規(guī)?；驁龆狙蛏嵬鈬o(hù)內(nèi)表面溫度的分布規(guī)律

趙壽培，盧冬梅，李雪梅，郭偉婷，王超，趙娟娟，車大璐，王紅，高玉紅*

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，河北 保定 071001；2. 保定市動物檢疫隊(duì)，河北 保定 071001；3. 石家莊市畜牧技術(shù)推廣站，河北 石家莊 050031；4. 河北省畜牧總站，河北 石家莊 050035)

畜舍溫?zé)岘h(huán)境對家畜的生產(chǎn)性能及其健康水平起著重要影響，環(huán)境溫度、濕度和太陽輻射等溫?zé)嵋蜃油鶈为?dú)或綜合地對機(jī)體產(chǎn)生一定的作用[1]，畜舍外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱水平對舍內(nèi)溫?zé)岘h(huán)境形成至關(guān)重要，與夏季防暑、冬季保暖密切相關(guān)[2]。

合理的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總熱阻可延遲或減緩夏季外界熱量的傳入和冬季舍內(nèi)熱量通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散失[3-4]。對于豬、牛和禽舍的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱量傳遞的研究較多[5-9]，而關(guān)于羊舍外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的研究較少。羊雖然耐寒，但冬季舍內(nèi)的低溫環(huán)境仍然造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。2018—2019年河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系羊創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，河北省冬季羊舍的低溫已經(jīng)引起了羊生產(chǎn)性能和繁殖性能的下降，尤其是羔羊，潮冷的舍內(nèi)環(huán)境常常導(dǎo)致消化道疾病，羔羊下痢屢屢發(fā)生，羔羊死亡率也大大增加。已有研究也表明，寒冷會對家畜健康和生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響[10-12]。但是，目前羊業(yè)正處于散養(yǎng)向舍飼、半舍飼的轉(zhuǎn)型階段，羊舍建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，建筑模式及其材料隨意性較強(qiáng)，嚴(yán)重制約了現(xiàn)代化羊業(yè)的高效、健康、可持續(xù)發(fā)展。本研究通過對河北省冬季規(guī)?；驁?棟羊舍的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及舍內(nèi)環(huán)境溫度的檢測與分析，為羊舍環(huán)境的改善及其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)羊場

選擇河北省石家莊靈壽、欒城以及邢臺地區(qū)規(guī)?；驁鲋芯哂写硇缘?棟羊舍，對羊舍外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面(地面、墻體和屋頂)溫度及舍內(nèi)環(huán)境溫濕度進(jìn)行測定。各羊舍的建筑類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如表1所示。

表1 各羊舍建筑類型與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年1月份中旬進(jìn)行，采用紅外測溫儀(FLUKE F568-2)對所選6棟羊舍的外圍護(hù)內(nèi)表面(屋頂2個坡、墻4個側(cè)面和地面料道2側(cè))溫度進(jìn)行測定，同時利用手持溫度表(TENMARS，臺灣)對羊舍的環(huán)境溫度進(jìn)行定點(diǎn)定時檢測，檢測時間為早6:00-7:00、午12:00-13:00和晚18:00-19:00，連續(xù)測3 d。外圍護(hù)內(nèi)表面溫度檢測時，測點(diǎn)選擇每棟舍長軸方向的3個截面，每個截面均勻設(shè)置16個點(diǎn)(A1，A2，A3，B1，……F)，兩側(cè)山墻各布置8個點(diǎn)(G1……G8，H1……H8)，測點(diǎn)分布如圖1所示。舍內(nèi)環(huán)境溫度檢測時，長軸方向的3個橫截面水平方向上各均勻布置3點(diǎn)，檢測高度為1.7 m。

東西朝向舍：屋頂南坡點(diǎn)設(shè)A，屋頂北坡點(diǎn)設(shè)B，南墻點(diǎn)設(shè)C，北墻點(diǎn)設(shè)D，西墻點(diǎn)設(shè)G，東墻點(diǎn)設(shè)H，地面南側(cè)點(diǎn)設(shè)E，地面北側(cè)點(diǎn)設(shè)F；南北朝向舍：屋頂西坡點(diǎn)設(shè)A，屋頂東坡點(diǎn)設(shè)B，西墻點(diǎn)設(shè)C，東墻點(diǎn)設(shè)D，南墻點(diǎn)設(shè)G，北墻點(diǎn)設(shè)H，地面西側(cè)點(diǎn)設(shè)E，地面東側(cè)點(diǎn)設(shè)F

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析，數(shù)據(jù)表示方法為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。采用R語言統(tǒng)計軟件對外圍護(hù)內(nèi)表面溫度與舍內(nèi)溫度的相關(guān)性進(jìn)行一元線性回歸分析，以P<0.05和P<0.01分別作為差異顯著和極顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時間段不同外圍護(hù)部位的內(nèi)表面溫度變化

不同時間段外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度檢測結(jié)果如表2所示。不同時間段(早、午和晚)和不同外圍護(hù)部位的內(nèi)表面溫度均表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.01)，除舍5舍6，時段與外圍護(hù)部位之間也表現(xiàn)出交互效應(yīng)(P<0.01)。各羊舍早、午、晚外圍護(hù)內(nèi)表面溫度所有檢測點(diǎn)算術(shù)平均值基本表現(xiàn)為午高早低的趨勢(-4.93～-1.03 ℃)，且屋頂早午溫差顯著高于其他外圍護(hù)結(jié)構(gòu)(P<0.05)。

從各舍兩對側(cè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)(屋頂東西坡、屋頂南北坡、南北墻、東西墻、南北地面和東西地面)內(nèi)表面溫度的比較結(jié)果可知(見圖2)，除了東西朝向的2棟羊舍，其他南北朝向羊舍的兩對側(cè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。同場的兩舍比較，有窗舍1的外圍護(hù)溫度均值顯著高于敞棚舍2(P<0.05)，南北朝向舍5的外圍護(hù)均溫顯著高于相同朝向的舍6(P<0.01)。同為有窗舍的舍3和舍4比較，屋頂為復(fù)合板結(jié)構(gòu)的舍4外圍護(hù)均溫顯著高于單彩鋼屋頂?shù)纳?(P<0.01)，舍4和舍3外圍護(hù)溫度分別為3.95 ℃和3.00 ℃，尤其是屋頂北坡、北墻和地面北側(cè)(P<0.05)。

2.2 外圍護(hù)內(nèi)表面溫度與羊舍環(huán)境溫度的相關(guān)性

各羊舍環(huán)境溫度的檢測結(jié)果如表3所示，早、午、晚舍內(nèi)溫度和濕度均表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)，羊舍內(nèi)溫度同外圍護(hù)溫度變化基本一致，表現(xiàn)為中午最高，早晚低的規(guī)律性。同場兩舍比較，舍1與舍2、舍3與舍4的溫度和濕度均呈顯著性差異(P<0.01)，而舍5和舍6的溫度和濕度差異不顯著(P>0.05)。通過分析所有羊舍外圍護(hù)內(nèi)表面溫度與羊舍環(huán)境溫度的相關(guān)性可知(見圖3)，內(nèi)表面溫度與羊舍環(huán)境溫度之間表現(xiàn)出極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，r=0.94)，回歸方程為：y=0.931x+0.569 7。

表2 不同時間段和不同外圍護(hù)部位的內(nèi)表面溫度及差異性分析

注：各舍兩對側(cè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)比較，即，屋頂南北坡、屋頂東西坡、南北墻、東西墻、南北地面、東西地面，標(biāo)注不同小寫字母者為差異顯著 (P<0.05), 不同大寫字母者為差異極顯著(P<0.01)，相同小寫字母者為差異不顯著 (P>0.05)

表3 各羊舍檢測的環(huán)境溫濕度

圖3 外圍護(hù)內(nèi)表面溫度與舍內(nèi)環(huán)境溫度的相關(guān)性

3 討論

羊舍外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是維持舍內(nèi)小氣候的外部結(jié)構(gòu)，墻體和屋頂是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，冬季通過墻體散失的熱量占整個畜舍總散熱量的35%～40%[13]。試驗(yàn)各舍早、午、晚的外圍護(hù)內(nèi)表面溫度存在較大差異，中午內(nèi)表面溫度最高，早上可降至-4.93～-1.03 ℃，這主要是由于寒冷冬季夜間氣溫降低導(dǎo)致墻體和屋頂熱量大量散失，所以早上外圍護(hù)內(nèi)表面溫度降至最低，隨著外界氣溫的增加，墻體吸收熱量，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度隨之增加。任宗黨等[14]對多種建筑外墻隔熱性能的分析指出，墻內(nèi)表面溫度在相同的溫度波作用下，墻內(nèi)表面溫度隨著外界環(huán)境溫度變化而變化，且存在衰減與延遲現(xiàn)象。趙婉瑩等[15]關(guān)于不同建筑材料豬舍外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的研究也表明，屋頂和吊頂?shù)脑?、午、晚?nèi)表面溫度呈現(xiàn)低—高—低的變化趨勢，這和本研究結(jié)果基本一致。已有研究[23]認(rèn)為，綿羊的適宜溫度為-3 ℃～23 ℃，雖然本研究中各舍日均溫處于正常范圍內(nèi)，但部分羊舍早上溫度過低，需要加強(qiáng)冬季外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能。研究還表明，不同外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度也有所差異，各結(jié)構(gòu)兩對側(cè)內(nèi)表面溫度表現(xiàn)為：屋頂南坡>北坡、屋頂西坡>東坡、南墻>北墻、西墻>東墻、地面南側(cè)>北側(cè)和地面西側(cè)>東側(cè)的規(guī)律性。據(jù)中國建筑熱分析專用氣象數(shù)據(jù)[17]顯示，河北省地區(qū)的南向和西向熱輻射與其對側(cè)的相比較熱輻射較大，這與本試驗(yàn)結(jié)果相符。趙運(yùn)超等[18]研究也表明，墻體的不同朝向?qū)ζ鋬?nèi)表面溫度影響較大，當(dāng)墻體材料相同時，西側(cè)的墻體相比東側(cè)，外圍護(hù)內(nèi)表面溫度較高。

外圍護(hù)內(nèi)表面溫度和舍內(nèi)的環(huán)境溫度密切相關(guān)[19]。本研究表明羊舍外圍護(hù)內(nèi)表面溫度與舍內(nèi)環(huán)境溫度之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度較高時，舍內(nèi)溫度也會增加，所以保溫隔熱性能好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)對于舍內(nèi)環(huán)境的改善非常重要。本研究中密閉性強(qiáng)的有窗舍外圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度及舍內(nèi)溫度均顯著高于敞棚舍。陳健等[20]和周英昊等[21]研究認(rèn)為，棚舍容易受風(fēng)、雨、雪等外界環(huán)境因素的影響，不能形成穩(wěn)定的小氣候，舍內(nèi)環(huán)境很難控制。除了建筑結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料對結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度影響也較大，尤其是屋頂。一般情況下，寒冷地區(qū)屋頂往往選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，以減少舍內(nèi)熱量的散失[22]。本研究中復(fù)合彩鋼板屋頂舍(舍4)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度及其舍內(nèi)溫濕度顯著高于單彩鋼屋頂舍(舍3)，尤其是舍的北側(cè)部位溫度，舍4的地面北側(cè)(羊床)、屋頂北坡和北墻溫度分別比舍3提高了1.46、1.56和1.08 ℃。羊喜陽怕潮，地面是羊躺臥和活動的地方，地面溫度直接影響羊的健康和生長，由于復(fù)合彩鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)相對單層彩鋼板較小，減少了舍內(nèi)熱量的散發(fā)，利于冬季的羊舍保溫。洪小華等[23]和王美芝等[5]也報道，屋頂添加保溫材料可增加隔熱性能，有效提高舍內(nèi)溫度。此外，本研究中羊舍地面南側(cè)溫度均顯著高于北側(cè)，為了提高北側(cè)地面的溫度和采光效果，可在屋頂北側(cè)適當(dāng)設(shè)置采光板，以增加舍內(nèi)北側(cè)的光照，同時提高北側(cè)地面的溫度。

除了外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑形式和建筑材影響舍內(nèi)溫?zé)岘h(huán)境，畜舍朝向?qū)τ谏醿?nèi)環(huán)境也起到重要作用。屋頂作為重要的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，本研究中南北朝向羊舍的屋頂南北坡溫度差異均達(dá)顯著水平，而東西朝向羊舍屋頂兩坡溫度差異不顯著，且對側(cè)墻體的溫度差異也不顯著，由此推測，從舍內(nèi)環(huán)境溫度和采光均勻度來分析，東西朝向舍要好于南北朝向舍，這仍需進(jìn)一步研究和證實(shí)。目前華北地區(qū)東西朝向羊舍在實(shí)際生產(chǎn)中已逐漸被采納，但也要考慮外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體保溫性能。

4 結(jié)論

羊舍外圍護(hù)內(nèi)表面溫度直接影響舍內(nèi)溫度，與舍內(nèi)環(huán)境溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的日變化表現(xiàn)為午高早低的規(guī)律，需加強(qiáng)早上羊舍的保溫。建議冀中南地區(qū)羊舍東西朝向設(shè)計，并重視屋頂?shù)谋馗魺嵩O(shè)計，既考慮舍內(nèi)適宜的均溫，又要考慮溫度的均勻性。