開孔方案對肉牛舍濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管送風(fēng)降溫效果的影響

吳中紅，劉 玫，張利斌，陳昭輝，劉繼軍，楊食堂

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開孔方案對肉牛舍濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管送風(fēng)降溫效果的影響

吳中紅1,2，劉 玫1,2，張利斌1,2，陳昭輝1,2，劉繼軍1,2※，楊食堂3

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京100193； 2. 動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193； 3. 高安市裕豐農(nóng)牧有限公司，高安330800）

該研究通過纖維風(fēng)管4種開孔方案設(shè)置，結(jié)合濕簾冷風(fēng)機(jī)，滿足到達(dá)1.3 m高度時(shí)，1號、2號、3號及4號風(fēng)管射流風(fēng)速分別為1.5、2.3、3.1、3.9 m/s；測量牛舍的環(huán)境指標(biāo)和試驗(yàn)牛的生理指標(biāo)，比較緩解熱應(yīng)激效果，探索較優(yōu)化的開孔方案。結(jié)果表明：測定期間，4個風(fēng)管區(qū)域之間溫度差異不顯著（>0.05），平均比舍外低2.1 ℃（<0.05）；相對濕度均低于85%。試驗(yàn)牛所在3號風(fēng)管區(qū)域平均風(fēng)速最高，為1.32 m/s；1號風(fēng)管區(qū)域最低，為0.62 m/s。二氧化碳濃度3號風(fēng)管區(qū)域最低，1號風(fēng)管區(qū)域最高（<0.05）。牛只呼吸頻率3號風(fēng)管區(qū)域最低，為42次/min，1號風(fēng)管區(qū)域最高，為52次/min，肉牛呼吸頻率與試驗(yàn)區(qū)風(fēng)速顯著負(fù)相關(guān)。該研究表明，濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)可有效緩解肉牛熱應(yīng)激，開孔方案設(shè)置滿足到達(dá)1.3 m高度時(shí)射流風(fēng)速為3.1 m/s的風(fēng)管效果最優(yōu)。

開孔；降溫；風(fēng)管；濕簾冷風(fēng)機(jī)；射流；肉牛舍

0 引 言

纖維風(fēng)管也稱纖維空氣分布系統(tǒng)或布袋式風(fēng)管，是由特殊織物制成的一種集空氣傳輸與分布于一體的送風(fēng)末端裝置[1-2]，具有價(jià)格低廉、送風(fēng)均勻、質(zhì)量輕、安裝便利、清洗維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。采用纖維風(fēng)管送風(fēng)對室內(nèi)溫度分布及空氣流動速度有重要影響。Nielsen等[6]研究發(fā)現(xiàn)，與散流器相比，采用纖維風(fēng)管作為送風(fēng)終端時(shí)，室內(nèi)溫度較為舒適，由溫度梯度和吹風(fēng)感帶來的不適感也更?。皇褂美w維風(fēng)管作為送風(fēng)終端時(shí)，送入的新風(fēng)與室內(nèi)氣體充分混合，能有效地改善室內(nèi)空氣質(zhì)量[7]。Fontanini等[8]為提高管道系統(tǒng)工作效率，比較了溫室中傳統(tǒng)風(fēng)管和纖維風(fēng)管的送風(fēng)效果，發(fā)現(xiàn)纖維風(fēng)管能使室內(nèi)溫度升高更快，且溫度分布更均勻。目前纖維風(fēng)管系統(tǒng)在國內(nèi)外許多場所被使用，如超市、會展中心、工廠車間、養(yǎng)殖場等[9-10]。劉統(tǒng)帥等[9]的試驗(yàn)表明濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)結(jié)合上置換通風(fēng)應(yīng)用到南方封閉式肉牛舍，降溫效果明顯，能顯著緩解牛的熱應(yīng)激。程瓊儀等[10]將濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)結(jié)合局部射流送風(fēng)，應(yīng)用于開放式肉牛舍，能有效改善牛舍環(huán)境，提高肉牛夏季生產(chǎn)性能。

纖維空氣分布系統(tǒng)作為送風(fēng)末端裝置時(shí)可以通過孔口的大小、位置及方向的設(shè)計(jì)調(diào)整送風(fēng)的氣流分布。纖維風(fēng)管實(shí)際送風(fēng)過程中，影響室內(nèi)氣流分布的因素分別是：速度、靜壓和全壓、纖維織物材料的特性、風(fēng)管內(nèi)外溫度差，其中纖維織物材料的特性包括纖維材料的厚度、孔口的形狀、孔口的尺寸、孔口的布置等[11]。在送風(fēng)量不變的條件下，隨著送風(fēng)孔數(shù)或孔徑的增加，纖維風(fēng)管總送風(fēng)面積增大，布袋風(fēng)管送風(fēng)孔出風(fēng)速度下降[12]；纖維風(fēng)管直徑越大，其內(nèi)部的全壓、靜壓越大[13]。為深入研究纖維風(fēng)管應(yīng)用，本試驗(yàn)將濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)應(yīng)用于肉牛舍，通過設(shè)計(jì)不同梯度風(fēng)速，進(jìn)行開孔方案設(shè)置，比較送風(fēng)效果和牛的熱應(yīng)激生理表現(xiàn)，探索優(yōu)化開孔方案。

1 材料與方法

1.1 冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管系統(tǒng)

該系統(tǒng)由濕簾冷風(fēng)機(jī)（直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)）、方變圓入口、纖維風(fēng)管及鋼繩懸掛組成，以水為冷媒。冷風(fēng)機(jī)由填料、風(fēng)機(jī)、水泵、供水系統(tǒng)、集水箱、自動水位控制器及箱體組成，水泵將循環(huán)水送至填料頂部，再經(jīng)由重力作用潤濕整個填料，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，室外空氣經(jīng)由淋水填料降溫增濕進(jìn)入室內(nèi)。在出風(fēng)口處安裝一個方變圓入口，再連接纖維風(fēng)管作為終端送風(fēng)系統(tǒng)。

本次試驗(yàn)中，在肉牛舍兩端墻南北側(cè)分別安裝一套濕簾冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)，濕簾冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量為18 000 m3/h，總輸出風(fēng)壓190 Pa。風(fēng)機(jī)裝于端墻外，高出地面70 cm，濕簾水源為地下水。纖維風(fēng)管直徑813 mm，長度29 m。風(fēng)管懸掛于牛頭上方；綜合考慮射流效率和防止牛頂破風(fēng)管，風(fēng)管距地高度為1.8 m；試驗(yàn)舍風(fēng)管布置如圖1所示。送風(fēng)速度在1.4與3.0 m/s之間時(shí)，室內(nèi)氣流組織較好[14]；考慮牛舍半開放，易受舍外氣流影響，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)4條風(fēng)管出風(fēng)到達(dá)1.3 m高度時(shí)射流風(fēng)速分別為1.5、2.3、3.1、3.9 m/s；分別簡稱為1號風(fēng)管、2號風(fēng)管、3號風(fēng)管、4號風(fēng)管；4個風(fēng)管區(qū)域分別簡稱為1號區(qū)域、2號區(qū)域、3號區(qū)域、4號區(qū)域。1號風(fēng)管設(shè)計(jì)風(fēng)速較低，為避免孔間距太近，小孔風(fēng)速疊加增大風(fēng)速，故開5排孔；其他風(fēng)管開3排孔。如表1所示。

表1 纖維風(fēng)管開孔方式

注：4條風(fēng)管開孔鐘點(diǎn)方向均為由風(fēng)管末端看向風(fēng)機(jī)端。

Note: Clock direction of four air ducts openings are end-view of the duct.

1.2 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2015年7－8月進(jìn)行，地點(diǎn)為國家肉牛體系高安試驗(yàn)站，位于江西省宜春市（28.25°N，115.22°E）。據(jù)統(tǒng)計(jì)該地區(qū)7－8月每日溫度較高的時(shí)間段為10:00－19:00，此時(shí)間段外界平均氣溫約37 ℃，最高氣溫可達(dá)40 ℃，平均相對濕度約50%[15]。試驗(yàn)牛舍東西走向，舍內(nèi)牛欄為雙列布置，跨度9.3 m，檐高3.4 m，雙坡木屋架無吊頂水泥瓦屋面，南北墻高2.7 m。牛舍長度60 m，南北側(cè)各16個牛欄，每欄3.5 m×3.6 m×1.4 m（長×寬×高），牛舍東側(cè)有一長4 m的走道。每個牛欄上部設(shè)一個洞口（寬3.3 m，高0.7 m，距地面3.6 m）、下部設(shè)一個鐵門（高1.9 m，寬1.0 m）。牛舍四側(cè)各安裝1套冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)，分為4個試驗(yàn)處理區(qū)域（如圖1）。結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，設(shè)備開啟時(shí)間為10:00－19:00，洞口、鐵門均開放。

4個試驗(yàn)區(qū)域各飼養(yǎng)21頭錦江黃牛雜交牛，每區(qū)域各挑選6頭體尺、年齡及生理狀況相似、飼養(yǎng)位置相同的錦江黃牛和西門塔爾雜交牛作為試驗(yàn)牛。試驗(yàn)期間，試驗(yàn)牛日糧精粗質(zhì)量比為1:6，精料配方為：玉米69%，豆粕15%，菜粕8%，預(yù)混料4%，小蘇打2%，食鹽2%。每天05:00和16:00各飼喂1次，自由采食、飲水；10:00和18:00人工淸糞，其他管理措施均相同。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 風(fēng)管出風(fēng)口水平和垂直方向的風(fēng)速變化

為驗(yàn)證風(fēng)管是否均勻送風(fēng)，從風(fēng)管首端有孔處開始，沿風(fēng)管軸向取10個截面對出風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行測量。為測定風(fēng)管出孔風(fēng)速的衰減情況，從有孔處開始，沿射流方向每隔20 cm取一截面測量風(fēng)速。風(fēng)速測定采用熱敏式風(fēng)速儀（型號MODEL6004，精度為±0.1 m/s）。

1.3.2 環(huán)境指標(biāo)測定

測定指標(biāo)為溫度、相對濕度、風(fēng)速、NH3和CO2濃度。測定點(diǎn)指標(biāo)布置如圖1所示。溫濕度連續(xù)測定24 h記錄，每5 min記錄1次，測定高度為2.2 m；其余手持測定指標(biāo)測定時(shí)間均為10:00、12:00、14:00、16:00、18:00，測定高度為1.3 m（牛站立高度）和0.7 m（牛躺臥高度）。溫濕度連續(xù)測定采用溫濕度自動記錄儀（型號Apresys179-TH，艾普瑞精密光電有限公司，精度分別為±0.3 ℃，±3%RH）；手持測定采用手持溫濕度儀（型號testo 625，精度±0.5 ℃）。風(fēng)速測定方法見上文。CO2濃度測定采用二氧化碳檢測儀（型號TES-1370，精度為±3%），氨氣測定采用氨氣檢測儀（SZ-JSA8-NH3，精度為≤±3%）。

1.3.3 生理指標(biāo)測定

生理測定指標(biāo)包括呼吸頻率、皮溫和直腸溫度。呼吸頻率測定采用人工秒表連續(xù)3 min 計(jì)數(shù)測腹起伏次數(shù)[16]。皮溫測定用紅外熱像儀（型號Fluke Ti400，美國福祿克電子儀器儀表公司，精度±0.1℃）對試驗(yàn)牛的胸腹部拍照，用Smart View3.6軟件分析圖像；測定時(shí)間為10:00、12:00、14:00、16:00和18:00。直腸溫度測定用電子體溫計(jì)測量（型號MC-347，精度±0.1℃），測定時(shí)間為10:00、14:00。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)管性能測試

圖2為測定期間4條風(fēng)管各截面出風(fēng)口的風(fēng)速大小及冷風(fēng)沿射流方向風(fēng)速衰減情況。

a. 水平方向

a. Horizontal direction

由2圖可知，4條風(fēng)管水平方向上各截面風(fēng)速均在10.5 m/s以上，始末端風(fēng)速相差均在1 m/s以內(nèi)，均勻送風(fēng)效果良好。在距地1.4 m位置，1號風(fēng)管、2號風(fēng)管、3號風(fēng)管、4號風(fēng)管射流方向平均風(fēng)速分別為1.35、2.09、2.97、3.80 m/s，存在明顯梯度，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件。

2.2 牛舍內(nèi)環(huán)境指標(biāo)比較

2.2.1 風(fēng)速及溫濕度

圖3為試驗(yàn)期間4個降溫處理區(qū)域的日平均風(fēng)速。由圖3可知，冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管運(yùn)行期間，4個區(qū)域平均風(fēng)速分別為0.62、0.93、1.32、1.25 m/s，其中3號區(qū)域風(fēng)速最高；且各區(qū)域之間差異顯著（<0.05）。

圖4為試驗(yàn)期間各時(shí)刻4個降溫處理區(qū)域及舍外溫濕度。從圖4可以看出，試驗(yàn)牛舍所在地區(qū)夏季10:00－18:00舍外平均溫度達(dá)34.8℃，采取降溫措施勢在必行。設(shè)備運(yùn)行期間，在12:00－18:00時(shí)4個區(qū)域溫度均顯著低于舍外（<0.05），最大降幅為3.1 ℃，平均降幅為2.1 ℃（<0.05）；4個降溫處理區(qū)域之間差異不顯著（>0.05）。4個區(qū)域相對濕度較舍外分別升高11%、15%、10%和13%（<0.05），但均低于85%。以上結(jié)果表明冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管系統(tǒng)能顯著降低舍內(nèi)溫度，且濕度控制良好，緩解了牛舍的炎熱環(huán)境。

2.2.2 二氧化碳濃度

由圖5可知，試驗(yàn)期間4個區(qū)域二氧化碳濃度分別為1 175、1 094、1 035、1 087 mg/m3，其中2號區(qū)域與4號區(qū)域之間無顯著差異（>0.05），1號區(qū)域顯著高于這兩區(qū)域（<0.05），3號區(qū)域顯著低于這兩區(qū)域（<0.05）。3號區(qū)域二氧化碳濃度最低，空氣質(zhì)量最好。

2.2.3 試驗(yàn)牛生理指標(biāo)

表2為試驗(yàn)期間4個降溫處理區(qū)域試驗(yàn)牛各時(shí)刻呼吸頻率和直腸溫度。4個區(qū)域試驗(yàn)牛呼吸頻率分別為52、46、42、45次/min，3號區(qū)域與4號區(qū)域之間差異不顯著（>0.05），且顯著低于1號區(qū)域、2號區(qū)域（<0.05）；同時(shí)2號區(qū)域顯著低于1號區(qū)域（<0.05）。4個區(qū)域試驗(yàn)牛直腸溫度分別為38.54、38.52、38.50、38.48 ℃，彼此之間差異均不顯著（>0.05）。

表2 測定期間肉牛舍各區(qū)域試驗(yàn)牛各時(shí)刻呼吸頻率、皮膚溫度和直腸溫度

注：同行不同字母表示差異顯著（<0.05）。

Note: Means with different lowercases in the same row differ significantly (<0.05).

3 討 論

3.1 降溫處理對舍內(nèi)環(huán)境指標(biāo)的影響

送風(fēng)均勻是空氣分布系統(tǒng)的基本要求。纖維空氣分布系統(tǒng)的末端裝置布風(fēng)管由均勻分布的小孔噴射出風(fēng)，空氣分布均勻，送風(fēng)系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)送風(fēng)均勻[17]。本試驗(yàn)4條風(fēng)管水平方向各截面出風(fēng)口風(fēng)速均在10.5 m/s以上，始末端風(fēng)速相差均在1 m/s以內(nèi)，均勻送風(fēng)效果良好。自由射流風(fēng)速與離出風(fēng)口距離成反比，與風(fēng)口有效面積1/2次方成正比[18]。本試驗(yàn)中通過開孔大小不同達(dá)到風(fēng)速梯度的設(shè)計(jì)，在距地1.4 m位置，1號風(fēng)管、2號風(fēng)管、3號風(fēng)管、4號風(fēng)管射流方向平均風(fēng)速分別為1.35、2.09、2.97、3.80 m/s，存在明顯梯度，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件。

炎熱環(huán)境下，牛舍較為理想的風(fēng)速為1.0～2.2 m/s[19]。試驗(yàn)期間，3號區(qū)域風(fēng)速最高，達(dá)1.32 m/s；其次是4號區(qū)域風(fēng)速，為1.25 m/s，均滿足上述要求。1號區(qū)域風(fēng)速最低，為0.62 m/s，但仍高于夏季肉牛舍內(nèi)風(fēng)速不應(yīng)低于0.5 m/s這一推薦值[20]。這說明冷風(fēng)機(jī)-纖維風(fēng)管降溫系統(tǒng)可提高舍內(nèi)風(fēng)速，有助于肉牛體表對流傳導(dǎo)散熱，緩解肉牛熱應(yīng)激；且3號風(fēng)管在提高降溫區(qū)域風(fēng)速方面效果最好。運(yùn)行降溫系統(tǒng)后，4個區(qū)域溫度降低、濕度升高，有效緩解了牛舍炎熱環(huán)境。本試驗(yàn)4個區(qū)域內(nèi)溫度較舍外平均降低2.1 ℃，說明系統(tǒng)有良好的降溫效果。4個區(qū)域內(nèi)平均相對濕度較舍外高12%，但都在85%以下，處于適宜范圍之內(nèi)[20]。其中18:00時(shí)，舍內(nèi)濕度增幅最大，這是因?yàn)榇藭r(shí)試驗(yàn)牛采食飲水，導(dǎo)致濕度升高。這與本實(shí)驗(yàn)室前期夏季在開放肉牛舍使用冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管降溫系統(tǒng)配合射流送風(fēng)進(jìn)行降溫，試驗(yàn)舍內(nèi)溫度較舍外低2.8 ℃，相對濕度高11%的結(jié)果相似[10]。張政等[21]研究發(fā)現(xiàn)冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管上置換通風(fēng)使密閉式試驗(yàn)牛舍內(nèi)溫度比舍外低4.3 ℃，相對濕度高22%。本試驗(yàn)是半開放牛舍，與外界環(huán)境熱交換迅速，故本試驗(yàn)溫度降幅和相對濕度增幅都較密閉式牛舍小，因此，半開放式牛舍的局部降溫和送風(fēng)效果更為重要。4個降溫處理區(qū)域平均溫度無顯著差異，2號區(qū)域相對濕度較3號區(qū)域高5%，其余各區(qū)域之間相對濕度無顯著差異。

測定期間4個區(qū)域二氧化碳濃度滿足國際常用的畜禽舍空氣標(biāo)準(zhǔn)，CO2濃度不應(yīng)超過3 000 mg/m3。3號區(qū)域二氧化碳濃度最低，1號區(qū)域二氧化碳濃度最高。這是因?yàn)闅饬髂苡行懦笊醿?nèi)有害氣體[22]，有害氣體排出速率與進(jìn)入舍內(nèi)氣流速率成正比[23]。

3.2 降溫處理對試驗(yàn)牛生理指標(biāo)的影響

呼吸頻率是用來衡量動物熱應(yīng)激的一個常用指標(biāo)。在高溫高濕環(huán)境下，動物通過增加呼吸量來加速蒸發(fā)散熱[24-25]，因此動物在熱應(yīng)激狀況下呼吸頻率有所升高。目前尚無權(quán)威的肉牛呼吸頻率分級標(biāo)準(zhǔn)，故參考奶牛的研究數(shù)據(jù)，在正常情況下，奶牛呼吸頻率為20次/min；環(huán)境溫度超過25 ℃時(shí)，奶牛輕度熱應(yīng)激，呼吸頻率為50～60次/min；中等程度熱應(yīng)激時(shí)，呼吸頻率為80～120次/min；嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激情況下，可達(dá)120～160次/min[26-27]。本試驗(yàn)中除1號區(qū)域呼吸頻率為52次/min，處于輕度熱應(yīng)激狀態(tài)外，其余區(qū)域試驗(yàn)牛呼吸頻率均低于50次/min。試驗(yàn)期間降溫區(qū)域內(nèi)溫度高于32 ℃，但呼吸頻率較低，這是因?yàn)轱L(fēng)速增加，牛熱應(yīng)激下限溫度隨之升高。Berman[28]試驗(yàn)結(jié)果也表明，在一定濕度下風(fēng)速從0.2 m/s增加到1.5 m/s，可使奶牛熱應(yīng)激下限溫度升高4～10 ℃。4個試驗(yàn)區(qū)域風(fēng)速越高，試驗(yàn)牛呼吸頻率越低?？諝饬魉僭黾訒r(shí)，有利于減少液滴氣相邊界層的濃度，使液滴邊界層上水蒸氣濃度差增大，蒸發(fā)速率變快[29]；王威等[30]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用蒸發(fā)式加濕器，通過提高空氣流速可以提高熱濕交換效率，改善室內(nèi)熱濕環(huán)境?；粜P等[31]報(bào)道，處于中度熱應(yīng)激的奶牛隨著風(fēng)速提高，采食量增加，乳產(chǎn)量、固體校正乳產(chǎn)量顯著升高。West等[32]研究發(fā)現(xiàn)，通過升高風(fēng)速，奶牛體表空氣流速加快，機(jī)體代謝熱被迅速帶走，從而降低了高溫對奶牛的影響，有利于奶牛維持一定的生產(chǎn)性能。在高溫高濕條件下，風(fēng)速越高，牛體周圍冷熱空氣對流越多，牛體散熱更容易，降溫效果越明顯。

當(dāng)外界環(huán)境溫度過高，僅依靠呼吸頻率升高散熱已經(jīng)不能維持體熱平衡時(shí)，直腸溫度則會升高，因此直腸溫度也常用來評定肉牛是否處于熱應(yīng)激狀態(tài)。牛體正常體溫范圍為37.5～39.1 ℃[33]，本試驗(yàn)中4個區(qū)域試驗(yàn)牛直腸溫度均處于正常范圍中，表明在冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管系統(tǒng)降溫處理下，肉牛直腸溫度未受到外界高溫環(huán)境影響。

4 結(jié) 論

風(fēng)速由高到低分別為開孔方案設(shè)置滿足到達(dá)1.3 m高度時(shí)射流風(fēng)速為3.1、3.9、2.3、1.5 m/s的風(fēng)管處理區(qū)域試驗(yàn)牛直腸溫度均在正常波動范圍內(nèi)，除射流風(fēng)速為1.5 m/s的風(fēng)管處理區(qū)域試驗(yàn)牛呼吸頻率處于輕度熱應(yīng)激狀態(tài)外，其余區(qū)域試驗(yàn)牛均無熱應(yīng)激，且4個試驗(yàn)區(qū)域風(fēng)速越高，試驗(yàn)牛呼吸頻率越低。開孔方案設(shè)置滿足到達(dá)1.3 m高度時(shí)射流風(fēng)速為3.1 m/s的風(fēng)管處理區(qū)域風(fēng)速最高，風(fēng)冷效果最好，二氧化碳濃度均最低，試驗(yàn)牛呼吸頻率最低，改善牛舍環(huán)境狀況和緩解肉牛熱應(yīng)激效果最好。

[1] Pinkalla C. Fabric duct air dispersion for HVAC systems[J]. Construction Specifier, 2003, 56(6): 57－58.

[2] Chen F, Chen H, Xie J, et al. Characterizing airflow through fabric air dispersion system using a porous media model[J]. Energy and Buildings, 2011, 43(2): 665－670.

[3] 陳孚江，陳煥新，謝軍龍，等. 纖維空氣分布系統(tǒng)滲透送風(fēng)對室內(nèi)舒適性的影響[J]. 暖通空調(diào)，2010，40(8)：140－143.

Chen Fujiang, Chen Huanxin, Xie Junlong, et al. Effect of fabric air distribution system in penetration air supply mode on indoor comfort[J]. Heating Ventilating & Air Conditioning, 2010, 40(8): 140－143. (in Chinese with English abstract)

[4] Leverette J, Gebke K, Idem S. Pressure and velocity variation in a fabric air dispersion system[J]. HVAC&R Research, 2014, 20(8): 862－874.

[5] Kulkarni D., Nalla A. N., Gebke K. Laboratory testing of a fabric air dispersion system[J]. ASHRAE Transactions, 2012, 118: 484.

[6] Nielsen P V, S?nnichsen M, Topp C, et al. Air distribution in rooms generated by a textile terminal–comparison with mixing ventilation and displacement ventilation[J]. Ashrae Transactions, 2005, 111(1): 498－504.

[7] Nielsen P V, Hyldgaard C E, Melikov A, et al. Personal exposure between people in a room ventilated by textile terminals—with and without personalized ventilation[J]. Hvac&R Research, 2007, 13(4): 635－643.

[8] Fontanini A, Olsen M G, Ganapathysubramanian B. Thermal comparison between ceiling diffusers and fabric ductwork diffusers for green buildings[J]. Energy and Buildings, 2011, 43(11): 2973－2987.

[9] 劉統(tǒng)帥，劉繼軍，王美芝，等. 牛舍冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管上置置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及降溫效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(19)：240－249.

Liu Tongshuai, Liu Jijun, Wang Meizhi, et al. Design and cooling effect of cooling fan-duct displacement ventilation system with up-fixing diffusers in beef cattle barn[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(19): 240－249. (in Chinese with English abstract)

[10] 程瓊儀，劉繼軍，靳薇，等. 冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管對南方開放式牛舍的降溫效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(8)：126－134.

Cheng Qiongyi, Liu Jijun, Jin Wei, et al. Effects of cooling fan-duct on cooling performance in open-sided beef barn in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8): 126－134. (in Chinese with English abstract)

[11] El Moueddeb K., Barrington S., Barthakur N. Perforated ventilation ducts: Part 1, a model for air flow distribution[J]. Journal of agricultural engineering research, 1997, 68(1): 21－27.

[12] 李浩，黃晨，王昕，等. 利用FLUENT軟件對噴射式布袋風(fēng)管送風(fēng)特性的模擬[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(10)：28－31.

Li Hao, Huang Chen, Wang Xin, et al. Numerical simulation of flow characteristic in jet fabric air duct system[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2011, 30(10): 28－31. (in Chinese with English abstract)

[13] 李浩，黃晨，王昕，等. 噴射滲透式布袋風(fēng)管送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)特性分析[J]. 暖通空調(diào)，2012，42(2)：57－61.

Li Hao, Huang Chen, Wang Xin, et al. Air supply characteristics of ejection-permeation fabric air dispersion system[J]. Heating Ventilating & amp; Air Conditioning, 2012, 42(2): 57－61. (in Chinese with English abstract)

[14] Karimipanah T., Awbi H. B. Theoretical and experimental investigation of impinging jet ventilation and comparison with wall displacement ventilation[J]. Building and Environment, 2002, 37(12): 1329－1342.

[15] 中國氣象局氣象信息中心氣象資料室. 中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[16] Scharf B, Leonard M J, Weaber R L, et al. Determinants of bovine thermal response to heat and solar radiation exposures in a field environment[J]. International Journal of Biometeorology, 2011, 55(4): 469－480.

[17] Mcquiston F C, Parker J D. Spitler. Heating, Ventilating, and Air Conditioning: Analysis and Design[M]. Wiley: 2010.

[18] Li Z H, Zhang J S, Zhivov A M, et al. Characteristics of diffuser air jets and airflow in the occupied regions of mechanically ventilated rooms: A Literature Review[J]. Ashrae Transactions, 1993, 99(1): 1119–1226.

[19] Gebremedhin K G, Wu B. A model of evaporative cooling of wet skin surface and fur layer[J]. Journal of Thermal Biology, 2001, 26(6): 537－545.

[20] 郭立永，劉繼軍，王美芝，等. 噴霧冷風(fēng)機(jī)降溫對肉牛舍熱環(huán)境指標(biāo)及肉牛增重的影響[J]. 中國畜牧雜志，2009，45(23)：64－67.

Guo Liyong, Liu Jijun, Wang Meizhi, et al. Cooling effect of spray-cooling fanon beef barn thermal environment and beef cattle growth. Chinese Journal of Animal Science, 2009, 45(23): 64－67. (in Chinese with English abstract)

[21] 張政，牛歡，顏培實(shí). 冷風(fēng)機(jī)-風(fēng)管在南方肉牛舍應(yīng)用效果研究[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，36(6)：69－76.

Zhang Zheng, Niu Huan, Yan Peishi. Effect of cooling fan-duct on beef cattle barn in south China[J]. Journal of Domestic Animal Ecology, 2015, 36(6): 69－76. (in Chinese with English abstract)

[22] Kim K Y, Ko H J, Kim H T, et al. Effect of ventilation rate on gradient of aerial contaminants in the confinement pig building[J]. Environmental research, 2007, 103(3): 352－357.

[23] Lambert A R, Lin C L, Mardorf E, et al. CFD Simulation of contaminant decay for high reynolds flow in a controlled environment[J]. Annals of Occupational Hygiene, 2009, 54(1): 88－99.

[24] Kadzere C T, Murphy M R, Silanikove N, et al. Heat stress in lactating dairy cows: A review[J]. Livestock Production Science, 2002, 77(1): 59－91.

[25] Brown-Brandl T M, Eigenberg R A, Nienaber J A. Heat stress risk factors of feedlot heifers[J]. Livestock Science, 2006, 105(1): 57－68.

[26] Berman A, Folman Y, Kaim M, et al. Upper critical temperatures and forced ventilation effects for high-yielding dairy cows in a subtropical climate[J]. Journal of Dairy Science, 1985, 68(6): 1488－1495.

[27] 廖曉霞，葉均安. 泌乳奶牛熱應(yīng)激研究進(jìn)展[J]. 中國飼料，2005(19)：21－23.

Liao Xiaoxia, Ye Jun’an. Recent advances of heat stress in lactating cow[J]. China Feed, 2005(19): 21－23. (in Chinese with English abstract)

[28] Berman A. Estimates of heat stress relief needs for Holstein dairy cows[J]. Journal of Animal Science, 2005, 83(6): 1377－1384.

[29] 潘旭海，蔣軍成，龔紅衛(wèi). 單組分液體蒸發(fā)過程動力學(xué)特性[J]. 化工學(xué)報(bào)，2006，57(9)：2058－2061.

Pan Xuhai, Jiang Juncheng, Gong Hongwei. Dynamic characteristics of evaporation process for a mono-component licuid[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2006, 57(9): 2058－2061. (in Chinese with English abstract)

[30] 王威，楊小鳳，莊春龍. 通風(fēng)強(qiáng)度對溫濕度分布和壁面結(jié)露的影響[J]. 后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，30(6)：55－59.

Wang Wei, Yang Xiaofeng, Zhuang Chunlong. Effects of ventilation on distribution of temperature, humidity and surface condensation on walls[J]. Journal of Logistical Engineering University, 2014, 30(6): 55－59. (in Chinese with English abstract)

[31] 霍小凱，王加啟，卜登攀，等. 風(fēng)速對中度熱應(yīng)激奶牛生產(chǎn)性能的影響[J]. 乳業(yè)科學(xué)與技術(shù)，2009(3)：123－125.

Huo Xiaokai, Wang Jiaqi, Bu Dengpan, et al. Effect of wind speeds on the performance of moderate heat stressed dairy cows[J]. Journal of Dairy Science and Technology, 2009(3): 123－125. (in Chinese with English abstract)

[32] West J W. Effects of heat-stress on production indairy cattle[J]. Journal of Dairy Science, 2003, 86(6): 2131－2144.

[33] 王根林. 養(yǎng)牛學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：13.

Effect of orifice schemes on air supply and cooling performance of wet curtain fan-fiber duct in beef cattle barn

Wu Zhonghong1,2, Liu Mei1,2, Zhang Libin1,2, Chen Zhaohui1,2, Liu Jijun1,2※, Yang Shitang3

(1.100193; 2.100193,; 3.’’330800,)

Fabric air distribution system, one of the terminal equipment in air conditioning system, can achieve uniform linear air supply and affect air jet distribution through unique orifices in the duct. It is widely used in the field of agriculture. In this study,a wet curtain cooling fan-fiber duct system was used in beef cattle barn in summer and designed to meet with jet wind speed at beef standing height (1.3 m from floor) of 1.5, 2.3, 3.1, 3.9 m/s from duct 1, duct 2, duct 3 and duct 4 respectively via different orifice schemes. The study was carried out with Simmental Crossbred Cattle in a semi-open barn. Four wet curtain cooling fans with air volume of 18000 m3/h and total pressure of 190 Pa were used as the cooling source. Four fabric ducts (=0.813 m) connecting with cooling fan were mounted above the feed manager wall with a bottom height of 1.8 m from the floor. The operation time of the cooling system was from 09:00 to 19:00 based on the local environmental conditions and farm management. The zone thermal environmental parameters under the four ducts, and some physiological index of beefs were collected to evaluate the effect in alleviating heat stress and find out the best opening scheme. The results show that there were no significant differences of the average temperature and relative humidity among the four duct cooling zone (>0.05) during the measurement period; the average temperature of the barn decreased by 2.1℃ compared with the outside (<0.05); and the relative humidity in every duct cooling zone was less than 85%. The average wind speed was highest in duct 3 cooling zone (1.32 m/s) and was lowest in duct 1 cooling zone (0.62 m/s) (<0.05). Meanwhile, the average carbon dioxide concentration was lowest in duct 3 cooling zone and was highest in duct 1 cooling zone (<0.05). The beefs’ respiration rate negatively correlated with wind speed, with the lowest respiration rate in duct 3 cooling zone (42 beats/min) and highest in duct 1 cooling zone (52 beats/min). The results show that the application of a wet curtain cooling fan-fiber duct in beef cattle barn was effective in relieving cattle’s heat stress, especially duct with a designed jet wind speed of 3.1 m/s at beef standing height (1.3 m from floor) had the best effect.

orifices;cooling;ducts; wet curtain cooling fan; jet-flow; beef cattle barn

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.028

S823.9+2

A

1002-6819(2016)-24-0212-06

2016-04-26

2016-10-17

農(nóng)業(yè)部肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-38）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)基金南方地區(qū)草食家畜舍飼小氣候調(diào)控技術(shù)研究（201303145）

吳中紅，女，甘肅靜寧人，副教授，研究方向?yàn)樾笄莪h(huán)境工程、環(huán)境應(yīng)激與動物生殖發(fā)育。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，100193。Email：wuzhh@cau.edu.cn

劉繼軍，男，吉林榆樹人，教授，研究方向?yàn)樾竽镰h(huán)境工程。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，100193。Email：liujijun@cau.edu.cn