大型聯(lián)排雞舍自然采光的研究與設計

毛 建

（眉山職業(yè)技術學院農(nóng)業(yè)技術系，四川 眉山 620010）

我國以前的封閉性雞舍的采光系統(tǒng)均使用人工照明，盡管對舍內(nèi)照射的亮度沒有太高要求，大致為20 lx即可，但是因為需要較長的光照時間（產(chǎn)蛋期大致需要16 h，肉仔雞舍則需要23 h），所以非常耗電。一般封閉型雞舍的照明消耗電能占全部雞舍生產(chǎn)用電的比例高于30%［1］。因此，盡可能使用自然光照來減少雞舍照明消耗的電能，對于節(jié)約用電和降低生產(chǎn)成本有著非常重要的意義［2］。本文基于目前磚混結(jié)構(gòu)大型聯(lián)排雞舍的建筑特點，探究其采用自然采光的設計原理和應用。

1　大型連排雞舍的自然采光原理

大型連排雞舍的自然采光一般為屋頂上的窗戶。因此，在設計過程中應充分考慮其面積大小、形狀及位置，既保證良好的采光效果，又保證雞舍的安全牢固。在設計平頂類結(jié)構(gòu)的連排雞舍時，一般設計采光窗戶最為經(jīng)濟、簡易的方法為在相鄰的眾多屋面板間制作一條采光帶，也就是在兩塊相鄰的屋頂面板之間預留一定的距離，在這段間隔之上覆蓋抗老化、堅固的透光物質(zhì)材料。雞舍屋頂設計的采光帶要求采光物質(zhì)、距離及寬度都要科學合理，因為設計的采光帶直接決定了雞舍中的光線分布及光照強度，還在一定程度上影響了雞舍的建造價格。

為了保證大型連排雞舍中光照均勻，適宜選用散光效果較強的透光材料，如玻璃鋼；為了保證雞舍中的溫度適宜以及達到隔熱要求，可以將屋頂窗戶設計成兩層，兩層透光材料中間預留6～10 cm的間隙為密封空氣層。這種設計使得光線經(jīng)過兩層玻璃的散射與反射后到達雞舍中的光照更為溫和，不會有直射光的照射。屋頂窗戶選用的透光玻璃鋼的透光率應存在一定差異，以滿足雞舍中各個位置光照強度不同的需求。

平頂屋連排雞舍自然光的采光原理如圖1所示。從圖1能夠看到，平頂屋的采光帶如若是南北走向，當光線透過玻璃鋼材質(zhì)的窗戶（不論是散射光還是直射光）后全都不會直接到達該圖里面的陰影三角形區(qū)域，僅有一部分反射光能夠到達這個陰影區(qū)域。由此可知，該陰影區(qū)域的光照強度會比其他區(qū)域的光照強度低很多。為保證平頂屋連排雞舍中的光照強度更為均勻，設計的采光窗戶下面沒有雞籠，也就是雞籠不在該陰影部位，也就是圖里面的H應小于雞籠上方的空間。由于雞舍一般是固定的，其中的H與h均為固定值，由此就能夠確定L與l。按照相似三角形的等比定律計算，也就是h/（H+l）=l/（l+L/2），從而計算得到h/2H=l/L。進而得出，屋頂采光帶的間距L和寬度l的比值與雞舍中雞籠頂端凈空高度H的2倍與采光帶垂直的高度h的比值相等。由于雞舍是一定的，因此h/2H則為一個常數(shù)，由此可知，確保雞舍中雞群活動范圍的采光度更為均勻就要保證采光帶的寬度和間距的比值應高于這個常數(shù)。比如，假設h=0.3 m，H=0.9 m，那么h/2H=1∶6，即l/L應大于1/6，也就是說雞舍里面的雞群活動范圍不存在陰影區(qū)域（對于散射光來講）。如若l/L小于1/6，那么雞舍里面就會存在陰影區(qū)域，也就會造成光照強度存在不均勻的現(xiàn)象。因此，雞舍中光照強度的均勻程度和l與L的比值有直接關系，也就是說當該比值的數(shù)值越小，那么雞舍中的光照強度則越不均勻。由此可知，若想消除雞舍中散射光造成的陰影區(qū)域，則界限值是h/2H。

圖1　平頂屋雞舍自然采光原理圖

2　控制連排雞舍的屋頂采光設計

因為連排雞舍的采光主要來自屋頂窗戶，因此需要控制雞舍屋頂?shù)牟晒?。調(diào)控大型連排雞舍的屋頂光照強度，除去之前論述的控制雞舍中光照強度均勻程度之外，還需要根據(jù)蛋雞和種雞的不同，控制雞舍中的光照時間，其中最為關鍵的是管理育成階段的光照周期，管理該光照周期能夠直接影響育成雞的性成熟程度。雞舍中的產(chǎn)蛋雞，正常情況下光照時間應在16 h以上，所以只需早上與晚上進行補光即可。然而，育成期的產(chǎn)蛋雞由于需要控制其性成熟程度，因此需要限制其光照時間，也就是在育成初期（前14周）不需要延長光照時間。自然光的照射時間會隨著季節(jié)的變化而變化，夏季光照時間較長，冬季光照時間較短。每天的光照時間可以利用球面天文原理計算：

式（1）中，α是某地某個時間太陽高度的角；ψ是其所在位置的北緯度的角，ω是時角，ω=15°×偏離正午的時間數(shù)，從正午12：00到午夜的時間數(shù)是正；δ則表示太陽的赤緯角，計算公式如下：

對于某個地方的某天來講，其中ψ與δ是已知的，因此，時角ω的大小只根據(jù)太陽高度角α的改變而改變。在明確α值之后，應注意此處所講的光照時間并不是氣象臺公布的光照時間，而是指太陽自地平面升起一直到太陽降落到地平面為止的時間段。因為雞對于光照極為敏感，當太陽尚未升起的時候以及太陽降落后的時間內(nèi)，就可以從曙光與暮光中感應到天亮，所以，光照時間應為正常的太陽照射時間加上暮光與曙光時間。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，正常情況下，當光照強度高于1.0 1x時，就會對雞的光周期起到作用。查閱相關文獻得知，太陽高度角α≥-6°時，此時的曙光與暮光都能夠?qū)﹄u的光照周期造成影響。

光照周期的光照時間可以用如下公式計算得出：

式（3）中，tL、ts及trs分別表示光照時間、日照時間以及曙光與暮光的時間；ωc表示運算時刻的時間角度；μ表示地球自轉(zhuǎn)的速度，μ=15°/h。

利用公式（1）（2）（3）能夠計算得到各個地區(qū)雞光照周期的時間。由此可知，在管理控制育成雞的自然光照時間時，需要協(xié)調(diào)自然光照的時間與實際光照的時間，在不同季節(jié)育成的雛雞，制定的光照制度應有所不同。

3　連排雞舍的自然采光強度測試

本文利用德國生產(chǎn)的MAVDLUX6000K光照計來測試山東省蓬萊市某地連排雞舍中的光照強度，測試時間為2015—2016年的冬季與夏季。

夏季的檢測結(jié)果如表1與表2所示。從表1和表2能夠看到，雞舍中的透光帶與非透光帶之下的光照強度存在差異，透光帶下的光照強度是雞舍中其余地方的2倍以上，而雞舍中任何地方的光照強度都高于50 lx。雞舍采光帶下的光照強度較高，但由于使用的是玻璃鋼材料，因此透進雞舍的光線基本上為散射光，并非直射光，雞群并未出現(xiàn)異常。

表1　育成連排雞舍中夏季光照強度分布

表2　產(chǎn)蛋連排雞舍中夏季光照強度分布

冬季檢測結(jié)果如表3所示。從表3能夠看出，產(chǎn)蛋連排雞舍檢測其光照強度，13：00時透光帶下的雞舍內(nèi)的光照強度在550 lx以上，非透光帶的光照強度則在200 lx以上；06：00時測試雞舍中的光照強度值，則為自然光與人工光強度的總和。

表3　產(chǎn)蛋連排雞舍中冬季關照強度分布

4　結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，大型連排雞舍能夠通過合理設計屋頂自然采光，節(jié)省用電開支。理論研究表明，保證室內(nèi)光照均勻的屋頂光照采集窗（帶）寬度和間距的比值需不小于窗壁高度和雞舍室內(nèi)頂部高度2倍的比值。實際測驗發(fā)現(xiàn)，雖然夏季自然采光的雞舍中光照強度高達3 000 lx，但是由于設計合理，雞群并未出現(xiàn)異常行為。