环境管理_家畜环境卫生学之热环境与动物热调节

第3章热环境 提要 热环境是指与动物热交换直接相关的气候因素 包括温度 湿度 气流 热环境对动物生产和健康产生深刻的影响 是影响动物生长 发育 繁衍的最关键的因素之一 本章在介绍与动物热调节有关概念的基本上 系统阐述了热环境变化的规律 分析了热环境对动物生产和健康影响的基本规律 并论述了提高不同热环境中动物生产力的技术与措施 主要内容 阐述产热和散热机制 论述影响产热和散热的因素 阐述等热区 临界温度等概念与理论及在动物生产中的应用 论述空气温度 体温的有关概念 分别论述了高温与低温对动物生理机能 生产性能和健康的影响规律 提出了提高炎热和寒冷环境动物生产力的技术措施 阐述湿度和气流的有关概念 论述空气湿度和气流等环境因子的变化对动物生理机能 生产性能和健康的影响 提出合理组织通风 防止畜舍潮湿以提高动物生产力的措施 还论述了空气热环境综合评价的基本方法 气象 meteorology 是大气下层 对流层 所发生的冷 热 干 湿 风 云 雨 雪 霜 雾 雷 电等各种物理现象和物理状态的统称 气象因素在一定时间和空间内变化的结果所决定的大气物理状态如阴 晴 风 雨等称为 天气 weather 气候 climate 是指某地区多年所特有的天气情况 所谓 小气候 miroclimate 是指由于地表性质不同 或人类和生物的活动所造成的小范围内的特殊气候 例如农田 牧场 温室 畜舍等的小气候 热环境 thermalenvironment 是指直接与家畜体热调节有关的外界环境因素的总和 包括热辐射 温度 湿度 气流等 它们是影响家畜健康和生产的极为重要的外界环境因素 热环境可表现为炎热 寒冷或温暖 凉爽 空气热状况取决于热辐射 气温 气湿和气流等因素的综合作用 3 1 1 动物体温体温的概念1 体温体温是指身体深部 体核 的温度 deep bodytemperatureorcoretemperature 是衡量恒温动物热平衡的唯一可靠的指标 一般以直肠温度 rectaltemperature 作为内部体温的代表 3 1 热环境与动物热调节 2 皮温 皮肤表面的温度称为 皮温 skintemperature 平均体温可按公式4 1估计之 平均体温 0 7 直肠温度 Tr 0 3 平均皮肤温度 Ts 式4 1 由于皮温随部位而不同 所以应根据不同部位面积大小计算平均皮温 meanshintemperature 平均皮温 0 25 T躯干上部 0 25 T躯干下部 0 32 T四肢上部 0 12 T四肢下部 0 02 T垂皮 0 04 T耳 式4 2 体温变化不同种类动物的体温不同 同一种类不同品种 不同年龄的动物体温也稍有差别 动物体温的差别与动物机体的代谢强度和体表的隔热能力有关 一般的规律是代射强度高 体表隔热能力强的动物体温较高 反之则体温较低 幼龄动物体温较高 成年动物体温较低 各种家畜正常体温见表4 1 表4 1各种家畜的直肠温度 rectaltemperatures 表4 1各种家畜的直肠温度 rectaltemperatures 3 1 2 产热 3 1 2 1 动物产热的主要形式 1 基础代谢产热是指动物处于饥饿 休息 静卧清醒 温度适宜 20OC 消化道没有养分可吸收 清醒 安静状态下的产热量 成年动物不论体重大小 基础代谢产热量均可以下式估计 基础代谢 K1W0 75 kJ d 式4 5 式中 W为动物质量 kg K1为单位代谢体重的平均基础代谢产热量 kJ kg d 2 体增热当动物休息于舒式的环境中 产热量取决于采食量 饥饿动物因采食而增加的产热量被称为体增热 heatincrement HI 体增热也被称为 热增耗 增生热 或 特殊动力作用 3 生产代谢产热生产代谢产热是指动物生产产品如生长 繁殖 产乳 产蛋 产毛等或劳役而增加的产热量 通常净能中的能量在满足维持代谢需要后剩余部分用于生产产品 在动物产品的形成过程中 始终伴随着热量的产生 4 活动产热活动产热是指动物因起卧 站立 步行 自由运动 觅食 饮水 争斗 适应环境变化和其它生理活动等而增加的产热量 3 1 2 2 影响动物产热的因素 1 年龄2 性别3 营养状况4 生产水平5 采食量6 活动量7 个体大小 3 1 3 散热 3 1 3 1 动物散热的方式1 辐射散热辐射 radiation 是指物体表面以电磁波形式连续释放能量的过程 这种能量可以不通过中间介质而传递 温度大于绝对零度 0K或 273OC 任何物体都能放出辐射能 其辐射波长随辐射体温度升高而逐渐变短 辐射散热是指动物与周围环境可度量距离内物体之间以电磁波形式进行的热交换 动物一方面通过长波辐射散热 另一方面又从环境辐射得热 动物的辐射散热减去环境辐射得热 才是净辐射散热 净辐射散热量主要取决于动物体表辐射面的面积和辐射面温度与环境温度的差 因此动物的净辐射散热量可以下式表示之 Qr Ar 1T4bs 2T4a 式4 8 式中 Ar是动物可发生辐射热交换的体表面积 m2 是斯蒂芬 玻尔兹曼常数 5 67 10 8W m2 K4 1是动物体表的发射率 emissivity 2是环境的发射率 Tbs是动物体表面温度 K Ta是环境的平均辐射温度 K Qr Ar 1T4bs 2T4a 从公式中可以看出 在其他因素一定的情况下 当环境温度低于动物辐射面温度时 动物散失热量 其净辐射散热为正值 当环境温度高于动物辐射面温度时 动物获得热量 其净辐射散热为负值 当环境温度与动物辐射面温度相等时 动物失热 其净辐射散热为零 开氏温标 Kelvin 以绝对零度为基点的温度标尺 绝对零度即460 273 15 在此温度下分子停止运动 0 273 15K T t 273开氏温标 用符号K表示 是建立在卡诺循环基础上的热力学温标 规定摄氏零度以下273 15 为零点 称为绝对零点 其分度法与摄氏温标相同 即绝对温标上相差1K时 摄氏温标上也相差1 所不同的只是绝对温标上水的冰点定为273 15K 沸点定为373 15K 目前中国已规定采用这种热力学温标 1714年 华伦海脱 DanielGabrielFarenheit 制定了华氏温标 温度测量有了共同的标准 可以对不同的地点 不同时间及各人所测量的温度值进行比较 Farenheit曾发现气压表的水银柱高度随温度而变化 这就促使他开始对水银温度计进行研究在温度计上 0摄氏度对应32华氏温度 100摄氏度对应212华氏温度 将摄氏度转成华氏度 直接乘以9 除以5 再加上32即可 t F 32 5 9 2 传导散热传导散热 heatlossofconduction 是指直接接触的两物体通过分子或原子的振动或旋转等将热量从高温处向低温处传递的过程 空气是热的不良导体 动物体表通过空气传导散失热的热量有限 传导散热可以下式粗略表示 Qcd AcdK Tbs Ta 式4 10 式中 Qcd为传导散热量 W Acd为动物体表与冷物体直接接触的有效面积 m2 K为物体的传热系数 W m2 Tbs和Ta分别为动物体表和环境的温度 3 对流散热对流 convection 是指流体如空气的相对运动 对流散热是动物与流体 气体或液体 之间分子相对位移造成的热传递 对流散热量取决于散热面的面积和散热温度与空气温度之差 可粗略以下式表示之 Qcv Acvh Tbs Ta 式4 11 式中 Qcv为对流散热量 Acv为运动可供对流的体表面积 m2 h为对流系数 W m2 Ta和Tbs分别为气温和体表温度 4 蒸发散热动物的蒸发散热 Heatlossofevaporation 是指动物体表水从液态变为气态时吸收动物体热量的过程 1 皮肤蒸发皮肤蒸发的机制有二 一为渗透蒸发 diffusionevaporation 即皮肤组织水分通过上皮向外渗透 水分在皮肤表面蒸发 因为渗透蒸发不见有水滴 常称为 隐汗蒸发 insensibleperspirationevaporation 在一般天气条件下 人每天的隐汗蒸发量为600 800ml 为呼吸蒸发的二倍 另一种为出汗蒸发 perspirationevaporation 即通过汗腺分泌 使汗液在皮肤表面蒸发 出汗多时 常见皮肤表面有水滴残留 故又称为 显汗蒸发 sensibleperspirationevaporation 估计皮肤蒸发散热量的理论公式为 Qe AeKeVn Pbs Pa 式中 Qe为皮肤蒸发散热量 W Ae为有效蒸发面积 m2 Ke为蒸发常数 V为风速 m s n为风速指数 Pbs和Pa分别为皮肤表面及外界空气水汽压 mbar 1bar 100kPa 2 呼吸道蒸发呼吸道黏膜湿润 温度高 水汽压大 空气的水汽压一般相对较低 当水汽压较低的空气通过呼吸道时 呼吸道黏膜的水分子很容易从空气中逸出而发生蒸发作用 估计呼吸蒸发散热量的理公式为 Qre KeVr Pbs Pa 式中 Qre为呼吸蒸发散热量 W Vr为呼吸量 L h Ke Pbs及Pa与前式相同 Ke为蒸发常数 Pbs和Pa分别为黏膜表面及外界空气水汽压 辐射