密閉漏縫地板羊舍的溫濕參數(shù)變化規(guī)律

李永亮,李曉宇,宋連杰,趙心念,高玉紅,毛 森,田樹軍,周英昊*

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院,河北 保定 071001;2.承德市農(nóng)林科學(xué)院 畜牧研究所,河北 承德 067000)

畜舍的溫熱參數(shù)直接或間接影響家畜的生長和繁殖[1],尤其對熱環(huán)境要求較高的豬和雞。為了滿足豬雞對熱環(huán)境的要求,常采用環(huán)境可控的密閉舍結(jié)構(gòu),而反芻家畜(如羊)由于飼養(yǎng)條件較為寬泛,常采用開放或半開放的畜舍結(jié)構(gòu)。隨著人們對羊肉需求量的逐年增加,集約化、現(xiàn)代化的高效養(yǎng)殖模式也不斷在探索,漏縫地板的密閉式羊舍由于環(huán)境可控和清糞方便容易被人們所認可。相比實體地面,漏縫地板確有諸多優(yōu)點,如糞便落入糞溝后通過刮板或傳送帶將糞尿及時清除[2-3],降低勞動力成本。也有研究認為,漏縫地板有助于控制寄生蟲的感染和疫病傳播,可改善畜舍環(huán)境,減少舍內(nèi)的有害氣體[4-5]。但是,實際生產(chǎn)中漏縫地板也存在一些不足,采用漏縫地板的家畜蹄病患病率增加[6]。也有研究報道,冬季漏縫地板舍容易使家畜遭受冷應(yīng)激,尤其是仔畜[7]。為了將漏縫地板更好的應(yīng)用于羊舍,本研究選擇具代表性的漏縫地板有窗密閉舍,通過對漏縫地板上下空間和地板表面溫濕參數(shù)的測定,以及羊舍外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫度的時空分布規(guī)律分析,為漏縫地板羊舍的建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗羊舍選擇

試驗于2021年的冬春過渡季節(jié)(3～4月份)在河北衡水某規(guī)?；驁鲞M行。所選舍為東西朝向、中等跨度的有窗密閉式哺乳母羊舍,該舍尺寸為94.5 m長×22.2 m寬×7 m脊高,存欄320只基礎(chǔ)母羊和460只羔羊。該舍屋頂為雙坡結(jié)構(gòu),畜床為塑料漏縫地板,地板下面設(shè)置糞溝,糞溝深度0.5 m,該舍的建筑結(jié)構(gòu)與布局見圖1。

1.2 飼養(yǎng)管理

試驗羊舍的飼養(yǎng)管理按照該場的常規(guī)程序進行。母羊定時投喂飼料,3次/d,自由采食,自由飲水。舍內(nèi)通風采用負壓通風方式,每隔3 h通風1 min。清糞方法采用自動化刮板清糞,2次/d。

1.3 檢測指標與方法

1.3.1 漏縫地板密閉舍環(huán)境溫濕度的動態(tài)變化 所測羊舍內(nèi)共設(shè)置8個溫濕度記錄儀(KTH-350),水平布點位置如圖1所示,垂直安裝高度為距地面1.5 m的上部空間(4個位點),并在垂直對應(yīng)的下部漏縫地板縫隙處(4個位點)安裝記錄儀以測定地板處空氣的溫濕度動態(tài)變化。另外,舍外均勻設(shè)置3個溫濕度記錄儀,其安裝高度與舍內(nèi)相同(1.5 m)。所有溫濕度記錄儀每30 min記錄1次數(shù)據(jù),連續(xù)記錄1個月。

1.3.2 漏縫地板表面及相鄰地面的溫度變化 利用Testo-890紅外熱成像儀對漏縫地板(板條和縫隙處的溝底)及相鄰地面進行連續(xù)拍攝(1周),拍攝位置如圖1所示。每天選擇早(5:00-5:30)、午(13:00-13:30)、晚(21:00-21:30)3個時間段進行拍攝,通過軟件導(dǎo)出板條、溝底和相鄰地面的表面溫度。

1.3.3 漏縫地板密閉舍外圍護結(jié)構(gòu)的測定 利用Testo-890紅外熱成像儀對羊舍外圍護內(nèi)表面和外表面進行拍攝,東西墻內(nèi)、外表面各均勻選擇3個拍攝面,南北墻的內(nèi)、外表面各選擇1個拍攝面。每面墻在高度1 m(下)、3 m(中)、5 m(上)上隨機選取9個點記錄溫度。拍攝時間同1.3.2漏縫地板表面溫度的測定,各墻面的拍攝位置如圖2所示。

圖2 外圍護結(jié)構(gòu)的紅外拍攝位置Fig. 2 Infrared shooting position of building envelope

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用熱成像分析軟件 Testo IRSoft2對拍照的熱成像圖片進行處理,分析空間和時間上的溫度分布規(guī)律。采用SPSS 20對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析,差異顯著為P<0.05,差異極顯著為P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 漏縫地板羊舍空間的溫濕度動態(tài)變化

由圖3可見,地板縫隙處和上部空間的日均溫分別為14.52和16.58 ℃。尤其是7:30～24:00期間,漏縫空間的均溫較上部空間均溫降低2.91 ℃,且兩個空間的溫差變化為0.65 ℃(7:30)～5.64 ℃(13:00)。從圖3也看出,地板上部空間與漏縫處空間在0:00-7:00期間溫度差距很小。從濕度變化看,漏縫空間濕度曲線較上部空間曲線平緩,日差較小,兩個空間濕度變化范圍為69.76%～80.91%(漏縫空間)和47.21%～71.76%(上部空間),漏縫空間和上部空間的日均濕度分別為75.68%和61.07%。

圖3 漏縫地板羊舍垂直空間的溫濕度動態(tài)變化曲線Fig. 3 Vertical dynamic variation of temperature and humidity in sheep house with slatted floor

由圖4和圖5可見,漏縫地板上部空間北部區(qū)域(位1和位2)的日均溫較南部區(qū)域(位3和位4)低1.04 ℃,漏縫空間低0.80 ℃;漏縫地板上部空間東部區(qū)域(位1和位3)的日均溫較西部(位2和位4)高0.55 ℃,漏縫空間高0.51 ℃。

圖4 羊舍漏縫地板上部水平空間的溫濕度動態(tài)變化曲線Fig. 4 Dynamic variation curve of temperature and humidity in the horizontal space above the slatted floor of sheep house

圖5 羊舍漏縫空間水平空間的溫濕度動態(tài)變化曲線Fig. 5 Dynamic variation curve of temperature and humidity in slatted space of sheep house in horizontal space

2.2 漏縫地板表面及相鄰地面溫度的動態(tài)變化

由表1和圖6可見,早晚溫度均表現(xiàn)為漏縫地板塑料板條表面溫度顯著低于相鄰混凝土實體地面溫度(P<0.01),早和晚的板條溫度較地面溫度分別降低2.81和1.90 ℃,中午溫度則表現(xiàn)為板條溫度顯著高于相鄰地面溫度(P<0.01),溫差達2.87 ℃。從表1也可看出,午晚2個時段糞溝底部溫度均顯著低于板條和相鄰地面溫度(P<0.01)。另外,從3個時間段溫度比較可以看出,板條、地面和溝底溫度均表現(xiàn)為午>晚>早(P<0.01)。

表1 漏縫地板表面及相鄰實體地面溫度的變化Table 1 Change of surface temperature of slatted floor and adjacent no-slatted floor

2.3 羊舍外圍護結(jié)構(gòu)表面溫度的動態(tài)分布

由表2可見,空間分布上,羊舍東西墻外表溫度3個時段均表現(xiàn)為下部>中部>上部(P<0.01),僅中午東墻3個空間位置溫度未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05);各時段南北墻不同空間位置溫度分布無顯著規(guī)律(P>0.05)。東墻外表均溫和西墻外表均溫比較,早晚兩個時段差異均不顯著(P>0.05),而中午的東墻均溫顯著高于西墻(P<0.01);南、北墻均溫比較,各時段均表現(xiàn)為南墻溫度高于北墻(P<0.01),最高溫差達14.32 ℃。時間分布上,各墻面外表面溫度均表現(xiàn)為中午高于早晚的規(guī)律(P<0.01)。

表2 漏縫地板羊舍外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面溫度的變化Table 2 Change of inner and outer surface temperature of building envelope in sheep house with slatted floor

而關(guān)于密閉羊舍外圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度,空間分布上,早晚東西墻內(nèi)表面的下部溫度高于中、上部(P<0.01),而中午下部溫度低于中、上部(P<0.01)。南北墻早上中部溫度高于上、下部(P<0.01),而午晚則表現(xiàn)為上部溫度高于中、下部(P<0.01)。另外,各時段東西墻內(nèi)表面溫度差異均不顯著(P>0.05),而南墻均溫高于北墻(P<0.01)。時間分布上,與外表面溫度分布一致,各墻面內(nèi)表面溫度中午均高于早晚(P<0.01)。綜合表2與圖4數(shù)據(jù)得,舍內(nèi)墻表面溫度與舍內(nèi)溫度在早午晚時段差異均不顯著(P>0.05)。

3 討 論

3.1 漏縫地板羊舍的溫熱參數(shù)變化規(guī)律

溫熱參數(shù)是影響家畜生產(chǎn)性能和動物福利的重要因素,實際生產(chǎn)中畜舍的溫濕度監(jiān)測已經(jīng)受到大量養(yǎng)殖場/戶的重視,尤其是密閉程度較高的豬舍[9]和禽舍。本試驗結(jié)果顯示,漏縫地板的縫隙空間均溫低于上部空間,兩者相差2.06 ℃,可能的原因是舍內(nèi)熱空氣上升導(dǎo)致地面附近空氣稀薄形成負壓區(qū),舍外的空氣會通過漏縫地板下的空間由下向上流入舍內(nèi),造成地面附近溫度的降低,甚至發(fā)現(xiàn)8:00～16:00漏縫空間的溫度低于舍外,這不利于冬春季的保暖。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn),早晚2個時段漏縫地板的塑料板條上表面溫度顯著低于相鄰混凝土地面溫度,最大溫差達到2.81 ℃(早)。冬春過渡季節(jié)晝夜溫差較大,舍內(nèi)環(huán)境溫度日差高達9.26 ℃,再加上漏縫地板的縫隙會加快動物熱量的散失[10],夜間和凌晨容易引起羊的冷應(yīng)激,尤其是斷奶前的羔羊,所以早晚時段要注重羊舍的保溫,可根據(jù)情況采用密封出糞口[11]、安裝暖風爐[12]和掛棉簾等措施。此外,本研究中地板漏縫空間的均濕全天24 h均大于上部空間。相關(guān)研究表明,濕度會加劇低溫或高溫對家畜的影響[13],且長期處于高濕環(huán)境下會降低其免疫能力,病菌的生存能力也會增加[14],可根據(jù)實際情況采用電凈化濕度調(diào)控系統(tǒng)、溫度調(diào)控設(shè)備或設(shè)置封閉空氣夾層以降低畜舍的環(huán)境濕度[15-16],保證羊舍良好的保溫性能。

3.2 漏縫地板羊舍外圍護結(jié)構(gòu)表面溫度變化規(guī)律

外圍護結(jié)構(gòu)的建筑類型、朝向以及材料均影響舍內(nèi)的溫濕度,尤其墻體[17]。冬季通過墻體散失的熱量可占舍內(nèi)總散失熱量的35%～40%[18]。本試驗羊舍南北墻為磚混結(jié)構(gòu),墻體厚度240 mm;東西墻均由復(fù)合彩鋼板(鋼板厚0.5 mm,泡沫夾層厚150 mm)構(gòu)成。一般認為,復(fù)合彩鋼板保溫隔熱性能較好,導(dǎo)熱系數(shù)比一般磚混結(jié)構(gòu)低,畜牧場應(yīng)用較為廣泛[19]。本研究利用熱像儀對羊舍墻體的內(nèi)外面表面進行拍攝,通過照片能反饋墻面的熱分布規(guī)律[20-21]。結(jié)果表明,東西朝向羊舍的墻體內(nèi)、外表面溫度均表現(xiàn)為午>晚>早的規(guī)律,這主要是因為早上墻面溫度隨外界氣溫降低,中午太陽的輻射溫度升高,晚上墻面還保存著一定的白天太陽輻射余熱。已有研究表明,外圍護外表面溫度與內(nèi)表面溫度呈正相關(guān),而內(nèi)表面溫度直接影響舍內(nèi)環(huán)境溫度[22-24]。本研究表明,外圍護內(nèi)表面溫度變化幅度比外表面小,且由于墻面熱傳導(dǎo),變化存在延遲性。任宗黨等[25]研究也指出,墻內(nèi)表面溫度與外界溫度變化趨勢基本相同,但變化存在衰減和延遲效應(yīng),這與本研究結(jié)果相同。本研究中的密閉羊舍是東西朝向,東西墻內(nèi)、外表面溫度在早晚均表現(xiàn)為下高上低的趨勢,而南北墻內(nèi)表面溫度則表現(xiàn)為下部低于上、中部的現(xiàn)象,所以,氣溫較低的冬春季節(jié),舍內(nèi)東西兩側(cè)下部空間(飼養(yǎng)區(qū)域)的保溫效果較好,利于羊群的生長,也符合東西朝向畜舍對保溫的需求。另外,本研究結(jié)果還表明,東墻內(nèi)表面日均溫大于西墻,但差異不顯著;而南、北兩墻內(nèi)表面各時段均表現(xiàn)為南墻溫度高于北墻,這與本研究中舍內(nèi)各個區(qū)域溫度分布趨勢相同。根據(jù)建筑熱分析數(shù)據(jù)[26],河北省受到太陽來自南側(cè)的熱輻射較北側(cè)要多,表面溫度也較北側(cè)高。本研究結(jié)果表明,東西朝向舍的東西兩側(cè)溫度較為均勻,利于冬春季羊舍的保溫,但北側(cè)區(qū)域溫度偏低,可通過增加北側(cè)墻體厚度或采用復(fù)合墻以增加北側(cè)墻體的保溫性能。

4 結(jié) 論

冬春過渡季節(jié)密閉羊舍的漏縫地板漏縫空間和上部空間溫濕度差異較大,漏縫板條表面溫度顯著低于附近的實體地面溫度,建議漏縫地板舍的設(shè)計中應(yīng)重視羊舍的密閉性。另外,東西朝向舍的外圍護結(jié)構(gòu)表面溫度受時間和空間的影響,東、西兩墻內(nèi)表面溫度無顯著性差異,且兩墻下部飼養(yǎng)區(qū)域溫度高于上中部,利于羊舍保溫。