復合保溫卷簾改善寒區(qū)開放式牛舍冬季熱濕環(huán)境

趙婉瑩，張 琦,2，施正香※

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復合保溫卷簾改善寒區(qū)開放式牛舍冬季熱濕環(huán)境

趙婉瑩1，張 琦1,2，施正香1※

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083；2. 蘇州賽諾沃機械科技有限公司，蘇州 215215）

針對北方寒區(qū)卷簾牛舍冬季舍內(nèi)溫度過低、影響奶牛健康和生產(chǎn)的現(xiàn)狀，該文結(jié)合黑龍江地區(qū)的氣候特點，以牛舍溫度不低于-5 ℃為設(shè)計目標，通過對卷簾材料的傳熱性能、厚度和面密度等進行測試，研究篩選了2種傳熱系數(shù)小于1.23 W/(m2×℃)的復合保溫卷簾：1號白色保溫卷簾（白色滌綸布+珍珠棉+噴膠棉+珍珠棉+白色滌綸布，1.01 W/(m2×℃)）和2號灰色保溫卷簾（PE編織布+噴膠棉+針刺棉氈+鍍鋁PE編織布，0.89 W/(m2×℃)）。將2種保溫卷簾分別安裝在同一棟試驗舍內(nèi)，以原有的單層卷簾牛舍為對照舍進行了為期2個月的現(xiàn)場應用效果試驗。試驗結(jié)果表明，2種保溫卷簾的透光性存在顯著差異（<0.05），但保溫效果不存在顯著差異（0.05）；試驗舍和對照舍在兩側(cè)卷簾開啟25 cm、南側(cè)開啟25 cm和兩側(cè)封閉3種工況下，試驗舍的平均溫度和相對濕度均顯著高于對照舍和舍外（<0.05），其舍內(nèi)平均溫度范圍是-12.45～-16.70 ℃，平均相對濕度范圍是88.53%～97.73%。因此，新型保溫卷簾雖然比單層卷簾具有更好的保溫性能，但是奶牛依舊處于低溫高濕的狀況下，表明只改善卷簾的保溫性能并不能保證使寒區(qū)奶牛舍內(nèi)溫度高于最低溫度的要求，寒區(qū)應慎重采用可封閉開放式的牛舍建筑形式。

環(huán)境調(diào)控；溫度；傳熱系數(shù)；保溫卷簾；奶牛舍；冬季保溫

0 引 言

奶牛對寒冷具有較強的耐受性，可以耐受一定的低溫而保持產(chǎn)奶量不變。但是奶牛若長期處于低溫環(huán)境中，牛體大量散失熱量，抵抗力降低，日糧能量利用效率降低[1-2]，福利狀況降低[3-4]。相關(guān)研究表明，當溫度低于?5℃，奶牛產(chǎn)奶量開始下降，并且低溫條件會造成畜舍內(nèi)糞便結(jié)冰，嚴重影響奶牛的行走以及清糞等生產(chǎn)管理活動的進行[5]。在中國，作為奶牛主要優(yōu)勢區(qū)域的北方地區(qū)，冬季牛舍普遍存在溫度低、濕度高和空氣質(zhì)量差等問題[6-7]，這種環(huán)境對奶牛生產(chǎn)潛能的正常發(fā)揮有很大影響。為了緩解牛舍的不利狀況，通常可采用人工管理和建筑工程措施。其中，人工管理方面主要通過一些日常管理來緩解奶牛的冷應激，例如提高飲水溫度[8-9]等；而工程上，主要采用提高牛舍圍護結(jié)構(gòu)的熱阻[10]、調(diào)整建筑材料[11-12]等措施。

目前，中國北方地區(qū)的牛舍主要分為有窗密閉舍和可封閉開放舍2種。有窗密閉舍能夠形成穩(wěn)定的舍內(nèi)小氣候條件，利于冬季防寒保暖，但是也存在造價高、夏季通風不足的缺點?？煞忾]開放式牛舍部分圍護結(jié)構(gòu)安裝活動卷簾，其通風效果好，且造價低廉[13]。近年來可封閉開放式牛舍在規(guī)?；鼋ㄔO(shè)中應用越來越普遍，但使用的多為單層卷簾系統(tǒng)。由于北方地區(qū)冬季氣候寒冷，單層卷簾系統(tǒng)的保溫能力十分有限，只能起到防風的作用，不能從根本意義上解決其冬季保溫問題[14]。而保溫卷簾大多用于溫室，在日光溫室上覆蓋保溫卷簾可以有效地減少熱量散失，維持室內(nèi)適宜溫度與均勻性[15]。養(yǎng)殖場建筑保溫改造主要是添加墻體保溫層、調(diào)整牛舍建筑形式及進行屋頂改造等[16-19]，但對于有窗密閉式牛舍來說，卷簾所占據(jù)的外圍護結(jié)構(gòu)的比例較大，散熱量較高，但是對于使用保溫卷簾以改善舍內(nèi)環(huán)境狀況的研究目前還較少。

因此，有必要結(jié)合北方地區(qū)牛場生產(chǎn)的實際情況，對牛舍冬季保溫卷簾系統(tǒng)進行改進，開發(fā)適用于奶牛舍的保溫卷簾，為以后奶牛舍冬季保溫技術(shù)的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗奶牛舍概況

本試驗在黑龍江克東和平原生態(tài)牧場的兩棟相同的可封閉開放式卷簾泌乳牛舍內(nèi)進行，一個是試驗舍，另一個是對照舍。牛舍為東西走向，南北兩側(cè)設(shè)置卷簾系統(tǒng)，其東西長度為204.5 m，南北跨度為36.5 m，檐高4.6 m，脊高10.6 m。其南北兩側(cè)均有1.7 m高的磚墻，檐口以下有0.6 m高玻璃絲棉彩鋼夾芯板，中間為2.2 m的洞口，洞口處設(shè)卷簾系統(tǒng)，由卷簾進行覆蓋，屋面為100 mm厚的玻璃絲棉彩鋼夾芯板。牛舍內(nèi)可飼養(yǎng)600頭450 kg的奶牛。

1.2 牛舍新型保溫卷簾的篩選

牛舍新型保溫卷簾的篩選主要是借鑒日光溫室上保溫被的做法，對現(xiàn)有的保溫材料進行檢測，通過不同的組合篩選出一種能夠滿足冬季保溫需求的新型保溫卷簾。

1.2.1 篩選保溫卷簾的指標和方法

合適的保溫卷簾需要具有合適的傳熱性能、厚度及面密度，測試指標和方法如下：

1）傳熱性能測試：卷簾材料的傳熱性能主要是利用靜態(tài)熱箱法的原理，使用覆蓋材料保溫性能測試臺進行測試，得到單層材料和不同組合保溫卷簾的傳熱系數(shù)。

2）厚度測試：將保溫卷簾試樣放在平板上，用（5± 0.1）kg質(zhì)量、底平面為150 mm×150 mm的方板，放置在保溫卷簾上，測量保溫卷簾壓實后的厚度，保溫卷簾試樣的4個邊各測一個值，取平均數(shù)。

3）面密度測試：測量保溫卷簾結(jié)構(gòu)質(zhì)量、寬度、長度，按照公式計算單位面積質(zhì)量：

式中為單位面積質(zhì)量，g/m2；m為保溫被結(jié)構(gòu)質(zhì)量，g；為保溫被長度，m；為保溫被寬度，m。

1.2.2 試驗牛舍保溫卷簾篩選的理論依據(jù)

對試驗牛舍進行熱平衡分析，根據(jù)能量守恒定律，牛舍的熱平衡方程為[20]：

式中Q為補充供熱量（牛舍采暖系統(tǒng)熱負荷），W，牛舍不采用供暖措施，即該值為0；Q為設(shè)備（電機與照明等）發(fā)熱量，W，該值一般不大，往往忽略不計；Q為奶牛的顯熱散熱量，W；Q為圍護結(jié)構(gòu)（門、窗、墻、地面、屋頂?shù)龋﹤鳠岷臒崃?，W；Q為通風空氣的顯熱損失，W；Q為牛舍內(nèi)因水分蒸發(fā)消耗的顯熱量，W，該值在Q中已經(jīng)考慮了，故不單獨進行計算。

奶牛的顯熱散熱量Q的計算公式為[21]

式中為畜禽舍內(nèi)畜禽的頭數(shù)，600頭；q是每頭畜禽的顯熱散熱量，W/頭。

q的計算公式為

式中t為冬季舍內(nèi)計算溫度，℃，設(shè)計舍內(nèi)溫度為-5 ℃；￠為奶牛體質(zhì)量，kg。

外圍護結(jié)構(gòu)（門、窗、墻、地面、屋頂?shù)龋﹤鳠岷臒崃?i>Q的計算公式為

式中x為高度附加率，%，該值為0[22]；為溫差修正系數(shù)，外墻、平屋頂、地面以及與室外相同的樓板等的取值為1.00；為圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(m2×℃)；為圍護結(jié)構(gòu)的面積，m2；t為舍外空氣溫度，℃；x為朝向修正率，%，（圍護結(jié)構(gòu)朝向為北、東北、西北時，該值為0～10%，朝向為東和西時，該值為?5%，朝向為東南和西南時，該值為?10%～?15%，朝向為南時，該值為?15%～?30%）；x為風力附加率，%，該值為0[22]。

通風空氣的顯熱損失Q的計算公式為：

在冬季，奶牛舍最小通風量應該按照排除多余的水汽的通風量進行計算，公式如下：

式中為奶牛冬季產(chǎn)生水汽量，kg/s；d為舍內(nèi)空氣的含濕量，取值2.47′10-3kg/kg；d為舍外空氣的含濕量，取值0.50′10-3kg/kg。

根據(jù)上述公式和當?shù)氐氖彝庥嬎銣囟?i>t=-28 ℃，得到該牛舍圍護結(jié)構(gòu)在不同舍內(nèi)溫度要求時的總傳熱系數(shù)，如表1所示。

表1 試驗舍卷簾傳熱系數(shù)計算表

對于試驗舍來說，想要在冬季舍內(nèi)達到-5 ℃，需要卷簾的傳熱系數(shù)不高于1.23 W/(m2×℃)。而經(jīng)測試，單層卷簾的傳熱系數(shù)為9.175 W/(m2×℃)，不能達到冬季舍內(nèi)保溫的要求。則需要挑選出一種傳熱系數(shù)更低的保溫卷簾。

1.2.3 試驗牛舍保溫卷簾的篩選

日光溫室保溫被主要是由3層材料組合而成，借鑒其構(gòu)成，用于可封閉開放式牛舍冬季保溫的卷簾也將由3層組成，分別為表層覆蓋材料、芯層保溫材料和底層覆蓋材料。在實驗室條件下對選用的材料性質(zhì)進行檢測，選用材料及檢測結(jié)果見下表2。在固定材料長度和寬度的條件下，面密度隨著厚度的變化而變化，為了保證卷簾的傳熱系數(shù)，在實際選擇卷簾材料時會根據(jù)實驗室測試材料的基本參數(shù)適當調(diào)整其厚度。

表2 各種表層覆蓋材料的基本參數(shù)

新型保溫卷簾主要用于冬季牛舍的保溫，應具有良好的保溫隔熱性能；卷簾也不易太厚，要利于卷放；又因為卷簾在冬季時要經(jīng)常卷放以調(diào)整通風口的大小，還要具備較輕的質(zhì)量。綜合考慮，最終選定了2種組合保溫卷簾，一種是具有一定透光性的白色保溫卷簾，另一種為綜合性能良好但不透光的灰色保溫卷簾。分別記為1號保溫卷簾（白色滌綸布（76 g/m2）+珍珠棉（86 g/m2）+噴膠棉（228 g/m2）+珍珠棉（86 g/m2）+白色滌綸布 （76 g/m2））和2號保溫卷簾（PE編織布（116 g/m2）+噴膠棉（114 g/m2）+針刺棉氈（900 g/m2）+鍍鋁PE編織布（140 g/m2）），其傳熱系數(shù)分別為1.01、0.89 W/(m2×℃)，均小于1.23 W/(m2×℃)。以1號和2號保溫卷簾為試驗舍卷簾理論計算舍內(nèi)溫度時，得到舍內(nèi)溫度為?5 ℃。

1.3 新型保溫卷簾在牛舍的安裝

在試驗舍分別安裝1號和2號保溫卷簾，C1～C4為牛舍原有單層卷簾安裝位置，現(xiàn)將1號保溫卷簾安裝在C1和C2的位置，2號保溫卷簾安裝在C3和C4的位置，如圖1a。新型保溫卷簾安裝圖如圖1b所示，安裝完成效果圖如圖1c所示。

經(jīng)計算，牛舍的最小通風量為134 m3/s。經(jīng)測試，當?shù)仫L速平均值為1.4 m/s，則牛舍的通風口面積為96.12 m2，理想狀態(tài)下，牛舍兩側(cè)卷簾需開啟25 cm左右。又因為牛舍的密封性不好，冷風滲透比較嚴重，而且，白天鏟車清糞時門經(jīng)常開啟，所以不需要開啟25 cm就可以滿足冬季通風量的要求。故選擇了兩側(cè)卷簾開啟25 cm、南側(cè)卷簾開啟25 cm和兩側(cè)卷簾封閉3種工況進行保溫卷簾應用效果的測試。

1.4 試驗儀器及布點

1.4.1 試驗儀器

采用TESTO 175-H1溫濕度傳感器（測量范圍：?40～55 ℃，0～100%RH；精度：±0.4 ℃，±2%RH；分辨率：0.1 ℃，0.1%RH，德圖儀器國際貿(mào)易（上海）有限公司，上海）（如圖1d所示）、Apresys 179-TH溫濕度傳感器（測量范圍：?40～100 ℃，0～100%RH；精度：±0.3 ℃，±3%RH；分辨率：0.01 ℃，0.01%RH，艾普瑞上海精密光電有限公司，上海市）和HOBO自動氣象站（測量范圍：?40～75 ℃，0～100%RH；精度：±0.7 ℃，±3%RH；分辨率：0.4 ℃，0.5%RH，廣州市俊凱科技有限公司，廣州市）進行舍內(nèi)外溫濕度的記錄。采用臺灣泰仕手持式TES-1332A照度計（精度：±3% rdg ± 0.5% f.s.（<10 000 lx），±4% rdg ± 10 dgts（>10 000 lx）；取樣率：2次/s）進行光照度測試。

注：C1, C2, C3, C4均為牛舍卷簾安裝位置。

1.4.2 試驗布點

使用溫濕度傳感器連續(xù)監(jiān)測舍內(nèi)溫濕度，儀器安裝在1.5 m牛體高度處；使用手持式照度計監(jiān)測舍內(nèi)1.5 m高度處的光照度。監(jiān)測位點圖1a所示，對照舍和試驗舍監(jiān)測位點相同。

選擇冬季最冷月進行試驗監(jiān)測，時間為1月至2月。兩側(cè)封閉工況下的舍內(nèi)溫濕度獲得有效數(shù)據(jù)時間為1月19日至1月22日；南側(cè)開啟25 cm工況下的舍內(nèi)溫濕度獲得有效數(shù)據(jù)時間為1月23日至1月26日；兩側(cè)開啟25 cm工況下的舍內(nèi)溫濕度獲得有效數(shù)據(jù)時間為1月28日至2月5日。光照度采集時間為1月19日至1月22日的08:00-12:00。數(shù)據(jù)采集均間隔1 h。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Excel、AutoCAD作圖，使用SPSS17.0進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型保溫卷簾的篩選

1號和2號保溫卷簾的傳熱系數(shù)分別為1.01和0.89 W/(m2×℃)，較單層卷簾（9.175 W/(m2×℃)）分別降低了88.97%和90.27%。當舍內(nèi)溫度為?5 ℃時，理論計算使用單層卷簾的牛舍圍護結(jié)構(gòu)單位建筑面積耗熱量為 40.24 W/m2，使用新型保溫卷簾為23.35 W/m2，其單位建筑面積耗熱量降低了42%。由此可知，更換新型保溫卷簾可以較大程度的降低建筑物耗熱量。

2.2 兩種保溫卷簾的保溫效果比較

在試驗牛舍兩側(cè)封閉工況下，本試驗對1號和2號保溫卷簾區(qū)域監(jiān)測的每小時溫度值進行處理分析，結(jié)果如圖2。

圖2 兩種保溫卷簾牛舍的溫度對比圖

結(jié)果表明1號和2號卷簾內(nèi)牛舍的溫度變化趨勢和舍外基本相同，1號和2號卷簾牛舍內(nèi)溫度相差不大。對1號和2號卷簾內(nèi)牛舍溫度進行方差分析可知，1號卷簾牛舍的平均溫度為（?14.6±2.66） ℃，2號卷簾牛舍的平均溫度為（?15.3±2.10） ℃。1號卷簾牛舍平均溫度比2號卷簾牛舍平均溫度高0.7 ℃，但是2種卷簾牛舍的平均溫度之間不存在顯著差異（=0.11）。這表明，2種保溫卷簾的保溫效果基本一致。

2.3 不同工況下舍內(nèi)溫濕度狀況

由于2種保溫卷簾保溫效果一致，因此可將試驗舍作為一個整體進行分析。在試驗期間，監(jiān)測獲得試驗舍、對照舍及舍外的溫濕度。將多天的數(shù)據(jù)進行分析，得表3。將數(shù)據(jù)進行平均，得到一天中舍內(nèi)外溫濕度隨時間變化的曲線，得圖3。

表3 三種工況下的溫濕度表

注：不同小寫字母表示同一工況下同列數(shù)據(jù)差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercases indicate significant difference among the same columns in the same condition, at 0.05 level.

表3描述了試驗期間的溫濕度的平均值、最高值和最低值。在這3種工況下，試驗舍平均溫度和相對濕度均顯著高于對照舍和舍外（<0.05）。兩側(cè)開啟25 cm工況下，試驗舍平均溫度較對照舍提高了1.8 ℃，相對濕度提高了7.94%；南側(cè)開啟25 cm工況下，試驗舍平均溫度較對照舍提高了1.9 ℃，相對濕度提高了5.75%；兩側(cè)封閉工況下，試驗舍平均溫度較對照舍提高了2.6 ℃，相對濕度提高了4.11%?？芍趦蓚?cè)封閉工況下試驗舍提高舍內(nèi)溫度幅度最大，提高相對濕度幅度最小，即效果最好。試驗期間，舍外相對濕度的平均值在75%～80%之間，由此可知，該地區(qū)的濕度是非常高的，而牛舍內(nèi)由于牛體自身產(chǎn)生大量水汽和通風不足導致舍內(nèi)相對濕度高于80%，不適于奶牛的正常生產(chǎn)。但是試驗舍內(nèi)溫度一直維持在-17～-12 ℃之間，畜舍若再進行大量自然通風會導致舍內(nèi)溫度更低。

由圖3可知，在這3種工況下，試驗舍溫度普遍要高于對照舍和舍外，且變化趨勢一致。舍外溫度在07:00左右取得最小值，然后溫度開始上升，到下午14:00左右達到峰值，隨后逐漸下降。試驗舍和對照舍內(nèi)的最低溫度出現(xiàn)在08:00左右，較舍外稍有停滯。在這3種工況下，在舍內(nèi)溫度提高的同時，試驗舍內(nèi)的相對濕度也明顯要高于對照舍及舍外，在兩側(cè)封閉工況下，試驗舍內(nèi)相對濕度最高，部分原因是由于相對于另外2種工況下，此時舍外相對濕度也是最高的。

圖3 三種工況下溫濕度圖

2.4 新型保溫卷簾系統(tǒng)的光環(huán)境測試

對3種卷簾區(qū)域上的光照度進行記錄分析，結(jié)果表明：單層卷簾牛舍上的光照度顯著高于1號卷簾和2號卷簾（<0.05），同時，1號卷簾的光照度顯著高于2號卷簾（<0.05）。由此表明卷簾透光性為：單層卷簾（（263 1.25±153 3.91）lx）>1號卷簾（（266.00±124.29）lx）> 2號卷簾（（75.53±43.17 lx））。

3 討 論

1）2種保溫卷簾保溫效果評價

理論計算將單層卷簾更換為保溫卷簾可使建筑耗熱量降低42%，提高建筑物圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能是可以降低建筑物耗熱量的，在民用建筑和豬舍方面的研究較 多[23-24]。1號和2號保溫卷簾的傳熱系數(shù)差異不大，保溫效果也沒有顯著性差異，但是1號卷簾區(qū)域平均溫度比2號卷簾區(qū)域高0.7 ℃，可能是因為1號卷簾區(qū)域內(nèi)的光照度（266.00 lx）顯著高于2號卷簾（75.53 lx），1號卷簾區(qū)域在白天會得到更多的太陽輻射。卷簾透光性為：單層卷簾>1號卷簾>2號卷簾，但是單層卷簾舍內(nèi)溫度卻顯著低于試驗舍，由此說明在冬季太陽輻射在一定程度上會影響保溫材料對舍內(nèi)保溫的效果。

2）圍護結(jié)構(gòu)封閉狀況對舍內(nèi)溫度的影響

在溫室生產(chǎn)中，利用保溫被來改善溫室環(huán)境條件的研究有很多[25-26]。在畜禽生產(chǎn)中，在冬季提高畜舍圍護結(jié)構(gòu)保溫性能，能夠提高舍內(nèi)溫度[23,27]。理論上，試驗采用保溫卷簾來改善舍內(nèi)環(huán)境，是可以起到一定作用的。在該試驗中，提高了奶牛舍的卷簾保溫性能，在相同通風量條件下，試驗舍內(nèi)溫度顯著高于對照舍，與其他研究結(jié)果基本一致。盡管在確定牛舍保溫卷簾時要求的舍內(nèi)溫度應不低于-5 ℃，但實際測試中并沒有達到理論計算值，其原因可能是：①實際生產(chǎn)中，牛舍大門基本處于敞開狀態(tài)，無法實現(xiàn)良好的氣流組織，牛舍通風換氣量高于冬季最小通風量要求；②牛舍設(shè)計中，主要考慮了卷簾的可卷放性，卷簾和墻壁之間沒有進行緊密性連接，導致嚴重的冷風滲透，在很大程度上影響了卷簾保溫性能的發(fā)揮。

3）保溫卷簾引起舍內(nèi)濕度升高的原因

評價奶牛冬季冷應激的主要方式是風冷指數(shù)，影響奶牛冬季冷應激的主要指標為溫度和風速。有研究表明當溫度從?20 ℃上升到0時，空氣容納水分的能力從0.22 g/kg上升至0.84 g/kg[28]。即當溫度升高時，空氣中容納水分的能力也會上升，濕度自然會有所增加。有研究表明在舍內(nèi)溫度為4℃時，使用合適的通風系統(tǒng)和具有較好保溫性能的建筑圍護結(jié)構(gòu)可以有效地控制舍內(nèi)濕度[27]。在冬季為保障奶牛舍良好的環(huán)境條件，應該在提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的同時，增加一定量的通風。

4）可封閉開放式牛舍在寒區(qū)應用的可行性

鄭萬萍等研究表明在中國寒區(qū)奶牛場泌乳牛舍建筑以有窗式、矮墻卷簾式為主，其中有窗式牛舍適宜在寒區(qū)使用，單層卷簾的矮墻卷簾牛舍保溫性能較差，不適用于寒區(qū)[14]。本研究表明在寒區(qū)可封閉開放舍將單層卷簾更換為保溫卷簾后，由于卷簾自身的特性，依舊難以保證其適宜的舍內(nèi)環(huán)境。但是若實現(xiàn)卷簾和墻壁之間的緊密型連接，減少畜舍內(nèi)的冷風滲透，同時加強舍內(nèi)生產(chǎn)管理，理論上是可以使舍內(nèi)溫度滿足奶牛正常生產(chǎn)的需求。

4 結(jié)論和建議

1）對奶牛舍卷簾進行改造時，建議選用透光性好且傳熱系數(shù)較低的新型保溫卷簾，理論計算新型保溫卷簾可使建筑耗熱量降低42%。

2）在兩側(cè)開啟25 cm、南側(cè)開啟25 cm和兩側(cè)封閉3種工況下，平均溫度和相對濕度均為試驗舍>對照舍>舍外，試驗舍平均溫度（?16.70、?12.45、?14.95 ℃）和相對濕度（92.06%、96.40%、99.38%）均顯著高于對照舍和舍外（<0.05），但試驗舍依舊處于低溫高濕的狀況下。

3）只改善卷簾的保溫性能并不能保證使寒區(qū)奶牛舍維持良好的最低溫度要求，同時還要注意保溫卷簾與墻壁之間的緊密型連接，以及適宜的生產(chǎn)管理方式。寒區(qū)應慎重采用可封閉開放式的牛舍建筑形式。

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Complex insulation shutter improving winter thermal and humidity environment of open-ended cowshed in cold region

Zhao Wanying1, Zhang Qi1, 2, Shi Zhengxiang1※

(1100083,;2215215,)

The health and production status of dairy cows was affected by low temperature in winter in the cold regions in the north of china. If cows are kept in low temperature for a long time, it will lose a lot of heat, the resistance decreases, and the energy utilization efficiency of the diet decreases, the welfare condition decreases. According to the climate character in Heilongjiang province and the design target is not less than –5 ℃ in test cowshed, this experiment analyzed heat transfer coefficient of single-layer shutter and compared the heat transfer coefficient, surface density and thickness of combination of different materials that can be used to make up new composite insulation shutters. This experiment made some kinds of composite insulation layers, and then selected 2 new insulation shutters from those and conducted a field experimental study in a cattle farm in Heilongjiang province. The determined 2 new combined insulation shutters were the white insulation shutter (white polyester cloth + pearl cotton + spraying-bonded wadding + pearl cotton + white polyester cloth, 1.01 W/(m2·℃)) and grey insulation shutter (PE intertexture cloth + spraying-bonded wadding + needled cotton felt + Aluminized PE intertexture cloth, 0.89 W/(m2·℃)). The study choice one cowshed in a farm as tested house. This cowshed was installed the two insulation shutters on east and west sides adopting the symmetrical installation of north and south which spilt the house into two parts. Then, this study choices the other same cowshed with single-layer shutter as control house. The experiment compared the temperature, humidity and illumination of test house and control house. The results showed that there was significant difference in illumination between the 2 new insulation shutters (<0.05) and no difference in temperature (>0.05), thus the illumination of shutters is a important factor in practical production. However, the illumination of the 2 new insulation shutters were significantly lower than the single-layer shutter (<0.05). On the three working conditions that the south and north shutter both opened 25cm, only the south opened 25cm and both sides closed, the average temperature and relative humidity (RH) in tested house were significantly higher than that of control house and outside (<0.05). The average temperature range in tested house, control house and outside are ?12.45-?16.70 ℃, ?14.38-?18.50 ℃ and ?16.16-?21.56 ℃, respectively, and the average relative humidity range are 88.53%-97.73 %, 82.78%-93.62% and 74.75%-79.24 %, respectively. So, though the new combined insulation shutters have better thermal insulation performance than single-layer shutter, the cowshed is still in the low temperature and high humidity conditions. This paper suggests that in order to ensure the good environmental conditions of the cowshed in winter, we should continue to improve the building envelope at the same time and improve the ventilation system to dehumidifying the air. When we choose the insulation shutter, we should pay attention on its airtight with the wall around. In conclusion, the form of open-ended cowshed with insulation layers should be cautiously adopted in cold areas.

environmental control; temperature; heat transfer coefficient; insulation shutter; cowshed; heat preservation in winter

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.026

S823.9

A

1002-6819(2018)-21-0215-07

2018-04-16

2018-07-25

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（奶牛）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-36）

趙婉瑩，主要從事畜禽養(yǎng)殖工藝與環(huán)境研究。Email：zhaowanying0418@foxmail.com

施正香，教授，博士生導師，主要從事畜禽養(yǎng)殖工藝與環(huán)境研究。Email：shizhx@cau.edu.cn

趙婉瑩，張 琦，施正香. 復合保溫卷簾改善寒區(qū)開放式牛舍冬季熱濕環(huán)境[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(21)：215－221. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.026 http://www.tcsae.org

Zhao Wanying, Zhang Qi, Shi Zhengxiang. Complex insulation shutter improving winter thermal and humidity environment of open-ended cowshed in cold region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 215－221. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.026 http://www.tcsae.org