶窗进气口和蒸发垫的百叶窗（相当于进气口）打开，除了小部分室外空气通过管道外，大部分室外空气直接进入室内，由排风机排出；当舍温超过预定的上限温度时，管道风机和上下百叶窗进气口关闭，蒸发垫的百叶窗打开，水泵开动，第一、二、三、四排风机开动，全部室外空气通过蒸发垫冷却后进入室内，并由排风机排出。
供热设备 用来提高舍内温度和降低相对湿度，以达到要求的畜禽环境。主要用于寒冷地区的挤奶间、产仔舍和幼畜禽舍。常用供热设备有热水系统、热风系统和局部供热系统。
热水供热系统 由水加热器、水泵、管子和散热器等组成，热水由泵进行循环，由散热器为畜禽舍供热。水加热器可用煤等作为燃料。
热风供热系统 由热源、风机、管道和出风口等组成。空气通过热源被加热，再由风机通过管道送入畜禽舍，优点是能使舍内温度均匀和易于实现畜禽舍温度湿度的控制。热风式供热系统的热源可用以蒸汽为热介质的空气加热器，它由若干排钢管加装肋片组成，蒸汽通入管内，空气从管外肋片间通过时得到加热，然后再沿管道送入畜禽舍。欧美各国的中小型畜舍常用电阻丝或液化石油气燃烧器为热源，制成包括风机和控制器在内的单个装置的型式，悬挂在畜舍内。为使舍内温度均匀，常配合管道通风(图5)。这种加热器优点是易于进行控制，但使用成本较高，且液化石油气燃烧后气体直接混入空气中，故只能用在有机械通风的条件下。
局部供热系统 用于幼畜禽舍。常用的有饲养雏鸡的育雏伞，以及仔猪活动区的加热地板(见育雏器、仔猪培育设备)。
降温设备 用来消除或减轻高温对畜禽生产的影响。夏季加大通风量时，由于室外空气的温度和湿度都较室内低，所以进入的空气量增加，可更多地吸收显热（温度变化的热量）和潜热（水分蒸发所需的热量），从而提高降温作用。但通风量加大到一定程度时，此降温作用就趋于稳定不变。所以气温更高时，需利用其它降温设备，包括蒸发垫、喷雾装置、风机、畜体淋水器以及局部冷空气供应系统。
蒸发垫 又称湿帘，是最常用的降温设备，可用于鸡舍、猪舍和牛舍的降温。蒸发垫布置于通风系统的进气口，包括在排气式或进气式通风系统内。由两层铁丝网和中间夹的杨木刨花组成。商品化蒸发垫常由横向波纹网状的聚氯乙烯制成。水由水泵从水箱打入底部有许多小孔的水分配管流入蒸发垫，再由回水管回入水箱。由于排气风机使舍内形成负压，室外空气通过蒸发垫进入室内，被蒸发的水吸取了潜热，从而降低了进气温度。蒸发垫厚50～100毫米，内部的刨花密度32千克/米³，经过蒸发垫的空气流速为0.75～1.0米/秒，水供应量应为每米垫长度4～5升/分。用蒸发垫降温，在干旱地区进气温度可降8～12℃，在潮湿地区为3～4℃。
喷雾装置 用来将水喷成细雾后在舍内蒸发，使气温降低。一般它不包括在通风系统内，所以也可用于自然通风的畜禽舍。中国为机械化鸡舍研制的9PJ—3150自动喷雾降温设备由过滤器、水箱、水泵、水管、喷头以及自动控制器组成。喷雾压力为264.6千帕，雾粒直径小于100微米。当舍温高于32℃时，自动喷雾2分钟停15～20分钟，不断循环。当舍内相对湿度达70%时可降温2～5℃。
风机降温 常用于奶牛舍和肉牛舍。是利用通风系统以外的直径达1米的大型轴流风机，引起舍内空气流动。轴流风机设在舍端部大门处或舍内。中国南方的奶牛舍内常将成排的吊扇装在拴系奶牛的上方。
畜体淋水器 常用于猪舍，包括带浮子装置的水箱、水泵、管道、喷嘴以及恒温器和定时器等。当环境温度达到30℃时，它能每隔1小时自动喷淋细水滴2分钟，喷淋覆盖猪栏的3/4宽度，以淋湿猪体，增加蒸发散热。
局部冷空气供应系统 主要用于限制饲养的产仔母猪舍，包括空气冷却装置、主管道和分支管道。主管道通常进行隔热。分支管道直接引向母猪头部。空气可以是普通室外空气，经过蒸发垫冷却的空气和经空调设备冷却的空气。每头母猪所需的空气量分别为110、65和55米³/小时。
控制设备 主要包括恒温器、定时器、变速控制器以及继电器和各种执行机构。对于不同情况可采用不同型式的控制。
自然通风的控制设备 主要是控制通风口以及通风窗或窗帘的开闭，由恒温器、定时器、电动绞轴、滑轮组和钢索等组成。舍温过高时，电动绞轴以每隔5分钟分阶段开大通风口、通风窗或窗帘，直至舍温达到要求。当舍温过低时，也分阶段将通风口、窗或窗帘关小，但间隔的时间缩短一半，直至舍内达到恒温器所调定的温度。在多风地区，应有两套设备设于畜舍两侧，以便分别控制。当考虑冬季舍温不高，但为排除水汽和氨气，可另设一辅助定时器，调定每小时或每半小时开一次窗或窗帘，开度5厘米，时间2分钟。
机械通风的控制设备 主要是控制进气口、风机以及加热器和降温设备等。❶对百叶窗式进气口常采用恒温器和电动机构来控制百叶窗片的开闭，此控制常和风机的控制同时进行。对于采用缝隙式进风口的排气式通风系统，为了保证应有的进气速度(2.5～5米/秒)以保证进气与舍内空气很好混合，可利用进气口内外压力差来控制进气口折流板的开度，压力差调定范围为0～60帕，正常压力差范围为10～30帕。
❷控制风机的风量有三种方法。第一种是舍温高时连续运转，舍温低时定时间歇运转，一般用于冬季，所用的控制设备为恒温器和定时器。第二种是采用多台风机并利用改变风机同时运转的台数来改变总通风量，其控制设备为数量与风机台数相等的恒温器，各自采用递增的调定温度。第三种是采用变速风机，舍温增高时风机转速增加，从而提高通风量，其控制设备为恒温器和变速控制器。
❸供热和降温设备可用恒温器控制。供热设备有时也可用恒温器和定时器控制，在舍温低时，作间歇运转。
发展趋势 主要是完善自动控制系统和节约能源等。
在环境自动控制方面出现了微型计算机通风控制系统。主要包括微型计算机、模拟数字转换装置、控制电路、环境传感器以及显示或记录装置等。由环境传感器输入各种数据(包括干球温度、露点温度、舍外温度、太阳辐射、气压等)，这些数据再转化为数字信号，输入微型计算机。微型计算机将这些值和已给系统编入程序的参考数值相比较，然后将信号送入控制电路，后者再作用于环境控制设备如风机、加热器、蒸发降温设备等，从而将环境条件改变到应有的范围内。
在节约能源方面有： ❶利用太阳能为畜禽舍供热。其装置包括太阳能接收器、风机和风道，以及贮热器等。常用屋顶作为太阳能收集器，以碎石作为贮热器，可和谷物干燥仓并用，以便在不需采暖的秋季利用太阳能干燥谷物。
❷利用地下管道通风，以节省能量。设备包括风机和埋入地下2.4～3.6米的塑料管道。采用地下管道通风，冬季室外日夜温度为-28～-7℃时，进入室内的空气温度可达8～9℃，夏季室外日夜温度为15～33℃时，进入室内空气温度为18～20℃。
❸采用热交换器利用排气中的余热。热交换器由多层壁、排气风机和进气风机构成，排出的空气和新鲜空气中间隔有间壁，使进入的新鲜空气能从排气中吸收部分的热量。当室外温度为-30～0℃，室内温度为15～26℃时，热交换器可提高进气温度达室内外温差的一半左右。