大型聯(lián)排雞舍自然采光的研究與設(shè)計(jì)

毛　建

（眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)技術(shù)系，四川　眉山　620010）

我國以前的封閉性雞舍的采光系統(tǒng)均使用人工照明，盡管對(duì)舍內(nèi)照射的亮度沒有太高要求，大致為20 lx即可，但是因?yàn)楫a(chǎn)蛋期需要較長(zhǎng)的光照時(shí)間，大致需要16 h，肉仔雞舍則需要23 h，所以非常耗電。一般封閉型雞舍的照明消耗電能占全部雞舍生產(chǎn)用電的比例高于30%［1］。因此，盡可能使用自然光照來減少雞舍照明消耗的電能，對(duì)于節(jié)約用電和降低生產(chǎn)成本有著非常重要的意義［2］。本文基于目前磚混結(jié)構(gòu)大型聯(lián)排雞舍的建筑特點(diǎn)，探究其采用自然采光的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用。

1　大型連排雞舍的自然采光原理

大型連排雞舍的自然采光一般為屋頂上的窗戶。因此，雞舍屋頂上窗戶的設(shè)計(jì)有著明確要求，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮其面積大小、形狀及位置，既保證良好的采光效果，又保證雞舍的安全牢固。在設(shè)計(jì)平頂類結(jié)構(gòu)的連排雞舍時(shí)，一般設(shè)計(jì)采光窗戶最為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易的方法為在相鄰的眾多屋面板間制作一條采光帶，也就是在兩塊相鄰的屋頂面板之間預(yù)留一定的距離，在這段間隔之上覆蓋抗老化、堅(jiān)固的透光物質(zhì)材料。雞舍屋頂設(shè)計(jì)的采光帶要求采光物質(zhì)、距離及寬度都要科學(xué)合理，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的采光帶直接決定了雞舍中的光線分布及光照強(qiáng)度，還在一定程度上影響了雞舍的建造價(jià)格。由此可知，大型連排雞舍在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)采光帶的距離與寬度，并且選用堅(jiān)固、耐用、采光效果良好的材料。

為了保證大型連排雞舍中光照均勻，適宜選用散光效果較強(qiáng)的透光材料，如玻璃鋼；為了保證雞舍中的溫度適宜以及達(dá)到隔熱要求，可以將屋頂窗戶設(shè)計(jì)成兩層，兩層透光材料中間預(yù)留6～10 cm的間隙當(dāng)作密封空氣層。這種設(shè)計(jì)使得光線經(jīng)過兩層玻璃的散射與反射后到達(dá)雞舍中的光照更為溫和，不會(huì)有直射光的照射。屋頂窗戶選用的透光玻璃鋼的透光率應(yīng)存在一定差異，以滿足雞舍中各個(gè)位置光照強(qiáng)度不同的需求。

平頂屋連排雞舍自然光的采光原理如圖1所示。從圖1能夠看到，平頂屋的采光帶如若是南北走向，當(dāng)光效透過玻璃鋼材質(zhì)的窗戶（不論是散射光還是直射光）后全都不會(huì)直接到達(dá)該圖里面的陰影三角形區(qū)域，僅有一部分反射光能夠到達(dá)這個(gè)陰影區(qū)域。由此可知，該陰影區(qū)域的光照強(qiáng)度會(huì)比其他區(qū)域的光照強(qiáng)度低很多。為保證平頂屋連排雞舍中的光照強(qiáng)度更為均勻，設(shè)計(jì)的采光窗戶下面沒有雞籠，也就是雞籠不在該陰影部位，也就是圖里面的H應(yīng)小于雞籠上方的空間。由于雞舍一般是固定的，其中的H與h均為固定值，由此就能夠確定L與l。按照相似三角形的等比定律計(jì)算，也就是h/（H+l）=l/（l+L/2），從而計(jì)算得到h/2H=l/L。進(jìn)而得出，屋頂采光帶的間距L和寬度l的比值與雞舍中雞籠頂端凈空高度H的2倍與采光帶垂直的高度h的比值相等。由于雞舍是一定的，因此h/2H則為一個(gè)常數(shù)，由此可知，確保雞舍中雞群活動(dòng)范圍的采光度更為均勻就要保證采光帶的寬度和間距的比值應(yīng)高于這個(gè)常數(shù)。比如，假設(shè)h=0.3 m，H=0.9 m，那么h/2H=1∶6，即l/L應(yīng)大于1/6，也就是說雞舍里面的雞群活動(dòng)范圍不存在陰影區(qū)域（對(duì)于散射光來講）。如若l/L小于1/6，那么雞舍里面就會(huì)存在陰影區(qū)域，也就會(huì)造成光照強(qiáng)度存在不均勻的現(xiàn)象。因此，雞舍中光照強(qiáng)度的均勻程度和l與L的比值有直接關(guān)系，也就是說當(dāng)該比值的數(shù)值越小，那么雞舍中的光照強(qiáng)度則越不均勻。由此可知，若想消除雞舍中散射光造成的陰影區(qū)域，則界限值是h/2H。

圖1　平頂屋雞舍自然采光原理圖

2　控制連排雞舍的屋頂采光設(shè)計(jì)

因?yàn)檫B排雞舍的采光主要來自屋頂窗戶，因此需要控制雞舍屋頂?shù)牟晒狻Ｕ{(diào)控大型連排雞舍的屋頂光照強(qiáng)度，除去之前論述的控制雞舍中光照強(qiáng)度均勻程度之外，還需要根據(jù)蛋雞和種雞的不同，控制雞舍中的光照時(shí)間，其中最為關(guān)鍵的是管理育成階段的光照周期，管理該光照周期能夠直接影響育成雞的性成熟程度。雞舍中的產(chǎn)蛋雞，正常情況下光照時(shí)間應(yīng)在16 h以上，所以只需早上與晚上進(jìn)行補(bǔ)光即可。然而，育成期的產(chǎn)蛋雞由于需要控制其性成熟程度，因此需要限制其光照時(shí)間，也就是在育成初期（前14周）不需要延長(zhǎng)光照時(shí)間。自然光的照射時(shí)間會(huì)隨著季節(jié)的變化而變化，夏季光照時(shí)間較長(zhǎng)，冬季光照時(shí)間較短。每天的光照時(shí)間可以利用球面天文原理計(jì)算：

式（1）中，α是某地某個(gè)時(shí)間太陽高度的角；ψ是其所在位置的北緯度的角，ω是時(shí)角，ω=15°×偏離正午的時(shí)間數(shù)，從正午12：00到午夜的時(shí)間數(shù)是正；δ則表示太陽的赤緯角，計(jì)算公式如下：

對(duì)于某個(gè)地方的某天來講，其中ψ與δ是已知的，因此，時(shí)角ω的大小只根據(jù)太陽高度角α的改變而改變。在明確α值之后，應(yīng)注意此處所講的光照時(shí)間并不是氣象臺(tái)公布的光照時(shí)間，而是指太陽自地平面升起一直到太陽降落到地平面為止的時(shí)間段。因?yàn)殡u對(duì)于光照極為敏感，當(dāng)太陽尚未升起的時(shí)候以及太陽降落后的時(shí)間內(nèi)，就可以從曙光與暮光中感應(yīng)到天亮，所以，光照時(shí)間應(yīng)為正常的太陽照射時(shí)間加上暮光與曙光時(shí)間。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，正常情況下，當(dāng)光照強(qiáng)度高于1.0 1x時(shí)，就會(huì)對(duì)雞的光周期起到作用。查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，太陽高度角α≥-6°時(shí)，此時(shí)的曙光與暮光都能夠?qū)﹄u的光照周期造成影響。

光照周期的光照時(shí)間可以用如下公式計(jì)算得出：

式（3）中，tL、ts及trs分別表示光照時(shí)間、日照時(shí)間以及曙光與暮光的時(shí)間；ωc表示運(yùn)算時(shí)刻的時(shí)間角度；μ表示地球自轉(zhuǎn)的速度，μ=15°/h。

利用公式（1）（2）（3）能夠計(jì)算得到各個(gè)地區(qū)雞光照周期的時(shí)間。由此可知，在管理控制育成雞的自然光照時(shí)間時(shí)，需要協(xié)調(diào)自然光照的時(shí)間與實(shí)際光照的時(shí)間，在不同季節(jié)育成的雛雞，制定的光照制度應(yīng)有所不同。

3　連排雞舍的自然采光強(qiáng)度測(cè)試

本文利用德國生產(chǎn)的MAVDLUX6000K光照計(jì)來測(cè)試山東省蓬萊市某地連排雞舍中的光照強(qiáng)度，測(cè)試時(shí)間為2015—2016年的冬季與夏季。

夏季的檢測(cè)結(jié)果如表1與表2所示。從表1和表2能夠看到，雞舍中的透光帶與非透光帶之下的光照強(qiáng)度存在差異，透光帶下的光照強(qiáng)度是雞舍中其余地方的2倍以上，而雞舍中任何地方的光照強(qiáng)度都高于50 lx。雞舍采光帶下的光照強(qiáng)度較高，但由于使用的是玻璃鋼材料，因此透進(jìn)雞舍的光線基本上為散射光，并非直射光，雞群并未出現(xiàn)異常。

表1　育成連排雞舍中夏季光照強(qiáng)度分布

表2　產(chǎn)蛋連排雞舍中夏季光照強(qiáng)度分布

冬季檢測(cè)結(jié)果如表3所示。從表3能夠看出，產(chǎn)蛋連排雞舍檢測(cè)其光照強(qiáng)度，13：00，透光帶下的雞舍內(nèi)的光照強(qiáng)度在550 lx以上，非透光帶的光照強(qiáng)度則在200 lx以上；06：00，測(cè)試雞舍中的光照強(qiáng)度值，則為自然光與人工光強(qiáng)度的總和。

表3　產(chǎn)蛋連排雞舍中冬季關(guān)照強(qiáng)度分布

4　結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，大型連排雞舍能夠通過合理設(shè)計(jì)屋頂自然采光，節(jié)省用電開支。理論研究表明，保證室內(nèi)光照均勻的屋頂光照采集窗（帶）寬度和間距的比值需不小于窗壁高度和雞舍室內(nèi)頂部高度2倍的比值。實(shí)際測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然夏季自然采光的雞舍中光照強(qiáng)度高達(dá)3 000 lx，但是由于設(shè)計(jì)合理，雞群并未出現(xiàn)異常行為。