125 封闭鸡舍的室内环境现场实测与分析

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1、封闭鸡舍的室内环境现场实测与分析德和威工程咨询（上海）有限公司 韩星上海建科建筑节能技术有限公司 马克华，郭玉锦，董怡平摘要：家禽集中养殖过程中，养殖密度大，禽舍环境封闭，空气环境参数对禽类产能影响很大。本文以鸡舍为例，介绍了鸡舍内空气环境的各参数对鸡只的影响及相关标准，阐述了鸡舍环境控制系统的发展过程以及目前鸡舍环境控制的常用系统形式。针对江苏南通地区的某鸡舍，于2009年8、9月对鸡舍环境进行现场实测，根据测试结果，分析鸡舍内部的温度、湿度以及CO2的分布规律，并通过计算得到了不同风机开启台数下的风量，鸡舍内鸡群的散热量、散湿量，CO2发生量，及冬季鸡舍负荷情况。分析了现阶段鸡舍内环境存在

2、的问题，并指出了鸡舍环境改造的方向。关键词：鸡舍 环境控制 现场实测 通风 节能Field test and analysis of closed chicken house indoor environmentHan Xing1, Ma Kehua2, Guo Yujin2, Dong Yiping2(1 DHV Engineering Consultancy (Shanghai) Co., Shanghai, 200233)(2 Shanghai Research Institute of Building Sciences, Shanghai, 200032)Abstract: The

3、indoor environment influences the poultry productivity greatly due to present reference. In this paper, different indoor environment parameters and related standards are introduced their impact on chicken, and the indoor environment control system are studied. In Aug and Sep in 2009, field test were

4、 carried out in a chicken house in Nantong. According to the test results, the ventilation air flow rate, CO2 generation, and heating load in winter are analyzed. At last, the problems in present chicken houses are pointed out, and possible solutions are presented for the further study.Key Words: Ch

5、icken houses, Environment control, Field test, Ventilation, Energy conservation1 概述我国的养禽业己经过了近20多年的迅速发展，家禽的饲养持续保持了快速增长的势头，80年代后期，我国家禽业生产更是迎来了一个高速增长时期，中国禽蛋生产连续十几年保持世界第一，全国家禽存栏量53亿只。据统计，2002年我国禽蛋生产量达到2535万吨，目前居世界第一位，占世界总量的40%以上，人均禽蛋占有量巧15.4kg，禽肉产量1350万吨，居世界第二位，人均禽肉占有量9公斤，接近世界平均水平（农业部畜牧兽医局畜牧处，2004）。目前，

6、大多数规模养鸡场，由过去采用开放式、半开放式鸡舍饲养方式转入封闭式人工环境控制鸡舍饲养，其目的是可以为鸡只提供更舒适的生活环境，使之更符合鸡的生理要求，充分发挥其遗传潜力（杨恒广，2002）。封闭鸡舍通过鸡舍建筑将鸡只与外部环境完全隔离，通过环境控制系统调节鸡舍内的空气参数，从而使鸡只保持较高的产能。随着肉鸡生产规模化程度的不断提高，环境对生产的制约作用越来越大（崔治中，2003），环境好坏已成为鸡只生产的关键性制约因素。甚至有人认为，环境改善与控制的重要性已大大超过了传统的品种改良和饲养管理，特别是鸡群生产力表型性状有50%-95%取决于环境条件（杨宁，1994）。因此，研究封闭鸡舍的舍内环

7、境控制问题，对降低鸡只死亡率、提高生产能力，促进我国养禽业发展，有着重要的意义。2 鸡舍环境控制系统鸡舍内需要控制的环境参数主要包括污染物浓度、温度和湿度等。鸡舍内的污染物主要由鸡只本身、粪便以及垫料产生，会对鸡只的健康产生影响，从而影响鸡只的死亡率和产能。一般通过通风的方式控制室内的污染物浓度，以保证鸡只的安全。同时由于通风量较大，鸡舍内的温湿度受到室外气象条件的影响，所以需要使用暖风机和冷却器来控制室内温湿度。2.1 鸡舍环境对鸡只的影响2.1.1 污染物浓度对鸡只的影响鸡舍内对鸡只影响较大的污染物主要有二氧化碳、氨气和硫化氢。二氧化碳主要是由于鸡的呼吸产生的。二氧化碳本身并无毒性，大气中

8、二氧化碳的浓度对畜禽都没有影响，但在鸡舍中，鸡的呼吸排出量大于其他家畜，如果鸡舍通风不良，二氧化碳浓度过高，持续时间过长会造成缺氧，引起慢性中毒，表现为精神萎靡、食欲减退、增重缓慢、体质下降、生产力降低、对疾病的抵抗力减弱等（李庆康，2000；汪植三，1995；侯加林，1998；杜芳义，2001）。因此，禽舍中二氧化碳浓度的高低将影响家禽的生长，其浓度以1500ppm为限（Bakker，1996；赵洁，1987；史清河，2000）。 鸡舍内的氨气主要由禽类粪便发酵分解而成。氨气主要由尿液中的尿素和粪便或者土壤中的尿素酶结合、水解而形成。当氨气浓度达到20ppm，持续6周以上时，鸡肺部产生明显病

9、变；达到50ppm时可引起流泪和鼻涕；60-80ppm时，可引起粘膜充血、水肿，发生结膜、角膜和气管炎，产蛋量明显减少；肉鸡在25ppm环境中，增重和饲料利用率显著降低。氨气还容易引起鸡中毒，使其食欲减退或废绝，严重时造成死亡（布仁，2001；邓建国，2001；东北农学院，2000）。鸡舍空气中硫化氢含量高于6.6ppm时，家禽容易畏光流泪，咽部灼伤，易发生鼻炎、气管炎，甚至引起肺水肿。另外，硫化氢易溶于水，与禽呼吸道粘膜接触后和其中的钠离子结合为硫化钠，其强烈的刺激作用可引起眼炎和呼吸道炎症。硫化钠进入血液后，又被水解放出硫化氢，对细胞呼吸具有窒息作用，从而引起机体组织缺氧，导致呼吸麻痹，窒

10、息死亡。2.1.2 温、湿度对鸡只的影响通常蛋鸡的适温区在2126，当环境温度超过32时, 家禽很容易出现热应激反应, 美国曾因高温而导致560万只肉鸡和100多万只蛋鸡与商品鸡死亡,由此可见温度是导致家禽出现热应激的首要环境因素。热应激使机体产生一系列的生理生化反应，降低鸡的采食量、日增重、产蛋率，降低饲料利用率，进而蛋形变小、破壳蛋和软壳蛋增多，严重时导致热衰竭，给蛋鸡养殖带来极大的危害。因此，对蛋鸡的热应激进行有效的调控，越来越受到学者和生产者重视和探索。热应激可显著降低家禽的生产性能，其中以采食量减少最为主要。据报道, 在21-30，每升高1采食量下降1.5%，在32-38，每升高1采

11、食量下降4.6%（陆应林等,1999）。许多试验均表明高温显著降低鸡各阶段的采食量（呙于明等,1998；姜礼胜等,1999）。影响家禽热应激的另一环境因素是空气湿度。湿度在家禽生产中经常被忽视，鸡群最适湿度为50%-70%。低湿的环境易使禽只体内水分大量散失，饮水量增加，采食量减少；高湿使鸡只体内热量容易散失(低温)或散不出去(高温)，前者使机体抵抗力下降，后者往往造成热应激或中暑，严重者造成死亡或疾病的发生。2.1.3 目前鸡舍环境标准目前关于鸡舍环境的主要标准包括ASAE（American Society of Agricultural engineers，美国农业工程师协会）的EP270

12、.5，我国的畜牧业行标NY/T388-1999畜禽场环境质量标准，河北省地方标准DB13/T548-2004蛋鸡舍环境卫生规范等。2.1.4 鸡舍环境的研究现状张妮娅等人（张妮娅，2008）通过调查得到了不同鸡舍类型下的夏季蛋鸡采食量和产蛋率情况。卢真真等人（卢真真，2008）通过实测和计算研究保证鸡舍降温效果时鸡舍必需的通风量。Datekin等人（Datekin，2009）研究了在地中海气候下采用湿帘蒸发冷却对肉鸡舍降温的效果，对实际系统进行了实测，得到了每次测试的湿帘效率和温度降低值。Blanes-Vidal等人（Blanes-Vidal，2008）采用CFD和实测的方法研究了某禽舍内的气

13、流组织，并且通过对比CFD和实测结果，指出了较佳的CFD边界条件。Olivera Ecim-Djuric等人（Olivera Ecim-Djuric, in press）采用CFD方法研究了采用自然通风和机械通风方式的牲畜舍内的气流组织。Seo等人（Seo，2009）通过CFD方法研究了采用自然通风的肉鸡舍内冬季的气流组织，同时计算了冬季的热负荷。除了气流组织外，还有学者考虑到鸡舍空气中的颗粒物，Ming Chai等人（Ming Chai, 2009）研究了利用静电除尘装置洁净鸡舍空气时的除尘效率和较优的工作电压。以上文献主要集中在鸡舍内部的气流组织或者是湿帘降温等局部环节的理论研究上，对于鸡

14、舍的机械通风系统缺乏较为系统的论述和现场实测资料。本文希望能够就鸡舍的机械通风系统进行实测，从而为鸡舍内环境研究和节能评估提供基础。2.2 鸡舍环境控制系统形式2.2.1 鸡舍通风系统鸡舍进行通风的目的包括两个：一是控制鸡舍内部的污染物浓度，二是控制鸡舍内部的温湿度，使鸡舍内的环境条件满足较优的鸡只生长产蛋条件。当增大鸡舍通风量时，鸡舍内污染物浓度下降，同时空气将室内鸡只产生的余热、余湿带走。在过渡季节，由于室外空气温湿度较为适宜，控制室内污染物浓度对通风量的需求和控制室内温湿度对通风量的需求是统一的，即增大通风量对控制两种参数都有好处。在冬季，由于室外空气温度较低，在风量较大时，用于加热通风

15、气流的能量需求大，因此，为了减小冬季能耗，只能在满足污染物浓度要求的基础上，尽可能的减小风量。在夏季，室外空气温湿度较高，同时由于送风量大，不能经过空调处理，所以其送风温湿度也较高，所以，目前夏季一般通过增大通风量的方法，尽可能减小室内的温度升高，此时，在较大的通风量下，虽然室内温度依然不低，但是只比送风温度高12。2.2.2 湿帘降温系统湿帘风机降温是近年来应用较多，效果比较理想的一种降温方法。自50年代美国学者开始研究开发以来，湿帘装置逐步实用和成熟并得到推广，尤其是波纹材料的湿帘出现后，这一系统便逐步推广到日本、欧美及中东等许多国家。后来将之使用于畜禽舍的夏季降温，取得了较好的效果，多用

16、于鸡舍的降温。我国自80年代初通过对国外引进的湿帘风机降温系统的消化吸收和改进设计，被列入国家级新产品向全国推广应用，在北方干燥地区使用得到了较好的降温效果。湿帘降温系统与近年来推广应用的纵向通风技术相结合，已成为目前农业建筑夏季通风降温的普遍模式，这一系统在国外及我国北方地区已得到广泛应用，其技术成熟可靠。湿帘风机降温系统是应用蒸发降温的原理，利用湿帘蒸发水气吸收通风空气中的显热量，达到降温的目的。湿帘风机降温系统主要由湿帘风机，水循环系统和自动控制装置组成，其核心部分是湿帘。湿帘装在封闭鸡舍的一端山墙或侧墙上，风机装在另一端山墙或侧墙中，风机抽风时，舍内产生负压的使舍外末饱和的空气穿过湿润

17、的湿帘表面进入舍内，并导致水分蒸发，从而使舍内空气温度下降。这是一种物理现象，水转化成水蒸汽需要吸收周围的热从而使周围环境温度下降。水分蒸发的多少与空气的饱和水气压差成正比关系，空气越干燥，温度越高，经过湿帘的空气降温幅度越大，效果越显著。2.2.3 通风与降温控制系统目前，一般通过监测鸡舍内的温度来控制风机开启的数量。当鸡舍内的温度超过一定温度时（如28），则打开湿帘降温系统。目标温度+误差室内温度控制器执行机构降温设备温度传感器图1 通风与降温控制系统示意图2.2.4 通风模式封闭鸡舍的通风系统根据季节的变化有三种不同的运行模式。夏季采用纵向通风，如图1所示。采用这种通风模式的原因是，夏季

18、室外温度较高，需要经过湿帘降温后送入室内，所以室外空气会通过鸡舍一端的湿帘统一处理后送入室内，沿鸡舍纵向流动，从另一侧排出。这种通风方式的优点是集中送风、集中排风，设备安装简单，气流组织形式简单。缺点是空气从一侧进入，另外一侧排出，则空气沿程温度升高，污染物浓度增加，若要保证出口处的温湿度和污染物浓度，需要较大的风量。图2 夏季的通风模式过渡季节采用纵向通风与横向通风结合的通风方式，原因是过渡季节室外空气温湿度适宜，可以完全利用通风达到控制室内温度的目的，所以鸡舍一端的大进风口和沿程的小进风口同时进风，从鸡舍的一端排风。这种通风方式的优点是由于空气沿程进入到鸡舍，因此鸡舍中的温湿度、污染物浓度

19、分布较为均匀；缺点是随鸡舍的纵向方向，风量越来越大，断面风速也会变大。图3 过度季节的通风模式冬季采用横向通风，空气从沿程的小通风口进入，一端的排风口排出，其原因是冬季温度较低，若集中进风，会造成局部温度过低；冬季开启的排风机数量较少，排放量较小，这是因为封闭鸡舍通风采用直流式通风，为了减少冬季加热量，只能以最低风量来运行。图4 冬季的通风模式3 封闭鸡舍环境现场实测3.1 测试封闭鸡舍介绍该封闭鸡舍位于江苏南通地区，单栋鸡舍长100m，宽12m，室内净高2.7m。在鸡舍的一端安装有6台排风机，根据室内的温度自动调节开启台数。鸡舍的另一端每侧分别有两个大进风口，同时，沿程有小进风口，如图1、2

20、所示。图5 鸡舍的大进风口图6 鸡舍的沿程小进风口图7 排风口图8 暖风机图9 拆下来的湿帘外观图10安装好的湿帘外观3.2 鸡舍环境测试方案3.2.1 鸡舍通风量测试为了了解封闭鸡舍内开启不同风机台数下的风量、风速，对鸡舍通风量进行测试。分别测试进风口风速、排风口风速以及鸡舍断面的风速，分别计算风量，以三种测试手段互相校核，提高测试的准确性。排风口的风速测试采用等面积布点法，将排风口均匀分为9块，取9个风速测点，测点布置图如图11所示。断面风速测点布置图如图12所示，断面共有9个测点。图11 排风口测点布置图图12 断面风速测试布点图3.2.2 鸡舍内温湿度分布测试为了了解封闭鸡舍内的温、湿

21、度分布，从而估算舍内鸡群的发热量和产湿量，对鸡舍内的温度和湿度进行测试。沿鸡舍纵向方向取11个断面进行测试，每个断面取3个测点，其中鸡架上方两个测点，中间走道一个测点，鸡架上方的两个测点一个处于鸡只所在高度，一个处于人员所在高度，如图13所示，图中的3个黑色圆点为温度、湿度测点。图13 鸡舍内温湿度测点纵向布置图3.2.3 鸡舍内污染物浓度测试为了了解封闭鸡舍内的污染物浓度，对鸡舍内的CO2浓度进行测试，测点选取位置与鸡舍内温湿度的测点位置相同。3.2.4 室外温湿度测试在测试鸡舍内参数的同时，记录室外的温湿度，通过室内外温湿度的对比，可以评价通风系统的效果。表1 封闭鸡舍测试内容序号测试项目

22、测点位置与数量所用仪器1入口风速进风口处热线风速仪2出口风速排风机断面，取9个点热线风速仪3断面风速长度方向取3个断面，每个断面取9个点热线风速仪4鸡舍内温湿度温湿度计5CO2CO2测试仪6室外温湿度自记式温湿度计3.3 鸡舍环境测试结果3.3.1 风量图14 不同风机开启台数下的风量测试结果鸡舍通风量的测试结果如图14所示。从测试结果可以看出，采用不同方法测得的鸡舍通风量基本一致，将不同方法测得的通风量算术平均后作为该工况下的通风量。经计算，2风机工况下的通风量为58416m3/h，4风机工况下的通风量为133090m3/h，6风机工况下的通风量为211773m3/h。在2风机、4风机以及6

23、风机下采用不同方法测得的风量与平均风量的最大相对误差分别为16.9%，3.5%，6.7%。3.3.2 温度图15 不同风机开启台数下的温度测试结果鸡舍内温度测试结果如图15所示。每个断面有3个温度测试点，将3个测点的平均温度作为该断面的代表温度，并且在图15中采用“工”字符号标示出该断面温度测量的范围。由温度测试结果可以看出，鸡舍内温度沿鸡舍气流纵向通风方向逐渐升高，升高趋势基本呈线性增长。图中的三条水平线分别为不同工况测试期间的平均值。相比较室外温度，鸡舍出口处的在空气温度在2风机、4风机和6风机下的温升分别为1.5，1.6，1。3.3.3 湿度图16不同风机开启台数下的湿度测试结果图16中

24、的虚线为测得的鸡舍内的沿程相对湿度，实线为沿程空气含湿量。由测试结果可以看出，相对湿度先升高，然后下降，而空气含湿量则沿程线性升高。这是因为沿气流流动方向，鸡只散发出的水蒸气进入空气使得空气的含湿量增加，而同时鸡只散发出热量使得空气温度升高，所以使得相对湿度反而先升高，然后下降。3.3.4 CO2图17不同风机开启台数下的CO2测试结果从CO2的测试结果可以看到，鸡舍内的CO2浓度沿着气流流动方向线性升高，当开启2风机、4风机和6风机时的CO2浓度增量分别为401ppm，189ppm和162ppm。3种工况下的鸡舍内最大CO2浓度都满足卫生要求。4 关于鸡舍环境的分析与讨论4.1 鸡舍内鸡群的

25、发热量与散湿量鸡舍内鸡群的发热量是研究鸡舍室内环境和减小能耗的基础。只有研究清楚鸡舍内的鸡群发热量后，才能准确确定鸡舍通风的需风量、冬夏负荷的大小等环境、能耗关键因素。其计算公式为，其中m为排风质量流量，kg/s；cp为空气的比热，kJ/kg-；为鸡舍进口空气和出口空气的温差，；表2 鸡舍内发热量6风机4风机2风机鸡舍内发热量（kW）99.896.333.4由计算结果可见，根据6风机工况和4风机工况计算得到的鸡群发热量比较接近，而与2风机工况计算得到的鸡群发热量相差较远，这是由于2风机工况下，室内温度较高，除了空气温度升高外，还有一部分的热量被围护结构吸收和传出，因此，2风机工况下的计算值较小

26、。所以，将6风机工况下计算得到的鸡群发热量与4风机工况下的结果的平均值作为最终的鸡群发热量：98.1kW。由于测试鸡舍内约有7000只鸡，因此，对于每1000只鸡的发热量约为14kW。与鸡群的发热量计算类似，鸡群的散湿量计算公式为，其中m为排风质量流量，kg/s；为鸡舍进口空气和出口空气的温差，g/kg干空气。表3 鸡舍内散湿量6风机4风机2风机鸡舍内散湿量（kg/h）32318785从鸡舍内散湿量的测试结果来看，在不同风机开启台数下的差别较大，这一部分是因为鸡只在不同风速下的代谢速度不同，另外，由于鸡舍地面覆盖有吸湿性木屑，在较高风量下，木屑中的水分进入到空气中，从而也对鸡舍的散湿量会造成较

27、大的影响。4.2 鸡群污染物散发量鸡舍通风的主要目的是为了保持室内污染物浓度处于合理的范围之内。表4 鸡舍内CO2散发量6风机4风机2风机鸡舍内CO2量（kg/h）36.330.228.1由计算结果看到，随着风量的减小，鸡舍内部的CO2散发量减小，这有可能是由于鸡群的呼吸受到风速的影响所致。4.3 冬季供热负荷比例 由于鸡舍夏季采用直接式蒸发冷却降低鸡舍温度，并不精确控制鸡舍内部温度，且能耗较小；冬季采用燃煤锅炉供热，能耗相对较大，因此，本文主要研究冬季的鸡舍负荷。 冬季鸡舍一般开启两台风机来保持内外换气，新风量为58415m3/h，按照南通地区的采暖室外设计参数干球温度-2，室外相对湿度76

28、%，则不同室内环境参数下的新风负荷为：表5 冬季负荷汇总表室内温度182022室内相对湿度%707070新风负荷kW687782884围护结构kW242628鸡群负荷kW-157.1-157.1-157.1总负荷kW553.9650.9754.9由冬季负荷的计算结果可以，冬季的负荷主要由新风负荷和围护结构负荷构成，而新风负荷占了绝大部分的比例，因此，过分加强鸡舍的保温所带来的节能效果是十分有限的。此外，鸡群本身的发热量较大，占到整个鸡舍负荷的22%，可以减少鸡舍的加热量。4.4 节能环保建议方向从以上测试和分析结果可以看到，目前鸡舍内的环境和能源问题主要在于两点：一是夏季鸡舍内的温度、湿度较高

29、；二是鸡舍冬季负荷较大，从而带来较大的冬季能耗。因此，可以考虑以下措施，减小能耗，提高鸡舍内环境质量。 粪便制沼气热电联供：收集鸡粪，通过厌氧消化制取沼气，与燃气轮机发电相结合，提供电能和热能。 热回收：由于目前的鸡舍为了保持室内空气质量，采用直流式气流，没有循环风，因此会造成较大浪费，所以，若在冬季采用热回收装置，预热新风，则可以较小冬季鸡舍负荷，减小能耗。 太阳能：鸡舍所处区域一般位于郊区，附近有大量空间，因此，在经济性允许的条件下，可以考虑采用太阳能冬季供热、夏季制冷的方法来提高鸡舍环境质量。 气流组织：提高鸡舍内的温度分布均匀性，可以避免鸡舍内过热和过冷的区域，可以同时提高室内环境质量

30、和降低能耗。5 结论本文介绍了典型鸡舍的通风形式，通过对某鸡舍进行现场实测，得到了风量、室内温湿度等数据，通过分析得到了鸡舍内的发热量、散湿量和污染物散发量，冬季供热的负荷，并指出了有可能采用的提高鸡舍环境质量和降低其能耗的方法。参考文献：1. 农业部畜牧兽医局畜牧处.中国畜牧业生产状况回顾.中国禽业导刊.2004，21（3）2. 杨恒广.封闭式鸡舍湿度控制的重要性.山东家禽，2002，12:34-363. 崔治中.近年来全球禽流感流行动态和控制对策.中国禽业导刊，2003，20(17):3-54. 杨宁，单崇浩，朱元照.现代养鸡生产.北京:北京农业大学出版社，1994，174）5. 布仁，红

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