規模化羊場冬季羊舍外圍護內表面溫度的分布規律

趙壽培，盧冬梅，李雪梅，郭偉婷，王超，趙娟娟，車大璐，王紅，高玉紅*

(1. 河北農業大學動物科技學院，河北 保定 071001；2. 保定市動物檢疫隊，河北 保定 071001；3. 石家莊市畜牧技術推廣站，河北 石家莊 050031；4. 河北省畜牧總站，河北 石家莊 050035)

畜舍溫熱環境對家畜的生產性能及其健康水平起著重要影響，環境溫度、濕度和太陽輻射等溫熱因子往往單獨或綜合地對機體產生一定的作用[1]，畜舍外圍護結構隔熱水平對舍內溫熱環境形成至關重要，與夏季防暑、冬季保暖密切相關[2]。

合理的外圍護結構總熱阻可延遲或減緩夏季外界熱量的傳入和冬季舍內熱量通過外圍護結構的散失[3-4]。對于豬、牛和禽舍的外圍護結構熱量傳遞的研究較多[5-9]，而關于羊舍外圍護結構的研究較少。羊雖然耐寒，但冬季舍內的低溫環境仍然造成較大的經濟損失。2018—2019年河北省現代農業產業技術體系羊創新團隊調研中發現，河北省冬季羊舍的低溫已經引起了羊生產性能和繁殖性能的下降，尤其是羔羊，潮冷的舍內環境常常導致消化道疾病，羔羊下痢屢屢發生，羔羊死亡率也大大增加。已有研究也表明，寒冷會對家畜健康和生長發育產生不利影響[10-12]。但是，目前羊業正處于散養向舍飼、半舍飼的轉型階段，羊舍建設標準化程度較低，建筑模式及其材料隨意性較強，嚴重制約了現代化羊業的高效、健康、可持續發展。本研究通過對河北省冬季規模化羊場6棟羊舍的外圍護結構內表面及舍內環境溫度的檢測與分析，為羊舍環境的改善及其標準化設計提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗羊場

選擇河北省石家莊靈壽、欒城以及邢臺地區規模化羊場中具有代表性的6棟羊舍，對羊舍外圍護結構內表面(地面、墻體和屋頂)溫度及舍內環境溫濕度進行測定。各羊舍的建筑類型及其結構特點如表1所示。

表1 各羊舍建筑類型與結構特點

1.2 試驗方法

試驗于2019年1月份中旬進行，采用紅外測溫儀(FLUKE F568-2)對所選6棟羊舍的外圍護內表面(屋頂2個坡、墻4個側面和地面料道2側)溫度進行測定，同時利用手持溫度表(TENMARS，臺灣)對羊舍的環境溫度進行定點定時檢測，檢測時間為早6:00-7:00、午12:00-13:00和晚18:00-19:00，連續測3 d。外圍護內表面溫度檢測時，測點選擇每棟舍長軸方向的3個截面，每個截面均勻設置16個點(A1，A2，A3，B1，……F)，兩側山墻各布置8個點(G1……G8，H1……H8)，測點分布如圖1所示。舍內環境溫度檢測時，長軸方向的3個橫截面水平方向上各均勻布置3點，檢測高度為1.7 m。

東西朝向舍：屋頂南坡點設A，屋頂北坡點設B，南墻點設C，北墻點設D，西墻點設G，東墻點設H，地面南側點設E，地面北側點設F；南北朝向舍：屋頂西坡點設A，屋頂東坡點設B，西墻點設C，東墻點設D，南墻點設G，北墻點設H，地面西側點設E，地面東側點設F

1.3 數據統計與分析

采用SPSS 17.0軟件進行雙因素方差分析，數據表示方法為“平均值±標準誤”。采用R語言統計軟件對外圍護內表面溫度與舍內溫度的相關性進行一元線性回歸分析，以P<0.05和P<0.01分別作為差異顯著和極顯著的判斷標準。

2 結果與分析

2.1 不同時間段不同外圍護部位的內表面溫度變化

不同時間段外圍護結構內表面溫度檢測結果如表2所示。不同時間段(早、午和晚)和不同外圍護部位的內表面溫度均表現出顯著性差異(P<0.01)，除舍5舍6，時段與外圍護部位之間也表現出交互效應(P<0.01)。各羊舍早、午、晚外圍護內表面溫度所有檢測點算術平均值基本表現為午高早低的趨勢(-4.93～-1.03 ℃)，且屋頂早午溫差顯著高于其他外圍護結構(P<0.05)。

從各舍兩對側外圍護結構(屋頂東西坡、屋頂南北坡、南北墻、東西墻、南北地面和東西地面)內表面溫度的比較結果可知(見圖2)，除了東西朝向的2棟羊舍，其他南北朝向羊舍的兩對側外圍護結構內表面溫度表現出顯著性差異(P<0.05)。同場的兩舍比較，有窗舍1的外圍護溫度均值顯著高于敞棚舍2(P<0.05)，南北朝向舍5的外圍護均溫顯著高于相同朝向的舍6(P<0.01)。同為有窗舍的舍3和舍4比較，屋頂為復合板結構的舍4外圍護均溫顯著高于單彩鋼屋頂的舍3(P<0.01)，舍4和舍3外圍護溫度分別為3.95 ℃和3.00 ℃，尤其是屋頂北坡、北墻和地面北側(P<0.05)。

2.2 外圍護內表面溫度與羊舍環境溫度的相關性

各羊舍環境溫度的檢測結果如表3所示，早、午、晚舍內溫度和濕度均表現出顯著性差異(P<0.05)，羊舍內溫度同外圍護溫度變化基本一致，表現為中午最高，早晚低的規律性。同場兩舍比較，舍1與舍2、舍3與舍4的溫度和濕度均呈顯著性差異(P<0.01)，而舍5和舍6的溫度和濕度差異不顯著(P>0.05)。通過分析所有羊舍外圍護內表面溫度與羊舍環境溫度的相關性可知(見圖3)，內表面溫度與羊舍環境溫度之間表現出極顯著的線性正相關關系(P<0.01，r=0.94)，回歸方程為：y=0.931x+0.569 7。

表2 不同時間段和不同外圍護部位的內表面溫度及差異性分析

注：各舍兩對側外圍護結構比較，即，屋頂南北坡、屋頂東西坡、南北墻、東西墻、南北地面、東西地面，標注不同小寫字母者為差異顯著 (P<0.05), 不同大寫字母者為差異極顯著(P<0.01)，相同小寫字母者為差異不顯著 (P>0.05)

表3 各羊舍檢測的環境溫濕度

圖3 外圍護內表面溫度與舍內環境溫度的相關性

3 討論

羊舍外圍護結構是維持舍內小氣候的外部結構，墻體和屋頂是外圍護結構的重要組成部分，冬季通過墻體散失的熱量占整個畜舍總散熱量的35%～40%[13]。試驗各舍早、午、晚的外圍護內表面溫度存在較大差異，中午內表面溫度最高，早上可降至-4.93～-1.03 ℃，這主要是由于寒冷冬季夜間氣溫降低導致墻體和屋頂熱量大量散失，所以早上外圍護內表面溫度降至最低，隨著外界氣溫的增加，墻體吸收熱量，外圍護結構的內表面溫度隨之增加。任宗黨等[14]對多種建筑外墻隔熱性能的分析指出，墻內表面溫度在相同的溫度波作用下，墻內表面溫度隨著外界環境溫度變化而變化，且存在衰減與延遲現象。趙婉瑩等[15]關于不同建筑材料豬舍外圍護結構的研究也表明，屋頂和吊頂的早、午、晚內表面溫度呈現低—高—低的變化趨勢，這和本研究結果基本一致。已有研究[23]認為，綿羊的適宜溫度為-3 ℃～23 ℃，雖然本研究中各舍日均溫處于正常范圍內，但部分羊舍早上溫度過低，需要加強冬季外圍護結構的保溫性能。研究還表明，不同外圍護結構的內表面溫度也有所差異，各結構兩對側內表面溫度表現為：屋頂南坡>北坡、屋頂西坡>東坡、南墻>北墻、西墻>東墻、地面南側>北側和地面西側>東側的規律性。據中國建筑熱分析專用氣象數據[17]顯示，河北省地區的南向和西向熱輻射與其對側的相比較熱輻射較大，這與本試驗結果相符。趙運超等[18]研究也表明，墻體的不同朝向對其內表面溫度影響較大，當墻體材料相同時，西側的墻體相比東側，外圍護內表面溫度較高。

外圍護內表面溫度和舍內的環境溫度密切相關[19]。本研究表明羊舍外圍護內表面溫度與舍內環境溫度之間存在顯著的正相關關系，圍護結構內表面溫度較高時，舍內溫度也會增加，所以保溫隔熱性能好的外圍護結構對于舍內環境的改善非常重要。本研究中密閉性強的有窗舍外圍護結構溫度及舍內溫度均顯著高于敞棚舍。陳健等[20]和周英昊等[21]研究認為，棚舍容易受風、雨、雪等外界環境因素的影響，不能形成穩定的小氣候，舍內環境很難控制。除了建筑結構，外圍護結構材料對結構內表面溫度影響也較大，尤其是屋頂。一般情況下，寒冷地區屋頂往往選擇導熱系數小的材料，以減少舍內熱量的散失[22]。本研究中復合彩鋼板屋頂舍(舍4)的外圍護結構溫度及其舍內溫濕度顯著高于單彩鋼屋頂舍(舍3)，尤其是舍的北側部位溫度，舍4的地面北側(羊床)、屋頂北坡和北墻溫度分別比舍3提高了1.46、1.56和1.08 ℃。羊喜陽怕潮，地面是羊躺臥和活動的地方，地面溫度直接影響羊的健康和生長，由于復合彩鋼板的導熱系數相對單層彩鋼板較小，減少了舍內熱量的散發，利于冬季的羊舍保溫。洪小華等[23]和王美芝等[5]也報道，屋頂添加保溫材料可增加隔熱性能，有效提高舍內溫度。此外，本研究中羊舍地面南側溫度均顯著高于北側，為了提高北側地面的溫度和采光效果，可在屋頂北側適當設置采光板，以增加舍內北側的光照，同時提高北側地面的溫度。

除了外圍護結構的建筑形式和建筑材影響舍內溫熱環境，畜舍朝向對于舍內環境也起到重要作用。屋頂作為重要的外圍護結構，本研究中南北朝向羊舍的屋頂南北坡溫度差異均達顯著水平，而東西朝向羊舍屋頂兩坡溫度差異不顯著，且對側墻體的溫度差異也不顯著，由此推測，從舍內環境溫度和采光均勻度來分析，東西朝向舍要好于南北朝向舍，這仍需進一步研究和證實。目前華北地區東西朝向羊舍在實際生產中已逐漸被采納，但也要考慮外圍護結構的整體保溫性能。

4 結論

羊舍外圍護內表面溫度直接影響舍內溫度，與舍內環境溫度呈顯著正相關關系。外圍護結構內表面溫度的日變化表現為午高早低的規律，需加強早上羊舍的保溫。建議冀中南地區羊舍東西朝向設計，并重視屋頂的保溫隔熱設計，既考慮舍內適宜的均溫，又要考慮溫度的均勻性。