西北地區(qū)肉牛舍自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

張若琪，安 捷，劉繼軍*，朱躍明

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100093；2.青島新良牧農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東青島 266500；3.張掖市萬(wàn)禾草畜產(chǎn)業(yè)科技開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅張掖 734000）

動(dòng)物的生產(chǎn)力有30%～40%取決于環(huán)境因素[1]，溫度、濕度、氣流和氣體環(huán)境是評(píng)價(jià)畜舍環(huán)境的重要指標(biāo)。美國(guó)中西部手冊(cè)[2]和國(guó)內(nèi)常用推薦值[1]對(duì)不同家畜的養(yǎng)殖提出了通風(fēng)量的要求。然而在實(shí)際養(yǎng)殖中，舍內(nèi)外溫差不斷變化，開(kāi)放式畜舍內(nèi)很難達(dá)到穩(wěn)定的通風(fēng)，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境，不僅需要合適的通風(fēng)設(shè)計(jì)，還應(yīng)當(dāng)依靠于畜舍環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)外在畜舍通風(fēng)自動(dòng)控制方法主要分為2 種：一是單因素變量控制，通過(guò)單一的因素（如溫度）作為調(diào)控指標(biāo)，來(lái)控制舍內(nèi)全年的環(huán)境；二是多因素變量綜合控制，通過(guò)計(jì)算舍內(nèi)外溫度、濕度、風(fēng)速綜合考慮來(lái)控制畜舍內(nèi)環(huán)境。Daskalov 等[3]通過(guò)計(jì)算舍內(nèi)外溫度、濕度、風(fēng)速的影響理論上構(gòu)建了一套綜合考慮舍內(nèi)外溫濕度和風(fēng)速控制模式。Shen 等[4]構(gòu)建了用于自然通風(fēng)系統(tǒng)的與風(fēng)速、風(fēng)向、進(jìn)排氣口設(shè)置以及舍內(nèi)外溫度相關(guān)的控制公式。牛舍一般采用自然通風(fēng)，冬季北方地區(qū)牛舍通常為了保溫而密閉門窗，舍內(nèi)的濕度受牛呼吸排濕和糞尿、飼料蒸發(fā)排濕影響[5]。若通風(fēng)不足，會(huì)引起牛只皮膚、呼吸道感染等多種疾病,嚴(yán)重影響生產(chǎn)能力[6]。然而牛舍的自然通風(fēng)系統(tǒng)目前尚缺乏自動(dòng)控制系統(tǒng)研究，為探究肉牛舍冬季自然通風(fēng)自動(dòng)調(diào)控，使溫度與通風(fēng)更合理，本研究根據(jù)實(shí)際牛舍養(yǎng)殖情況開(kāi)發(fā)了一套自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)安裝通風(fēng)系統(tǒng)的牛舍進(jìn)行環(huán)境指標(biāo)和生長(zhǎng)性能測(cè)定，分析通風(fēng)控制設(shè)備的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地與飼養(yǎng)管理 本試驗(yàn)于2019 年1—2 月在國(guó)家肉牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系張掖試驗(yàn)站（38°49'Ν，100°41'E）進(jìn)行。選取試驗(yàn)牛舍2 棟，均為東西朝向，雙坡鋼屋架彩鋼板屋面的有窗式牛舍，舍內(nèi)呈雙列中走道布置，牛舍尺寸為144 m×13 m×3.9 m，東西兩側(cè)縱墻各設(shè)置3扇2.0 m×1.4 m 推拉門。試驗(yàn)舍為有窗式牛舍，窗臺(tái)高度1.4 m，縱墻通長(zhǎng)設(shè)置陽(yáng)光板上翻窗，高2.5 m，冬季試驗(yàn)期間完全關(guān)閉；對(duì)照舍為自動(dòng)卷簾牛舍，窗臺(tái)高度1.4 m，卷簾高2.5 m，冬季試驗(yàn)期間卷簾完全關(guān)閉。牛舍建筑如圖1 所示。

圖1 牛舍平面圖

在設(shè)備安裝之前，先對(duì)兩舍進(jìn)行了空白對(duì)照預(yù)試驗(yàn)，共計(jì) 3 d，測(cè)定兩舍08:00、14:00、20:00 舍內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)。如表1 所示，兩舍環(huán)境條件無(wú)顯著差異。

表1 預(yù)試驗(yàn)階段兩舍的環(huán)境數(shù)據(jù)

試驗(yàn)舍、對(duì)照舍分別飼養(yǎng)西門塔爾雜交公牛220 頭，分別隨機(jī)挑選分布于6 個(gè)區(qū)域內(nèi)的共計(jì)24 頭牛作為試驗(yàn)牛，于試驗(yàn)期間測(cè)定其生長(zhǎng)指標(biāo)。兩舍飼養(yǎng)管理相同，均為拴系飼養(yǎng)，恒溫水槽飲水，每天08:00 和16:00 喂料，每3 d 進(jìn)行1 次人工清糞。日糧精飼料組成如表2 所示，精粗比為33:67。

表2 精飼料原料組成 %

1.2 自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制與控制 為使試驗(yàn)自然通風(fēng)系統(tǒng)可以滿足牛舍通風(fēng)的要求，首先需要根據(jù)牛舍的養(yǎng)殖情況，確定牛舍冬季所需最小通風(fēng)量。冬季通風(fēng)量需求按照中西部手冊(cè)MWPS 給出的參數(shù)計(jì)算為0.056 m3/（h·kg）[2]，肉牛體重按照500 kg 計(jì)算，舍內(nèi)養(yǎng)殖240 頭牛，所需通風(fēng)量總計(jì)為6 720 m3/h。

自然通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)部分使用通風(fēng)窗實(shí)現(xiàn)，通風(fēng)小窗呈上翻開(kāi)啟，窗寬620 mm、高225 mm，每個(gè)小窗提供通風(fēng)面積最大可達(dá)0.14 m2通風(fēng)窗示意圖2 所示。為保證通風(fēng)效果并且不影響正常生產(chǎn)管理，通風(fēng)窗安裝于牛舍縱墻屋檐下方。在對(duì)照舍中，夜間卷簾拉下，門窗關(guān)閉。在試驗(yàn)舍中，夜間門窗關(guān)閉，自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)啟，將自動(dòng)控制系統(tǒng)通風(fēng)窗視為排氣口，縱墻窗臺(tái)與窗戶的縫隙為進(jìn)氣口，縫隙2～3 mm，進(jìn)氣口面積超過(guò)排氣口面積的50% 以上，可以進(jìn)行有效通風(fēng)，窗臺(tái)高度1.4 m，則進(jìn)排氣口高差計(jì)為2.5 m。按照熱壓通風(fēng)計(jì)算所需排風(fēng)口面積，公式：

圖2 通風(fēng)窗模型示意圖

式中，F(xiàn) 為牛舍所需排風(fēng)口面積，單位為m2；L 為牛舍所需總通風(fēng)量，單位為m3/L；v 為通風(fēng)口風(fēng)速。當(dāng)通風(fēng)口風(fēng)速的公式在綜合考慮熱壓和風(fēng)壓時(shí)：

式中，v 為通風(fēng)口風(fēng)速，單位為m/s；Cd為氣體流量系數(shù)；g 為重力加速度，取9.8；H 為進(jìn)排氣口垂直高差，m；Ti為舍內(nèi)溫度，K；To為舍外溫度，K；k1、k2分別為進(jìn)、出風(fēng)口處的壓力系數(shù)；vv為舍外風(fēng)速，單位為m/s。但在實(shí)際牛舍設(shè)計(jì)和改造時(shí)，利用壓力計(jì)算涉及參數(shù)過(guò)多，尤其涉及舍外風(fēng)速和風(fēng)向等問(wèn)題，難以計(jì)算結(jié)果，通常冬季設(shè)計(jì)忽略舍外風(fēng)速，只考慮熱壓的情況來(lái)計(jì)算通風(fēng)口風(fēng)速。

由（1）（2）帶入數(shù)值可簡(jiǎn)化排風(fēng)口面積公式

由上述公式可知，通風(fēng)量一定時(shí)，排氣口面積與舍內(nèi)外溫差的開(kāi)方呈反比，為確保設(shè)計(jì)通風(fēng)面積滿足通風(fēng)需求，根據(jù)張掖氣候情況，按舍內(nèi)外溫差為2℃（最小取值）、舍外溫度5℃（最大取值）計(jì)算，此時(shí)F=6.28 m2，所需風(fēng)窗數(shù)量為45 扇。為保證滿足該牛舍的通風(fēng)量需求，同時(shí)最大程度實(shí)現(xiàn)均勻通風(fēng)，按照每開(kāi)間每側(cè)設(shè)置1 扇通風(fēng)小窗，共48 扇，通風(fēng)面積共6.72 m2，以此計(jì)算最大可提供7250 m3/h 通風(fēng)量，滿足畜舍要求。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)擬采用溫差控制，舍內(nèi)、外各設(shè)置1 個(gè)溫度探頭，以實(shí)時(shí)測(cè)定舍內(nèi)外溫度。舍內(nèi)探頭位于牛舍中部距地面約3 m 處，舍外探頭位于西側(cè)屋檐下距地面3 m 處，并進(jìn)行遮光處理。通風(fēng)窗的啟閉由電動(dòng)推桿拉動(dòng)實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)縱墻中部分別設(shè)置1 組自動(dòng)電動(dòng)推桿，在電動(dòng)推桿勻速運(yùn)動(dòng)的前提下，風(fēng)窗開(kāi)合度即為推桿所需運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)占從閉合到完全開(kāi)啟所需總時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間比，控制邏輯即為：

式中,K*為某時(shí)刻通風(fēng)窗的開(kāi)合度，單位為%；F*為某時(shí)刻牛舍所需通風(fēng)面積，單位為m2；Ν 為通風(fēng)窗數(shù)量；S 為單個(gè)通風(fēng)窗的最大開(kāi)啟面積，單位為m2；L 為牛舍所需通風(fēng)量，單位為m3/h；f為某時(shí)刻與舍內(nèi)溫度和舍外溫度相關(guān)的參數(shù)；t*為某時(shí)刻推桿所需運(yùn)行的時(shí)間，單位為s；t 為風(fēng)窗從閉合到完全開(kāi)啟所需的推桿運(yùn)行時(shí)間，單位為s。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及位點(diǎn) 測(cè)定指標(biāo)分為環(huán)境測(cè)定指標(biāo)和肉牛生長(zhǎng)性能測(cè)定，環(huán)境測(cè)定指標(biāo)為溫度、相對(duì)濕度、CO2濃度和ΝH3濃度。測(cè)定使用的儀器如表3 所示，測(cè)試位點(diǎn)如圖3 所示。

圖3 環(huán)境測(cè)定布點(diǎn)示意圖

表3 實(shí)驗(yàn)儀器信息

肉牛生長(zhǎng)性能測(cè)定是對(duì)試驗(yàn)牛進(jìn)行試驗(yàn)前期和試驗(yàn)結(jié)束稱量牛體重量，2 次稱重間隔30 d 以上，并計(jì)算其平均日增重量，剔除異常值后可得到兩舍肉牛的生長(zhǎng)性能數(shù)據(jù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 在自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的效果中，用Excel 對(duì)正式試驗(yàn)中測(cè)定的兩舍環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行差異分析，判斷牛舍環(huán)境是否有顯著差異，并對(duì)兩舍肉牛生長(zhǎng)性能進(jìn)行差異分析，判斷通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)肉牛生長(zhǎng)性能有顯著影響，數(shù)據(jù)結(jié)果表示形式為平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差。P＜0.01 表示差異極顯著，P＜0.05 表示差異顯著，P＞0.05 表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫濕度環(huán)境 由于牛舍管理日夜存在差別，白天時(shí)牛舍端墻兩側(cè)飼喂走道門打開(kāi)，夜間關(guān)閉所有門窗，在數(shù)據(jù)處理中，將所有數(shù)據(jù)分為白天（08:00—20:00）以及夜間（20:00—次日08:00）2 種情況分別處理。由表4 可知，試驗(yàn)舍與對(duì)照舍在各時(shí)段的溫濕度均出現(xiàn)極顯著差異，夜間時(shí)段試驗(yàn)舍平均溫度比對(duì)照舍低1.0℃；處理舍夜間濕度為95.17%，對(duì)照舍為94.66%，兩舍相差不到1%（P＜0.01）。白天兩舍環(huán)境差異也較小，處理舍平均溫度比對(duì)照舍低1.1℃，相對(duì)濕度高1.7%（P＜0.01）。

表4 舍內(nèi)外各時(shí)段平均溫濕度及含水量情況

自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的小窗開(kāi)口面積與進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速的變化趨勢(shì)如圖4 所示，2019 年1 月20 日至2 月1日期間，全天各個(gè)時(shí)段的進(jìn)風(fēng)口平均風(fēng)速，最高風(fēng)速在04:00 左右，達(dá)到0.83 m/s，最低風(fēng)速在16:00 左右，為0.54 m/s，通風(fēng)窗開(kāi)口面積與此相對(duì)應(yīng)，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速最大時(shí)，開(kāi)口面積最小，為小窗總面積的33.37%；風(fēng)速最小時(shí)，開(kāi)口面積達(dá)到小窗總面積的51.45%。

圖4 全天風(fēng)速和小窗開(kāi)口變化情況

2.2 舍內(nèi)氣體環(huán)境 如表5 所示，除20:00 外，早晨、中午的試驗(yàn)舍CO2濃度均低于對(duì)照舍（P＜0.01），日平均濃度低405 mg/m3，早晨測(cè)定兩舍差異最大，試驗(yàn)組舍比對(duì)照舍濃度低616 mg/m3。早晨、中午的試驗(yàn)組ΝH3濃度處理舍低于對(duì)照舍（P＜0.05），但晚間測(cè)定處理舍極顯著高于對(duì)照舍（P＜0.01）。

表5 兩舍氣體環(huán)境情況 mg/m3

兩舍CO2濃度日變化曲線如圖5 所示，兩舍內(nèi)CO2濃度變化趨勢(shì)相近，對(duì)照舍CO2濃度普遍高于處理舍，平均CO2濃度高701.8 mg/m3（P＜0.01）。從日變化規(guī)律來(lái)看，對(duì)照舍的CO2濃度變化幅度較大且頻繁，在02:00 左右舍內(nèi)濃度降為最低，14:00 左右舍內(nèi)氣體濃度最高；CO2濃度差異最大可達(dá)到1 500 mg/m3以上，也存在處理舍濃度高于對(duì)照舍的情況。

圖5 兩舍CO2 濃度日變化曲線

由于兩舍肉牛之間存在顯著的體重差異，僅用全舍的CO2含量來(lái)表示牛舍內(nèi)通風(fēng)情況不能完全體現(xiàn)通風(fēng)效果對(duì)兩舍內(nèi)牛只的影響，圖6 為全天時(shí)段兩舍單位體重肉牛產(chǎn)生的CO2含量?？傮w來(lái)看，對(duì)照舍CO2濃度依然高于處理舍，平均單位體重產(chǎn)生CO2濃度高0.013 mg/m3（P＜0.01），但也存在處理舍高于對(duì)照舍的情況。在09:00—20:00，對(duì)照舍和試驗(yàn)舍單位體重肉牛產(chǎn)生的CO2含量相差較小，20:00—22:00 試驗(yàn)舍明顯高于對(duì)照舍。

2.3 肉牛生長(zhǎng)性能 如表6 所示，處理舍和對(duì)照舍牛只平均日增重分別為1.14、1.06 kg/d（P＞0.05）。

表6 試驗(yàn)舍與對(duì)照舍肉牛日增重量 kg

2.4 模擬分析試驗(yàn) 從以上數(shù)據(jù)中可以看出，在張掖冬季地區(qū)，自動(dòng)通風(fēng)裝置雖然對(duì)牛舍內(nèi)環(huán)境有一定的改善作用，但是對(duì)肉牛生產(chǎn)沒(méi)有特別明顯的效果，主要原因是和國(guó)內(nèi)一些寒冷地區(qū)相比，張掖地區(qū)氣溫相對(duì)較高。在試驗(yàn)期間，全天室外氣溫平均在-11～-2℃，然而育肥牛舍內(nèi)全天溫度在-5～10℃，舍內(nèi)外溫差不大，白天甚至存在舍內(nèi)外溫差為0℃的情況，在這種情況下，自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控與自然通風(fēng)舍通風(fēng)情況差異不大。該設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于在舍內(nèi)外溫差較大的情況下，能保證舍內(nèi)通風(fēng)情況穩(wěn)定，更好地改善氣體環(huán)境。在東北地區(qū)冬季氣溫比較低，牛舍內(nèi)外晝夜溫差較大，且12～13 m跨度的有窗牛舍較為常見(jiàn)，根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)該設(shè)備在東北地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬分析。

2.4.1 模擬地區(qū)和牛舍規(guī)模 模擬地區(qū)位于我國(guó)東北地區(qū)黑龍江省佳木斯市，因?yàn)榧涯舅剐竽琉B(yǎng)殖比較多，并且緯度較高，冬季氣候寒冷，一月最低氣溫可以達(dá)到-30℃，平均氣溫在-26～-14℃。本試驗(yàn)根據(jù)2020 年1 月13 日佳木斯的天氣情況進(jìn)行模擬分析，氣溫變化如圖7 所示，全天氣溫變化在-30～-9℃。牛舍規(guī)模設(shè)置和本試驗(yàn)相同，牛舍尺寸為144 m×13 m×3.9 m，試驗(yàn)舍牛舍內(nèi)依靠自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)；對(duì)照舍配置4 個(gè)半徑0.2 m 的風(fēng)管，總通風(fēng)面積為0.502 4 m2，兩棟牛舍內(nèi)分別養(yǎng)殖斷奶犢牛120 頭[7]，犢牛體重平均100 kg，要求舍內(nèi)有供暖，溫度達(dá)到10℃，以保證犢牛的健康成長(zhǎng)[8]。

圖7 佳木斯1 月13 日氣溫變化趨勢(shì)圖

2.4.2 通風(fēng)量設(shè)定 冬季通風(fēng)量需求按照國(guó)內(nèi)常用標(biāo)準(zhǔn)[1]給出的參數(shù)計(jì)算為0.17 m3/（h·kg），斷奶犢牛的體重按照100 kg 計(jì)算，舍內(nèi)養(yǎng)殖120 頭牛[19]，所需通風(fēng)量總計(jì)為2 040 m3/h。

2.4.3 通風(fēng)面積計(jì)算 由1.2 公式（3）可以得到排風(fēng)口面積隨著舍內(nèi)外溫差變化而變化的趨勢(shì)圖。其中進(jìn)排氣口垂直高度差由于通風(fēng)窗口的開(kāi)合會(huì)發(fā)生微小的變化，如圖8 所示，變化量a 隨著開(kāi)啟角度θ的變化而變化，a=0.225cosθm，遠(yuǎn)小于進(jìn)排氣口垂直高度差2.5 m，可忽略值的變化。

圖8 通風(fēng)窗示意圖

2.4.4 模擬結(jié)果分析 佳木斯全天自動(dòng)控制通風(fēng)窗口面積變化趨勢(shì)如圖9 所示，窗口總面積最大可達(dá)到0.6 m2，最小為0.39 m2，平均窗口面積0.57 m2。

圖9 試驗(yàn)舍全天通風(fēng)窗口面積變化

對(duì)照舍通過(guò)風(fēng)管通風(fēng)，通風(fēng)面積為0.502 4 m2，根據(jù)舍外風(fēng)速的變化，對(duì)照舍全天通風(fēng)量變化如圖10 所示，最大通風(fēng)量為2 568 m3/h，出現(xiàn)在02:00，最小通風(fēng)量為1 698 m3/h，出現(xiàn)在13:00 左右。從20:00 到第2 天08:00，對(duì)照舍通風(fēng)量一直處于超過(guò)牛舍需要量的狀態(tài)。09:00—18:00，對(duì)照舍內(nèi)通風(fēng)量低于牛舍所需最小通風(fēng)量，不能滿足犢牛舍對(duì)通風(fēng)的需求。

圖10 對(duì)照舍和試驗(yàn)舍全天通風(fēng)量對(duì)比

3 討論

通過(guò)溫濕度對(duì)比結(jié)果可以看出，試驗(yàn)舍的溫度較低，這是由于自動(dòng)控制通風(fēng)設(shè)備加強(qiáng)了牛舍通風(fēng)換氣，也增加了舍內(nèi)的熱量損失，但從數(shù)據(jù)上分析，這種熱量損失并不明顯，舍內(nèi)溫度沒(méi)有達(dá)到過(guò)低水平。從濕度考慮，試驗(yàn)舍加強(qiáng)了舍內(nèi)通風(fēng)，理論上應(yīng)當(dāng)能更高效率地將舍內(nèi)水汽排出，但晝夜2 個(gè)時(shí)段試驗(yàn)舍的相對(duì)濕度均高于對(duì)照舍，不符合預(yù)期結(jié)果。

從氣體環(huán)境來(lái)看，兩舍之間CO2和ΝH3含量均存在顯著差異。08:00 后測(cè)定的CO2濃度可以看做牛只夜間活動(dòng)產(chǎn)生的存留量，此時(shí)對(duì)照舍CO2濃度發(fā)生較大變化，在22:00 至第二天08:00，對(duì)照舍CO2含量顯著高于處理舍，均說(shuō)明自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有效地促進(jìn)了舍內(nèi)夜間的空氣流通，降低了夜間舍內(nèi)的氣體含量。08:00—22:00 處于白天進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)間，人員進(jìn)出和牛舍大門開(kāi)啟會(huì)導(dǎo)致對(duì)照舍通風(fēng)量增大，此時(shí)兩舍內(nèi)單位體重的牛產(chǎn)生的CO2含量相近。20:00—22:00，舍外風(fēng)速較大，而對(duì)照舍在沒(méi)有自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的情況下舍內(nèi)通風(fēng)量會(huì)進(jìn)一步加大。而夜間測(cè)定的顯著差異結(jié)果說(shuō)明自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)白天的舍內(nèi)通風(fēng)貢獻(xiàn)較小。ΝH3含量早中晚3 次測(cè)定試驗(yàn)舍分別為4.62、3.67、4.98 mg/m3，對(duì)照舍為5.14、4.14、3.98 mg/m3，試驗(yàn)舍早、中的ΝH3濃度顯著低于對(duì)照舍，但晚間測(cè)定極顯著高于對(duì)照舍，符合預(yù)期效果。造成這一現(xiàn)象的原因可能是白天時(shí)處理舍通風(fēng)量較大，導(dǎo)致舍內(nèi)糞便釋放氨氣量上升。有研究表明，牛舍內(nèi)通風(fēng)量和糞便中ΝH3釋放量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，平均通風(fēng)量每增大100 m3/h，舍內(nèi)氨氣日產(chǎn)量增大2.4 g[9]。因此，使用氨氣含量對(duì)舍內(nèi)通風(fēng)進(jìn)行控制和計(jì)算仍存在一定局限。試驗(yàn)期間，對(duì)照舍和試驗(yàn)舍全天CO2含量變化較大，理論上動(dòng)物產(chǎn)生CO2日變化應(yīng)較為穩(wěn)定，初步分析原因可能是該自動(dòng)測(cè)定儀較為敏感，受牛只影響嚴(yán)重，而且考慮到白天時(shí)CO2濃度極不穩(wěn)定，認(rèn)為自動(dòng)記錄儀也受到了由于舍內(nèi)管理造成的氣流影響?？傮w上，試驗(yàn)舍變化相對(duì)平穩(wěn)，00:00—08:00 濃度緩慢下降，這是由于舍外溫度持續(xù)降低，舍內(nèi)外溫差逐漸增加，熱壓通風(fēng)小幅增強(qiáng)，降低舍內(nèi)CO2含量；08:00 后開(kāi)始飼養(yǎng)管理，開(kāi)啟舍門，此時(shí)CO2濃度出現(xiàn)顯著降低；下午完成飼喂后，舍內(nèi)CO2濃度持續(xù)升高，直至夜間舍內(nèi)濃度趨于穩(wěn)定。

在肉牛生長(zhǎng)性能的測(cè)定中，兩舍試驗(yàn)期間溫濕度環(huán)境差異雖然顯著但差值較小，溫濕度環(huán)境相近，但兩舍肉牛日增重并沒(méi)有體現(xiàn)出顯著性差異，原因可能包括試驗(yàn)時(shí)間和環(huán)境差異兩個(gè)方面：2 次測(cè)定時(shí)間相隔1 個(gè)月，在短時(shí)間試驗(yàn)中可能沒(méi)有體現(xiàn)出環(huán)境差異對(duì)肉牛的影響；兩舍氣體環(huán)境差異顯著但可能不足以影響肉牛生長(zhǎng)，這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，肉牛日增重不受周圍氣體環(huán)境的影響。本試驗(yàn)中，兩舍牛體重差異較大，試驗(yàn)初期兩舍試驗(yàn)牛平均體重分別為439 kg 和533 kg，對(duì)照舍體重較處理舍極顯著高94 kg。在動(dòng)物的生長(zhǎng)過(guò)程中，其體重隨日齡的變化通常呈負(fù)指數(shù)分布[10]，即隨日齡增大，動(dòng)物的體重變化率逐漸減小，直至最大體重后體重變化率接近于0。肉用犢牛體重不是依時(shí)間平衡增長(zhǎng)的，6月齡犢牛的生長(zhǎng)發(fā)育速度非?？?，比6～12 月齡時(shí)期的生長(zhǎng)發(fā)育速度快很多，但犢牛長(zhǎng)至12 月齡后，其生長(zhǎng)速度開(kāi)始明顯減慢，以至越接近性成熟生長(zhǎng)速度會(huì)越慢。在對(duì)肉牛增重規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)，相同品種相同生長(zhǎng)條件的肉牛在性成熟之后，體重對(duì)日齡的變化較為均勻，各階段日增重差異較小[11-12]。在國(guó)內(nèi)對(duì)西門塔爾雜交牛的生長(zhǎng)規(guī)律研究中表明，肉用西門塔爾牛從出生到20月齡體重、體尺平均值呈逐增態(tài)勢(shì)，但各階段增幅不一，體重自出生到12 月齡增幅較大，13～20 月齡增幅緩慢，在這個(gè)階段肉牛生長(zhǎng)速度基本均勻變化，線性增長(zhǎng)，對(duì)于出欄體重在700 kg 以上的肉牛，其在400～600 kg 的生長(zhǎng)階段中，體重增速均勻，日增重幾乎無(wú)變化[13-15]。在這種情況下，認(rèn)為試驗(yàn)所用的2 種體重水平的肉牛在相同處理下增重?zé)o顯著差異。由此認(rèn)為，本試驗(yàn)中可忽略體重差異對(duì)生長(zhǎng)性能的影響。

在模擬試驗(yàn)當(dāng)中，2 種通風(fēng)方式相比，對(duì)照舍風(fēng)管通風(fēng)面積固定，在全天不斷變化溫度的情況下，通風(fēng)窗的通風(fēng)效果不能完全滿足牛舍的要求。在風(fēng)速較大時(shí)，通風(fēng)量可以達(dá)到2 568 m3/h，對(duì)于冬季的犢牛來(lái)說(shuō)，首先，通風(fēng)量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致舍內(nèi)熱量散失過(guò)多，出生犢牛對(duì)氣候變化比較敏感，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)育完全，在冷環(huán)境中容易引起冷應(yīng)激[16-17]。其次，夜晚賊風(fēng)進(jìn)入可能會(huì)導(dǎo)致?tīng)倥ｏL(fēng)濕，引起肢蹄疾病，影響犢牛生長(zhǎng)發(fā)育。并且，為了保證在通風(fēng)量較大時(shí)犢牛舍溫度在10℃左右，需要加大舍內(nèi)供暖力度，導(dǎo)致夜間耗能增加。在風(fēng)速較小時(shí)，通風(fēng)量只有1 698 m3/h，沒(méi)有滿足牛舍內(nèi)最小通風(fēng)量的要求，這會(huì)導(dǎo)致舍內(nèi)空氣流動(dòng)受阻，有害氣體增加，從而導(dǎo)致?tīng)倥ＩL(zhǎng)發(fā)育受阻，肺炎患病率增加[18]。自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)舍內(nèi)外溫差的變化隨時(shí)調(diào)整開(kāi)閉角度，能保證舍內(nèi)通風(fēng)量實(shí)時(shí)穩(wěn)定，既不會(huì)造成舍內(nèi)過(guò)多的熱量流失，也不會(huì)使通風(fēng)換氣受阻。在晝夜溫差較大的地區(qū)，自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)更能體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有效地提高了試驗(yàn)牛舍的通風(fēng)量，改善了環(huán)境狀況。與對(duì)照舍相比，試驗(yàn)舍日平均溫度降低1.02℃，相對(duì)濕度提高1.11%，CO2濃度低574 mg/m3，ΝH3濃度低0.07 mg/m3，均存在極顯著差異。自然通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)肉牛增重?zé)o顯著影響，處理舍與對(duì)照舍肉牛平均日增重分別為1.14 kg和1.06 kg。模擬結(jié)果顯示，在舍內(nèi)外溫差在19～40℃的寒冷地區(qū)，自然通風(fēng)自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)與自然通風(fēng)相比有更好的通風(fēng)效果。