密闭漏缝地板羊舍的温湿参数变化规律

李永亮,李晓宇,宋连杰,赵心念,高玉红,毛 森,田树军,周英昊*

(1. 河北农业大学 动物科技学院,河北 保定 071001;2.承德市农林科学院 畜牧研究所,河北 承德 067000)

畜舍的温热参数直接或间接影响家畜的生长和繁殖[1],尤其对热环境要求较高的猪和鸡。为了满足猪鸡对热环境的要求,常采用环境可控的密闭舍结构,而反刍家畜(如羊)由于饲养条件较为宽泛,常采用开放或半开放的畜舍结构。随着人们对羊肉需求量的逐年增加,集约化、现代化的高效养殖模式也不断在探索,漏缝地板的密闭式羊舍由于环境可控和清粪方便容易被人们所认可。相比实体地面,漏缝地板确有诸多优点,如粪便落入粪沟后通过刮板或传送带将粪尿及时清除[2-3],降低劳动力成本。也有研究认为,漏缝地板有助于控制寄生虫的感染和疫病传播,可改善畜舍环境,减少舍内的有害气体[4-5]。但是,实际生产中漏缝地板也存在一些不足,采用漏缝地板的家畜蹄病患病率增加[6]。也有研究报道,冬季漏缝地板舍容易使家畜遭受冷应激,尤其是仔畜[7]。为了将漏缝地板更好的应用于羊舍,本研究选择具代表性的漏缝地板有窗密闭舍,通过对漏缝地板上下空间和地板表面温湿参数的测定,以及羊舍外围护结构内外表面温度的时空分布规律分析,为漏缝地板羊舍的建设提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验羊舍选择

试验于2021年的冬春过渡季节(3～4月份)在河北衡水某规模化羊场进行。所选舍为东西朝向、中等跨度的有窗密闭式哺乳母羊舍,该舍尺寸为94.5 m长×22.2 m宽×7 m脊高,存栏320只基础母羊和460只羔羊。该舍屋顶为双坡结构,畜床为塑料漏缝地板,地板下面设置粪沟,粪沟深度0.5 m,该舍的建筑结构与布局见图1。

1.2 饲养管理

试验羊舍的饲养管理按照该场的常规程序进行。母羊定时投喂饲料,3次/d,自由采食,自由饮水。舍内通风采用负压通风方式,每隔3 h通风1 min。清粪方法采用自动化刮板清粪,2次/d。

1.3 检测指标与方法

1.3.1 漏缝地板密闭舍环境温湿度的动态变化 所测羊舍内共设置8个温湿度记录仪(KTH-350),水平布点位置如图1所示,垂直安装高度为距地面1.5 m的上部空间(4个位点),并在垂直对应的下部漏缝地板缝隙处(4个位点)安装记录仪以测定地板处空气的温湿度动态变化。另外,舍外均匀设置3个温湿度记录仪,其安装高度与舍内相同(1.5 m)。所有温湿度记录仪每30 min记录1次数据,连续记录1个月。

1.3.2 漏缝地板表面及相邻地面的温度变化 利用Testo-890红外热成像仪对漏缝地板(板条和缝隙处的沟底)及相邻地面进行连续拍摄(1周),拍摄位置如图1所示。每天选择早(5:00-5:30)、午(13:00-13:30)、晚(21:00-21:30)3个时间段进行拍摄,通过软件导出板条、沟底和相邻地面的表面温度。

1.3.3 漏缝地板密闭舍外围护结构的测定 利用Testo-890红外热成像仪对羊舍外围护内表面和外表面进行拍摄,东西墙内、外表面各均匀选择3个拍摄面,南北墙的内、外表面各选择1个拍摄面。每面墙在高度1 m(下)、3 m(中)、5 m(上)上随机选取9个点记录温度。拍摄时间同1.3.2漏缝地板表面温度的测定,各墙面的拍摄位置如图2所示。

图2 外围护结构的红外拍摄位置Fig. 2 Infrared shooting position of building envelope

1.4 数据处理

利用热成像分析软件 Testo IRSoft2对拍照的热成像图片进行处理,分析空间和时间上的温度分布规律。采用SPSS 20对数据进行单因素方差分析,差异显著为P<0.05,差异极显著为P<0.01。

2 结果与分析

2.1 漏缝地板羊舍空间的温湿度动态变化

由图3可见,地板缝隙处和上部空间的日均温分别为14.52和16.58 ℃。尤其是7:30～24:00期间,漏缝空间的均温较上部空间均温降低2.91 ℃,且两个空间的温差变化为0.65 ℃(7:30)～5.64 ℃(13:00)。从图3也看出,地板上部空间与漏缝处空间在0:00-7:00期间温度差距很小。从湿度变化看,漏缝空间湿度曲线较上部空间曲线平缓,日差较小,两个空间湿度变化范围为69.76%～80.91%(漏缝空间)和47.21%～71.76%(上部空间),漏缝空间和上部空间的日均湿度分别为75.68%和61.07%。

图3 漏缝地板羊舍垂直空间的温湿度动态变化曲线Fig. 3 Vertical dynamic variation of temperature and humidity in sheep house with slatted floor

由图4和图5可见,漏缝地板上部空间北部区域(位1和位2)的日均温较南部区域(位3和位4)低1.04 ℃,漏缝空间低0.80 ℃;漏缝地板上部空间东部区域(位1和位3)的日均温较西部(位2和位4)高0.55 ℃,漏缝空间高0.51 ℃。

图4 羊舍漏缝地板上部水平空间的温湿度动态变化曲线Fig. 4 Dynamic variation curve of temperature and humidity in the horizontal space above the slatted floor of sheep house

图5 羊舍漏缝空间水平空间的温湿度动态变化曲线Fig. 5 Dynamic variation curve of temperature and humidity in slatted space of sheep house in horizontal space

2.2 漏缝地板表面及相邻地面温度的动态变化

由表1和图6可见,早晚温度均表现为漏缝地板塑料板条表面温度显著低于相邻混凝土实体地面温度(P<0.01),早和晚的板条温度较地面温度分别降低2.81和1.90 ℃,中午温度则表现为板条温度显著高于相邻地面温度(P<0.01),温差达2.87 ℃。从表1也可看出,午晚2个时段粪沟底部温度均显著低于板条和相邻地面温度(P<0.01)。另外,从3个时间段温度比较可以看出,板条、地面和沟底温度均表现为午>晚>早(P<0.01)。

表1 漏缝地板表面及相邻实体地面温度的变化Table 1 Change of surface temperature of slatted floor and adjacent no-slatted floor

2.3 羊舍外围护结构表面温度的动态分布

由表2可见,空间分布上,羊舍东西墙外表温度3个时段均表现为下部>中部>上部(P<0.01),仅中午东墙3个空间位置温度未表现出显著性差异(P>0.05);各时段南北墙不同空间位置温度分布无显著规律(P>0.05)。东墙外表均温和西墙外表均温比较,早晚两个时段差异均不显著(P>0.05),而中午的东墙均温显著高于西墙(P<0.01);南、北墙均温比较,各时段均表现为南墙温度高于北墙(P<0.01),最高温差达14.32 ℃。时间分布上,各墙面外表面温度均表现为中午高于早晚的规律(P<0.01)。

表2 漏缝地板羊舍外围护结构内、外表面温度的变化Table 2 Change of inner and outer surface temperature of building envelope in sheep house with slatted floor

而关于密闭羊舍外围护结构的内表面温度,空间分布上,早晚东西墙内表面的下部温度高于中、上部(P<0.01),而中午下部温度低于中、上部(P<0.01)。南北墙早上中部温度高于上、下部(P<0.01),而午晚则表现为上部温度高于中、下部(P<0.01)。另外,各时段东西墙内表面温度差异均不显著(P>0.05),而南墙均温高于北墙(P<0.01)。时间分布上,与外表面温度分布一致,各墙面内表面温度中午均高于早晚(P<0.01)。综合表2与图4数据得,舍内墙表面温度与舍内温度在早午晚时段差异均不显著(P>0.05)。

3 讨 论

3.1 漏缝地板羊舍的温热参数变化规律

温热参数是影响家畜生产性能和动物福利的重要因素,实际生产中畜舍的温湿度监测已经受到大量养殖场/户的重视,尤其是密闭程度较高的猪舍[9]和禽舍。本试验结果显示,漏缝地板的缝隙空间均温低于上部空间,两者相差2.06 ℃,可能的原因是舍内热空气上升导致地面附近空气稀薄形成负压区,舍外的空气会通过漏缝地板下的空间由下向上流入舍内,造成地面附近温度的降低,甚至发现8:00～16:00漏缝空间的温度低于舍外,这不利于冬春季的保暖。本研究结果也发现,早晚2个时段漏缝地板的塑料板条上表面温度显著低于相邻混凝土地面温度,最大温差达到2.81 ℃(早)。冬春过渡季节昼夜温差较大,舍内环境温度日差高达9.26 ℃,再加上漏缝地板的缝隙会加快动物热量的散失[10],夜间和凌晨容易引起羊的冷应激,尤其是断奶前的羔羊,所以早晚时段要注重羊舍的保温,可根据情况采用密封出粪口[11]、安装暖风炉[12]和挂棉帘等措施。此外,本研究中地板漏缝空间的均湿全天24 h均大于上部空间。相关研究表明,湿度会加剧低温或高温对家畜的影响[13],且长期处于高湿环境下会降低其免疫能力,病菌的生存能力也会增加[14],可根据实际情况采用电净化湿度调控系统、温度调控设备或设置封闭空气夹层以降低畜舍的环境湿度[15-16],保证羊舍良好的保温性能。

3.2 漏缝地板羊舍外围护结构表面温度变化规律

外围护结构的建筑类型、朝向以及材料均影响舍内的温湿度,尤其墙体[17]。冬季通过墙体散失的热量可占舍内总散失热量的35%～40%[18]。本试验羊舍南北墙为砖混结构,墙体厚度240 mm;东西墙均由复合彩钢板(钢板厚0.5 mm,泡沫夹层厚150 mm)构成。一般认为,复合彩钢板保温隔热性能较好,导热系数比一般砖混结构低,畜牧场应用较为广泛[19]。本研究利用热像仪对羊舍墙体的内外面表面进行拍摄,通过照片能反馈墙面的热分布规律[20-21]。结果表明,东西朝向羊舍的墙体内、外表面温度均表现为午>晚>早的规律,这主要是因为早上墙面温度随外界气温降低,中午太阳的辐射温度升高,晚上墙面还保存着一定的白天太阳辐射余热。已有研究表明,外围护外表面温度与内表面温度呈正相关,而内表面温度直接影响舍内环境温度[22-24]。本研究表明,外围护内表面温度变化幅度比外表面小,且由于墙面热传导,变化存在延迟性。任宗党等[25]研究也指出,墙内表面温度与外界温度变化趋势基本相同,但变化存在衰减和延迟效应,这与本研究结果相同。本研究中的密闭羊舍是东西朝向,东西墙内、外表面温度在早晚均表现为下高上低的趋势,而南北墙内表面温度则表现为下部低于上、中部的现象,所以,气温较低的冬春季节,舍内东西两侧下部空间(饲养区域)的保温效果较好,利于羊群的生长,也符合东西朝向畜舍对保温的需求。另外,本研究结果还表明,东墙内表面日均温大于西墙,但差异不显著;而南、北两墙内表面各时段均表现为南墙温度高于北墙,这与本研究中舍内各个区域温度分布趋势相同。根据建筑热分析数据[26],河北省受到太阳来自南侧的热辐射较北侧要多,表面温度也较北侧高。本研究结果表明,东西朝向舍的东西两侧温度较为均匀,利于冬春季羊舍的保温,但北侧区域温度偏低,可通过增加北侧墙体厚度或采用复合墙以增加北侧墙体的保温性能。

4 结 论

冬春过渡季节密闭羊舍的漏缝地板漏缝空间和上部空间温湿度差异较大,漏缝板条表面温度显著低于附近的实体地面温度,建议漏缝地板舍的设计中应重视羊舍的密闭性。另外,东西朝向舍的外围护结构表面温度受时间和空间的影响,东、西两墙内表面温度无显著性差异,且两墙下部饲养区域温度高于上中部,利于羊舍保温。