南方夏季肉牛舍濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)降溫效果

陳昭輝，安 捷，王金環(huán)，劉繼軍，楊食堂

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南方夏季肉牛舍濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)降溫效果

陳昭輝1,2，安 捷1,2，王金環(huán)1,2，劉繼軍1,2※，楊食堂3

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193；2. 動(dòng)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）

為改善南方夏季肉牛舍環(huán)境條件，該文對(duì)濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)在肉牛舍的降溫效果進(jìn)行了探究。試驗(yàn)以栓系飼養(yǎng)西門塔爾公牛為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)環(huán)境、肉牛生理及增重情況進(jìn)行測定。結(jié)果表明：降溫后，試驗(yàn)舍平均溫度降低3.2 ℃（<0.01），相對(duì)濕度增加21.3%（<0.01），肉牛附近風(fēng)速增加0.30 m/s（<0.01），肉牛體感溫度降低1.8 ℃（<0.01）；試驗(yàn)牛呼吸頻率平均降低13次/min（<0.01），皮溫降低0.92 ℃（<0.01），平均日增質(zhì)量提高0.13 kg/d（>0.05）。由此可知，在肉牛舍中采用濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行降溫，能夠有效改善舍內(nèi)熱環(huán)境，有助于緩解肉牛熱應(yīng)激，具有技術(shù)可行性。

風(fēng)機(jī)；降溫；風(fēng)速；濕簾；負(fù)壓通風(fēng)；肉牛舍

0 引 言

中國多數(shù)地區(qū)夏季氣候炎熱，在長江流域及其以南地區(qū)的集約化動(dòng)物養(yǎng)殖生產(chǎn)中，炎熱的氣候使生產(chǎn)力的發(fā)揮受到很大限制。調(diào)查表明，中國南方肉牛舍夏季普遍存在高溫高濕的現(xiàn)象[1]，不利于肉牛業(yè)的發(fā)展。目前，牛舍的人工降溫措施主要包括遮陽、噴淋或噴霧結(jié)合風(fēng)扇（機(jī)）、濕簾冷風(fēng)機(jī)、濕簾冷風(fēng)機(jī)結(jié)合纖維風(fēng)管等[2-6]。

濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)設(shè)施中最有效、最經(jīng)濟(jì)的降溫方式[7-8]。Hasan 等的試驗(yàn)表明，種植西紅柿的溫室采用濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)后，溫室溫度降低10～12 ℃[9]。王美芝等的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)能夠使育肥豬舍內(nèi)高溫時(shí)間減少15%[10]。Fidaros等在雞舍采用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，使雞舍溫度可降低0.5 ℃[11]。在高溫季節(jié)采用濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)降溫，能明顯提高畜禽的生產(chǎn)性能和經(jīng)濟(jì)效益[12-13]。目前，濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)在畜舍上的應(yīng)用以豬舍、雞舍為主。濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)畜舍密閉性要求很高，而大部分牛舍為開放或半開放式，因此該系統(tǒng)在牛舍中的應(yīng)用尚不多見。美國的恒溫牛舍（low profile cross ventilated，LPCV）采用了濕簾風(fēng)機(jī)橫向通風(fēng)的方式[14]，有效地將夏季牛舍內(nèi)溫度保持在21 ℃左右，有效緩解夏季肉牛熱應(yīng)激。

針對(duì)南方地區(qū)牛舍夏季高溫問題，本試驗(yàn)將濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用在肉牛牛舍上，以加強(qiáng)舍內(nèi)通風(fēng)及改善舍內(nèi)環(huán)境，并對(duì)該系統(tǒng)在南方肉牛牛舍夏季降溫效果及運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行探究，以期為夏季牛舍環(huán)境調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)牛舍與試驗(yàn)動(dòng)物

本試驗(yàn)于2016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）。該地區(qū)6—9月平均相對(duì)濕度約80%，溫濕指數(shù)（temperature-humidity index，THI）≥74的天氣約占72%，7—8月份全月THI都在78%以上[15]。2棟試驗(yàn)牛舍均為東西走向，長54 m，跨度12 m，試驗(yàn)舍檐高4.2 m，對(duì)照舍檐高3.9 m，均為雙坡鋼屋架無吊頂彩鋼板屋面。其中，試驗(yàn)舍南北墻通長設(shè)置2.7 m高窗洞，安裝卷簾，窗臺(tái)高1.5 m。西側(cè)山墻裝有4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，東側(cè)山墻裝有1塊濕簾。對(duì)照舍南北墻通長設(shè)有1.7 m高24磚墻，上部開放。試驗(yàn)舍與對(duì)照舍均為雙列中走道布置。

試驗(yàn)舍飼養(yǎng)60頭西門塔爾公牛，對(duì)照舍飼養(yǎng)70頭西門塔爾公牛，15～18月齡，均為拴系飼養(yǎng)。分別從2個(gè)舍中挑選15頭約500 kg且體況相近的牛作為試驗(yàn)牛，平均隨機(jī)分配至各舍兩側(cè)牛床進(jìn)行拴系飼養(yǎng)。從試驗(yàn)舍和對(duì)照舍中分別隨機(jī)挑選6頭試驗(yàn)牛測量其生理指標(biāo)。試驗(yàn)階段肉牛日糧精粗比為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%。

1.2 設(shè)備安裝及運(yùn)行參數(shù)

試驗(yàn)舍東側(cè)山墻安裝濕簾，濕簾型號(hào)為Munters CELdek 7090，長9 m，高1.8 m，厚150 mm，濕簾下端距牛床0.45 m。西側(cè)山墻安裝4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為Munters EM50，洞口大小為1.4 m×1.4 m，葉輪直徑1.3 m，額定風(fēng)量為38 048 m3/h，風(fēng)壓25 Pa，風(fēng)機(jī)下端距牛床0.4 m。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為9:00-19:00。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 環(huán)境指標(biāo)測定

試驗(yàn)環(huán)境測定日期為7月23日-8月20日，共計(jì)29 d。環(huán)境測定指標(biāo)為溫度、濕度、黑球溫度、風(fēng)速、NH3和CO2濃度。溫濕度測定采用溫濕度自動(dòng)記錄儀（型號(hào)Apresys179-TH，精度分別為±0.3 ℃，±3%RH）和手持溫濕度儀（型號(hào)TESTO 625，精度±0.5 ℃）。其中自動(dòng)記錄儀24 h自動(dòng)記錄，每5 min記錄1次數(shù)據(jù)，測定高度為2.3 m；手持溫濕度儀測定高度為0.7 m（肉牛躺臥高度）和1.4 m（肉牛站立高度）。風(fēng)速測定采用熱敏式風(fēng)速儀（型號(hào)MODEL6004，精度為±5%），測定高度為0.7和1.4 m。CO2濃度和NH3濃度測定分別采用二氧化碳檢測儀（型號(hào)TES-1370，精度為±3%）和氨氣檢測儀（型號(hào)JsA8，精度為±3%），測量高度為0.7 m。黑球溫度測定采用黑球輻射溫度測試儀（型號(hào)JTR04，精度為±0.5 ℃），測點(diǎn)為牛舍中心點(diǎn)處，測量高度為1.0 m。手持溫濕度、風(fēng)速、有害氣體和黑球溫度的測定時(shí)間為10:00、12:00、14:00、16:00、18:00。圖1為測點(diǎn)布置圖。距牛舍南側(cè)縱墻中心處垂直距離3 m設(shè)置一處舍外環(huán)境測點(diǎn)，環(huán)境測定指標(biāo)與測定高度與舍內(nèi)相同。

注：A1～E3為選取的15個(gè)環(huán)境指標(biāo)測點(diǎn)；▲表示溫濕度自動(dòng)記錄儀測點(diǎn)；●表示手持溫濕度、風(fēng)速、有害氣體測點(diǎn)；■表示黑球溫度測點(diǎn)。

1.3.2 生理、生長性能指標(biāo)測定

肉牛生理測定指標(biāo)包括呼吸頻率、直腸溫度及皮溫，測定時(shí)間為10:00、12:00、14:00。直腸溫度由獸用玻璃體溫計(jì)測量（精度+0.10 ℃，-0.15 ℃）。呼吸頻率采用人工秒表連續(xù)3 min計(jì)數(shù)側(cè)腹起伏次數(shù)。皮溫測定是用紅外熱像儀（型號(hào)Fluke Ti400）對(duì)試驗(yàn)牛胸腹部拍照，用Smart View3.6軟件分析圖像。生長性能指標(biāo)測定包括試驗(yàn)牛初期與末期的提質(zhì)量，并計(jì)算平均日增質(zhì)量

1.3.3 肉牛體感溫度

體感溫度又稱為溫濕風(fēng)指數(shù)（temperature-humidity- velocity index，THVI），是根據(jù)溫度、濕度和風(fēng)速評(píng)價(jià)環(huán)境綜合溫度的指標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)動(dòng)物的不同乘以相應(yīng)的系數(shù)，牛的THVI的計(jì)算公式為[16]

THVI=(0.35′t+0.65′t)′–0.058（1）

式中t為干球溫度，℃；t為濕球溫度，℃；為風(fēng)速，m/s。

1.3.4 環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)采用熱負(fù)荷指數(shù)（heat load index，HLI）對(duì)熱環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。HLI是結(jié)合環(huán)境溫度、濕度、太陽輻射和風(fēng)速等環(huán)境因素來評(píng)價(jià)夏季環(huán)境炎熱程度的指標(biāo)。HLI以黑球溫度（black global temperature，BG）25 ℃為界，被分為2部分，當(dāng)黑球溫度大于25 ℃時(shí)，其計(jì)算公式為[17]

HLIBG>25=8.62+(0.38′RH)+(1.55′BG)–(0.5′)+e(2.4–V)（2）

式中BG為黑球溫度，℃；RH為相對(duì)濕度，%；e是自然對(duì)數(shù)。

HLI分為4個(gè)等級(jí)：①熱中性環(huán)境，HLI＜70；②溫?zé)岘h(huán)境：70≤HLI<下限臨界值；③炎熱環(huán)境：下限臨界值≤HLI≤上限臨界值；④極熱環(huán)境：HLI>上限臨界值。HLI的初始臨界值測定是以無蔭蔽條件、積糞厚度50 mm左右、身體健康、飼養(yǎng)日齡為80到130 d、飲水溫度21～30 ℃的黑色安格斯牛，其下限臨界值和上限臨界值分別為77、86。當(dāng)HLI高于下限臨界值時(shí)，肉牛開始出現(xiàn)熱應(yīng)激；大于上限臨界值時(shí)，肉牛體熱調(diào)節(jié)失衡，出現(xiàn)熱積聚狀態(tài)，體溫升高。上下限臨界值要根據(jù)肉牛的品種、毛色、健康狀況、育肥天數(shù)和畜舍的遮陽情況、糞堆厚度、飲水溫度進(jìn)行校正。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS9.2統(tǒng)計(jì)軟件分析。數(shù)據(jù)結(jié)果表示形式為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕簾風(fēng)機(jī)牛舍的環(huán)境變化規(guī)律

2.1.1 舍內(nèi)溫度分布

濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)最主要的規(guī)律之一是在平行于氣流的方向上存在明顯的溫度梯度[18-19]。根據(jù)圖1a的環(huán)境指標(biāo)測定位置在牛舍中選取A～E共5個(gè)截面，分別距濕簾6、18、24、36 和48 m，測定并計(jì)算各截面1.4 m高度的平均溫度，得到如圖2所示溫度與濕簾距離的關(guān)系。由圖2可知，整個(gè)濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在平行于氣流方向上的溫度變化率為0.033 ℃/m。這是濕簾提供的水汽沿氣流方向減少，蒸發(fā)降溫效率降低。畜舍兩側(cè)A、E截面平均溫度分別為(29.0±0.8)和(30.4±0.8) ℃，濕簾端溫度比風(fēng)機(jī)端低1.4 ℃（<0.01）。濕簾的安裝位置及遮陽率對(duì)舍內(nèi)縱向溫度上升有較大影響，例如濕簾安裝于北側(cè)優(yōu)于東側(cè)[20]。本試驗(yàn)中，濕簾安裝于牛舍東側(cè)，且牛舍窗洞安裝的是隔熱性能相對(duì)較差的卷簾，因此縱向上存在明顯的溫度梯度。

注：A～E分別表示牛舍內(nèi)距濕簾6、18、24、36和48 m處的橫截面。

2.1.2 舍內(nèi)風(fēng)速分布

濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)在平行于氣流方向上的風(fēng)速也有其分布規(guī)律。濕簾進(jìn)風(fēng)口附近的平均風(fēng)速極顯著高于風(fēng)機(jī)出風(fēng)口附近和牛舍中間區(qū)域的平均風(fēng)速（<0.01），風(fēng)機(jī)出風(fēng)口附近風(fēng)速極顯著高于牛舍中間區(qū)域（<0.01），這是由于負(fù)壓風(fēng)機(jī)在舍內(nèi)形成負(fù)壓環(huán)境，濕簾進(jìn)風(fēng)口處與舍外形成壓力差，使得風(fēng)速較大。在距地面1.4 m處測定風(fēng)速得知，氣流以1.39 m/s的平均速度經(jīng)過濕簾進(jìn)入牛舍，受到牛體的阻擋出現(xiàn)了一個(gè)較大范圍的低速湍流區(qū)，到A截面處平均速度衰減為0.92 m/s，B、C、D截面處風(fēng)速最低，平均為0.66 m/s。近風(fēng)機(jī)端由于風(fēng)機(jī)持續(xù)向舍外抽出氣體形成強(qiáng)大的負(fù)壓區(qū)，氣流速度逐漸恢復(fù)，E截面的平均風(fēng)速為0.83 m/s。整個(gè)舍內(nèi)的風(fēng)速維持在0.6～1.0 m/s的范圍內(nèi)，這一風(fēng)速對(duì)輸送來自濕簾的低溫空氣、維持室內(nèi)的降溫效果，以及對(duì)增加牛體表面的散熱性、減少高溫危害的發(fā)生是非常重要的。

表1 舍內(nèi)1.4 m高度處平行于氣流方向的風(fēng)速分布

注：表中平均風(fēng)速列不同大寫字母表示數(shù)據(jù)有極顯著差異（<0.01）。

Note: There is an extremely significant difference between different upper case in air velocity column (<0.01).

2.2 外界溫濕度對(duì)濕簾工作性能的影響

圖3為濕簾降溫幅度與舍外溫濕度的關(guān)系曲線。由圖3可知，降溫幅度與舍外溫度成正比，與舍外相對(duì)濕度成反比。舍外溫度每升高1 ℃，降溫幅度平均增大0.6 ℃；舍外相對(duì)濕度升高，濕簾降溫幅度減小，相對(duì)濕度升高10%，濕簾降溫幅度平均減小1.6 ℃。根據(jù)預(yù)期降溫幅度（D），可判斷畜舍環(huán)境是否適合使用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)降溫，現(xiàn)有研究對(duì)降溫效果有以下劃分[21]

根據(jù)圖3可知，根據(jù)舍外溫濕度計(jì)算濕簾降溫幅度在3～8 ℃，所以試驗(yàn)地區(qū)夏季很適合使用濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行降溫。

2.3 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)牛舍環(huán)境的影響

2.3.1 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)舍內(nèi)溫濕度的影響

表2為2個(gè)牛舍內(nèi)和舍外各個(gè)時(shí)刻平均溫濕度。濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)開啟后，試驗(yàn)舍和對(duì)照舍各個(gè)時(shí)刻的溫度均有極顯著差異（<0.01）。試驗(yàn)期間, 試驗(yàn)舍和對(duì)照舍0.7 m高處的平均溫度分別為(29.7±0.6)和(32.9±1.1) ℃，1.4 m高處的平均溫度分別為(29.7±0.5)和(32.9±1.1) ℃。試驗(yàn)舍的平均溫度比對(duì)照舍低3.2 ℃（<0.01）。16:00的平均溫度與對(duì)照舍相比降幅最大，達(dá)到3.6 ℃。育肥牛適宜環(huán)境溫度為9～20 ℃，在高溫季節(jié)應(yīng)將氣溫控制在25 ℃以內(nèi)，溫度在30 ℃以上時(shí)應(yīng)該采取防暑降溫措施[22]。由于牛舍密閉性差，風(fēng)量損失嚴(yán)重，且與舍外存在熱交換，試驗(yàn)舍內(nèi)的平均溫度仍在25 ℃以上，但已經(jīng)控制在30 ℃以下，說明系統(tǒng)有良好的降溫效果。

試驗(yàn)舍和對(duì)照舍的各個(gè)時(shí)刻的濕度均有極顯著差異（<0.01）。試驗(yàn)舍和對(duì)照舍0.7 m高處的平均濕度分別為(90.1±1.8)%和(68.8±5.1)%，1.4 m高處的平均濕度分別為(89.9±1.9)%和(68.5±5.0)%。試驗(yàn)舍的平均濕度比對(duì)照舍高21.3%。一般肉牛對(duì)空氣濕度的要求為40%～70%，育肥牛舍內(nèi)濕度不宜超過85%。試驗(yàn)舍的平均濕度接近90%，除了蒸發(fā)降溫過程中增加空氣濕度外，試驗(yàn)舍淸糞效率低、尿液經(jīng)常積聚也是原因之一。

2.3.2 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)速和有害氣體濃度的影響

圖4為2個(gè)舍不同時(shí)刻的風(fēng)速與有害氣體濃度。由圖4可知，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)開啟后，試驗(yàn)舍各個(gè)時(shí)刻牛體附近平均風(fēng)速極顯著高于對(duì)照舍（<0.01）。試驗(yàn)舍的日平均風(fēng)速為(0.75±0.02) m/s, 濕簾和風(fēng)機(jī)附近的風(fēng)速甚至能達(dá)到1 m/s以上。對(duì)照舍的日平均風(fēng)速為(0.45±0.03) m/s。根據(jù)肉牛舍適宜通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，1歲以上的育肥牛舍夏季氣流速度應(yīng)達(dá)到0.8～1.0 m/s，對(duì)照舍牛體附近風(fēng)速遠(yuǎn)低于這一標(biāo)準(zhǔn)，而試驗(yàn)舍內(nèi)風(fēng)速比較接近，基本能滿足肉牛夏季的生長需要。

表2 試驗(yàn)舍和對(duì)照舍各時(shí)刻平均溫濕度

注：表中同行不同大寫字母表示數(shù)據(jù)有極顯著差異（<0.01）。

Note: There is an extremely significant difference between different upper case in same line (<0.01).

試驗(yàn)舍和對(duì)照舍的平均CO2濃度分別為(498± 14)′10-6、(542±20)′10-6，在10:00和14:00沒有顯著差異（>0.05），12:00有顯著差異（0.01<<0.05），16:00和18:00有極顯著差異（<0.01）?？傮w上看，開啟濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)后，試驗(yàn)舍內(nèi)通風(fēng)量大幅增加，CO2濃度降低。試驗(yàn)舍和對(duì)照舍的平均NH3濃度分別為(3.63±0.33)′10-6、(3.71±0.64)′10-6。試驗(yàn)舍各個(gè)時(shí)刻的NH3濃度與對(duì)照舍相比都有所降低，但均無顯著差異（>0.05），說明濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)排出試驗(yàn)舍NH3無顯著作用，這可能與試驗(yàn)舍淸糞效率低、糞便堆積有關(guān)。

注：圖中不同小寫字母表示數(shù)據(jù)有顯著差異（P<0.05)，不同大寫字母表示數(shù)據(jù)有極顯著差異（P<0.01）。

2.3.3 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)肉牛體感溫度的影響

表3為試驗(yàn)期間試驗(yàn)舍和對(duì)照舍不同時(shí)刻的肉牛體感溫度。由表3可知，經(jīng)過降溫處理后，試驗(yàn)舍10:00-18:00肉牛的平均體感溫度為(29.1±0.4) ℃，對(duì)照舍為(30.9± 0.3) ℃。試驗(yàn)舍肉牛體感溫度比對(duì)照舍平均降低1.8 ℃（<0.01)，而試驗(yàn)舍10:00-18:00的空氣溫度與對(duì)照舍相比平均降幅為3.2 ℃。肉牛體感溫度的降幅比空氣溫度低，是因?yàn)槭艿缴醿?nèi)濕度的影響，使用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)雖然舍內(nèi)溫度極顯著降低、風(fēng)速極顯著提高，但濕簾提供的水汽較多，致使舍內(nèi)濕度過大，抑制了肉牛自身蒸發(fā)散熱，影響了體感溫度的降低幅度。

2.3.4 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)熱負(fù)荷指數(shù)的影響

本次試驗(yàn)牛為生理狀況健康、育肥天數(shù)在130 d以上、毛色黃白相間的西門塔爾牛；平均每頭遮陽面積大于3 m2，飲水溫度處于15～20 ℃范圍內(nèi)，糞堆厚度在50 mm左右。根據(jù)以上情況進(jìn)行熱負(fù)荷指數(shù)校正，校正過的熱應(yīng)激下限臨界值和上限臨界值分別為87、96[23]。

根據(jù)式（2）計(jì)算2個(gè)舍內(nèi)HLI，得到表3。由表3可知，試驗(yàn)舍和對(duì)照舍的平均HLI分別為93.61±0.56、92.63±0.58，都處于炎熱狀態(tài)（87≤HLI≤96），試驗(yàn)牛開始出現(xiàn)熱應(yīng)激。2個(gè)舍各個(gè)時(shí)刻的HLI都沒有顯著差異（>0.05），且試驗(yàn)舍的HLI值略高于對(duì)照舍，這也是由于濕簾的使用，使舍內(nèi)濕度過高導(dǎo)致的。

2.4 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)肉牛生理指標(biāo)的影響

2.4.1 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)肉牛呼吸頻率的影響

呼吸頻率可以反映出肉牛是否存在熱應(yīng)激[24]。環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致肉牛的非蒸發(fā)散熱減弱，呼吸和出汗等蒸發(fā)散熱方式增強(qiáng)。表4為2個(gè)舍不同時(shí)刻肉牛的呼吸頻率。由表4可知，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)降溫后，試驗(yàn)舍和對(duì)照舍肉牛的平均呼吸頻率分別為（57±1）、（70±2）次/min。試驗(yàn)舍比對(duì)照舍有極顯著降低，平均降幅為13次/min（<0.01)，說明該降溫系統(tǒng)能夠有效緩解肉牛的熱應(yīng)激狀況。

表3 試驗(yàn)舍和對(duì)照舍不同時(shí)刻THVI和HLI值

注：表中同行相同指標(biāo)不同大寫字母表示數(shù)據(jù)有極顯著差異（<0.01），相同小寫字母表示數(shù)據(jù)沒有顯著差異（>0.05）。

Note: There is extremely significant difference between different upper case (<0.01) and no significant difference between the same lower case in same line in same index (>0.05).

表4 試驗(yàn)舍和對(duì)照舍不同時(shí)刻肉牛的呼吸頻率

注：表中同列不同大寫字母表示數(shù)據(jù)有極顯著差異（<0.01）。

Note: There is an extremely significant difference between different upper case in same column (<0.01).

2.4.2 濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)肉牛皮溫和直腸溫度的影響

圖5為2個(gè)舍不同時(shí)刻肉牛的皮溫和直腸溫度。由圖5可知，試驗(yàn)舍和對(duì)照舍的肉牛的平均皮溫分別是(35.54±0.09)、(36.46±0.44) ℃，降低0.92 ℃。除10:00的平均皮溫沒有顯著差異（>0.05）外，試驗(yàn)舍12:00和14:00平均皮溫與對(duì)照舍相比均有極顯著降低（<0.01)，說明該降溫系統(tǒng)能夠有效緩解肉牛的熱應(yīng)激狀況。

注：圖中相同小寫字母表示數(shù)據(jù)沒有顯著差異（P>0.05)，不同大寫字母表示數(shù)據(jù)有極顯著差異（P<0.01）。

試驗(yàn)舍和對(duì)照舍的肉牛的平均直腸溫度分別是(38.74±0.04)、(38.85±0.06) ℃，試驗(yàn)舍與對(duì)照舍無顯著差異（>0.05)。肉牛正常直腸溫度變動(dòng)范圍為36.7～39.1 ℃[25]，2個(gè)舍的肉牛均處于正常范圍，說明熱應(yīng)激程度較輕，未能顯著影響肉牛體內(nèi)溫度。

2.5 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)肉牛生長性能的影響

表5為2個(gè)舍肉牛的日增質(zhì)量情況。由表5可知，增重試驗(yàn)期為7月23日-8月20日，共計(jì)29 d，試驗(yàn)舍與對(duì)照舍肉牛的日增質(zhì)量分別為(0.65±0.52)、(0.52± 0.48) kg/d，試驗(yàn)舍較對(duì)照舍提高0.13 kg/d，但沒有顯著差異（>0.05）。

表5 試驗(yàn)舍和對(duì)照舍肉牛日增質(zhì)量

注：表中同列不同小寫字母表示數(shù)據(jù)有顯著差異（<0.05）。

Note: There is an significant difference between different lower case in same column (<0.05).

3 討 論

采用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行降溫后，由于降溫方式為蒸發(fā)降溫，試驗(yàn)舍濕度有所升高，超過了育肥肉牛的上限濕度85%。濕度過大也使得試驗(yàn)舍的HLI略高于對(duì)照舍。但從肉牛的生理指標(biāo)來看，試驗(yàn)舍肉牛的呼吸頻率和皮溫與對(duì)照舍相比均有極顯著降低，直腸溫度也有所降低。說明盡管濕度大幅增加，但在溫度和風(fēng)速更為適宜的條件下，濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能夠有效緩解肉牛的熱應(yīng)激狀況。

畜舍良好的密閉性是保證濕簾降溫效果的前提。畜舍的密閉性不好的情況下，熱空氣就會(huì)不經(jīng)過濕簾直接進(jìn)入舍內(nèi)，使舍內(nèi)的溫度升高。另外，還會(huì)降低縱向通風(fēng)的風(fēng)速，影響風(fēng)冷的效果[26]。試驗(yàn)中，理論上，4臺(tái)風(fēng)機(jī)全部開啟時(shí)的過簾風(fēng)速為1.96 m/s（風(fēng)機(jī)效率按75%計(jì)算），實(shí)際測得濕簾表面平均風(fēng)速僅為1.39 m/s（表面風(fēng)速指的是舍內(nèi)距濕簾0.1 m處的風(fēng)速，有研究表明，表面風(fēng)速與過簾風(fēng)速有線性相關(guān)關(guān)系[27]）?？梢娕Ｉ崦荛]性差對(duì)試驗(yàn)效果造成了一定影響。

除濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)外，封閉肉牛舍主要采用噴霧、噴淋降溫。蔡景義等[28]采用風(fēng)機(jī)噴淋對(duì)封閉牛舍進(jìn)行降溫，舍內(nèi)溫度降低1.84 ℃，風(fēng)速提高8.27倍，但THI無顯著差異；陳昭輝等[29]在封閉牛舍中使用噴霧結(jié)合風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，使試驗(yàn)舍溫度降低2.2 ℃，但濕度增大11.3%，THVI和HLI無顯著降低。這表明在封閉牛舍當(dāng)中，噴霧、噴淋系統(tǒng)的蒸發(fā)效率低，對(duì)濕度影響較大，而在高濕環(huán)境中，霧氣和水滴會(huì)附著在牛皮膚表面，形成水膜，抑制牛體自身散熱，進(jìn)一步增加熱應(yīng)激。本研究中試驗(yàn)舍溫度降低3.2 ℃，THVI有顯著降低，對(duì)比噴淋、噴霧降溫效果更為明顯，說明濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)封閉肉牛舍的降溫具有更好的效果。

4 結(jié) 論

1）濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)使舍內(nèi)環(huán)境呈現(xiàn)一定規(guī)律性。試驗(yàn)舍內(nèi)平行于氣流方向形成變化率為0.033 ℃/m的溫度梯度；舍內(nèi)風(fēng)速于近風(fēng)機(jī)端與近濕簾端增大，分別為0.83和0.92 m/s，而其余位置風(fēng)速趨于平穩(wěn)，平均風(fēng)速為0.66 m/s。

2）濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)受舍外環(huán)境影響。舍外溫度每升高1 ℃，降溫幅度平均增大0.6 ℃；舍外相對(duì)濕度增大10%，降溫幅度平均減小1.6 ℃。

3）濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)能夠明顯改善牛舍的環(huán)境條件。試驗(yàn)舍空氣溫度降低3.2 ℃，相對(duì)濕度增加21.3%，肉牛附近風(fēng)速增加0.30 m/s，CO2濃度降低44′10-6，肉牛體感溫度降低1.8 ℃。

4）濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)能夠明顯改善肉牛的生理狀況，有效緩解肉牛的熱應(yīng)激，提高肉牛生產(chǎn)性能。降溫后，試驗(yàn)牛呼吸頻率平均降低13次/min，皮溫降低0.92 ℃，平均日增質(zhì)量高0.13 kg/d。

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Cooling effects of fan-pad negative pressure ventilation system on summer environmental conditions in beef cattle barn in Southern China

Chen Zhaohui1,2, An Jie1,2, Wang Jinhuan1,2, Liu Jijun1,2※, Yang Shitang3

(1.100193,;2.100193,; 3.330800,)

Although fan-pad evaporative cooling system is a kind of energy-saving and environment-friendly cooling method, its application in beef cattle barn is still very rare. Anegative pressure ventilation system for wet curtain fan was tested in this study to improve the summer environmental conditions of beef cattle barn in Southern China and find out its suitability for hot and humid climates. The study was conducted in 2 cattle beef barns located at Gao’an, Jiangxi Province, where is hot and humid in summer. The system consists of a cellulosic cooling pad and 4 axial flow fans with an air volume of 38 048 m3/h and an electric power of 1.1 kW. According to the results of the preliminary experiment, the operation time of the cooling system was from 09:00 to 19:00. In this study, simmental beef cattle were randomly allotted in 2 confined barns where feed and water were freely available. The data of environmental factors and beef physiology were collected. Temperature-humidity-velocity index (THVI) and heat load index (HLI) value were calculated to estimate the effects of climatic variable and heat accumulation. The cooling effect of the system was affected by the ambient temperature and relative humidity. With the ambient temperature increased by 1 ℃, the cooling effect increased by 0.6 ℃; with the relative humidity increased by 10%, the cooling effect decreased by 1.6 ℃ There was a temperature gradient along the airflow direction, and the temperature increased 0.033 ℃for every 1 meter increase in the distance from the cooling pad. The air velocity parallel to the direction of the air?ow was also inconsistent. The air velocity near the cooling pad was higher than that at the fan outlet and the middle area (<0.01), and the air velocity of the outlet of the fan was higher than that at the middle area (<0.01). During the measurement period, the average temperature in the experiment barn was (29.7±0.5) ℃, compared with the control barn, decreased by 3.2 ℃(<0.01); the average relative humidity was (89.9±1.9)%, increased by 21.3% (<0.01); the average air velocity near the cow was (0.75±0.02) m/s, increased by 0.30 m/s (<0.01); the average effective temperature was (29.1± 0.4) ℃, decreased by 1.8 ℃(<0.01); the average concentration of CO2was (498±14)′10-6, deceased by 44′10-6(<0.01) ; and the average concentration of NH3was (3.63±0.33)′10-6. However, because of the high relative humidity, HLI value of the experiment barn was slightly higher than that of the control barn(＞0.05). The average respiration rate in the experiment barn was (57±1)breaths/min, compared with the control barn, decreased by 13 breaths/min (<0.01); the average skin temperature was (35.54±0.09) ℃, decreased by 0.92 ℃(<0.01); the average rectal temperature was (38.74±0.04) ℃, decreased by 0.11℃(＞0.05); and the average daily weight gain was (0.65±0.52) kg/d, increased by 0.13 kg/d (＞0.05). The results indicated that fan-pad evaporative cooling system was able to improve the environmental conditions for beef cattle barns in Southern China, thus relieving heat stress of beef cattle. This provides a scienti?c basis for the extension and application of evaporative pad cooling systems in Southern China.

fans; cooling; wind speed; pad; negative pressure ventilation; beef cattle barn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.025

S823.9+2

A

1002-6819(2018)-21-0208-07

2018-07-22

2018-09-23

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0500508）

陳昭輝，博士，副教授，研究方向?yàn)樾竽镰h(huán)境工程。 Email：chenzhaohui@cau.edu.cn。

劉繼軍，教授，研究方向?yàn)樾竽镰h(huán)境工程。 Email：liujijun@cau.edu.cn。

陳昭輝，安 捷，王金環(huán)，劉繼軍，楊食堂.南方夏季肉牛舍濕簾風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)降溫效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(21)：208－214. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.025 http://www.tcsae.org

Chen Zhaohui, An Jie, Wang Jinhuan, Liu Jijun, Yang Shitang.Cooling effects of fan-pad negative pressure ventilation system on summer environmental conditions in beef cattle barn in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 208－214. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.025 http://www.tcsae.org