華南地區牧場牛舍使用隧道式通風的效果分析

凌澤暉，鄒樂勤，王英群＊，梁園明，滕金枝

1 廣西石埠乳業生態觀光牧場有限公司，廣西扶綏 532103

2 廣西壯族自治區畜禽品種改良站，廣西南寧 530001

3 廣西科技師范學院，廣西來賓 546199

0 引言

隨著奶牛養殖創新理念的不斷提升，現代化的產業技術和設備的迅速推廣，為奶牛謀求更大福利的意識不斷增強，奶牛養殖從場址選擇、布局規劃、工藝設計及設備選型等各方面、各環節都進行了系統的論證及創新，以更好地提高奶牛的舒適度、加快實現生產的效率化、規模的集約化。南方地區常年高溫高濕，被行業認定為不適合奶牛養殖的地帶[1]。依據傳統奶牛的養殖模式，長期以來奶牛單產水平一直在5～7 噸之間徘徊，在很大程度上受制于環境氣候的影響。為了突破該瓶頸，近些年來，“牛人們”不斷地嘗試各種養殖模式[2]，如設計高屋檐自然通風[3]、濕簾通風[4，5]、大通鋪發酵床散放通風[6]及隧道式機械通風[7]等。以上各種設計的模式理念都圍繞著解決南方地區高溫高濕條件下奶牛熱應激[8]、舒適度、生產性能等問題。筆者所在的廣西石埠乳業生態觀光牧場有限公司（簡稱“石埠牧場”）綜合各種模式的優缺點，采用了大通鋪隧道式機械接力通風散欄式飼養模式，即設計通風方向為由北向南，東西兩側密閉，形成由北至南的隧道式通風模式?，F以該公司2019—2021年采用的飼養模式及運行情況進行總結分析，以供參考。

1 石埠牧場飼養模式現狀

1.1 隧道式通風選址及牛舍布局、結構分析

隧道式通風牛舍對于風向、太陽照射不是很講究，可以依據地勢平整，劃出一塊牛舍建筑所需的場地面積?？v向依據刮糞機運行限度或機械通風的換風速度而定，橫向以橫向通風設計即以機械通風的換風速度而定。目前，石埠牧場成母牛舍采用橫向通風，后備牛舍采用縱向通風。

成母牛舍如圖1所示，成母牛1 棟牛舍橫向188.0 m，縱向144.0 m；后備牛舍2 棟，規格分別為134.0 m×50.0 m和144.0 m×75.0 m。成母牛舍檐口高度為4.5 m，屋頂高度為6.5 m。后備牛舍檐口高度為4.5 m，屋頂高度第一棟為6.5 m，第二棟為9.3 m?，F就牛舍的結構特點作如下分析。

圖1 牛舍示意圖

1.1.1 通風設計

隧道式通風設計理念就是通過單向通風，頻繁更換舍內空氣。在夏季熱應激情況下，將在進風口安裝霧化冷卻的空氣隨著氣流交換舍內的熱空氣，從而達到降低舍內溫度的效果。從實際運行效果分析，在夏季炎熱天氣下，舍外太陽直射溫度達到38 ℃以上，舍內通過導流風機、負壓風機全速運行，及噴淋噴霧設備不間斷開啟，溫度可控制在30 ℃左右，但在午間時段（12：00—15：00）舍內最高溫度可達到35 ℃。由于舍內風速平均能達2.5 m/s，奶牛熱應激反應相對較小。對于午間時段舍內出現的高溫情況，可能與屋頂隔熱層厚度不足及屋面安裝透光瓦所造成熱輻射有關。在后期建設的后備牛舍通過加厚隔熱層及不加裝透光瓦，其舍內溫度明顯可控制在30 ℃左右。

1.1.2 牛舍屋面坡度

隧道式通風牛舍屋面坡度較傳統牛舍屋面低，降至10%，可提高空氣的流通速度，避免熱空氣回旋及有效地將風力集中在奶?；顒訁^域，帶走奶牛散發出的熱量。

1.1.3 牛舍設計

建設大通鋪牛舍，各個階段的牛只所處欄舍間隔短，上擠奶臺行走距離短、較傳統分隔開的牛舍減少了上擠奶臺時的熱應激，同時也便于奶牛分群。

1.1.4 機械通風

隧道式通風需機械持續送風抽風，保持持續風力穩定，可有效防止蚊蠅棲息，減少蚊蠅對奶牛采食及躺臥休息的干擾，提高奶牛舒適度、采食量，進而提高產奶量。

1.2 節約建筑成本

與傳統的大跨度牛舍相比，取消了牛舍頂部鐘樓式的排氣口；屋面坡度由傳統牛舍設計的20%～25%降至10%；牛舍頂部高度比原傳統牛舍設計11.0 m降至8.0 m左右；牛舍聯排之后比傳統獨棟牛舍減少立柱，相應減少立柱基礎。

以上牛舍結構的改變較傳統牛舍，從鋼材用量、土建工程可直接減少材料費用及建造費用。同時與傳統獨棟牛舍相比，需每棟間有一定的間隔距離比，節省了占地面積及用地成本。

1.3 風機投入數量、成本及風機耗能

牛舍封閉后，采用隧道式通風的形式，將兩側面密閉。牛舍內氣流主要依靠負壓風機和導流風機來傳送，以達到降溫并舒適的恒溫效果，這是與自然式通風牛舍最大的區別。據測算，存欄1 800 頭成母牛的隧道式通風牛舍負壓風機84 臺，導流風機98 臺。日常運營成本測算如下。

隧道通風負壓風機年工作情況如表1所示，隧道式通風可以根據氣候及室內溫度變化，變頻智能調節風機啟動數量，可以有效降低能耗。其中4—10月，牛舍溫度均在16 ℃以上，開啟全部數量的負壓風機，其他月在滿負荷和半負荷風機運轉，全年總耗能為1 304 886 kw·h。

表1 隧道通風負壓風機年工作情況表

隧道通風導流風機年工作情況如表2所示，隧道式通風可以根據氣候及室內溫度變化，變頻智能調節98 臺導流風機的功率，從而降低能耗。其中11至次年2月氣溫較低，以中功率模式為主，部分時間能開啟低功率模式，4—10月以大功率模式為主，部分時間開啟中功率模式，能主動降低全年總耗能。

表2 隧道通風導流風機年工作情況表

綜上，按照電費0.38 元/度計，負壓風機年耗電金額為49.6 萬元，導流風機年耗電金額為60.3 萬元。隧道式機械通風年總耗電成本為109.9 萬元。單只奶牛日均耗電費為1.88 元。

兩者舵的使用情況見圖6和圖7，可很直觀地看出，使用指數函數修飾的控制器進行航向控制時，動舵幅度較模糊控制小很多，通過使用MATLAB進行計算可以得到，圖6的平均舵角為1.94°，圖7的平均舵角為2.27°，平均舵角下降了0.33°，降幅約為15%,而舵的使用情況在一定程度上可反映出船舶能量的消耗，以及船舶營運過程中船員的舒適感。所以,使用指數函數修飾的航向保持控制器，不僅能夠降低能源的消耗，而且還在一定程度上改善船員的工作生活環境。

2 效果分析及改善建議

2.1 防暑降溫效果

2.1.1 優勢

隧道式通風牛舍在夏季熱應激條件下，能有效通過霧化冷卻入口熱空氣，并快速流通以調節牛舍內溫濕度，以適合奶牛的日常生活環境，對提高奶牛舒適度、采食量、產奶量及降低疾病發生率有很大幫助。

2.1.2 劣勢

由于屋頂隔熱棉厚度不足，致夏季午間舍內溫度達到35 ℃，建議通過更換屋面透光瓦或在整個牛舍屋面噴涂防曬漆，減少熱輻射。同時，在午間濕度較低時段增加舍內噴霧開啟時間，快速冷卻舍內空氣溫度。

2.2 糞污處理效果

2.2.1 優勢

啟用自動化刮糞系統，其具有定時、高效、零傷害等優點，可保證牛舍清潔衛生，牛體衛生，從而降低牛群乳房炎、肢蹄病等發病率。奶牛排泄糞尿通過自動化刮糞系統刮至糞污溝，再經過糞污回沖系統將糞污回沖至集污池，再將糞污抽入厭氧塔進行厭氧發酵，隨后產生的沼氣、沼液、沼渣，其中沼液和沼渣進入固液分離系統進行固液分離，產生的固體部分通過沼氣烘干系統進行烘干，用于奶牛臥床墊料，或制作有機肥；液體部分進行氧化塘爆氧，用于澆灌牧草、青貯玉米種植地及周邊甘蔗種植地等；經厭氧塔發酵產生的沼氣進入烘干系統烘干糞渣作為牛床墊料。

2.2.2 劣勢

2.3 生產管理效果

牧場通過采用智能化GEA-Dairyplan牛群管理系統、一牧云牧場管理系統及督保樂牛群發情健康監控管理系統等在各生產環節采集牛群實時在線采食、運動、擠奶及舍內溫控變化等數據信息，實現牧場生產管理的智能分析、智能預警、智能決策，過程可視透明化、質量管控數字化、成本控制精細化、專家在線指導化等，為牧場生產提供精準化飼養管理，全面提升牧場生產效率，降低運營成本，提高源奶質量，實現牧場效益最大化。