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规模化羊场冬季羊舍外围护内表面温度的分布规律研究
摘要：旨在研究河北省规模化羊场冬季羊舍外围护内表面温度的分布规律。选择规模化羊场的6栋羊舍,采用定点定时的检测方法,分别于早、午、晚对各舍外围护内表面(屋顶2个坡、墙4个侧面和地面料道两侧)温度及舍内温湿度进行检测。结果表明,外围护结构内表面温度与舍内环境温度呈显著的线性正相关关系(P<0.01,r=0.94),回归方程为y=0.931x+0.5697。不同时间段和不同外围护部位的内表面温度均表现出显著性差异(P<0.01),且时段与部位存在交互效应(P<0.01)。3个时段中,早上外围护结构均温最低(P<0.01),仅-4.93～-1.03℃,尤其是屋顶,早午温差值显著高于墙体和地面(P<0.05),需加强早上羊舍的保温。研究也表明,羊舍类型、建筑材料和朝向均影响外围护内表面温度,有窗舍外围护内表面均温显著高于敞棚舍(P<0.01),复合彩钢板屋顶舍的外围护内表面均温显著高于单层彩钢舍(P<0.01),尤其是舍北侧结构(北侧地面、北坡顶和北墙)内表面温度均显著高于单彩钢舍(P<0.05)。另外,南北朝向舍的两坡屋顶温度差异显著(P<0.05),而东西朝向两坡屋顶温度未表现出显著性差异(P>0.05),建议冀中南地区羊舍宜东西朝向,但应注意外围护整体结构的保温隔热性。该结果可为羊舍的环境改善及标准化设计提供依据。
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畜舍温热环境对家畜的生产性能及其健康水平起着重要影响,环境温度、湿度和太阳辐射等温热因子往往单独或综合地对机体产生一定的作用[1],畜舍外围护结构隔热水平对舍内温热环境形成至关重要,与夏季防暑、冬季保暖密切相关[2]。
合理的外围护结构总热阻可延迟或减缓夏季外界热量的传入和冬季舍内热量通过外围护结构的散失[3,4]。对于猪、牛和禽舍的外围护结构热量传递的研究较多[5,6,7,8,9],而关于羊舍外围护结构的研究较少。羊虽然耐寒,但冬季舍内的低温环境仍然造成较大的经济损失。2018—2019年河北省现代农业产业技术体系羊创新团队调研中发现,河北省冬季羊舍的低温已经引起了羊生产性能和繁殖性能的下降,尤其是羔羊,潮冷的舍内环境常常导致消化道疾病,羔羊下痢屡屡发生,羔羊死亡率也大大增加。已有研究也表明,寒冷会对家畜健康和生长发育产生不利影响[10,11,12]。但是,目前羊业正处于散养向舍饲、半舍饲的转型阶段,羊舍建设标准化程度较低,建筑模式及其材料随意性较强,严重制约了现代化羊业的高效、健康、可持续发展。本研究通过对河北省冬季规模化羊场6栋羊舍的外围护结构内表面及舍内环境温度的检测与分析,为羊舍环境的改善及其标准化设计提供依据。
1、材料与方法
1.1试验羊场
选择河北省石家庄灵寿、栾城以及邢台地区规模化羊场中具有代表性的6栋羊舍,对羊舍外围护结构内表面(地面、墙体和屋顶)温度及舍内环境温湿度进行测定。各羊舍的建筑类型及其结构特点如表1所示。
表1各羊舍建筑类型与结构特点
1.2试验方法
试验于2019年1月份中旬进行,采用红外测温仪(FLUKEF568-2)对所选6栋羊舍的外围护内表面(屋顶2个坡、墙4个侧面和地面料道2侧)温度进行测定,同时利用手持温度表(TENMARS,台湾)对羊舍的环境温度进行定点定时检测,检测时间为早6:00-7:00、午12:00-13:00和晚18:00-19:00,连续测3d。外围护内表面温度检测时,测点选择每栋舍长轴方向的3个截面,每个截面均匀设置16个点(A1,A2,A3,B1,……F),两侧山墙各布置8个点(G1……G8,H1……H8),测点分布如图1所示。舍内环境温度检测时,长轴方向的3个横截面水平方向上各均匀布置3点,检测高度为1.7m。
图1测点布置示意
1.3数据统计与分析
采用SPSS17.0软件进行双因素方差分析,数据表示方法为“平均值±标准误”。采用R语言统计软件对外围护内表面温度与舍内温度的相关性进行一元线性回归分析,以P<0.05和P<0.01分别作为差异显著和极显著的判断标准。
2、结果与分析
2.1不同时间段不同外围护部位的内表面温度变化
不同时间段外围护结构内表面温度检测结果如表2所示。不同时间段(早、午和晚)和不同外围护部位的内表面温度均表现出显著性差异(P<0.01),除舍5舍6,时段与外围护部位之间也表现出交互效应(P<0.01)。各羊舍早、午、晚外围护内表面温度所有检测点算术平均值基本表现为午高早低的趋势(-4.93～-1.03℃),且屋顶早午温差显著高于其他外围护结构(P<0.05)。
从各舍两对侧外围护结构(屋顶东西坡、屋顶南北坡、南北墙、东西墙、南北地面和东西地面)内表面温度的比较结果可知(见图2),除了东西朝向的2栋羊舍,其他南北朝向羊舍的两对侧外围护结构内表面温度表现出显著性差异(P<0.05)。同场的两舍比较,有窗舍1的外围护温度均值显著高于敞棚舍2(P<0.05),南北朝向舍5的外围护均温显著高于相同朝向的舍6(P<0.01)。同为有窗舍的舍3和舍4比较,屋顶为复合板结构的舍4外围护均温显著高于单彩钢屋顶的舍3(P<0.01),舍4和舍3外围护温度分别为3.95℃和3.00℃,尤其是屋顶北坡、北墙和地面北侧(P<0.05)。
2.2外围护内表面温度与羊舍环境温度的相关性
各羊舍环境温度的检测结果如表3所示,早、午、晚舍内温度和湿度均表现出显著性差异(P<0.05),羊舍内温度同外围护温度变化基本一致,表现为中午最高,早晚低的规律性。同场两舍比较,舍1与舍2、舍3与舍4的温度和湿度均呈显著性差异(P<0.01),而舍5和舍6的温度和湿度差异不显著(P>0.05)。通过分析所有羊舍外围护内表面温度与羊舍环境温度的相关性可知(见图3),内表面温度与羊舍环境温度之间表现出极显著的线性正相关关系(P<0.01,r=0.94),回归方程为:y=0.931x+0.5697。
表2不同时间段和不同外围护部位的内表面温度及差异性分析
图2各羊舍两对侧外围护结构内表面温度的比较
表3各羊舍检测的环境温湿度
图3外围护内表面温度与舍内环境温度的相关性
3、讨论
羊舍外围护结构是维持舍内小气候的外部结构,墙体和屋顶是外围护结构的重要组成部分,冬季通过墙体散失的热量占整个畜舍总散热量的35%～40%[13]。试验各舍早、午、晚的外围护内表面温度存在较大差异,中午内表面温度最高,早上可降至-4.93～-1.03℃,这主要是由于寒冷冬季夜间气温降低导致墙体和屋顶热量大量散失,所以早上外围护内表面温度降至最低,随着外界气温的增加,墙体吸收热量,外围护结构的内表面温度随之增加。任宗党等[14]对多种建筑外墙隔热性能的分析指出,墙内表面温度在相同的温度波作用下,墙内表面温度随着外界环境温度变化而变化,且存在衰减与延迟现象。赵婉莹等[15]关于不同建筑材料猪舍外围护结构的研究也表明,屋顶和吊顶的早、午、晚内表面温度呈现低—高—低的变化趋势,这和本研究结果基本一致。已有研究[23]认为,绵羊的适宜温度为-3℃～23℃,虽然本研究中各舍日均温处于正常范围内,但部分羊舍早上温度过低,需要加强冬季外围护结构的保温性能。研究还表明,不同外围护结构的内表面温度也有所差异,各结构两对侧内表面温度表现为:屋顶南坡>北坡、屋顶西坡>东坡、南墙>北墙、西墙>东墙、地面南侧>北侧和地面西侧>东侧的规律性。据中国建筑热分析专用气象数据[17]显示,河北省地区的南向和西向热辐射与其对侧的相比较热辐射较大,这与本试验结果相符。赵运超等[18]研究也表明,墙体的不同朝向对其内表面温度影响较大,当墙体材料相同时,西侧的墙体相比东侧,外围护内表面温度较高。
外围护内表面温度和舍内的环境温度密切相关[19]。本研究表明羊舍外围护内表面温度与舍内环境温度之间存在显著的正相关关系,围护结构内表面温度较高时,舍内温度也会增加,所以保温隔热性能好的外围护结构对于舍内环境的改善非常重要。本研究中密闭性强的有窗舍外围护结构温度及舍内温度均显著高于敞棚舍。陈健等[20]和周英昊等[21]研究认为,棚舍容易受风、雨、雪等外界环境因素的影响,不能形成稳定的小气候,舍内环境很难控制。除了建筑结构,外围护结构材料对结构内表面温度影响也较大,尤其是屋顶。一般情况下,寒冷地区屋顶往往选择导热系数小的材料,以减少舍内热量的散失[22]。本研究中复合彩钢板屋顶舍(舍4)的外围护结构温度及其舍内温湿度显著高于单彩钢屋顶舍(舍3),尤其是舍的北侧部位温度,舍4的地面北侧(羊床)、屋顶北坡和北墙温度分别比舍3提高了1.46、1.56和1.08℃。羊喜阳怕潮,地面是羊躺卧和活动的地方,地面温度直接影响羊的健康和生长,由于复合彩钢板的导热系数相对单层彩钢板较小,减少了舍内热量的散发,利于冬季的羊舍保温。洪小华等[23]和王美芝等[5]也报道,屋顶添加保温材料可增加隔热性能,有效提高舍内温度。此外,本研究中羊舍地面南侧温度均显著高于北侧,为了提高北侧地面的温度和采光效果,可在屋顶北侧适当设置采光板,以增加舍内北侧的光照,同时提高北侧地面的温度。
除了外围护结构的建筑形式和建筑材影响舍内温热环境,畜舍朝向对于舍内环境也起到重要作用。屋顶作为重要的外围护结构,本研究中南北朝向羊舍的屋顶南北坡温度差异均达显著水平,而东西朝向羊舍屋顶两坡温度差异不显著,且对侧墙体的温度差异也不显著,由此推测,从舍内环境温度和采光均匀度来分析,东西朝向舍要好于南北朝向舍,这仍需进一步研究和证实。目前华北地区东西朝向羊舍在实际生产中已逐渐被采纳,但也要考虑外围护结构的整体保温性能。
4、结论
羊舍外围护内表面温度直接影响舍内温度,与舍内环境温度呈显著正相关关系。外围护结构内表面温度的日变化表现为午高早低的规律,需加强早上羊舍的保温。建议冀中南地区羊舍东西朝向设计,并重视屋顶的保温隔热设计,既考虑舍内适宜的均温,又要考虑温度的均匀性。
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基金:河北省现代农业产业技术体系羊产业创新团队建设专项(HBCT2018140205);河北省重点研发计划项目(20326612D)
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主管单位：中华人民共和国教育部
主办单位：西北农林科技大学
出版地方：陕西
专业分类：农业
国际刊号：1004-6704
国内刊号：61-1085/S
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创刊时间：1982年
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