水 式鸡舍基本原理(上)

一、高环境温度下对鸡之影响

二、何谓水 式鸡舍

(一)水 系统

        水 式鸡舍是中国人为了好称呼起见给这类型鸡舍的代名词,因为这类型鸡舍之重要特色,不是只有水 而且还有风扇抽风及密闭之特色。水 这名词也相当牵强,因为这一型禽畜舍中有一型是由上方直接 水下来形成一层水 ,但绝大部份是水由上渡下(流下),经由化学防腐处理过之纤维素所做成的巢型散热板,左右风可透过,上下只要水量足、喷 方法正确,水可流下弄湿散热板所有蜂巢。为便於称呼起见,此一散热板或 水下来的空间我们都称之为水 (Pad)。水 外加所有附属装置(详见後)称之为水 系统,英文里名称并不一致,有称之为Wet pad cooling system(水 冷却系统),也有称之为Cooling pad system(冷却水 系统)。

(二)强迫通风系统

        风扇及密闭之目的在於风扇将鸡舍内之风抽出,而密闭会造成鸡舍内之负压,因此风不得不由鸡舍另一端之风口进入鸡舍,可达到通风之目的。在英文里名称也不一致,有称之为Forced ventilation system(强迫通风系统),也有称之为Tunnel-ventilated house或Tunnel ventilated system(隧道型通风(舍)或系统),亦有表为Tunnel ventilation(隧道型通风),另外一种横跨式通风(Cross ventilation),其原理和隧道型通风相似。

(三)水 式鸡舍及其功能

        水 式鸡舍(或畜舍)基本上包含水 系统和强迫通风系统。

1. 冷却作用

       只有强迫通风对鸡只冷却之效果并不显着,如将水 系统和强迫通风系统合并,则(1)空气通过水 时,由於水份之蒸发吸收热量导致空气冷却,亦即可使得鸡舍冷却。(2)强力之通风可以使得鸡只呼出之热量可立即带走,鸡吸进去之凉空疑也可以有带走肺内热量之效果。(3)鸡只对流失热达到最快的移走速度。(4)因为空气冷却,因此会增加鸡只对流失热。

2. 除去不良气体

       除了冷却作用外,水 鸡舍的另一功能是可以除去不良气体,间接减少鸡只不良气体所引起之呼吸道疾病、眼睛问题及其他疾病。例如减少细菌数、增加氧量均可使疾病减少。

三、水 式鸡舍环境下而使用之名词

      水 式鸡舍设计时将会遇到相当多的名词,当然首先遇到的当为温度(temperature)及相关的名词,由於水 系统内有水份蒸发之问题,因此必须了解湿度(humidity),此型鸡舍最主要之目的在於鸡只所产生热(heat production)及鸡舍内原有之热强迫移走,因此牵涉到热传递(heat transfer),由於强迫通风,因此必须了解风扇(fan)、风扇相关之马力(housepower)、抽风所生成之通风(ventilation)和压力(Pressure)问题。要控制温度应了解恒温控制(thermostat),牵涉到屋顶之隔热,所以要了解隔热(insulatian),密闭所以要牵涉到鸡舍内之光照(light),特别是光照和鸡只产蛋和生长有密切关系。本节拟将这些名词及现象做一解释,以便於我们在计算及使用这些鸡舍时可以较为方便。

(一)温度

1. 乾球温(dry bulb temperature)

        一般水银温度计在球形部份没有包裹东西情况下测得之温度。

2. 湿球温(wet bulb temprature)

        一般水银温度计在球形部份包有浸湿的纱布,而纱布一端浸在小的水杯中,此湿球因水份蒸发带走热量使得温度计上之温度较乾球为低,当空气中之水份饱和时(相对湿度=100%),湿球外之水份无法蒸发,此时湿球温度等於乾球温度。

3. 露点温(dew point temperture)

       由於温度愈低,饱和空气中所能含有的水份(或湿气)愈少。因此任何特定温度(A)空气含有一定之水份(C),如此时将温度下降则空气中含水量渐趋饱和,当降到某一温度(B)时,空气中水份达到饱和再降下去空气中水份将凝结成露水,此B温度为空气中含有特定水量(C)之A温度的露点温度。简言之露点温度是样本空气中水份变成饱和时的温度。

4. 温度之量测

(1)玻璃温度计

       温度量测方法相当多,最普遍的是利用水银或酒精遇热膨胀的原理所制作的玻璃温度计,此种温度计在过去也曾用於自动控制系统中,亦即在某一特定温度(A),玻璃内装有金属丝并有线引出玻璃外,而在较低温度下也装有此一金属线。此两线分别连於正负极上,当水银温度高到A点时,藉着水银之传导而将两极接通,因此可开启温控之开关,但此种设计逐渐为以下两种方法所取代。

(2)电流式温度计(thermoelectric thermometer)

        利用两种不同之金属所产生的电流,而电流随不同温度而迅速变化。两种不同金属称之为热电偶(thermocouple),热电偶可以比一般电线还细,由於电流可以传送出去,因此可连到自动控制系统中。

(3)电阻温度计(resistance thermometer)

        利用金属在温度变化时所引起之电阻变化之原理而设计,也常用在自动量测系统中。

5. 温度刻度

        摄氏(℃)=(华氏-32 )×5/9

        华氏( )=摄氏×9/5+32℃

        凯氏(K)=摄氏+273°

(二)冷空气重、热空气轻

        由於热胀冷缩的原理,冷缩使得单位体积内气体较重。

(三)湿度(humidity)

        一般湿度都是以相对湿度表示(relative humidity, RH),但为表示含水量之绝对值时是以湿度率(humidity ratio)来表示。

1. 湿度率(humidity RH)

       每单位(磅)乾空气中所含之水重(磅)。

2. 相对湿度(relative humidity, RH)

       相对湿度(RH)=样本空气中所含水量/相同压力、相同温度下样本空气含水量饱和时所含水量

        一般可以由乾球温(db)─湿球温(wb)所得之差查表而得(见表1)。在日常使用上要注意下列事项:

        (1)相对湿度是在相同压力、相同温度下的比值,如果温度降低同样空气中的相对湿度就会增高。

        (2)相对湿度100%之较冷空气,如进入较热的空气中,相对湿度就变低,例如经过水 後空气温度较冷而相对湿度100%,当空气进入鸡舍後舍内温度升高,则相对湿度又降低,因此鸡舍内并不一定一直很潮湿,如果舍内湿度也是100%相对湿度,此时水份蒸发就困难,但仍可靠对流失热。

        (3)相对湿度差距愈大,蒸发作用愈快。

(四)热能单位

        1百万卡(Mcal)=1000仟卡(kcal)=1000,000卡(cal)

        1百万大焦耳(MJ)=1000仟焦耳(RJ)=1,000,000焦耳(J)

        1cal=4.187J

        1焦耳=1瓦特×1秒

        1仟瓦小时(Kilowatt hour KWh)=3.6百万焦耳(MJ)

        1仟瓦小时(KWhr)=3413BTU=3.6

        1英热单位(1 British thermal unit)=1.055仟焦耳KJ

        1hp-hr=2545BTU

        1吨冷气=12000BUT/h

        2BTU=0.252Kcal(仟卡)=1.055

(五)热传递(heat transfer)

       热传递的方式包含两大类四种方式:

        1. 敏感性(Sensible heat loss)失热或得到热,包含:

        (1)传导(conduction)是热能可能由分子传送到另一分子。例如鸡只可将热量经由冷的地面传递而失热,又例如鸡舍屋顶或墙壁受到阳光照射温度升高,此时热会慢慢传到材料之内面,但不同材料有不同之传热效果,因此有的不易传热,成为很好之隔热材料(绝缘材料insulator),例如保丽龙、玻璃纤维等。

        (2)对流(convection)是热能可能由分子之移动而传送热。对流仅发生在液体或气体,例如鸡皮肤表面之热量先传到和鸡表面接触的空气,此空气变热後会膨胀,膨胀後密度变低,因而变轻,轻的空气往上升,其他外围较冷且重的空气就下来和鸡皮肤接触,如此周而复始的成为对流。

        (3)辐射(radiation)靠电磁波完成热能传送。当物体表面热时会产生电磁波而将热辐射出去,基本上粗糙表面较光滑面放出或吸收较多之热量,深暗色表面可较光亮面吸收较多之热,例如鸡舍屋顶采用粗糙而暗色的镀锌板会比光亮的表面易吸收热而使得鸡舍内较热;又例如鸡舍的挡风布 外表如果是光亮的颜色,就比暗色来得不易吸收太阳光之热,如此有利於鸡舍内之凉爽。

        以上三种敏感性热传方式,不但可失热也可得到热。

        2. 非敏感性失热(insensible heat lost)或蒸发失热(evaporative heatlost)

        水份蒸发时需要大量之热,因此在蒸发时会带走热量,约为1044 BUT/1b,一般而言蒸发失热依下列原则运作。

        (1)相对湿度愈大蒸发愈快,套句俗语"空气愈乾,蒸发愈快"。

        (2)风速愈大蒸发愈快,例如水 式鸡舍通风速率快,则禽舍较凉爽。

        (3)可供蒸发之表面积愈大,蒸发之量愈大,例如水 式鸡舍的水 呈现蜂巢状之目的就是在增加蒸发之表面积。又例如水 如果水 下来不均匀,就是蒸发面积变小,所以无法达到最大的之蒸发。

        (4)温度每升高11.1℃(20 ),空气可包容一倍之水。

        3. 鸡只汗腺不发达,最大之蒸发是靠呼出之水蒸气,因此鸡舍内通风愈快就可使得鸡呼出之水蒸气不致聚集在鸡附近而愈快移除,因此鸡吸入之较乾空气就愈多,如此鸡就有较大之蒸发量。

        4. 当相对湿度100%时无法蒸发,因此当水 式"鸡舍内"之相对湿度达到100%时,应关掉水 保持通风,此时通风之目的在增加对流等之失热。

        5. 当看到鸡舍内有凝结水时,并不百分之百代表鸡合内相对湿度100%,有时候是因为墙壁温度正好低到舍内温度之露点温度所以壁上结水珠。当然此时鸡舍内之相对湿度也不会太低。

(六)鸡所产生之热量(heat production)

        图1和2分别为蛋鸡和肉鸡所产生的热量,这些数据中要注意到都是每公斤体重之产热量,因此在使用此资料时要乘上体重。由於鸡只会产生热量,因此鸡舍内之温度除了由环境所导致外,也有部份是由鸡本身所产生之热量导致。

(七)鸡只生产最佳环境温度

        由图3中可看出产蛋鸡之最佳生产范围大约在12─28℃左右。这些温度之资料可以用在鸡舍温度设定上。

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(八)风扇

        通风和将不良气体抽出就一定要风扇,风扇简单分为轴式和离心式风扇两类,一般离心式风扇较少用於禽舍,对於使用者而言,一个风扇最重要的资料是其通风量,通风量常以CFM(每分立方英尺的风量)或CMS(每秒立方公尺的风量)或cmm(每分立方公尺风量),CFM÷60×0.0283m3=CMS或CFM×0.0283m3=cmm,通风量当然和马力转速及风扇大小有密切之关系,但是风扇因为设计的不同而通风量上有相当的差别,在美国是由AMCA(空气流动控制协会)量测给予证书(不是所有美国公司都参与此项检定,有些公司也只提供某些产品检定),对使用者而言另几项重要之规格是风扇之外围尺寸大小(装置时需要)和使用马力之多少(计算用电总量时需要)。

(九)恒温(thermostats)、恒湿(humidistats)控制器

        有了风扇还需要在定温和定湿下控制风扇之运转,在温度方面甚至要接到微电脑或控制器控制不同温度下控制不同之风扇在运转。

(十)水

        水 设计上是以有最多之接触表面积,使空气在通风时有最大之蒸发效果,但同时也希望水 对风的阻力最小。耐用也是水 材料之重要考虑项目,目前大多使用化学物质保护的皱折性纤维素及白扬木纤维素。

(十一)隔热(Insulation)

        采用水 设备其目的在於降低舍内之温度,但如果鸡舍本身隔热设施不好,则水 设备之效果将会打一折扣,因此将鸡舍设计和隔热有关事项列於下:

        1. 屋顶下采用良好之隔热材料,例如膨胀苯乙烯、乙酯、玻璃纤维等。

        2. 布 采用外表光亮(反辐射热)且不易透热之材料。

        3. 水 外设挡太阳直接照射之材料。

        4. 鸡舍长向东西、南北面之屋檐稍延长,以阻断光直接照到北南两面之布 。

(十二)光照

        一般量测时采用发光度Lux(1x)之单位。

        1lux=1lm/m2

        1m为发光通量之单位

        1lm=1烛光源在1立弪所放出的发光通量。

        一烛光为放出频率540×1012Hz的单色辐射光的发光强度,1/2在该方向辐射强度为1/683W/w,一立弪(one steradian)(w)指在圆球表面上切成球半径平方的面积,对圆球中心所形成的角度,这些说明对现场而言均不重要,重要在於知道发光度之单位为Lux(1x),这在鸡舍照明上相当重要,不只对蛋鸡种鸡重要,且对肉鸡之饲养管理相当重要。(待续)

饲料营养杂志(p.22~30)─夏良宙、九八年七期