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南方夏季肉牛舍湿帘风机负压通风系统降温效果

2018-11-05陈昭辉王金环刘继军杨食堂

农业工程学报 2018年21期
关键词:湿帘牛舍肉牛

陈昭辉,安 捷,王金环,刘继军,杨食堂



南方夏季肉牛舍湿帘风机负压通风系统降温效果

陈昭辉1,2,安 捷1,2,王金环1,2,刘继军1,2※,杨食堂3

(1. 中国农业大学动物科技学院,北京 100193;2. 动物营养学国家重点实验室,北京 100193; 3. 高安市裕丰农牧有限公司,高安 330800)

为改善南方夏季肉牛舍环境条件,该文对湿帘风机负压通风系统在肉牛舍的降温效果进行了探究。试验以栓系饲养西门塔尔公牛为试验对象,对环境、肉牛生理及增重情况进行测定。结果表明:降温后,试验舍平均温度降低3.2 ℃(<0.01),相对湿度增加21.3%(<0.01),肉牛附近风速增加0.30 m/s(<0.01),肉牛体感温度降低1.8 ℃(<0.01);试验牛呼吸频率平均降低13次/min(<0.01),皮温降低0.92 ℃(<0.01),平均日增质量提高0.13 kg/d(>0.05)。由此可知,在肉牛舍中采用湿帘风机负压通风系统进行降温,能够有效改善舍内热环境,有助于缓解肉牛热应激,具有技术可行性。

风机;降温;风速;湿帘;负压通风;肉牛舍

0 引 言

中国多数地区夏季气候炎热,在长江流域及其以南地区的集约化动物养殖生产中,炎热的气候使生产力的发挥受到很大限制。调查表明,中国南方肉牛舍夏季普遍存在高温高湿的现象[1],不利于肉牛业的发展。目前,牛舍的人工降温措施主要包括遮阳、喷淋或喷雾结合风扇(机)、湿帘冷风机、湿帘冷风机结合纤维风管等[2-6]。

湿帘风机系统是农业设施中最有效、最经济的降温方式[7-8]。Hasan 等的试验表明,种植西红柿的温室采用湿帘风机负压通风系统后,温室温度降低10~12 ℃[9]。王美芝等的试验发现,湿帘风机负压通风系统能够使育肥猪舍内高温时间减少15%[10]。Fidaros等在鸡舍采用湿帘风机系统,使鸡舍温度可降低0.5 ℃[11]。在高温季节采用湿帘风机负压通风系统降温,能明显提高畜禽的生产性能和经济效益[12-13]。目前,湿帘风机负压通风系统在畜舍上的应用以猪舍、鸡舍为主。湿帘风机负压通风系统对畜舍密闭性要求很高,而大部分牛舍为开放或半开放式,因此该系统在牛舍中的应用尚不多见。美国的恒温牛舍(low profile cross ventilated,LPCV)采用了湿帘风机横向通风的方式[14],有效地将夏季牛舍内温度保持在21 ℃左右,有效缓解夏季肉牛热应激。

针对南方地区牛舍夏季高温问题,本试验将湿帘风机负压通风系统应用在肉牛牛舍上,以加强舍内通风及改善舍内环境,并对该系统在南方肉牛牛舍夏季降温效果及运行规律进行探究,以期为夏季牛舍环境调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验牛舍与试验动物

本试验于2016年7—8月进行,地点为国家肉牛体系高安试验站,位于江西省宜春市(28.25°N,115.22°E)。该地区6—9月平均相对湿度约80%,温湿指数(temperature-humidity index,THI)≥74的天气约占72%,7—8月份全月THI都在78%以上[15]。2栋试验牛舍均为东西走向,长54 m,跨度12 m,试验舍檐高4.2 m,对照舍檐高3.9 m,均为双坡钢屋架无吊顶彩钢板屋面。其中,试验舍南北墙通长设置2.7 m高窗洞,安装卷帘,窗台高1.5 m。西侧山墙装有4台轴流风机,东侧山墙装有1块湿帘。对照舍南北墙通长设有1.7 m高24砖墙,上部开放。试验舍与对照舍均为双列中走道布置。

试验舍饲养60头西门塔尔公牛,对照舍饲养70头西门塔尔公牛,15~18月龄,均为拴系饲养。分别从2个舍中挑选15头约500 kg且体况相近的牛作为试验牛,平均随机分配至各舍两侧牛床进行拴系饲养。从试验舍和对照舍中分别随机挑选6头试验牛测量其生理指标。试验阶段肉牛日粮精粗比为1:6,精料配方为:玉米69%,豆粕15%,菜粕8%,预混料4%,小苏打2%,食盐2%。

1.2 设备安装及运行参数

试验舍东侧山墙安装湿帘,湿帘型号为Munters CELdek 7090,长9 m,高1.8 m,厚150 mm,湿帘下端距牛床0.45 m。西侧山墙安装4台轴流风机,风机型号为Munters EM50,洞口大小为1.4 m×1.4 m,叶轮直径1.3 m,额定风量为38 048 m³/h,风压25 Pa,风机下端距牛床0.4 m。系统运行时间为9:00-19:00。

1.3 试验方法

1.3.1 环境指标测定

试验环境测定日期为7月23日-8月20日,共计29 d。环境测定指标为温度、湿度、黑球温度、风速、NH3和CO2浓度。温湿度测定采用温湿度自动记录仪(型号Apresys179-TH,精度分别为±0.3 ℃,±3%RH)和手持温湿度仪(型号TESTO 625,精度±0.5 ℃)。其中自动记录仪24 h自动记录,每5 min记录1次数据,测定高度为2.3 m;手持温湿度仪测定高度为0.7 m(肉牛躺卧高度)和1.4 m(肉牛站立高度)。风速测定采用热敏式风速仪(型号MODEL6004,精度为±5%),测定高度为0.7和1.4 m。CO2浓度和NH3浓度测定分别采用二氧化碳检测仪(型号TES-1370,精度为±3%)和氨气检测仪(型号JsA8,精度为±3%),测量高度为0.7 m。黑球温度测定采用黑球辐射温度测试仪(型号JTR04,精度为±0.5 ℃),测点为牛舍中心点处,测量高度为1.0 m。手持温湿度、风速、有害气体和黑球温度的测定时间为10:00、12:00、14:00、16:00、18:00。图1为测点布置图。距牛舍南侧纵墙中心处垂直距离3 m设置一处舍外环境测点,环境测定指标与测定高度与舍内相同。

注:A1~E3为选取的15个环境指标测点;▲表示温湿度自动记录仪测点;●表示手持温湿度、风速、有害气体测点;■表示黑球温度测点。

1.3.2 生理、生长性能指标测定

肉牛生理测定指标包括呼吸频率、直肠温度及皮温,测定时间为10:00、12:00、14:00。直肠温度由兽用玻璃体温计测量(精度+0.10 ℃,-0.15 ℃)。呼吸频率采用人工秒表连续3 min计数侧腹起伏次数。皮温测定是用红外热像仪(型号Fluke Ti400)对试验牛胸腹部拍照,用Smart View3.6软件分析图像。生长性能指标测定包括试验牛初期与末期的提质量,并计算平均日增质量

1.3.3 肉牛体感温度

体感温度又称为温湿风指数(temperature-humidity- velocity index,THVI),是根据温度、湿度和风速评价环境综合温度的指标。根据试验动物的不同乘以相应的系数,牛的THVI的计算公式为[16]

THVI=(0.35´t+0.65´t)´–0.058(1)

式中t为干球温度,℃;t为湿球温度,℃;为风速,m/s。

1.3.4 环境综合评价

本试验采用热负荷指数(heat load index,HLI)对热环境进行综合评价。HLI是结合环境温度、湿度、太阳辐射和风速等环境因素来评价夏季环境炎热程度的指标。HLI以黑球温度(black global temperature,BG)25 ℃为界,被分为2部分,当黑球温度大于25 ℃时,其计算公式为[17]

HLIBG>25=8.62+(0.38´RH)+(1.55´BG)–(0.5´)+e(2.4–V)(2)

式中BG为黑球温度,℃;RH为相对湿度,%;e是自然对数。

HLI分为4个等级:①热中性环境,HLI<70;②温热环境:70≤HLI<下限临界值;③炎热环境:下限临界值≤HLI≤上限临界值;④极热环境:HLI>上限临界值。HLI的初始临界值测定是以无荫蔽条件、积粪厚度50 mm左右、身体健康、饲养日龄为80到130 d、饮水温度21~30 ℃的黑色安格斯牛,其下限临界值和上限临界值分别为77、86。当HLI高于下限临界值时,肉牛开始出现热应激;大于上限临界值时,肉牛体热调节失衡,出现热积聚状态,体温升高。上下限临界值要根据肉牛的品种、毛色、健康状况、育肥天数和畜舍的遮阳情况、粪堆厚度、饮水温度进行校正。

1.3.5 数据分析

试验数据采用SAS9.2统计软件分析。数据结果表示形式为“平均值±标准差”。

2 结果与分析

2.1 湿帘风机牛舍的环境变化规律

2.1.1 舍内温度分布

湿帘风机降温系统最主要的规律之一是在平行于气流的方向上存在明显的温度梯度[18-19]。根据图1a的环境指标测定位置在牛舍中选取A~E共5个截面,分别距湿帘6、18、24、36 和48 m,测定并计算各截面1.4 m高度的平均温度,得到如图2所示温度与湿帘距离的关系。由图2可知,整个湿帘风机系统在平行于气流方向上的温度变化率为0.033 ℃/m。这是湿帘提供的水汽沿气流方向减少,蒸发降温效率降低。畜舍两侧A、E截面平均温度分别为(29.0±0.8)和(30.4±0.8) ℃,湿帘端温度比风机端低1.4 ℃(<0.01)。湿帘的安装位置及遮阳率对舍内纵向温度上升有较大影响,例如湿帘安装于北侧优于东侧[20]。本试验中,湿帘安装于牛舍东侧,且牛舍窗洞安装的是隔热性能相对较差的卷帘,因此纵向上存在明显的温度梯度。

注:A~E分别表示牛舍内距湿帘6、18、24、36和48 m处的横截面。

2.1.2 舍内风速分布

湿帘风机降温系统在平行于气流方向上的风速也有其分布规律。湿帘进风口附近的平均风速极显著高于风机出风口附近和牛舍中间区域的平均风速(<0.01),风机出风口附近风速极显著高于牛舍中间区域(<0.01),这是由于负压风机在舍内形成负压环境,湿帘进风口处与舍外形成压力差,使得风速较大。在距地面1.4 m处测定风速得知,气流以1.39 m/s的平均速度经过湿帘进入牛舍,受到牛体的阻挡出现了一个较大范围的低速湍流区,到A截面处平均速度衰减为0.92 m/s,B、C、D截面处风速最低,平均为0.66 m/s。近风机端由于风机持续向舍外抽出气体形成强大的负压区,气流速度逐渐恢复,E截面的平均风速为0.83 m/s。整个舍内的风速维持在0.6~1.0 m/s的范围内,这一风速对输送来自湿帘的低温空气、维持室内的降温效果,以及对增加牛体表面的散热性、减少高温危害的发生是非常重要的。

表1 舍内1.4 m高度处平行于气流方向的风速分布

注:表中平均风速列不同大写字母表示数据有极显著差异(<0.01)。

Note: There is an extremely significant difference between different upper case in air velocity column (<0.01).

2.2 外界温湿度对湿帘工作性能的影响

图3为湿帘降温幅度与舍外温湿度的关系曲线。由图3可知,降温幅度与舍外温度成正比,与舍外相对湿度成反比。舍外温度每升高1 ℃,降温幅度平均增大0.6 ℃;舍外相对湿度升高,湿帘降温幅度减小,相对湿度升高10%,湿帘降温幅度平均减小1.6 ℃。根据预期降温幅度(D),可判断畜舍环境是否适合使用湿帘风机系统降温,现有研究对降温效果有以下划分[21]

根据图3可知,根据舍外温湿度计算湿帘降温幅度在3~8 ℃,所以试验地区夏季很适合使用湿帘风机负压通风系统进行降温。

2.3 湿帘风机系统对牛舍环境的影响

2.3.1 湿帘风机系统对舍内温湿度的影响

表2为2个牛舍内和舍外各个时刻平均温湿度。湿帘风机系统开启后,试验舍和对照舍各个时刻的温度均有极显著差异(<0.01)。试验期间, 试验舍和对照舍0.7 m高处的平均温度分别为(29.7±0.6)和(32.9±1.1) ℃,1.4 m高处的平均温度分别为(29.7±0.5)和(32.9±1.1) ℃。试验舍的平均温度比对照舍低3.2 ℃(<0.01)。16:00的平均温度与对照舍相比降幅最大,达到3.6 ℃。育肥牛适宜环境温度为9~20 ℃,在高温季节应将气温控制在25 ℃以内,温度在30 ℃以上时应该采取防暑降温措施[22]。由于牛舍密闭性差,风量损失严重,且与舍外存在热交换,试验舍内的平均温度仍在25 ℃以上,但已经控制在30 ℃以下,说明系统有良好的降温效果。

试验舍和对照舍的各个时刻的湿度均有极显著差异(<0.01)。试验舍和对照舍0.7 m高处的平均湿度分别为(90.1±1.8)%和(68.8±5.1)%,1.4 m高处的平均湿度分别为(89.9±1.9)%和(68.5±5.0)%。试验舍的平均湿度比对照舍高21.3%。一般肉牛对空气湿度的要求为40%~70%,育肥牛舍内湿度不宜超过85%。试验舍的平均湿度接近90%,除了蒸发降温过程中增加空气湿度外,试验舍淸粪效率低、尿液经常积聚也是原因之一。

2.3.2 湿帘风机系统对风速和有害气体浓度的影响

图4为2个舍不同时刻的风速与有害气体浓度。由图4可知,湿帘风机系统开启后,试验舍各个时刻牛体附近平均风速极显著高于对照舍(<0.01)。试验舍的日平均风速为(0.75±0.02) m/s, 湿帘和风机附近的风速甚至能达到1 m/s以上。对照舍的日平均风速为(0.45±0.03) m/s。根据肉牛舍适宜通风标准,1岁以上的育肥牛舍夏季气流速度应达到0.8~1.0 m/s,对照舍牛体附近风速远低于这一标准,而试验舍内风速比较接近,基本能满足肉牛夏季的生长需要。

表2 试验舍和对照舍各时刻平均温湿度

注:表中同行不同大写字母表示数据有极显著差异(<0.01)。

Note: There is an extremely significant difference between different upper case in same line (<0.01).

试验舍和对照舍的平均CO2浓度分别为(498± 14)´10-6、(542±20)´10-6,在10:00和14:00没有显著差异(>0.05),12:00有显著差异(0.01<<0.05),16:00和18:00有极显著差异(<0.01)。总体上看,开启湿帘风机系统后,试验舍内通风量大幅增加,CO2浓度降低。试验舍和对照舍的平均NH3浓度分别为(3.63±0.33)´10-6、(3.71±0.64)´10-6。试验舍各个时刻的NH3浓度与对照舍相比都有所降低,但均无显著差异(>0.05),说明湿帘风机系统对排出试验舍NH3无显著作用,这可能与试验舍淸粪效率低、粪便堆积有关。

注:图中不同小写字母表示数据有显著差异(P<0.05),不同大写字母表示数据有极显著差异(P<0.01)。

2.3.3 湿帘风机系统对肉牛体感温度的影响

表3为试验期间试验舍和对照舍不同时刻的肉牛体感温度。由表3可知,经过降温处理后,试验舍10:00-18:00肉牛的平均体感温度为(29.1±0.4) ℃,对照舍为(30.9± 0.3) ℃。试验舍肉牛体感温度比对照舍平均降低1.8 ℃(<0.01),而试验舍10:00-18:00的空气温度与对照舍相比平均降幅为3.2 ℃。肉牛体感温度的降幅比空气温度低,是因为受到舍内湿度的影响,使用湿帘风机系统虽然舍内温度极显著降低、风速极显著提高,但湿帘提供的水汽较多,致使舍内湿度过大,抑制了肉牛自身蒸发散热,影响了体感温度的降低幅度。

2.3.4 湿帘风机系统对热负荷指数的影响

本次试验牛为生理状况健康、育肥天数在130 d以上、毛色黄白相间的西门塔尔牛;平均每头遮阳面积大于3 m2,饮水温度处于15~20 ℃范围内,粪堆厚度在50 mm左右。根据以上情况进行热负荷指数校正,校正过的热应激下限临界值和上限临界值分别为87、96[23]。

根据式(2)计算2个舍内HLI,得到表3。由表3可知,试验舍和对照舍的平均HLI分别为93.61±0.56、92.63±0.58,都处于炎热状态(87≤HLI≤96),试验牛开始出现热应激。2个舍各个时刻的HLI都没有显著差异(>0.05),且试验舍的HLI值略高于对照舍,这也是由于湿帘的使用,使舍内湿度过高导致的。

2.4 湿帘风机系统对肉牛生理指标的影响

2.4.1 湿帘风机系统对肉牛呼吸频率的影响

呼吸频率可以反映出肉牛是否存在热应激[24]。环境温度升高,导致肉牛的非蒸发散热减弱,呼吸和出汗等蒸发散热方式增强。表4为2个舍不同时刻肉牛的呼吸频率。由表4可知,湿帘风机系统降温后,试验舍和对照舍肉牛的平均呼吸频率分别为(57±1)、(70±2)次/min。试验舍比对照舍有极显著降低,平均降幅为13次/min(<0.01),说明该降温系统能够有效缓解肉牛的热应激状况。

表3 试验舍和对照舍不同时刻THVI和HLI值

注:表中同行相同指标不同大写字母表示数据有极显著差异(<0.01),相同小写字母表示数据没有显著差异(>0.05)。

Note: There is extremely significant difference between different upper case (<0.01) and no significant difference between the same lower case in same line in same index (>0.05).

表4 试验舍和对照舍不同时刻肉牛的呼吸频率

注:表中同列不同大写字母表示数据有极显著差异(<0.01)。

Note: There is an extremely significant difference between different upper case in same column (<0.01).

2.4.2 湿帘风机负压通风系统对肉牛皮温和直肠温度的影响

图5为2个舍不同时刻肉牛的皮温和直肠温度。由图5可知,试验舍和对照舍的肉牛的平均皮温分别是(35.54±0.09)、(36.46±0.44) ℃,降低0.92 ℃。除10:00的平均皮温没有显著差异(>0.05)外,试验舍12:00和14:00平均皮温与对照舍相比均有极显著降低(<0.01),说明该降温系统能够有效缓解肉牛的热应激状况。

注:图中相同小写字母表示数据没有显著差异(P>0.05),不同大写字母表示数据有极显著差异(P<0.01)。

试验舍和对照舍的肉牛的平均直肠温度分别是(38.74±0.04)、(38.85±0.06) ℃,试验舍与对照舍无显著差异(>0.05)。肉牛正常直肠温度变动范围为36.7~39.1 ℃[25],2个舍的肉牛均处于正常范围,说明热应激程度较轻,未能显著影响肉牛体内温度。

2.5 湿帘风机系统对肉牛生长性能的影响

表5为2个舍肉牛的日增质量情况。由表5可知,增重试验期为7月23日-8月20日,共计29 d,试验舍与对照舍肉牛的日增质量分别为(0.65±0.52)、(0.52± 0.48) kg/d,试验舍较对照舍提高0.13 kg/d,但没有显著差异(>0.05)。

表5 试验舍和对照舍肉牛日增质量

注:表中同列不同小写字母表示数据有显著差异(<0.05)。

Note: There is an significant difference between different lower case in same column (<0.05).

3 讨 论

采用湿帘风机系统进行降温后,由于降温方式为蒸发降温,试验舍湿度有所升高,超过了育肥肉牛的上限湿度85%。湿度过大也使得试验舍的HLI略高于对照舍。但从肉牛的生理指标来看,试验舍肉牛的呼吸频率和皮温与对照舍相比均有极显著降低,直肠温度也有所降低。说明尽管湿度大幅增加,但在温度和风速更为适宜的条件下,湿帘风机系统能够有效缓解肉牛的热应激状况。

畜舍良好的密闭性是保证湿帘降温效果的前提。畜舍的密闭性不好的情况下,热空气就会不经过湿帘直接进入舍内,使舍内的温度升高。另外,还会降低纵向通风的风速,影响风冷的效果[26]。试验中,理论上,4台风机全部开启时的过帘风速为1.96 m/s(风机效率按75%计算),实际测得湿帘表面平均风速仅为1.39 m/s(表面风速指的是舍内距湿帘0.1 m处的风速,有研究表明,表面风速与过帘风速有线性相关关系[27])。可见牛舍密闭性差对试验效果造成了一定影响。

除湿帘风机系统外,封闭肉牛舍主要采用喷雾、喷淋降温。蔡景义等[28]采用风机喷淋对封闭牛舍进行降温,舍内温度降低1.84 ℃,风速提高8.27倍,但THI无显著差异;陈昭辉等[29]在封闭牛舍中使用喷雾结合风机系统,使试验舍温度降低2.2 ℃,但湿度增大11.3%,THVI和HLI无显著降低。这表明在封闭牛舍当中,喷雾、喷淋系统的蒸发效率低,对湿度影响较大,而在高湿环境中,雾气和水滴会附着在牛皮肤表面,形成水膜,抑制牛体自身散热,进一步增加热应激。本研究中试验舍温度降低3.2 ℃,THVI有显著降低,对比喷淋、喷雾降温效果更为明显,说明湿帘风机系统对封闭肉牛舍的降温具有更好的效果。

4 结 论

1)湿帘风机负压通风系统使舍内环境呈现一定规律性。试验舍内平行于气流方向形成变化率为0.033 ℃/m的温度梯度;舍内风速于近风机端与近湿帘端增大,分别为0.83和0.92 m/s,而其余位置风速趋于平稳,平均风速为0.66 m/s。

2)湿帘风机负压通风系统受舍外环境影响。舍外温度每升高1 ℃,降温幅度平均增大0.6 ℃;舍外相对湿度增大10%,降温幅度平均减小1.6 ℃。

3)湿帘风机负压通风系统能够明显改善牛舍的环境条件。试验舍空气温度降低3.2 ℃,相对湿度增加21.3%,肉牛附近风速增加0.30 m/s,CO2浓度降低44´10-6,肉牛体感温度降低1.8 ℃。

4)湿帘风机负压通风系统能够明显改善肉牛的生理状况,有效缓解肉牛的热应激,提高肉牛生产性能。降温后,试验牛呼吸频率平均降低13次/min,皮温降低0.92 ℃,平均日增质量高0.13 kg/d。

[1] 丁露雨,王美芝,郭霏,等. 我国不同地区肉牛舍夏季环境状况测定[J]. 家畜生态学报,2011,32(1):68-72. Ding Luyu, Wang Meizhi, Guo Fei, et al. Determination of beef cattle housing condition in summer for different regions[J]. Journal of Domestic Animal Ecology, 2011, 32(1): 68-72. (in Chinese with English abstract)

[2] Brown-Brandl T M, Eigenberg R A, Nienaber J A. Water spray cooling during handling of feedlot cattle[J]. International Journal of Biometeorology, 2010, 54(6): 609-616.

[3] Schütz K E, Rogers A R, Cox N R, et al. Dairy cattle prefer shade over sprinklers: Effects on behavior and physiology[J]. Journal of Dairy Science, 2011, 94(1): 273-283.

[4] Smith T R, Chapa A, Willard S, et al. Evaporative tunnel cooling of dairy cows in the southeast. I: Effect on body temperature and respiration rate[J]. Journal of Dairy Science, 2006, 89(10): 3904-3914.

[5] Smith J F, Bradford B J, Harner J P, et al. Short communication: Effect of cross ventilation with or without evaporative pads on core body temperature and resting time of lactating cows[J]. Journal of Dairy Science, 2016, 99(2): 1495-1500.

[6] 程琼仪,刘继军,靳薇,等. 冷风机-风管对南方开放式牛舍的降温效果[J]. 农业工程学报, 2014,30(8):126-134. Cheng Qiongyi, Liu Jijun, Jin Wei, et al. Effects of cooling fan-duct on cooling performance in open-sided beef barn in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8): 126-134. (in Chinese with English abstract)

[7] Malli A, Seyf H R, Layeghi M, et al. Investigating the performance of cellulosic evaporative cooling pads[J]. Energy Conversion and Management, 2011, 52(7): 2598-2603.

[8] Sethi V P, Sharma S K. Survey of cooling technologies for worldwide agricultural greenhouse applications[J]. Solar Energy, 2007, 81(12): 1447-1459.

[9] Hasan O, Atilgan A, Buyuktas K. The efficiency of fan-pad cooling system in greenhouse and building up of internal greenhouse temperature map[J]. African Journal of Biotechnology, 2009, 20(820): 5436-5444.

[10] 王美芝,赵婉莹,刘继军,等. 湿帘-风机系统对北京育肥猪舍的降温效果[J]. 农业工程学报,2017,33(7):197-205. Wang Meizhi, Zhao Wanying, Liu Jijun, et al. Cooling effect if water pad-fan system for fattening pig houses in Beijing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 197-205. (in Chinese with English abstract)

[11] Fidaros D, Baxevanou C, Bartzanas T, et al. Numerical study of mechanically ventilated broiler house equipped with evaporative pads[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2018, 149:101-109.

[12] 刘卫东,程璞,王绍锋. 高温期负压纵向通风加湿帘降温对育肥猪生产性能的影响[J]. 养猪,2006(5): 25-26.

[13] 贾汝敏,叶红,叶昌辉. 炎热季节肉鸡生产使用湿帘降温系统效果评价[J]. 中国家禽,2007,29(13):19-22. Jia Rumin, Ye Hong, Ye Changhui. Effect evaluation of fan and pad cooling systems for broilers production in hot season[J]. China Poultry, 2007, 29(13): 19-22. (in Chinese with English abstract)

[14] Smith J F, Harner J P D. Comprehensive evaluation of a low-profile cross-ventilated freestall barn[C]// Proceedings of the 8thWestern Dairy Management Conference, 2007. Reno: Western Dairy Management Conference, 2007: 127-147.

[15] 中国气象局气象中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系. 中国建筑热环境分析专用气象数据集[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2005.

[16] Tao Xiuping, Xin Hongwei. Temperature-Humidity-Velocity Index for Market- size Broilers[J]. American Society of Agricultural Engineers, 2003: paper No.: 034037.

[17] Gaughan J B, Mader T L, Holt S M, et al. A new heat load index for feedlot cattle[J]. Journal of Animal Science, 2008, 86(1): 226.

[18] Kittas C, Bartzanas T, Jaffrin A. Temperature gradients in a partially shaded large greenhouse equipped with evaporative cooling pads[J]. Biosystems Engineering, 2003, 85(1): 87-94.

[19] 胥芳,蔡彦文,陈教料,等. 湿帘-风机降温下的温室热/流场模拟及降温系统参数优化[J]. 农业工程学报,2015,31(9):201-208. Xu Fang, Cai Yanwen, Chen Jiaoliao, et al. Temperature/ flow field simulation and parameter optimal design for greenhouses with fan-pad evaporative cooling system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(9): 201-208. (in Chinese with English abstract)

[20] 龚建军,雷云峰,何志平,等. 高温季节“湿帘-风机”系统降温效果研究[J]. 家畜生态学报,2016,37(1):46-52. Gong Jianjun, Lei Yunfeng, He Zhiping, et al. Investigation on cooling effect of cooling pad-fan system during hot season[J]. Journal of Domestic Animal Ecology, 2016, 37(1): 48-52. (in Chinese with English abstract)

[21] Wang C, Cao W, Li B, et al. A fuzzy mathematical method to evaluate the suitability of an evaporative pad cooling system for poultry houses in China[J]. Biosystems Engineering, 2008, 101(3): 370-375.

[22] 刘引区,王斌,陈生会,等. 夏秋季气温对肉牛肥育增重的影响[J]. 中国牛业科学,2010,36(6):48-50. Liu Yinqu, Wang Bin, Chen Shenghui, et al. Impact on fattening weight gain of beef cattle of summer and spring temperature[J]. China Cattle Science, 2010, 36(6): 48-50. (in Chinese with English abstract)

[23] 丁露雨,王美芝,陈昭辉,等. 南方开放式肉牛舍夏季喷雾降温效果[J]. 农业工程学报,2013,29(2):224-231. Ding Luyu, Wang Meizhi, Chen Zhaohui, et al. Effects of spraying cooling on open beef cattle barn in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(2): 224-231. (in Chinese with English abstract)

[24] Gaughan J B, Holt S M, Hahn G L, et al. Respiration rate-is it a good measure of heat stress in cattle[J]. Asian Australasian Journal of Animal Sciences, 2000, 13(4): 329-332.

[25] 黄昌澍. 家畜气候学[M]. 南京:江苏科学技术出版社,1989.

[26] 刘鹏,吴中红. 兔舍湿帘降温和负压纵向通风设计使用要点及常见误区[J]. 中国养兔,2012(8):17-20.

[27] 田海林,李曦,孙梦瑶,等. 常用湿帘产品的技术性能测试[J]. 农机化研究,2013,35(4):148-151. Tian Hailin, Li Xi, Sun Mengyao, et al. Technical performance testing of commonly used specifications wet pad[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013, 35(4): 148-151. (in Chinese with English abstract)

[28] 蔡景义,冯堂超,廖阔遥,等. 封闭型牛舍风机喷淋降温和饲粮添加铬改善肉牛生长性能[J]. 农业工程学报, 2015,31(19):190-194. Cai Jingyi, Feng Tangchao, Liao Kuoyao, et al. Cooling with fans and spray in closed cowshed and chromium supplementation improving growth performance of beef cattle[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(19): 190-194. (in Chinese with English abstract)

[29] 陈昭辉,刘媛媛,吴中红,等. 喷雾与纵向负压通风相结合的封闭牛舍降温效果[J]. 农业工程学报,2016,32(19):211-218. Chen Zhaohui, Liu Yuanyuan, Wu Zhonghong, et al. Cooling effects of spraying combined with tunnel negative pressure ventilation in enclosed feedlot barn[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(19): 211-218. (in Chinese with English abstract)

Cooling effects of fan-pad negative pressure ventilation system on summer environmental conditions in beef cattle barn in Southern China

Chen Zhaohui1,2, An Jie1,2, Wang Jinhuan1,2, Liu Jijun1,2※, Yang Shitang3

(1.100193,;2.100193,; 3.330800,)

Although fan-pad evaporative cooling system is a kind of energy-saving and environment-friendly cooling method, its application in beef cattle barn is still very rare. Anegative pressure ventilation system for wet curtain fan was tested in this study to improve the summer environmental conditions of beef cattle barn in Southern China and find out its suitability for hot and humid climates. The study was conducted in 2 cattle beef barns located at Gao’an, Jiangxi Province, where is hot and humid in summer. The system consists of a cellulosic cooling pad and 4 axial flow fans with an air volume of 38 048 m3/h and an electric power of 1.1 kW. According to the results of the preliminary experiment, the operation time of the cooling system was from 09:00 to 19:00. In this study, simmental beef cattle were randomly allotted in 2 confined barns where feed and water were freely available. The data of environmental factors and beef physiology were collected. Temperature-humidity-velocity index (THVI) and heat load index (HLI) value were calculated to estimate the effects of climatic variable and heat accumulation. The cooling effect of the system was affected by the ambient temperature and relative humidity. With the ambient temperature increased by 1 ℃, the cooling effect increased by 0.6 ℃; with the relative humidity increased by 10%, the cooling effect decreased by 1.6 ℃ There was a temperature gradient along the airflow direction, and the temperature increased 0.033 ℃for every 1 meter increase in the distance from the cooling pad. The air velocity parallel to the direction of the airflow was also inconsistent. The air velocity near the cooling pad was higher than that at the fan outlet and the middle area (<0.01), and the air velocity of the outlet of the fan was higher than that at the middle area (<0.01). During the measurement period, the average temperature in the experiment barn was (29.7±0.5) ℃, compared with the control barn, decreased by 3.2 ℃(<0.01); the average relative humidity was (89.9±1.9)%, increased by 21.3% (<0.01); the average air velocity near the cow was (0.75±0.02) m/s, increased by 0.30 m/s (<0.01); the average effective temperature was (29.1± 0.4) ℃, decreased by 1.8 ℃(<0.01); the average concentration of CO2was (498±14)´10-6, deceased by 44´10-6(<0.01) ; and the average concentration of NH3was (3.63±0.33)´10-6. However, because of the high relative humidity, HLI value of the experiment barn was slightly higher than that of the control barn(>0.05). The average respiration rate in the experiment barn was (57±1)breaths/min, compared with the control barn, decreased by 13 breaths/min (<0.01); the average skin temperature was (35.54±0.09) ℃, decreased by 0.92 ℃(<0.01); the average rectal temperature was (38.74±0.04) ℃, decreased by 0.11℃(>0.05); and the average daily weight gain was (0.65±0.52) kg/d, increased by 0.13 kg/d (>0.05). The results indicated that fan-pad evaporative cooling system was able to improve the environmental conditions for beef cattle barns in Southern China, thus relieving heat stress of beef cattle. This provides a scientific basis for the extension and application of evaporative pad cooling systems in Southern China.

fans; cooling; wind speed; pad; negative pressure ventilation; beef cattle barn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.025

S823.9+2

A

1002-6819(2018)-21-0208-07

2018-07-22

2018-09-23

国家重点研发计划项目(2016YFD0500508)

陈昭辉,博士,副教授,研究方向为畜牧环境工程。 Email:chenzhaohui@cau.edu.cn。

刘继军,教授,研究方向为畜牧环境工程。 Email:liujijun@cau.edu.cn。

陈昭辉,安 捷,王金环,刘继军,杨食堂.南方夏季肉牛舍湿帘风机负压通风系统降温效果[J]. 农业工程学报,2018,34(21):208-214. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.025 http://www.tcsae.org

Chen Zhaohui, An Jie, Wang Jinhuan, Liu Jijun, Yang Shitang.Cooling effects of fan-pad negative pressure ventilation system on summer environmental conditions in beef cattle barn in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 208-214. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.025 http://www.tcsae.org

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