冷熱應激區域規模奶牛場建筑設施調查與分析

    摘要：為了解我國冷熱應激區域規模奶牛場牛舍建筑和設備的差異，選取了20個存欄規模在400~15000頭的奶牛場就牛舍建筑形式、屋頂形式、屋面材料、環境調控設備等方面進行了調研分析。

    結果表明，冷應激區域泌乳牛舍主要采用密閉或半開放建筑形式，屋面材料以保溫性能較好的復合彩鋼板為主；而熱應激區域則多以開放式，屋頂采用鐘樓或雙坡形式為主。以單層彩鋼板為屋面材料的牛舍，其熱阻遠遠低于夏季低限熱阻要求，十分不利于奶牛夏季生產。

    用于牛場緩解熱應激的降溫通風設備類別豐富，但通風降溫方式的選擇缺乏一定的科學性，調控效果差別較大。為提高牛舍夏季抗熱應激水平，濕熱地區應選用鐘樓式屋頂有助于舍內通風，而干熱地區則應選擇雙坡式屋頂，同時需要加強屋頂隔熱設計。

    近年來，我國奶牛場規模化程度不斷提高。中國畜牧業年鑒統計數據表明，2004年中國奶牛年存欄數100頭以上的牧場為4306戶，而2010年此數據已增長至11142戶。

    不同地區奶牛場規模化發展進程中，牛場規劃、牛舍建筑以及設備的選取等方面已經取得了較大的提升，規模奶牛場的建設呈良好發展態勢。然而，由于當前關于規模奶牛場牛舍建設的標準和規范不夠全面、不同地區奶牛場設計水平參差不齊等原因，規模奶牛場規劃設計和牛舍建筑形式的選取方面還存在一些不足。

    本文調研了我國奶牛優勢主產區的20個奶牛場。按照我國冬季冷應激重點區域和夏季熱應激嚴重區域劃分，分析了現存奶牛場應對冷、熱應激狀況的工程手段差異，旨在剖析牛舍建筑設施方面存在的典型問題，為不同地區規模奶牛場的建筑設計提供參考。

    1 樣本概況

    《全國奶牛優勢區域布局規劃（2008-2015）》中選取了13個省（區、市）的313個奶牛養殖基地縣作為奶牛生產優勢區域。本次調研地區中黑龍江、內蒙古、河北、河南、新疆等地均屬于奶牛生產優勢區域范圍。調研的奶牛場奶牛存欄規模400~15000頭不等。
    參照顏志輝（2014）對我國冬季冷應激重點區域和夏季熱應激嚴重區域的劃分，本研究中8個規模奶牛場屬于我國冬季冷應激重點區域，12個規模奶牛場位于我國夏季熱應激嚴重區域。

    2 冷熱應激區域牛舍建筑設施分析

    2.1 冷熱應激區域牛舍建筑形式、屋頂形式及屋面材料分析

    調研樣本中冷應激重點區域的奶牛場泌乳牛舍建筑以有窗式、矮墻卷簾形式為主；熱應激嚴重區域以開放式為主。近年來興起的LPCV（Low Profile Cross Ventilated，LPCV）牛舍，其初衷是為了改善炎熱地區奶牛熱應激狀況。目前國內也用于冷應激嚴重區域。調研樣本中泌乳牛舍屋頂形式以全鐘樓和普通雙坡為主，冷熱應激區域沒有明顯差異。
    冷應激重點區域牛舍采用有窗式，相對于開放式牛舍能形成較穩定的舍內小氣候條件，利于冬季防寒保暖。有窗式牛舍密閉時，利用檐口和鐘樓屋頂通風，可達到牛舍保溫和通風換氣的有機結合。采用雙坡式屋頂時，往往需要加排氣管，幫助牛舍冬季換氣。矮墻卷簾牛舍的矮墻高度約40~60cm，其主要作用是防止冷風灌入。單層卷簾的保溫性能差，不僅不能起到良好的保溫作用，反而因阻礙通風換氣造成舍內相對濕度過高和空氣污濁。

    熱應激嚴重區域牛舍以開放式為主，牛舍結構簡單、造價低廉，但易受自然環境影響。有研究表明，華南地區牛舍采用有窗式優于開放式，主要表現在形成舍內空氣對流，阻擋輻射熱等能降低舍內溫濕指數。

    南方濕熱地區，通風降溫作用明顯于屋頂隔熱作用，屋頂形式采用鐘樓式比雙坡式更合適。干熱地區，要求牛舍防熱嚴密，采用雙坡式屋頂相比屋脊敞開形式的屋頂更好。此外，雙坡屋脊敞開形式的屋頂不適用于降雨量較大或降雨集中的地區。

    調研樣本中冷應激重點區域約85%的泌乳牛舍屋面材料為復合彩鋼板，熱應激嚴重區域60%以上的泌乳牛舍采用單層彩鋼板作為屋面材料。調研中80%左右的泌乳牛舍為輕鋼結構，隨著輕鋼結構在牛舍建設中的推廣，板材制品因其自重輕、安裝快、便于沖洗消毒等優點，在牛舍建筑中逐漸普及。

    屋面隔熱性能對于緩解夏季舍內高溫極其關鍵，單層彩鋼板屋面的隔熱效果極差。以熱應激嚴重區域中的河南鄭州為例，孔慶友（1999）計算的鄭州地區牛舍屋頂的夏季低限熱阻值為0.559（平方米·℃）/W。而0.5mm厚彩鋼板熱阻為8.6×10的-6次方（平方米·℃）/W，遠遠低于該地區夏季低限熱阻。

    2.2 泌乳牛舍降溫通風設備分析

    奶牛耐熱性差，牛舍中常利用通風降溫設備調節舍內環境。冷熱應激區域泌乳牛舍的降溫通風設備使用狀況見圖1。
    冷應激區域LPCV牛舍通風系統采用軸流風機，與其建筑形式相匹配；其他泌乳牛舍中約50%使用擾流風機。熱應激區域調研發現河北省的5個奶牛養殖小區的泌乳牛舍內沒有安裝降溫通風設備。奶牛養殖小區的奶牛分屬不同養殖戶，在管理上尚未實現真正的統一，出于建設成本考慮，未安裝必要的防暑降溫設備。而規模奶牛場的泌乳牛舍均有通風降溫設備，不過通風降溫方式選取有一定區別。

    Dikmen和Hansen（2009）提出THI指標預測奶牛熱應激狀況，重點關注舍內溫濕度對奶牛熱應激的影響。開放式牛舍使用擾流風機對降低舍內溫濕度的作用不明顯，但是在高溫高濕情況下，牛體周圍風速達到2~3m/s時，對緩解奶牛的熱應激狀況有一定作用。

    冷風機主要利用潛熱交換對氣體降溫，干熱地區采用冷風機對降低舍內THI作用明顯。但濕熱地區不宜采用冷風機或風機噴霧降溫，研究表明，在較低的相對濕度下奶牛在環境溫度達到27℃時奶牛開始出現熱應激，當相對濕度升高時，環境溫度達到22℃就會導致奶牛熱應激。

    目前行業內沒有專門針對各地區氣候條件提出的通風降溫設備選擇建議，導致奶牛場在降溫通風方式的選擇上存在一定盲目性。奶牛場應根據當地氣候條件，針對性地選擇環境調控方式，以緩解奶牛熱應激。

    3 結論與建議

    奶牛對環境有明確的要求，建筑和設施等對牛舍環境影響很大，需進行科學規范設計。通過建筑來降低環境調控成本，可為奶牛健康和生產性能的發揮提供保障。分析認為：

    （1）我國冷應激區域宜采用有窗式牛舍，配合利用檐口和鐘樓屋頂通風，以緩解舍內通風不良。單層卷簾的矮墻卷簾牛舍保溫性較差，不適于冷應激地區。

    （2）熱應激區域中的夏季濕熱地區，建議使用鐘樓屋頂的有窗式牛舍，隔絕太陽輻射熱并加強通風帶走舍內熱量；而干熱地區利用開放式牛舍進行自然通風有利于舍內環境，建議采用普通雙坡屋頂，并采用隔熱性能好的屋面材料。單層彩鋼板熱阻過低，不宜使用。

    （3）熱應激嚴重區域泌乳牛舍內的通風降溫設備類別豐富，各種通風降溫方式的效果有一定差別，不能盲目選擇。建議行業內制定各地區選型建議，對通風降溫設備的選擇提供指導。