冷热应激区域规模奶牛场建筑设施调查与分析

    摘要：为了解我国冷热应激区域规模奶牛场牛舍建筑和设备的差异，选取了20个存栏规模在400~15000头的奶牛场就牛舍建筑形式、屋顶形式、屋面材料、环境调控设备等方面进行了调研分析。

    结果表明，冷应激区域泌乳牛舍主要采用密闭或半开放建筑形式，屋面材料以保温性能较好的复合彩钢板为主；而热应激区域则多以开放式，屋顶采用钟楼或双坡形式为主。以单层彩钢板为屋面材料的牛舍，其热阻远远低于夏季低限热阻要求，十分不利于奶牛夏季生产。

    用于牛场缓解热应激的降温通风设备类别丰富，但通风降温方式的选择缺乏一定的科学性，调控效果差别较大。为提高牛舍夏季抗热应激水平，湿热地区应选用钟楼式屋顶有助于舍内通风，而干热地区则应选择双坡式屋顶，同时需要加强屋顶隔热设计。

    近年来，我国奶牛场规模化程度不断提高。中国畜牧业年鉴统计数据表明，2004年中国奶牛年存栏数100头以上的牧场为4306户，而2010年此数据已增长至11142户。

    不同地区奶牛场规模化发展进程中，牛场规划、牛舍建筑以及设备的选取等方面已经取得了较大的提升，规模奶牛场的建设呈良好发展态势。然而，由于当前关于规模奶牛场牛舍建设的标准和规范不够全面、不同地区奶牛场设计水平参差不齐等原因，规模奶牛场规划设计和牛舍建筑形式的选取方面还存在一些不足。

    本文调研了我国奶牛优势主产区的20个奶牛场。按照我国冬季冷应激重点区域和夏季热应激严重区域划分，分析了现存奶牛场应对冷、热应激状况的工程手段差异，旨在剖析牛舍建筑设施方面存在的典型问题，为不同地区规模奶牛场的建筑设计提供参考。

    1 样本概况

    《全国奶牛优势区域布局规划（2008-2015）》中选取了13个省（区、市）的313个奶牛养殖基地县作为奶牛生产优势区域。本次调研地区中黑龙江、内蒙古、河北、河南、新疆等地均属于奶牛生产优势区域范围。调研的奶牛场奶牛存栏规模400~15000头不等。

    参照颜志辉（2014）对我国冬季冷应激重点区域和夏季热应激严重区域的划分，本研究中8个规模奶牛场属于我国冬季冷应激重点区域，12个规模奶牛场位于我国夏季热应激严重区域。

    2 冷热应激区域牛舍建筑设施分析

    2.1 冷热应激区域牛舍建筑形式、屋顶形式及屋面材料分析

    调研样本中冷应激重点区域的奶牛场泌乳牛舍建筑以有窗式、矮墙卷帘形式为主；热应激严重区域以开放式为主。近年来兴起的LPCV（Low Profile Cross Ventilated，LPCV）牛舍，其初衷是为了改善炎热地区奶牛热应激状况。目前国内也用于冷应激严重区域。调研样本中泌乳牛舍屋顶形式以全钟楼和普通双坡为主，冷热应激区域没有明显差异。
    冷应激重点区域牛舍采用有窗式，相对于开放式牛舍能形成较稳定的舍内小气候条件，利于冬季防寒保暖。有窗式牛舍密闭时，利用檐口和钟楼屋顶通风，可达到牛舍保温和通风换气的有机结合。采用双坡式屋顶时，往往需要加排气管，帮助牛舍冬季换气。矮墙卷帘牛舍的矮墙高度约40~60cm，其主要作用是防止冷风灌入。单层卷帘的保温性能差，不仅不能起到良好的保温作用，反而因阻碍通风换气造成舍内相对湿度过高和空气污浊。

    热应激严重区域牛舍以开放式为主，牛舍结构简单、造价低廉，但易受自然环境影响。有研究表明，华南地区牛舍采用有窗式优于开放式，主要表现在形成舍内空气对流，阻挡辐射热等能降低舍内温湿指数。

    南方湿热地区，通风降温作用明显于屋顶隔热作用，屋顶形式采用钟楼式比双坡式更合适。干热地区，要求牛舍防热严密，采用双坡式屋顶相比屋脊敞开形式的屋顶更好。此外，双坡屋脊敞开形式的屋顶不适用于降雨量较大或降雨集中的地区。

    调研样本中冷应激重点区域约85%的泌乳牛舍屋面材料为复合彩钢板，热应激严重区域60%以上的泌乳牛舍采用单层彩钢板作为屋面材料。调研中80%左右的泌乳牛舍为轻钢结构，随着轻钢结构在牛舍建设中的推广，板材制品因其自重轻、安装快、便于冲洗消毒等优点，在牛舍建筑中逐渐普及。

    屋面隔热性能对于缓解夏季舍内高温极其关键，单层彩钢板屋面的隔热效果极差。以热应激严重区域中的河南郑州为例，孔庆友（1999）计算的郑州地区牛舍屋顶的夏季低限热阻值为0.559（平方米·℃）/W。而0.5mm厚彩钢板热阻为8.6×10的-6次方（平方米·℃）/W，远远低于该地区夏季低限热阻。

    2.2 泌乳牛舍降温通风设备分析

    奶牛耐热性差，牛舍中常利用通风降温设备调节舍内环境。冷热应激区域泌乳牛舍的降温通风设备使用状况见图1。
    冷应激区域LPCV牛舍通风系统采用轴流风机，与其建筑形式相匹配；其他泌乳牛舍中约50%使用扰流风机。热应激区域调研发现河北省的5个奶牛养殖小区的泌乳牛舍内没有安装降温通风设备。奶牛养殖小区的奶牛分属不同养殖户，在管理上尚未实现真正的统一，出于建设成本考虑，未安装必要的防暑降温设备。而规模奶牛场的泌乳牛舍均有通风降温设备，不过通风降温方式选取有一定区别。

    Dikmen和Hansen（2009）提出THI指标预测奶牛热应激状况，重点关注舍内温湿度对奶牛热应激的影响。开放式牛舍使用扰流风机对降低舍内温湿度的作用不明显，但是在高温高湿情况下，牛体周围风速达到2~3m/s时，对缓解奶牛的热应激状况有一定作用。

    冷风机主要利用潜热交换对气体降温，干热地区采用冷风机对降低舍内THI作用明显。但湿热地区不宜采用冷风机或风机喷雾降温，研究表明，在较低的相对湿度下奶牛在环境温度达到27℃时奶牛开始出现热应激，当相对湿度升高时，环境温度达到22℃就会导致奶牛热应激。

    目前行业内没有专门针对各地区气候条件提出的通风降温设备选择建议，导致奶牛场在降温通风方式的选择上存在一定盲目性。奶牛场应根据当地气候条件，针对性地选择环境调控方式，以缓解奶牛热应激。

    3 结论与建议

    奶牛对环境有明确的要求，建筑和设施等对牛舍环境影响很大，需进行科学规范设计。通过建筑来降低环境调控成本，可为奶牛健康和生产性能的发挥提供保障。分析认为：

    （1）我国冷应激区域宜采用有窗式牛舍，配合利用檐口和钟楼屋顶通风，以缓解舍内通风不良。单层卷帘的矮墙卷帘牛舍保温性较差，不适于冷应激地区。

    （2）热应激区域中的夏季湿热地区，建议使用钟楼屋顶的有窗式牛舍，隔绝太阳辐射热并加强通风带走舍内热量；而干热地区利用开放式牛舍进行自然通风有利于舍内环境，建议采用普通双坡屋顶，并采用隔热性能好的屋面材料。单层彩钢板热阻过低，不宜使用。

    （3）热应激严重区域泌乳牛舍内的通风降温设备类别丰富，各种通风降温方式的效果有一定差别，不能盲目选择。建议行业内制定各地区选型建议，对通风降温设备的选择提供指导。

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