趙婉瑩，張 琦,2，施正香※

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復(fù)合保溫卷簾改善寒區(qū)開放式牛舍冬季熱濕環(huán)境

趙婉瑩1，張 琦1,2，施正香1※

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2. 蘇州賽諾沃機(jī)械科技有限公司，蘇州 215215）

針對(duì)北方寒區(qū)卷簾牛舍冬季舍內(nèi)溫度過(guò)低、影響奶牛健康和生產(chǎn)的現(xiàn)狀，該文結(jié)合黑龍江地區(qū)的氣候特點(diǎn)，以牛舍溫度不低于-5 ℃為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)對(duì)卷簾材料的傳熱性能、厚度和面密度等進(jìn)行測(cè)試，研究篩選了2種傳熱系數(shù)小于1.23 W/(m2×℃)的復(fù)合保溫卷簾：1號(hào)白色保溫卷簾（白色滌綸布+珍珠棉+噴膠棉+珍珠棉+白色滌綸布，1.01 W/(m2×℃)）和2號(hào)灰色保溫卷簾（PE編織布+噴膠棉+針刺棉氈+鍍鋁PE編織布，0.89 W/(m2×℃)）。將2種保溫卷簾分別安裝在同一棟試驗(yàn)舍內(nèi)，以原有的單層卷簾牛舍為對(duì)照舍進(jìn)行了為期2個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，2種保溫卷簾的透光性存在顯著差異（<0.05），但保溫效果不存在顯著差異（0.05）；試驗(yàn)舍和對(duì)照舍在兩側(cè)卷簾開啟25 cm、南側(cè)開啟25 cm和兩側(cè)封閉3種工況下，試驗(yàn)舍的平均溫度和相對(duì)濕度均顯著高于對(duì)照舍和舍外（<0.05），其舍內(nèi)平均溫度范圍是-12.45～-16.70 ℃，平均相對(duì)濕度范圍是88.53%～97.73%。因此，新型保溫卷簾雖然比單層卷簾具有更好的保溫性能，但是奶牛依舊處于低溫高濕的狀況下，表明只改善卷簾的保溫性能并不能保證使寒區(qū)奶牛舍內(nèi)溫度高于最低溫度的要求，寒區(qū)應(yīng)慎重采用可封閉開放式的牛舍建筑形式。

環(huán)境調(diào)控；溫度；傳熱系數(shù)；保溫卷簾；奶牛舍；冬季保溫

0 引 言

奶牛對(duì)寒冷具有較強(qiáng)的耐受性，可以耐受一定的低溫而保持產(chǎn)奶量不變。但是奶牛若長(zhǎng)期處于低溫環(huán)境中，牛體大量散失熱量，抵抗力降低，日糧能量利用效率降低[1-2]，福利狀況降低[3-4]。相關(guān)研究表明，當(dāng)溫度低于?5℃，奶牛產(chǎn)奶量開始下降，并且低溫條件會(huì)造成畜舍內(nèi)糞便結(jié)冰，嚴(yán)重影響奶牛的行走以及清糞等生產(chǎn)管理活動(dòng)的進(jìn)行[5]。在中國(guó)，作為奶牛主要優(yōu)勢(shì)區(qū)域的北方地區(qū)，冬季牛舍普遍存在溫度低、濕度高和空氣質(zhì)量差等問(wèn)題[6-7]，這種環(huán)境對(duì)奶牛生產(chǎn)潛能的正常發(fā)揮有很大影響。為了緩解牛舍的不利狀況，通?？刹捎萌斯す芾砗徒ㄖこ檀胧Ｆ渲?，人工管理方面主要通過(guò)一些日常管理來(lái)緩解奶牛的冷應(yīng)激，例如提高飲水溫度[8-9]等；而工程上，主要采用提高牛舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻[10]、調(diào)整建筑材料[11-12]等措施。

目前，中國(guó)北方地區(qū)的牛舍主要分為有窗密閉舍和可封閉開放舍2種。有窗密閉舍能夠形成穩(wěn)定的舍內(nèi)小氣候條件，利于冬季防寒保暖，但是也存在造價(jià)高、夏季通風(fēng)不足的缺點(diǎn)?？煞忾]開放式牛舍部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)安裝活動(dòng)卷簾，其通風(fēng)效果好，且造價(jià)低廉[13]。近年來(lái)可封閉開放式牛舍在規(guī)?；?chǎng)建設(shè)中應(yīng)用越來(lái)越普遍，但使用的多為單層卷簾系統(tǒng)。由于北方地區(qū)冬季氣候寒冷，單層卷簾系統(tǒng)的保溫能力十分有限，只能起到防風(fēng)的作用，不能從根本意義上解決其冬季保溫問(wèn)題[14]。而保溫卷簾大多用于溫室，在日光溫室上覆蓋保溫卷簾可以有效地減少熱量散失，維持室內(nèi)適宜溫度與均勻性[15]。養(yǎng)殖場(chǎng)建筑保溫改造主要是添加墻體保溫層、調(diào)整牛舍建筑形式及進(jìn)行屋頂改造等[16-19]，但對(duì)于有窗密閉式牛舍來(lái)說(shuō)，卷簾所占據(jù)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的比例較大，散熱量較高，但是對(duì)于使用保溫卷簾以改善舍內(nèi)環(huán)境狀況的研究目前還較少。

因此，有必要結(jié)合北方地區(qū)牛場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)牛舍冬季保溫卷簾系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)適用于奶牛舍的保溫卷簾，為以后奶牛舍冬季保溫技術(shù)的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)?zāi)膛Ｉ岣艣r

本試驗(yàn)在黑龍江克東和平原生態(tài)牧場(chǎng)的兩棟相同的可封閉開放式卷簾泌乳牛舍內(nèi)進(jìn)行，一個(gè)是試驗(yàn)舍，另一個(gè)是對(duì)照舍。牛舍為東西走向，南北兩側(cè)設(shè)置卷簾系統(tǒng)，其東西長(zhǎng)度為204.5 m，南北跨度為36.5 m，檐高4.6 m，脊高10.6 m。其南北兩側(cè)均有1.7 m高的磚墻，檐口以下有0.6 m高玻璃絲棉彩鋼夾芯板，中間為2.2 m的洞口，洞口處設(shè)卷簾系統(tǒng)，由卷簾進(jìn)行覆蓋，屋面為100 mm厚的玻璃絲棉彩鋼夾芯板。牛舍內(nèi)可飼養(yǎng)600頭450 kg的奶牛。

1.2 牛舍新型保溫卷簾的篩選

牛舍新型保溫卷簾的篩選主要是借鑒日光溫室上保溫被的做法，對(duì)現(xiàn)有的保溫材料進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)不同的組合篩選出一種能夠滿足冬季保溫需求的新型保溫卷簾。

1.2.1 篩選保溫卷簾的指標(biāo)和方法

合適的保溫卷簾需要具有合適的傳熱性能、厚度及面密度，測(cè)試指標(biāo)和方法如下：

1）傳熱性能測(cè)試：卷簾材料的傳熱性能主要是利用靜態(tài)熱箱法的原理，使用覆蓋材料保溫性能測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，得到單層材料和不同組合保溫卷簾的傳熱系數(shù)。

2）厚度測(cè)試：將保溫卷簾試樣放在平板上，用（5± 0.1）kg質(zhì)量、底平面為150 mm×150 mm的方板，放置在保溫卷簾上，測(cè)量保溫卷簾壓實(shí)后的厚度，保溫卷簾試樣的4個(gè)邊各測(cè)一個(gè)值，取平均數(shù)。

3）面密度測(cè)試：測(cè)量保溫卷簾結(jié)構(gòu)質(zhì)量、寬度、長(zhǎng)度，按照公式計(jì)算單位面積質(zhì)量：

式中為單位面積質(zhì)量，g/m2；m為保溫被結(jié)構(gòu)質(zhì)量，g；為保溫被長(zhǎng)度，m；為保溫被寬度，m。

1.2.2 試驗(yàn)牛舍保溫卷簾篩選的理論依據(jù)

對(duì)試驗(yàn)牛舍進(jìn)行熱平衡分析，根據(jù)能量守恒定律，牛舍的熱平衡方程為[20]：

式中Q為補(bǔ)充供熱量（牛舍采暖系統(tǒng)熱負(fù)荷），W，牛舍不采用供暖措施，即該值為0；Q為設(shè)備（電機(jī)與照明等）發(fā)熱量，W，該值一般不大，往往忽略不計(jì)；Q為奶牛的顯熱散熱量，W；Q為圍護(hù)結(jié)構(gòu)（門、窗、墻、地面、屋頂?shù)龋﹤鳠岷臒崃?，W；Q為通風(fēng)空氣的顯熱損失，W；Q為牛舍內(nèi)因水分蒸發(fā)消耗的顯熱量，W，該值在Q中已經(jīng)考慮了，故不單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。

奶牛的顯熱散熱量Q的計(jì)算公式為[21]

式中為畜禽舍內(nèi)畜禽的頭數(shù)，600頭；q是每頭畜禽的顯熱散熱量，W/頭。

q的計(jì)算公式為

式中t為冬季舍內(nèi)計(jì)算溫度，℃，設(shè)計(jì)舍內(nèi)溫度為-5 ℃；￠為奶牛體質(zhì)量，kg。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)（門、窗、墻、地面、屋頂?shù)龋﹤鳠岷臒崃?i>Q的計(jì)算公式為

式中x為高度附加率，%，該值為0[22]；為溫差修正系數(shù)，外墻、平屋頂、地面以及與室外相同的樓板等的取值為1.00；為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(m2×℃)；為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2；t為舍外空氣溫度，℃；x為朝向修正率，%，（圍護(hù)結(jié)構(gòu)朝向?yàn)楸?、東北、西北時(shí)，該值為0～10%，朝向?yàn)闁|和西時(shí)，該值為?5%，朝向?yàn)闁|南和西南時(shí)，該值為?10%～?15%，朝向?yàn)槟蠒r(shí)，該值為?15%～?30%）；x為風(fēng)力附加率，%，該值為0[22]。

通風(fēng)空氣的顯熱損失Q的計(jì)算公式為：

在冬季，奶牛舍最小通風(fēng)量應(yīng)該按照排除多余的水汽的通風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中為奶牛冬季產(chǎn)生水汽量，kg/s；d為舍內(nèi)空氣的含濕量，取值2.47′10-3kg/kg；d為舍外空氣的含濕量，取值0.50′10-3kg/kg。

根據(jù)上述公式和當(dāng)?shù)氐氖彝庥?jì)算溫度t=-28 ℃，得到該牛舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)在不同舍內(nèi)溫度要求時(shí)的總傳熱系數(shù)，如表1所示。

表1 試驗(yàn)舍卷簾傳熱系數(shù)計(jì)算表

對(duì)于試驗(yàn)舍來(lái)說(shuō)，想要在冬季舍內(nèi)達(dá)到-5 ℃，需要卷簾的傳熱系數(shù)不高于1.23 W/(m2×℃)。而經(jīng)測(cè)試，單層卷簾的傳熱系數(shù)為9.175 W/(m2×℃)，不能達(dá)到冬季舍內(nèi)保溫的要求。則需要挑選出一種傳熱系數(shù)更低的保溫卷簾。

1.2.3 試驗(yàn)牛舍保溫卷簾的篩選

日光溫室保溫被主要是由3層材料組合而成，借鑒其構(gòu)成，用于可封閉開放式牛舍冬季保溫的卷簾也將由3層組成，分別為表層覆蓋材料、芯層保溫材料和底層覆蓋材料。在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)選用的材料性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，選用材料及檢測(cè)結(jié)果見下表2。在固定材料長(zhǎng)度和寬度的條件下，面密度隨著厚度的變化而變化，為了保證卷簾的傳熱系數(shù)，在實(shí)際選擇卷簾材料時(shí)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試材料的基本參數(shù)適當(dāng)調(diào)整其厚度。

表2 各種表層覆蓋材料的基本參數(shù)

新型保溫卷簾主要用于冬季牛舍的保溫，應(yīng)具有良好的保溫隔熱性能；卷簾也不易太厚，要利于卷放；又因?yàn)榫砗熢诙緯r(shí)要經(jīng)常卷放以調(diào)整通風(fēng)口的大小，還要具備較輕的質(zhì)量。綜合考慮，最終選定了2種組合保溫卷簾，一種是具有一定透光性的白色保溫卷簾，另一種為綜合性能良好但不透光的灰色保溫卷簾。分別記為1號(hào)保溫卷簾（白色滌綸布（76 g/m2）+珍珠棉（86 g/m2）+噴膠棉（228 g/m2）+珍珠棉（86 g/m2）+白色滌綸布 （76 g/m2））和2號(hào)保溫卷簾（PE編織布（116 g/m2）+噴膠棉（114 g/m2）+針刺棉氈（900 g/m2）+鍍鋁PE編織布（140 g/m2）），其傳熱系數(shù)分別為1.01、0.89 W/(m2×℃)，均小于1.23 W/(m2×℃)。以1號(hào)和2號(hào)保溫卷簾為試驗(yàn)舍卷簾理論計(jì)算舍內(nèi)溫度時(shí)，得到舍內(nèi)溫度為?5 ℃。

1.3 新型保溫卷簾在牛舍的安裝

在試驗(yàn)舍分別安裝1號(hào)和2號(hào)保溫卷簾，C1～C4為牛舍原有單層卷簾安裝位置，現(xiàn)將1號(hào)保溫卷簾安裝在C1和C2的位置，2號(hào)保溫卷簾安裝在C3和C4的位置，如圖1a。新型保溫卷簾安裝圖如圖1b所示，安裝完成效果圖如圖1c所示。

經(jīng)計(jì)算，牛舍的最小通風(fēng)量為134 m3/s。經(jīng)測(cè)試，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速平均值為1.4 m/s，則牛舍的通風(fēng)口面積為96.12 m2，理想狀態(tài)下，牛舍兩側(cè)卷簾需開啟25 cm左右。又因?yàn)榕Ｉ岬拿芊庑圆缓?，冷風(fēng)滲透比較嚴(yán)重，而且，白天鏟車清糞時(shí)門經(jīng)常開啟，所以不需要開啟25 cm就可以滿足冬季通風(fēng)量的要求。故選擇了兩側(cè)卷簾開啟25 cm、南側(cè)卷簾開啟25 cm和兩側(cè)卷簾封閉3種工況進(jìn)行保溫卷簾應(yīng)用效果的測(cè)試。

1.4 試驗(yàn)儀器及布點(diǎn)

1.4.1 試驗(yàn)儀器

采用TESTO 175-H1溫濕度傳感器（測(cè)量范圍：?40～55 ℃，0～100%RH；精度：±0.4 ℃，±2%RH；分辨率：0.1 ℃，0.1%RH，德圖儀器國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司，上海）（如圖1d所示）、Apresys 179-TH溫濕度傳感器（測(cè)量范圍：?40～100 ℃，0～100%RH；精度：±0.3 ℃，±3%RH；分辨率：0.01 ℃，0.01%RH，艾普瑞上海精密光電有限公司，上海市）和HOBO自動(dòng)氣象站（測(cè)量范圍：?40～75 ℃，0～100%RH；精度：±0.7 ℃，±3%RH；分辨率：0.4 ℃，0.5%RH，廣州市俊凱科技有限公司，廣州市）進(jìn)行舍內(nèi)外溫濕度的記錄。采用臺(tái)灣泰仕手持式TES-1332A照度計(jì)（精度：±3% rdg ± 0.5% f.s.（<10 000 lx），±4% rdg ± 10 dgts（>10 000 lx）；取樣率：2次/s）進(jìn)行光照度測(cè)試。

注：C1, C2, C3, C4均為牛舍卷簾安裝位置。

1.4.2 試驗(yàn)布點(diǎn)

使用溫濕度傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)舍內(nèi)溫濕度，儀器安裝在1.5 m牛體高度處；使用手持式照度計(jì)監(jiān)測(cè)舍內(nèi)1.5 m高度處的光照度。監(jiān)測(cè)位點(diǎn)圖1a所示，對(duì)照舍和試驗(yàn)舍監(jiān)測(cè)位點(diǎn)相同。

選擇冬季最冷月進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，時(shí)間為1月至2月。兩側(cè)封閉工況下的舍內(nèi)溫濕度獲得有效數(shù)據(jù)時(shí)間為1月19日至1月22日；南側(cè)開啟25 cm工況下的舍內(nèi)溫濕度獲得有效數(shù)據(jù)時(shí)間為1月23日至1月26日；兩側(cè)開啟25 cm工況下的舍內(nèi)溫濕度獲得有效數(shù)據(jù)時(shí)間為1月28日至2月5日。光照度采集時(shí)間為1月19日至1月22日的08:00-12:00。數(shù)據(jù)采集均間隔1 h。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Excel、AutoCAD作圖，使用SPSS17.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型保溫卷簾的篩選

1號(hào)和2號(hào)保溫卷簾的傳熱系數(shù)分別為1.01和0.89 W/(m2×℃)，較單層卷簾（9.175 W/(m2×℃)）分別降低了88.97%和90.27%。當(dāng)舍內(nèi)溫度為?5 ℃時(shí)，理論計(jì)算使用單層卷簾的牛舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位建筑面積耗熱量為 40.24 W/m2，使用新型保溫卷簾為23.35 W/m2，其單位建筑面積耗熱量降低了42%。由此可知，更換新型保溫卷簾可以較大程度的降低建筑物耗熱量。

2.2 兩種保溫卷簾的保溫效果比較

在試驗(yàn)牛舍兩側(cè)封閉工況下，本試驗(yàn)對(duì)1號(hào)和2號(hào)保溫卷簾區(qū)域監(jiān)測(cè)的每小時(shí)溫度值進(jìn)行處理分析，結(jié)果如圖2。

圖2 兩種保溫卷簾牛舍的溫度對(duì)比圖

結(jié)果表明1號(hào)和2號(hào)卷簾內(nèi)牛舍的溫度變化趨勢(shì)和舍外基本相同，1號(hào)和2號(hào)卷簾牛舍內(nèi)溫度相差不大。對(duì)1號(hào)和2號(hào)卷簾內(nèi)牛舍溫度進(jìn)行方差分析可知，1號(hào)卷簾牛舍的平均溫度為（?14.6±2.66） ℃，2號(hào)卷簾牛舍的平均溫度為（?15.3±2.10） ℃。1號(hào)卷簾牛舍平均溫度比2號(hào)卷簾牛舍平均溫度高0.7 ℃，但是2種卷簾牛舍的平均溫度之間不存在顯著差異（=0.11）。這表明，2種保溫卷簾的保溫效果基本一致。

2.3 不同工況下舍內(nèi)溫濕度狀況

由于2種保溫卷簾保溫效果一致，因此可將試驗(yàn)舍作為一個(gè)整體進(jìn)行分析。在試驗(yàn)期間，監(jiān)測(cè)獲得試驗(yàn)舍、對(duì)照舍及舍外的溫濕度。將多天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得表3。將數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到一天中舍內(nèi)外溫濕度隨時(shí)間變化的曲線，得圖3。

表3 三種工況下的溫濕度表

注：不同小寫字母表示同一工況下同列數(shù)據(jù)差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercases indicate significant difference among the same columns in the same condition, at 0.05 level.

表3描述了試驗(yàn)期間的溫濕度的平均值、最高值和最低值。在這3種工況下，試驗(yàn)舍平均溫度和相對(duì)濕度均顯著高于對(duì)照舍和舍外（<0.05）。兩側(cè)開啟25 cm工況下，試驗(yàn)舍平均溫度較對(duì)照舍提高了1.8 ℃，相對(duì)濕度提高了7.94%；南側(cè)開啟25 cm工況下，試驗(yàn)舍平均溫度較對(duì)照舍提高了1.9 ℃，相對(duì)濕度提高了5.75%；兩側(cè)封閉工況下，試驗(yàn)舍平均溫度較對(duì)照舍提高了2.6 ℃，相對(duì)濕度提高了4.11%?？芍趦蓚?cè)封閉工況下試驗(yàn)舍提高舍內(nèi)溫度幅度最大，提高相對(duì)濕度幅度最小，即效果最好。試驗(yàn)期間，舍外相對(duì)濕度的平均值在75%～80%之間，由此可知，該地區(qū)的濕度是非常高的，而牛舍內(nèi)由于牛體自身產(chǎn)生大量水汽和通風(fēng)不足導(dǎo)致舍內(nèi)相對(duì)濕度高于80%，不適于奶牛的正常生產(chǎn)。但是試驗(yàn)舍內(nèi)溫度一直維持在-17～-12 ℃之間，畜舍若再進(jìn)行大量自然通風(fēng)會(huì)導(dǎo)致舍內(nèi)溫度更低。

由圖3可知，在這3種工況下，試驗(yàn)舍溫度普遍要高于對(duì)照舍和舍外，且變化趨勢(shì)一致。舍外溫度在07:00左右取得最小值，然后溫度開始上升，到下午14:00左右達(dá)到峰值，隨后逐漸下降。試驗(yàn)舍和對(duì)照舍內(nèi)的最低溫度出現(xiàn)在08:00左右，較舍外稍有停滯。在這3種工況下，在舍內(nèi)溫度提高的同時(shí)，試驗(yàn)舍內(nèi)的相對(duì)濕度也明顯要高于對(duì)照舍及舍外，在兩側(cè)封閉工況下，試驗(yàn)舍內(nèi)相對(duì)濕度最高，部分原因是由于相對(duì)于另外2種工況下，此時(shí)舍外相對(duì)濕度也是最高的。

圖3 三種工況下溫濕度圖

2.4 新型保溫卷簾系統(tǒng)的光環(huán)境測(cè)試

對(duì)3種卷簾區(qū)域上的光照度進(jìn)行記錄分析，結(jié)果表明：?jiǎn)螌泳砗熍Ｉ嵘系墓庹斩蕊@著高于1號(hào)卷簾和2號(hào)卷簾（<0.05），同時(shí)，1號(hào)卷簾的光照度顯著高于2號(hào)卷簾（<0.05）。由此表明卷簾透光性為：?jiǎn)螌泳砗煟ǎ?63 1.25±153 3.91）lx）>1號(hào)卷簾（（266.00±124.29）lx）> 2號(hào)卷簾（（75.53±43.17 lx））。

3 討 論

1）2種保溫卷簾保溫效果評(píng)價(jià)

理論計(jì)算將單層卷簾更換為保溫卷簾可使建筑耗熱量降低42%，提高建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能是可以降低建筑物耗熱量的，在民用建筑和豬舍方面的研究較 多[23-24]。1號(hào)和2號(hào)保溫卷簾的傳熱系數(shù)差異不大，保溫效果也沒(méi)有顯著性差異，但是1號(hào)卷簾區(qū)域平均溫度比2號(hào)卷簾區(qū)域高0.7 ℃，可能是因?yàn)?號(hào)卷簾區(qū)域內(nèi)的光照度（266.00 lx）顯著高于2號(hào)卷簾（75.53 lx），1號(hào)卷簾區(qū)域在白天會(huì)得到更多的太陽(yáng)輻射。卷簾透光性為：?jiǎn)螌泳砗?1號(hào)卷簾>2號(hào)卷簾，但是單層卷簾舍內(nèi)溫度卻顯著低于試驗(yàn)舍，由此說(shuō)明在冬季太陽(yáng)輻射在一定程度上會(huì)影響保溫材料對(duì)舍內(nèi)保溫的效果。

2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉狀況對(duì)舍內(nèi)溫度的影響

在溫室生產(chǎn)中，利用保溫被來(lái)改善溫室環(huán)境條件的研究有很多[25-26]。在畜禽生產(chǎn)中，在冬季提高畜舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能，能夠提高舍內(nèi)溫度[23,27]。理論上，試驗(yàn)采用保溫卷簾來(lái)改善舍內(nèi)環(huán)境，是可以起到一定作用的。在該試驗(yàn)中，提高了奶牛舍的卷簾保溫性能，在相同通風(fēng)量條件下，試驗(yàn)舍內(nèi)溫度顯著高于對(duì)照舍，與其他研究結(jié)果基本一致。盡管在確定牛舍保溫卷簾時(shí)要求的舍內(nèi)溫度應(yīng)不低于-5 ℃，但實(shí)際測(cè)試中并沒(méi)有達(dá)到理論計(jì)算值，其原因可能是：①實(shí)際生產(chǎn)中，牛舍大門基本處于敞開狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的氣流組織，牛舍通風(fēng)換氣量高于冬季最小通風(fēng)量要求；②牛舍設(shè)計(jì)中，主要考慮了卷簾的可卷放性，卷簾和墻壁之間沒(méi)有進(jìn)行緊密性連接，導(dǎo)致嚴(yán)重的冷風(fēng)滲透，在很大程度上影響了卷簾保溫性能的發(fā)揮。

3）保溫卷簾引起舍內(nèi)濕度升高的原因

評(píng)價(jià)奶牛冬季冷應(yīng)激的主要方式是風(fēng)冷指數(shù)，影響奶牛冬季冷應(yīng)激的主要指標(biāo)為溫度和風(fēng)速。有研究表明當(dāng)溫度從?20 ℃上升到0時(shí)，空氣容納水分的能力從0.22 g/kg上升至0.84 g/kg[28]。即當(dāng)溫度升高時(shí)，空氣中容納水分的能力也會(huì)上升，濕度自然會(huì)有所增加。有研究表明在舍內(nèi)溫度為4℃時(shí)，使用合適的通風(fēng)系統(tǒng)和具有較好保溫性能的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以有效地控制舍內(nèi)濕度[27]。在冬季為保障奶牛舍良好的環(huán)境條件，應(yīng)該在提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，增加一定量的通風(fēng)。

4）可封閉開放式牛舍在寒區(qū)應(yīng)用的可行性

鄭萬(wàn)萍等研究表明在中國(guó)寒區(qū)奶牛場(chǎng)泌乳牛舍建筑以有窗式、矮墻卷簾式為主，其中有窗式牛舍適宜在寒區(qū)使用，單層卷簾的矮墻卷簾牛舍保溫性能較差，不適用于寒區(qū)[14]。本研究表明在寒區(qū)可封閉開放舍將單層卷簾更換為保溫卷簾后，由于卷簾自身的特性，依舊難以保證其適宜的舍內(nèi)環(huán)境。但是若實(shí)現(xiàn)卷簾和墻壁之間的緊密型連接，減少畜舍內(nèi)的冷風(fēng)滲透，同時(shí)加強(qiáng)舍內(nèi)生產(chǎn)管理，理論上是可以使舍內(nèi)溫度滿足奶牛正常生產(chǎn)的需求。

4 結(jié)論和建議

1）對(duì)奶牛舍卷簾進(jìn)行改造時(shí)，建議選用透光性好且傳熱系數(shù)較低的新型保溫卷簾，理論計(jì)算新型保溫卷簾可使建筑耗熱量降低42%。

2）在兩側(cè)開啟25 cm、南側(cè)開啟25 cm和兩側(cè)封閉3種工況下，平均溫度和相對(duì)濕度均為試驗(yàn)舍>對(duì)照舍>舍外，試驗(yàn)舍平均溫度（?16.70、?12.45、?14.95 ℃）和相對(duì)濕度（92.06%、96.40%、99.38%）均顯著高于對(duì)照舍和舍外（<0.05），但試驗(yàn)舍依舊處于低溫高濕的狀況下。

3）只改善卷簾的保溫性能并不能保證使寒區(qū)奶牛舍維持良好的最低溫度要求，同時(shí)還要注意保溫卷簾與墻壁之間的緊密型連接，以及適宜的生產(chǎn)管理方式。寒區(qū)應(yīng)慎重采用可封閉開放式的牛舍建筑形式。

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Complex insulation shutter improving winter thermal and humidity environment of open-ended cowshed in cold region

Zhao Wanying1, Zhang Qi1, 2, Shi Zhengxiang1※

(1100083,;2215215,)

The health and production status of dairy cows was affected by low temperature in winter in the cold regions in the north of china. If cows are kept in low temperature for a long time, it will lose a lot of heat, the resistance decreases, and the energy utilization efficiency of the diet decreases, the welfare condition decreases. According to the climate character in Heilongjiang province and the design target is not less than –5 ℃ in test cowshed, this experiment analyzed heat transfer coefficient of single-layer shutter and compared the heat transfer coefficient, surface density and thickness of combination of different materials that can be used to make up new composite insulation shutters. This experiment made some kinds of composite insulation layers, and then selected 2 new insulation shutters from those and conducted a field experimental study in a cattle farm in Heilongjiang province. The determined 2 new combined insulation shutters were the white insulation shutter (white polyester cloth + pearl cotton + spraying-bonded wadding + pearl cotton + white polyester cloth, 1.01 W/(m2·℃)) and grey insulation shutter (PE intertexture cloth + spraying-bonded wadding + needled cotton felt + Aluminized PE intertexture cloth, 0.89 W/(m2·℃)). The study choice one cowshed in a farm as tested house. This cowshed was installed the two insulation shutters on east and west sides adopting the symmetrical installation of north and south which spilt the house into two parts. Then, this study choices the other same cowshed with single-layer shutter as control house. The experiment compared the temperature, humidity and illumination of test house and control house. The results showed that there was significant difference in illumination between the 2 new insulation shutters (<0.05) and no difference in temperature (>0.05), thus the illumination of shutters is a important factor in practical production. However, the illumination of the 2 new insulation shutters were significantly lower than the single-layer shutter (<0.05). On the three working conditions that the south and north shutter both opened 25cm, only the south opened 25cm and both sides closed, the average temperature and relative humidity (RH) in tested house were significantly higher than that of control house and outside (<0.05). The average temperature range in tested house, control house and outside are ?12.45-?16.70 ℃, ?14.38-?18.50 ℃ and ?16.16-?21.56 ℃, respectively, and the average relative humidity range are 88.53%-97.73 %, 82.78%-93.62% and 74.75%-79.24 %, respectively. So, though the new combined insulation shutters have better thermal insulation performance than single-layer shutter, the cowshed is still in the low temperature and high humidity conditions. This paper suggests that in order to ensure the good environmental conditions of the cowshed in winter, we should continue to improve the building envelope at the same time and improve the ventilation system to dehumidifying the air. When we choose the insulation shutter, we should pay attention on its airtight with the wall around. In conclusion, the form of open-ended cowshed with insulation layers should be cautiously adopted in cold areas.

environmental control; temperature; heat transfer coefficient; insulation shutter; cowshed; heat preservation in winter

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.026

S823.9

A

1002-6819(2018)-21-0215-07

2018-04-16

2018-07-25

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（奶牛）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-36）

趙婉瑩，主要從事畜禽養(yǎng)殖工藝與環(huán)境研究。Email：zhaowanying0418@foxmail.com

施正香，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事畜禽養(yǎng)殖工藝與環(huán)境研究。Email：shizhx@cau.edu.cn

趙婉瑩，張 琦，施正香. 復(fù)合保溫卷簾改善寒區(qū)開放式牛舍冬季熱濕環(huán)境[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(21)：215－221. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.026 http://www.tcsae.org

Zhao Wanying, Zhang Qi, Shi Zhengxiang. Complex insulation shutter improving winter thermal and humidity environment of open-ended cowshed in cold region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 215－221. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.026 http://www.tcsae.org