随着高温季节的到来,国家肉牛体系设施与环境控制功能研究室成员调研了肉牛降温的不同方式和国内现有降温设备厂家的降温设备及配件,并查阅国内外奶牛肉牛降温的文献资料。总结出我国既有肉牛舍降温的几种方案供高温地区肉牛舍降温选择。 肉牛耐寒不耐热,肉牛在夏季平均温度大于25℃ 时,采食量和日增重有明显的下降,育肥的温度应低于30℃,因此,以25℃为夏季肉牛较好生产环境温度的界限,30℃作为肉牛的高温生产环境界限。牛舍环境湿度最高不宜超过80%。 我国肉牛生产主要分布于四个主产区,即东北产区、中原产区、西北产区和西南产区,其中,中原产区和西南产区的肉牛舍舍内夏季高温将不同程度地影响肉牛的生产性能,高湿环境将加剧高温对牛只的影响。因此,寻求经济有效的肉牛舍夏季降温技术,为肉牛舍配置降温设施是降低高温对肉牛增重影响的必备条件。 中原产区和西南产区的肉牛舍多为开放式、半开放式或少量的有窗式肉牛舍,牛舍的围护结构隔热性能较差,牛舍通风方式为自然通风,因此,这些地区的肉牛舍舍内环境温度和湿度直接受舍外自然气象条件的影响。在现有牛舍的条件下,为肉牛舍降温的适宜方法主要有通风降温和蒸发降温,还可辅助遮阳降温和降低饲养密度。当气温高于25℃ 时通风降温效果递减,气温达30℃ 以上时就应考虑蒸发降温。 常用的蒸发降温技术有湿帘-风机、喷雾冷风机、喷淋+风机。其中湿帘-风机系统和喷雾降温系统降低的是整舍温度,喷淋降温一般降低的是牛体温度。降低整舍温度的蒸发降温方式一般适用于高温低湿地区或者高温低湿的时段,该蒸发降温方式一般在相对湿度70%以下较为有效。在高湿地区采用将水直接喷在牛体上较为有效(喷淋)。蒸发降温方式的缺点是在降温的同时增加舍内湿度。 西南产区一般夏季相对湿度较高,某些地区在超过30℃以上的时间段内相对湿度大于70%的概率较大,不适于采用整舍降温,可以采用喷淋降温;还有一些地区如毕节地区温度超过30℃的时间段较少而湿度较高的时段较长,既不适于采用整舍降温,采用喷淋降温的经济效益也不一定合算,可以选用强制机械通风如风扇风机等设备。 一、我国现有肉牛舍夏季降温的前提条件 在对肉牛舍采用降温之前,应明确以下几个问题: (1)首先分析当地的气象条件,根据当地夏季温度、湿度值及其小时数以及夏季对肉牛生产的影响程度,判断是否采用降温以及采用降温的适宜方式。 (2)了解适宜的降温方式的初期投资和运行费用,根据目前的市场行情,蒸发降温中湿帘-风机系统20元/m2左右,并且设备厂家有较多的选择;喷雾冷风机如果采用国产的投资数与湿帘-风机系统相当,进口设备要高一些。喷淋+风机降温系统的投资数大概2070元/m2。 蒸发降温的运行费用主要是风机所耗电费,不同的设备厂家的设备技术参数、价格和功率不同,应综合考虑。 (3)在了解到投资和运行费用之后,应考虑降温可能带来的经济效益,并进行经济技术分析,理论上,牛舍热环境经过降温之后舒适度提高,其日增重会提高,但是肉牛的生产性能如日增重不仅受环境条件的影响,还受营养、疫病、管理等多种因素的影响,环境条件的改善不一定能够明显提高日增重。但是,从动物福利的角度考虑,在高温地区通过降温之后,肉牛的舒适度必定提高。 通过以上几个方面的考虑权衡之后,确定是否采用降温或采用何种降温方式。 现有牛舍的通风降温、及降低饲养密度的做法较为简单,下面主要介绍遮阳、蒸发降温的技术要点。 二、绿化、遮阴、遮阳 绿化是成本最低、效果最好、最直接的降温方式。绿化不仅能遮阳、缓解太阳辐射还能改善空气质量、美化环境。试验表明,同一栋舍的东西侧墙,由于西侧有树木遮阴,实际测得的西墙外表面最高温度仅为34.23℃,而东墙外表面最高温度为44.71℃,二者相差约10℃。 牛舍运动场可以设置凉棚以减少肉牛的热负荷。凉棚宜长轴为东西向,一般高3.5m,面积按每头牛约4m2计算。棚下地面应大于凉棚投影面积,一般东西两端应各长出3~4m,南北两侧应各宽出1.0~1.5m。 我国现有牛舍建造的朝向不少为东西朝向,我国各地区东西朝向的太阳辐射强度远大于南北向,因此,东西向牛舍的防暑性能很差,夏季可以在东、西两个朝向的纵墙位置(对于开放式牛舍无墙)增加遮阳网或者悬挂草帘遮阳。 三、蒸发降温 1. 湿帘-风机降温系统 湿帘-风机降温系统即将湿帘蒸发设备与负压机械通风联用的降温技术,一般用于(有窗)密闭牛舍。该系统主要由风机、湿帘、水泵、循环水池、自动控制器等组成。 湿帘-风机降温系统的风机配置按照通风量的要求配置,通风量的配置方式主要有两种:一种是根据换气次数计算,夏季的换气次数为1次/min或者1次/2min。 另一种是根据牛的头数和每头牛夏季所需通风量计算,夏季牛的通风需要量为0.7m3/h.kg。湿帘-风机的距离以不超过50m为宜。 湿帘的面积=通风量/过帘风速。确定通风量之后,选择过帘风速,然后即可计算出湿帘面积。湿帘的技术参数主要是降温效率和通风阻力,而二者很大程度上取决于湿帘的厚度与过帘风速νp(=通风量/湿帘面积)。湿帘越厚,过帘风速越高,通风阻力越大,而湿帘越厚,过帘风速越低,降温效率越大。所以为了减少通风阻力,过帘风速不宜过高,也不能太低,否则湿帘面积过大,成本太高,一般取1~2m/s的过帘风速。 现有牛舍建筑一般难以改造,因此,湿帘-风机系统也不一定合适安装,在选择该方式之前可以先根据牛舍窗户大小、位置确定是否可以采用该降温方式。 不便于安装湿帘-风机系统的牛舍,可以考虑采用正压送冷风的湿帘冷风机降温系统,该降温设备又名湿帘冷风机或环保空调。每台设备投资2600元至6000元,风量为18000m3/h,大概可以用于100m2以内的降温面积,其出风形式有上出风、下出风和侧出风之分,可根据既有牛舍的建筑形式选择。 图1 下出风湿帘冷风机 2.喷雾冷风机 喷雾冷风机降温(图2)基本原理是将自来水经过滤系统后直接进入冷风机的轮毂中,通过风机扇叶旋转产生离心力将水从扇叶的顶部喷出后在导流装置中将水打碎形成20~50μm的细雾,随空气一同从风机送出,并利用水的蒸发吸收空气中的热量从而进行降温。该系统不需要高压泵和喷嘴,也不需要围护结构密闭和改动原有的建筑,且水雾在到达肉牛身体前就蒸发,不淋湿(或轻微淋湿)动物身体表面和地面。该降温方式降低的是牛舍整体温度。适用于高温低湿的地区(或者高温低湿的时间段)的开放式或半开放式牛舍。 冷风机的安装高度和距离即安装位置直接影响冷风机需要安装的台数和运行效果。一般冷风机的安装高度为牛体高度(1.5m)与雾滴下落高度之和,安装间距约10m,具体安装间距可根据设备厂家的技术参数确定。表1给出了不同环境条件下冷风机的安装高度。 表1 不同环境下牛舍冷风机安装高度(m) d0/μm RH/% 25℃ 28℃ 30℃ 32℃ 35℃ 38℃ 50 60 1.67 1.66 1.65 1.65 1.64 1.63 60 1.85 1.83 1.81 1.80 1.78 1.76 70 2.12 2.08 2.05 2.03 2.00 1.97 50 70 1.74 1.72 1.71 1.70 1.69 1.68 60 1.97 1.94 1.92 1.90 1.89 1.87 70 2.35 2.29 2.25 2.22 2.19 2.15 50 80 2.02 1.85 1.82 1.81 1.80 1.79 60 2.55 2.20 2.15 2.13 2.11 2.08 70 3.38 2.76 2.67 2.63 2.59 2.53 注:d0为雾滴直径,RH为相对湿度 喷雾冷风机的开启可以选择手动或者自动控制,手动控制即人为根据环境温湿度进行开启和关闭,舍内温度可以选择在超过28℃时开启,蒸发降温时必然增加舍内湿度,可以在舍内相对湿度达到80%时停止降温。若喷雾冷风机连续运行而舍内湿度一直达不到80%,则可能是喷雾冷风机的配置数量不足,若增加喷雾冷风机数量可将舍内温度降低得幅度更大。不同地区不同牛舍在采用喷雾冷风机降温时可以先调试达到所需环境条件时固定一种自动控制方式。 图2 喷雾冷风机降温 3.喷淋降温 喷淋降温(图3)主要靠淋湿动物身体,水在动物体表蒸发直接带走体热,与风机(或风扇)联用效果更好。喷淋降温系统由喷头、管线、过滤器、自动喷淋控制器和通风设备如风机组成。 喷淋的技术要求:水滴在喷到牛体之前不蒸发,喷湿牛背而不让水流到地面,如图4所示,为不让风将水吹到牛食槽,可以将喷淋和风机开启的时间错开,如先喷水3min,停止30min,然后风机(风扇)开启27分钟。喷淋的自动控制方式如超过一定温度开始启动、循环方式等应根据以上技术要求进行配置。 由于相对缺乏对喷淋降温适宜安装高度、水滴直径等的系统研究,其合理技术参数尚不明确。喷淋降温效果的研究中,喷头的安装高度有2m(提供2.4m2/头的淋湿面积)、2.4m、3m或比牛高1.7m,水滴直径150μm(2.84L/min,180°旋转,喷头比牛高1.7m)或是流量22 L/min、30 L/min。 还有的牛舍喷淋技术参数为:180°喷头,水压68.9kpa,喷头孔径5.6mm,喷头间距4.9m,安装高度3.2m,每个喷头流量18L/min,喷洒范围为半周,半径4.9m。风扇间距10.4m,每个风扇风量19000m3/h。 图3 喷淋降温 图4 牛体合适的喷淋程度 下一步的工作中,我们将选择一定饲养工艺的牛舍,在一定的环境条件下,筛选适宜的喷淋技术参数,为设备厂家提出喷头的加工和安装要求,最终为高温高湿地区的牛舍降温提供技术服务。 总之,我国不同地区,环境条件和牛舍形式不同,因此,高温季节采取何种降温方式即经济又有效还需要进一步探索。
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