多層樓房式豬舍自動化通風與臭氣凈化系統的設計與應用

佘德勇 ，汪 雅 ，余道倫 ，劉 瑤 ，劉 瓊 ，左瑞華 ，吳中紅

（1.皖西學院，安徽 六安 237012；2.安徽國農數據科技有限公司，安徽 合肥 230088；3.中國農業大學，北京 100193）

樓房養豬作為規模化養豬生產的模式之一，在國外20世紀60年代就已出現。我國的樓房養豬早期多見于福建、浙江等地[1]。隨著養殖業用地的越來越緊張，樓房式豬舍因其節約土地、集約化程度高、便于經營管理等優點[2]，被越來越多的養殖企業所采用。對于日漸增多的樓房養豬項目，尚有一系列亟待解決的問題，如通風系統的設計、物料的運送、豬只的流轉、糞污的收集處理、生物安全防護與環境保護等環節的標準和規范等[3]。隨著行業規劃設計理念與技術的創新、自動化智能化設備的不斷涌現，上述問題也都在逐步地得到改進。

文章主要針對當下主流的大跨度小單元樓房式豬舍，設計了一種通風與臭氣凈化相結合的新型工藝。夏季采用濕簾-風機模式，保證高效率通風降溫[4-5]；冬季采用側墻通風小窗-吊頂通風窗-變頻風機模式[6-7]，將變頻風機轉速與舍內氨氣濃度相關聯，當因豬只呼吸導致氨氣（NH3）濃度升高時[8]，加大變頻風機轉速，氨氣濃度下降時，降低變頻風機轉速，在保證通風效果的同時確保最大程度減少舍內熱量損失。在出風端，增加臭氣凈化處理工藝，利用過濾墻與生物降解相結合的技術[9]，將豬舍排出NH3、硫化氫（H2S）和其他臭味物質通過吸收過濾，有效降低排出氣體的臭味[10-11]。同時整套工藝采用基于微處理器（ARM）的單片機智能化控制系統[12]，實現對整個通風系統的精準控制，節能降耗，能夠實現養殖場整體效益的提升。

1 樓房式豬舍通風工藝設計

以浙江某集團下屬一存欄10 400頭育肥場為例，該場采用四層樓房式豬舍、全進全出大跨度小單元設計，每層存欄2 600頭，占地面積3 516 m2。每層12單元，每單元存欄217頭。

每單元舍長38 m，舍寬7.4 m，吊頂高為2.4 m，糞溝寬度為2.2 m，漏縫蓋板寬2.4 m，糞溝深度為0.55 m；豬舍內設置一條人行通道、兩列豬欄。各欄位內采用半漏縫地板，人行通道設置實心蓋板（見圖1）。在豬舍出風端，設置臭氣過濾墻，過濾凈化舍內污風。

圖1 豬舍糞溝剖面圖

2 豬舍通風相關參數計算與設備配置

每單元育肥豬頭數N=217頭，舍長為L=38 m，舍寬為W=7.4 m，吊頂高H=2.4 m，糞溝深度D=0.55 m；育肥豬每頭冬季最小換氣量為Vmin=10 m3/h。

因此可得：舍內換氣體積V（m3）=L×W×（H+D）；V=840.79 m3。

豬舍夏季育肥豬換氣次數為n=102次/h；

夏季豬舍每小時最大通風量 VS（m3/h）=n×V； VS=85 760 m3/h；

冬季豬舍每單元每小時最小 通 風 量VW（M3/h）=Vmin×N；VW=2 170 m3/h。

據此，每單元配置1 460 mm恒速風機2臺（通風量45 000 m3/h），1 060 mm恒速風機1臺（通風量28 000 m3/h），850 mm變 頻 風 機1臺（通風量22 000 m3/h），濕簾面積12 m2[13]。

本設計中（見圖2、圖3），樓房豬舍每單層公共走廊外側墻上安裝降溫濕簾，公共走道內側每個單元設百葉式通風窗，豬舍另一端側墻安裝恒速風機和變頻風機（見圖2、圖4）。風機外墻設計1.3 m的外挑板（見圖2），外設計護欄，護欄高度為1.2 m，作為刮糞機電機承臺并用于后期人員風機設備安裝維修（見圖5）。

圖2 多層樓房式豬舍單元剖面圖

圖3 多層樓房式豬舍濕簾墻立面圖

圖4 多層樓房式豬舍風機墻立面圖

圖5 多層樓房式豬舍立面圖

3 臭氣處理工藝設計

養豬場臭氣物質包含NH3、H2S等無機物、揮發性脂肪酸、醇類、胺類、硫醇類以及含氮雜環化合物等有機化合物[14]，其中，NH3和H2S始終是臭氣的主要組成成分[15-16]，通過在豬舍風機端加裝過濾水簾（過濾墻）進行過濾除臭（見圖6、圖7）。過濾墻由濾料、水循環裝置和控制裝置組成。濾料由PP塑料注塑成型的球形材料，堆積于長方體金屬框中形成過濾墻（見圖8）。循環水中加入一定比例的生物菌劑（枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌等），利用水吸附臭氣中的NH3，用生物降解消除臭氣中的H2S、揮發性脂肪酸、醇類等，可以有效降低豬舍排出氣體中的臭味[9]。由于豬舍廢氣中的粉塵、顆粒物含量較高，容易聚集在過濾墻的濾料（PVC小球）中，因此對于過濾墻要定期用高壓水槍進行沖洗，以保證過濾系統通暢。

圖6 多層樓房式豬舍夏季臭氣凈化工藝圖

圖7 多層樓房式豬舍冬季臭氣凈化工藝圖

圖8 豬舍臭氣凈化設施工藝圖

4 智能化控制系統的應用

文章中介紹的樓房式豬舍通風與臭氣凈化系統，功能較為復雜，控制精細化程度要求較高，必須輔之以智能化控制系統方能實現有效運轉。控制系統采用STM8s103微處理器、溫度傳感器、濕度傳感器、NH3傳感器、風速傳感器、壓力傳感器等共同組成控制系統的感知模塊。控制模塊采用STM32F407ARM處理器，uC/OS-II嵌入式實時操作系統。夏秋高溫季節，實時讀取各傳感器傳送的溫度、濕度數據，根據設定的條件，通過控制定速風機、降溫濕簾啟停，調節舍內溫度。冬春低溫季節，降溫濕簾關閉，側墻通風小窗打開，系統根據舍內風壓大小調節吊頂通風窗開口大小，根據舍內氨氣濃度智能調節變頻風機轉速，以便確保豬舍內氨氣濃度低于限制標準[16]。除臭濕簾設定夏季、冬季兩種模式，設定不同參數，根據舍內風速大小調節循環水流量，并根據水質檢測結果適時更新循環水。

5 討論

5.1 樓房式豬舍通風系統

樓房式養豬舍近年來被越來越多的養殖業主尤其是土地資源緊張的南方丘陵山區業主所接受，但是一種新的模式需要成熟完善的配套工藝來支撐。其中包含環控、喂料、清糞、豬群流轉等多個環節。文章中設計的冬夏兩季不同的通風模式，夏季通風降溫效率高；冬季室外冷空氣進入室內時，經吊頂上方預熱后方能通過吊頂通風窗進入豬舍[6]，可以有效降低豬只冷應激。

5.2 臭氣凈化系統

臭氣凈化系統的應用可以有效降低豬舍排出氣體中的臭味物質，改善豬場外部空氣環境，滿足環保要求。但是也帶來了建設成本增加的問題，系統的運轉也增加了豬場的運行成本，循環水的使用和對過濾墻的沖洗液增加了豬場的污水量。由于豬場臭氣凈化系統還屬于新生事物，凈化的工藝除了文章中采用的工藝外，還有噴淋水簾模式、活性炭吸附模式、光氧催化劑模式等。但總體來說都還不夠成熟，無論從處理效果還是設備造價等方面都有很大的改進和提高空間。

5.3 豬舍智能化環控

豬場各環節的智能化控制已經是大勢所趨。文章中采用的智能化環控系統可以通過各類傳感器采集數據，控制模塊根據設定的程序智能調節各終端設備的運行。在冬春低溫季節，利用氨氣濃度關聯變頻風機轉速，智能調節舍內通風，既能保證舍內空氣質量，又能減少熱量損失，節能降耗。根據舍內風壓調節吊頂通風窗開合大小，能夠合理控制舍內風速，減少豬只冷應激，提高生產效益[17]；根據舍內風速智能調節臭氣過濾墻的循環水流量，既能保證臭氣凈化效果，又能節約水電，除臭的同時降低能耗。同時智能化設備還能夠實現設備運行無人值守、故障實時報警，這樣既能夠減少人員成本，又能夠及時排查設備故障，大大降低因設備故障導致的生產事故的可能性。而且隨著智能化裝備的日益成熟和廣泛使用，其成本也已經大幅下降，這也使得養豬業走向智能化有了前提和保障。