干热气候下奶牛舍环境调节设备关键技术与设备.docx

奶牛舍环境调节设备关键技术与设备
北京达尔曼农业科技发展有限责任公司 尤克强

摘 要：奶牛舍是奶牛的生产场所也是工人的劳动车间，随着奶牛业逐步现代化，奶牛的生产环境也越来越偏离自然。奶牛是怕热耐寒的家畜，适宜温度范围是4.4℃—21.1℃，产奶最适宜的温度为10℃，当环境温度由21℃升高至35℃时，由于受到热应激影响，产奶量将大幅下降，乳的组成亦发生变化。在炎热气候下要使奶牛感到舒适，需要在设计牛舍时考虑减少环境高温的影响，并布设喷雾降温系统。该系统由电机驱动风扇以特定的流量将牛舍外的干燥空气吹入牛舍内，在导流翼片的作用下，对下层的空气产生气旋，喷嘴在高压下将水雾化喷出。喷出的湿冷空气通过导流罩弥散开，这些直径约为55微米的水滴在下落过程中即被蒸发，有的雾滴集结在一起，落在牛毛上，润湿的体表在流动空气的作用下可增加奶牛体表和周围的蒸发，因而更有效，但不会将地弄湿。大量的试验证明，采用喷雾降温系统可在投资增加很小的情况下，使奶牛的产奶量提高10%以上，受孕率提高50%以上，能给农户及生产厂家带来明显的效益！
关键词：奶牛舍 热应激 环境 喷雾 降温
一、概述
奶牛舍是奶牛的生产场所也是工人的劳动车间，随着奶牛业逐步现代化，奶牛的生产环境也越来越偏离自然，奶牛舍建筑和设备构成的奶牛舍环境是实现奶牛业生产方式转变，构建现代奶牛产业体系，稳定提高奶牛产业综合生产能力的物质技术基础，也是重要的固定资产投资。奶牛业发展到今天，要想充分利用饲料资源，保障食品安全，提高生产效率，降低生产成本，走“优质、高效、安全、生态”可持续发展的道路,其中重要的一点就是要控制好奶牛舍的环境质量。从牛舍工程角度来分析，影响牛舍环境质量的主要因素一个是牛舍内的温热环境（温度、湿度，气流和热辐射）一个是生产方式（营养水平和管理措施）。
奶牛是怕热耐寒的家畜，适宜温度范围是4.4℃—21.1℃，产奶最适宜的温度为10℃，当环境温度由21℃升高至35℃时，产奶量将大幅下降，乳的组成亦发生变化。在炎热气候下要使奶牛感到舒适，需要在设计牛舍时考虑减少环境高温的影响。一般地，结构不合理靠自然通风降温的牛舍，炎热气候下产奶量会下降30%，繁殖率降低50%。即便在低湿情况下环境温度超过27°C，对高产奶牛来说仍超出其最适宜区域。一般用温湿指数（THI）来衡量奶牛所受的应激程度。在一天内如果六个小时以上THI超过72，就会对高产奶牛产生负作用。下图是一张THI图，可根据它来估测奶牛所受的热应激程度。该图使用了易于检测的环境温度和湿度来标表征奶牛所受热应激的轻重度。

长期处于不适区的高产牛会通过如下几种方式自行调节：1）寻找遮荫；2）增加摄水量；3）食欲下降，采食量减少；4）愿站不愿躺（除非地面潮湿）；5）增加呼吸率；6）体温升高；7）过多的唾液分泌。所带来的后果即是：1）机体内分泌机能紊乱，产奶量减少；2）延长母牛发情周期，缩短发情时间，造成母牛受胎率下降和出现死胎；3）对营养物质的吸收和利用率降低，营养供应不足；4）使奶牛体内免疫球蛋白减少，机体抵抗力降低，病原菌容易生长繁殖并侵害机体，造成乳房炎、子宫内膜炎、胎衣不下等产科疾病发生，对奶牛以后的繁殖力及各种生产性能影响极大。
可见牛舍环境的温度和湿度控制，预防和减少奶牛的热应激对保持奶牛高产稳产，提高奶牛饲养的经济效益有着极其重要的意义。美国、西欧等饲养业发达国家早在六十年代初就开始在奶牛的饲养环境控制上采用了机械通风喷雾降温和喷雾蒸发系统。我国的一些大、中型饲养场近几年在这方面也作了一定的工作，但许多设备都是从清洗设备、温室降温设备中移植过来的，不但成本较高而且不能很好的适应奶牛的生理特点。同时，我国的一些传统的奶牛饲养场，特别是一些中小型奶牛饲养场，由于资金、场地等诸多因素的影响，一般都是搭建简易牛棚遮阳，靠自然通风降温，这种现状对奶牛场的牛均产奶量及饲料的报酬率都有极大的影响，不但影响奶牛场眼前的经济效益而且也影响着奶牛种群数量的增加。
因此研制一种适合奶牛生理特点需求；特别是适合中小奶牛场、养牛个体户需要的成本低廉的喷雾降温系统是非常必要且有意义的。
二、系统构成
适用于中小奶牛场及个体奶牛养殖户的成本低廉（投资低于200元/头）的喷雾降温系统（如图）。

1.控制器 2.多头喷雾系统 3.导流翼片 4.整流罩 5.高效风机 6.防雨帽 7.管路系统 8.供水系统
喷雾降温系统简图
该系统由电机驱动风扇以特定的流量将牛舍外的干燥空气吹入牛舍内，在导流翼片的作用下，对下层的空气产生气旋，喷嘴在高压下将水雾化喷出。喷出的湿冷空气通过导流罩弥散开，这些直径约为55微米的水滴在下落过程中即被蒸发，有的雾滴集结在一起，落在牛毛上，润湿的体表在流动空气的作用下可增加奶牛体表和周围的蒸发，因而更有效，但不会将地弄湿。每个单元可供13~15头牛，通风量：22--24立方米/分.头，喷雾量：0.08—0.16升/分.头，喷嘴压力：1400—5000Kpa。
三、应用效果对比
在炎热的半干旱及干旱气候条件下，对奶业来说非常重要的一个问题就是夏季产奶量及繁殖率的降低。研究表明，即使是在低湿度下，当温度超过37度时，对高产奶牛仍超出了其舒适区。只要温湿指数（THI）超过72就会产生应激。奶牛新陈代谢产热高，它必须将这些热量释放掉才能达到体温的平衡，奶牛一般通过四种物理方法调节体温，但是，在一个炎热环境下，这些方法也会对奶牛起加热作用，使环境更加恶化。
3.1．热传导：热从高温物体向低温物体传导，当环境温度接近体温时，奶牛很难通过热传导降低体温，实际上当环境温度高于体温，热传导还会灼伤奶牛。
3.2．对流：通过空气的流动，使得热气从物体表面向空气中对流的增加，当空气温度超过体温，对流也会灼伤奶牛。
3.3．辐射：热量从高温物体表面向低温物体表面辐射，正如太阳将热量辐射给地面，当奶牛环境表面温度超过体温，也会灼伤奶牛。
3.4．蒸发：水蒸发时带走热量，在炎热环境中，蒸发是奶牛排除代谢热及外界给予的热的唯一手段，因为它的体表蒸发量非常小，因此只能靠呼吸来降低体温。这远远不够。
3.5 喷雾降温系统降温原理：
喷雾降温系统可调节奶牛场奶牛的生存环境使得奶牛能利用上述四种方式排热。
3.5.1．热传导：利用干冷空气蒸发一定量的水（根据温度及湿度）使其降温，然后将其送入奶牛舍内，空气通过热传导使牛降温。
3.5.2．对流：专门设计的风扇、翼片及整流罩控制着冷空气的运动，可最大限度地保证屋顶下的对流，空气通过对流使奶牛降温。
3.5.3．辐射：环境温度因为冷空气而得以降低，地表温度、体表温度以及体表上的雾滴均比奶牛体温低，奶牛可籍此辐射体温。
3.5.4．蒸发：使屋顶上方的新鲜干空气在奶牛周围循环，每分钟六次，使得空气保持最大的蒸发降温潜能。该系统控制在空气蒸发降温潜能最高点。向空气中喷入适量的水滴，最大限度地保证了可控温度下的空气降温及直接降温。
早在1984年，美国的亚利桑那大学的学者就对喷雾降温系统进行了试验，对照组与试验组各用了100头奶牛，153天的试验结果概括如下：
产奶量
初始产奶量
试验期平均产奶量
对照组
78
62
试验组
76
67

试验期受孕率
对照组
15%
试验组
25%
体增重
体增重
试验初期限
试验末期
对照组
1474
1420
试验组
1405
1454
后来，他们又进行了四组试验，每组20头牛，分别饲养于机械制冷环境、喷雾降温环境及敞蓬遮荫，结果喷雾降温环境中的奶牛优于其它各组，试验结果表明，在夏季准确地控制喷水量的喷雾降温系统，可有效地保持奶牛体温，甚至比机械制冷的环境下更有效。
喷雾降温与机械制冷对奶产量的影响
降温方式
奶产量（升/日）
机械制冷
27.19
喷雾降温
28.19
常规遮荫
27.34
对干奶期奶牛进行喷雾降温对产后奶产量和繁殖性能的影响

试验牛数（头）
最高产奶量
配种次数
受孕失败淘汰率
牛场A
降温组

对照组
50

38
40．1

38．2
2．3

2．6
2%

16%
牛场B
降温组

对照组
50

38
45．5

43．5
3．63

3．98
5%

14%
不同降温方式对产乳后期奶牛产奶量的影响
降温方式
奶产量（升/日）
喷雾降温
20．57
喷雾通风
18．25
无降温（对照）
15．04
大量的试验证明，采用喷雾降温系统可在投资增加很小的情况下，使奶牛的产奶量提高10%以上，受孕率提高50%以上。仅以奶牛的产奶量提高10%，即平均每头奶牛每天产奶量增加2公斤，每年高温季节按100天计算，这样每头奶牛每年产奶量可增加200公斤，每个降温单元可满足13—15头奶牛，所带来的效益即为4000元以上，去除运行所需费用，当年既可收回投资，如果加上奶牛受孕率提高、发病率降低所带来的间接效益，其投资回报率是相当客观的。
四、市场需求分析
近年来，随着人民生活水平的不断提高，对牛奶及牛肉的需求量不断增加，牛肉和牛奶以其特有的营养价值日益受到人们的重视，已成为我国城镇居民不可缺少的优质蛋白质来源。为提升我国传统奶业的整体素质，突破奶业发展的共性关键技术瓶颈，培育现代高科技奶产业，国家近几年在奶牛的科学化饲养方面投入了大量的人力和资金。2006年，全国奶牛存栏1330万头，比2005年增长3％；奶类总产量3290万吨，比2005年增长15％，居世界第三位。目前我国的奶牛饲养基本是公司加农户的形式，其中以农户为主的小规模饲养存栏量达735万头，每个农户的饲养规模在10—25头左右，由于受自然条件和饲养规模的限制，这些中小饲养户饲养环境比较简陋，也不可能投入较大的资金来改善饲养环境，本喷雾降温系统，由于其成本低廉、安装方便、操作简单的特点，十分适合这些中小饲养户，并可以给他们带来可观的经济效益。如果按10%的中小饲养户使用该系统，每套系统满足15头奶牛需要计算，即需该系统49000余套。每年产生的直接经济效益达14759余万元，市场前景是十分可观的。

参考文献：
1. Dennis Armstrong University of Arizona Tuncson , Arizona 1994 National Dairy Conferencr December 4-7 Chandler, Arizona
2. 李如治，家畜环境卫生学，中国农业出版社，1981
3. 黄昌澍，家畜气候学，江苏科学技术出版社，1989