家畜环境卫生学：第八章 畜舍环境的改善与控制

第八章畜舍环境的改善与控制外围护结构畜舍的外墙、屋顶、门窗和地面构成了畜舍的外壳，称为畜舍的外围护结构。第一节畜舍的基本结构一、基础和地基保证畜舍坚固、耐久和安全。足够的强度和稳定性防止畜舍因沉降（下沉）防不均匀沉降而引起裂缝和倾斜。基础畜舍地面以下承受畜舍的各种荷载并将其传给地基的构件。自重、舍内固定在地面和墙上的设备、屋顶积雪等碎砖三合土、灰土、毛石总荷载、地基的承载力、土层的冻胀程度及地下水位高低地基地基是基础下面承受荷载的那部分土层，有天然地基和人工地基之分。简易畜舍或小型畜舍可直接建在天然地基上。足够的厚度，且组成一致、压缩性（下沉度）小而匀（不超过2～3cm）、抗冲刷力强、膨胀性小、地下水位在2m以下，且无侵蚀作用。砂砾、碎石、岩性土层粘土、黄土富含植物有机质的土层、填土在施工前经过人工处理加固的称为人工地基二、墙墙是基础以上露出地面的部分，将畜舍与外部空间隔开的外围护结构。重量占畜舍建筑物总重量的40～65%造价占30～40%失热量占35～40%承重墙、隔断墙（或隔墙）外墙、内墙。纵墙或主墙，端墙或山墙。功能坚固、耐久、抗震、耐水、防火、抗冻；结构简单、便于清扫、消毒保温与隔热性能防潮、防水：抹面、散水（0.6～0.8m、坡度2%、勒脚高约为0.5m）砖、石、土、混凝土等。双层钢板中间夹聚苯板或岩棉等保温材料的板块，即彩钢复合板作为墙体，效果较好。三屋顶和天棚屋顶是畜舍顶部的承重构件和围护构件。作用是承重、保温隔热和防水。1．单坡式屋顶2．双坡式屋顶3．联合式屋顶4．钟楼式和半钟楼式屋顶5．拱顶式屋顶

6．平屋顶、哥德式、锯齿式、折板式天棚，又名顶棚、天花板天棚是将畜舍与屋顶下空间隔开的结构。加强畜舍冬季的保温和夏季的防热，利于通风换气。天棚上屋顶下的空间称为阁楼，也叫做顶楼。8～10m跨度：天棚：墙=2：118～20m：2.5：1在天棚上铺设足够厚度的保温层（或隔热层）结构严密（不透水、不透气）是保温隔热保证胶合板、矿棉吸音板、草泥、芦苇、草席天棚。净高指舍内地面至天棚的高，柁下高。四地面地面也叫地平，指单层房舍的地表构造部分，多层房舍的水平分隔层称为楼面。畜床

1）坚实、致密、平坦、有弹性、不硬、不滑；2）有利于消毒排污；

3）保温、不冷、不渗水、不潮湿；

4）经济适用。混凝土地面、土地面、三合土地面、砖地面、木地面等奶牛50%的时间躺在牛床上牛、马舍坡度为1～1.5%，猪舍为3～4%。补救方案1）畜舍不同部位采用不同材料的地面，如畜床部采用三合土、木板，而在通道采用混凝土；2）采用特殊的构造，即地面的不同层次用不同材料，取长补短，达到良好的效果；3）铺设厩垫，在畜床部位铺设橡皮或塑料厩垫在国外已用于地面的改善，并收到良好效果。铺木板、铺垫草也可视为厩垫。五、门、窗门主要作用是交通和分隔房间，有时兼有采光和通风作用；窗户的主要作用是采光和通风，同时还具有分隔和围护作用。外门与内门：高度为2.0～2.4m；牛、马为1.2～1.5m；猪、羊0.8～1.2m，鸡为0.25～0.30m。畜舍门应向外开，门上不应有尖锐突出物，不应有木槛，不应有台阶。为了防止雨雪水淌入舍内，畜舍地面应高出舍外20～30cm。舍内外以坡道相联系。窗木窗、钢窗和铝合金窗外开平开窗、悬窗窗的面积、位置、形状、和数量等，应根据不同的气候条件和家畜的要求，合理进行设计。采光、通风与保温无窗畜舍，目的是为了更有效地控制畜舍环境；但前提是必须保证可靠的人工照明和可靠的通风换气系统，要有充足可靠的电源。第二节畜舍类型和特点墙：凉棚式（敞棚式）、开放式、半开放式、有窗式和无窗式畜舍屋顶：单坡式、双坡式、联合式、半钟楼式、钟楼式和拱顶调控：开放式和密闭式北京农业大学简易节能开放型鸡舍东北农业大学保温简易猪舍

中国畜舍建筑气候分区

张岫云气候区域1月份7月份平均湿度（％）建筑要求畜舍种类Ⅰ区－10～－30℃5～26℃—防寒、保温、供暖有窗式或密闭式Ⅱ区－5～－10℃17～29℃50～70冬季保温、夏季通风有窗式或密闭式或半开放式Ⅲ－2～11℃27～30℃70～87夏季降温、通风防潮有窗式、半开放或敞棚式Ⅳ10℃以上27℃以上75～80夏季防暑降温、通风、隔热遮阳有窗式、半开放或敞棚式Ⅴ5℃以上18～28℃70～80冬暖夏凉，有窗式、半开放或敞棚式Ⅵ5～20℃6～18℃60防寒有窗式或密闭式Ⅵ－6～29℃6～26℃30～55防寒有窗式或密闭式第三节畜舍的保温和隔热

一、建筑材料的物理特性

1．导热系数（λ）

是表示材料传导热量能力的热物理指标。其单位为W/m·K（瓦／米·开）或kcal/m·h·℃（千卡／米·小时·度）

2．蓄热系数（S）

是表示建筑材料贮藏热量能力的热物理指标。单位为w/m2·K（或kcal／m2·h·℃）。

3．容重（ρ）

指材料在自然状态下单位体积的重量，单位为kg/m3。

4.水分特性

吸水性指材料在水中能吸收水分，并当自水中取出时能保持这些水分的性质。吸湿性当周围空气的湿度变化时，材料的湿度也随着变化的性质，叫吸湿性。透水性材料在水压力作用下，能使水透过的性质，称为透水性。耐水性材料在长期饱和水作用下，强度不降低或不严重降低的性质，称为耐水性。二、围护结构的传热热阻（R）指空气层或材料层阻止热传递能力的热物理特性指标。它的单位为m2·K/W，即当结构两侧温差为1K时，通过每平方米面积，传出1W热量所需要的小时数。材料层的热阻等于材料的厚度与它的导热系数的比值，即：R=δ/λ式中R为单一材料层的热阻（m2·k/w）；δ为材料层的厚度（m）；λ为材料的导热系数（w／m·k）。多层材料的热阻等于各种材料的热阻值之和。

围护结构总热阻若将围护结构内外表面空气层的热阻称为内表面热转移阻（Rn）和外表面热转移阻（Rw），材料层的热阻为∑R，则围护结构总热阻（R0）为：R0=Rn+∑R+Rw以总传热系数（K）表示，则为：外围护结构内外表面换热阻

Rn和Rw季节单位墙屋顶吊顶RnRwRnRwRnRw冬季夏季m2·k/wm2·k/w0.1150.1150.0430.05370.1150.14330.0430.05370.1150.1720.0860.172有天花板的平屋顶，若为通风良好的空气间层，其空气热阻可不予考虑。这种空气间层的间层温度可取外气温度，表面换热阻（Re）为0.080㎡K/（kJ/h）。有天花板的坡屋面，其隔热层主要设计在天花板上，屋面多为波形瓦，这种空气间层的间层温度亦可取外气温度，其表面换热阻（Re）为0.023㎡K/（kJ/h）。三、畜舍的保温和供暖外围护结构的保温：内表面温度比舍内露点温度高1℃。

工艺设计中舍温要求的最低生产界限、相对湿度标准作为舍内计算温度和湿度，提出墙和屋顶内表面温度τn的最低允许值［墙τn

＞tl，屋顶τn

＞（tl十1）］

围护结构最小总热阻F(tn-tw)/R0=ΔtF/RnΔt=7Δt>td(露点温度)tn:设计舍内温度HR:设计相对湿度tw：设计舍外温度RnRwR1R2R3R0计算Romin=n（ti-to）Ri/Δt式中，Romin：围护结构最小总热阻，㎡K/（kJ/h）；ti：冬季舍内计算温度，℃。肥育猪舍取ti＝13℃；to：围护结构冬季舍外计算温度，℃；n：温差修正系数，外墙、平屋顶及直接接触室外空气的楼板等，1.00；

带通风间屋层的平屋顶，坡屋顶闷顶等

0.90；Ri：围护结构内表面换热阻，0.032㎡K/（kJ/h）。Δt：室内空气与围护结构内表面之间的允许温差，℃，通常取为7。城市名称舍外计算温度[℃]平均相对湿度城市名称舍外计算温度[℃]平均相对湿度城市名称舍外计算温度[℃]平均相对湿度呼玛－3969银川1557南京－374哈尔滨－2666西宁－1350合肥－373长春－2363兰州－1160庐山－870沈阳－1958太原－1253郑州－559石家庄－856北京－950武汉－277阿坝－1257天津－957泰山

－1652海拉尔－3469济南－752潍坊－853通辽－2048南岳－780康定－765乌鲁木齐-2275西安－566拉萨

－635基本情况哈尔滨地区-威斯康星屋顶热阻为4.4m2•K/W，墙体热阻为2.64m2•K/W；加拿大-畜舍建筑的舍外设计温度为－12.2℃的地区（相当京津地区），屋顶热阻要求为2.12m2•K/W，墙体热阻为1.76m2•K/W，比我国京津地区民用住房必要的热阻（屋顶0.63m2•K/W，墙体0.49m2•K/W）还要高出3～5倍。建筑防寒措施畜舍样式

畜舍的朝向

门窗设计

门窗的热阻值较小。单层木窗的Ro值为0.172m2•K/W，仅为一砖厚(240mm)，内粉刷砖墙热阻值的1／3强。

减少外围护结构的面积

畜舍地面的保温

l.16w／m·K畜舍的供暖

加强防寒管理

调整饲养密度利用垫草控制湿度冬季通风占畜舍失热比重：不采暖舍40%以上采暖舍高达80%。控制气流、防止贼风在冬季，舍内气流由0.1m/s增大到0.8m/s，相当于舍温降低6℃。冬季舍内气流速度应控制在0.1～0.2m/s。利用温室效应

四、畜舍的防暑与降温

1．夏季低限热阻（R0xd）就是保障内表面温度不超过该允许值的热阻，称为“夏季低限热阻”，以R0xd表示，单位为m2·K／W。屋顶传入的热，以及畜体产生的热量在建筑热工设计规范中，规定一般房间的外围护结构内表面温度τn，允许比舍内气温tn高2℃，而舍内气温tn允许比舍外气温tw高1℃。我国尚无畜牧建筑热工标准，确定内表面温度可以此为依据。2.总延迟时间（ξ0）是指畜舍外围护结构内表面温度的峰值比舍外综合温度的峰值推迟的时间，以ξ0表示，单位为小时。总延迟时间ξ0越长，人畜感到越舒适。建议畜舍的总延迟时间采用8～10小时。建筑防暑与绿化

通风屋顶建筑遮阳采用浅色、光平外表面深黑色、粗糙的油毡屋面，对太阳辐射热的吸收系数为0.86，红瓦屋面和水泥粉刷的浅灰色光平墙面均为0.56，白色石膏粉刷的光平表面为0.26。加强舍内通风的建筑措施设置凉棚：辐射热负荷减少30～50%，769W/m2减弱到526W/m2，相当于使平均辐射温度从67.2℃降低到36.7℃。绿化遮阳。遮荫通风畜舍的降温喷淋与喷雾蒸发垫（湿帘）也叫湿帘通风系统。冷风设备地能利用装置第四节畜舍通风与换气畜舍通风换气是畜舍环境控制的第一要素。（1）在夏季加大气流促进畜体的散热使其感到舒适，缓和高温影响；（通风）（2）排除畜舍中的污浊空气（尘埃、微生物和有毒有害气体），防止畜舍内潮湿，改善畜舍空气环境质量。（换气）畜舍通风方式自然通风是设进、排风口（主要指门窗），靠风压和热压为动力的通风。开放舍可采用自然通风。机械通风是靠通风机械为动力的通风。封闭舍必须采用机械通风。物质平衡方程Gdt=Vdσ+σVedt

G：二氧化碳产生量（m3/s）；V：畜舍的容积（m3）；Ve：换气量（m3/s）；σ：舍内外二氧化碳浓度差（m3/m3）；t：时间（s）最低换气量在初始条件t=0时σ=0，积分系数为Ve/G，在t时间后舍内二氧化碳浓度积聚至Ct，舍外二氧化碳浓度Co，则σ=Ct–Co；经过充分长时间后，二氧化碳浓度达到安定值Ci时，则下面的关系成立：

Ve=G/(Ci-Co)我们把舍外二氧化碳浓度视为定值Co=0.034%，舍内二氧化碳浓度Ci为设定值，Ci=0.3%或Ci=0.2%，只要知道二氧化碳的产生量，则可以计算保持空气卫生环境之最低换气量。实用公式1945年Brody推断动物平均每产生24.6kJ热量就会呼出0.001m3的二氧化碳，1981年Bruce换算为4.5×10-8m3/sW，1983年Scott试验证实其可行性。保证Ci为0.2%，0.3%，0.5%之换气量计算式：：V0.2=2.71×10-2QHP；

V0.3=1.69×10-2QHP

；

V0.5=9.66×10-3QHP

其中，V0.2、V0.3、V0.5

：舍内二氧化碳浓度保持0.2%、0.3%、0.5%水平时的换气量（m3/h）。QHP：舍内所有家畜的产热量之和（kJ/h）。畜舍的热平衡

Qa+Qe+Qs+Qw+Qvo=Qb+Qvi

式中：Qa

：家畜的显热散热量；Qe：舍内电器的散热量；Qs：采暖热量；Qw

：结露释放出的显热量（+）或水汽蒸发消耗的显热量（-）；Qvo：入气的显热量；Qb：畜舍外围护结构的失热量；Qvi：排气的显热量。

Qb=Qa+Qs+Qvo–Qvi。

换气失热和围护传热Qvi–Qvo=Cp（Ve/υ）（ti-to）

式中：Cp：空气的定压比热（1.005kJ/kgDA）；Ve：换气量（m3/h）；ti：舍内气温，to：舍外气温，υ：舍内外气温平均值时的空气比容积（m3/kgDA）。

Qb=FKt（ti-to）

式中：F：外围护结构的总面积；Kt：外围护结构的平均总传热系数。不采暖条件下热平衡方程FKt=Qa/(ti-to)-1.005Ve/υ

外围护结构主要包括：屋顶、墙壁、窗、门、基础5部分，FKt

为各围护结构面积和总传热系数的乘积和（ΣFiKi）,一般说来畜牧科技人员，提出设计参数包括最低换气量（Ve），畜栏及平面布局及相应面积、提出门、窗、墙壁、屋顶的各部分的尺寸，因此，围护结构各部分的面积（F）也就被确定了，余下来的工作就是选材、根据导热系数、确立围护结构的材料层厚度、复合，试算出各部分传热系数（K），使之符合根据上式计算之FKt值的要求。采暖热量当仅仅依赖围护结构隔热不能满足要求时候（FKt为负值），或者隔热要求过高，技术经济上难以承受情况下，补充采暖则成为必要环境调节手段。补充采暖热量可用下式计算：

Qs=（FKt+1.005Ve/υ）（ti-to）-QHP

最大换气量的计算

在不使用制冷系统的条件下，企图将舍内气温降到舍外气温以下很困难，人们期待着提供最大换气量带走家畜产生的水汽和热量，并且有利于在家畜周围形成较大气流促进家畜散热以减少热应激之危害。舍内外气温之差越少，换气量需求越大，相应引起与运转费用和设备费关联的经济问题，通常温差1~3℃即视为适宜。Vmax=（QHP/Δt–KFt）υ/1.005式中，Vmax

：最大换气量（m3/h）；Δt：舍内外温差（℃），1~3℃。“非典安全隔离病房”一个20平方米左右的全封闭房间，内有一间独立的卫生间，头顶的空调送风口清风徐来，紫外线消毒灯投射出荧荧的蓝光。环顾四周，清一色的浅象牙塑钢墙壁，同色系的地板，小小的床头灯与背景音乐按钮传递出温馨的人性化气息……这间20平方米左右的病房可用4天时间建成。

一负压运行，二引入清新空气三通风代替敞开式通风四空调环境第五节

畜舍的采光

自然光照人工照明

入射角和透光角入射角α>25透光角β>5H＝tg

α

•Slh＝tg(α-β)·S2故上两式可改写为：

H≥0.466Sl

h≤0.364S2

βαHhS1S2h。＝90°-(δ-ф)。ф为当地的地理纬度；δ为赤纬(太阳光线垂直照射地点与地球赤道所夹的圆心角）。第六节

畜舍的给排水

粪尿量据统计，每头家畜一天的粪尿量与其体重之比，牛为7～9%，猪为5～9%，鸡为10%；生产1kg牛奶所排出的污水约为12kg，生产1kg猪肉所排出的污水约为25kg。

家畜种类产粪量（kg/头·天）产尿量（kg/头·天）乳用牛肉用牛猪25153643鸡肉