家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)第3章 熱環(huán)境(一)

第3章熱環(huán)境提要：熱環(huán)境是指與動(dòng)物熱交換直接相關(guān)的氣候因素，包括溫度、濕度、氣流。熱環(huán)境對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)和健康產(chǎn)生深刻的影響，是影響動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育、繁衍的最關(guān)鍵的因素之一。本章在介紹與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)有關(guān)概念的根本上，系統(tǒng)闡述了熱環(huán)境變化的規(guī)律，分析了熱環(huán)境對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)和健康影響的根本規(guī)律，并論述了提高不同熱環(huán)境中動(dòng)物生產(chǎn)力的技術(shù)與措施，主要內(nèi)容：①闡述產(chǎn)熱和散熱機(jī)制，論述影響產(chǎn)熱和散熱的因素；②闡述等熱區(qū)、臨界溫度等概念與理論及在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用；③論述空氣溫度、體溫的有關(guān)概念，分別論述了高溫與低溫對(duì)動(dòng)物生理機(jī)能、生產(chǎn)性能和健康的影響規(guī)律，提出了提高炎熱和寒冷環(huán)境動(dòng)物生產(chǎn)力的技術(shù)措施；④闡述濕度和氣流的有關(guān)概念，論述空氣濕度和氣流等環(huán)境因子的變化對(duì)動(dòng)物生理機(jī)能、生產(chǎn)性能和健康的影響，提出合理組織通風(fēng)，防止畜舍潮濕以提高動(dòng)物生產(chǎn)力的措施；⑤還論述了空氣熱環(huán)境綜合評(píng)價(jià)的根本方法。氣象〔meteorology〕是大氣下層〔對(duì)流層〕所發(fā)生的冷、熱、干、濕、風(fēng)、云、雨、雪、霜、霧、雷、電等各種物理現(xiàn)象和物理狀態(tài)的統(tǒng)稱。氣象因素在一定時(shí)間和空間內(nèi)變化的結(jié)果所決定的大氣物理狀態(tài)如陰、晴、風(fēng)、雨等稱為“天氣〔weather〕〞。氣候〔climate〕是指某地區(qū)多年所特有的天氣情況。所謂“小氣候〔miroclimate〕〞是指由于地表性質(zhì)不同，或人類和生物的活動(dòng)所造成的小范圍內(nèi)的特殊氣候，例如農(nóng)田、牧場(chǎng)、溫室、畜舍等的小氣候。熱環(huán)境〔thermalenvironment〕是指直接與家畜體熱調(diào)節(jié)有關(guān)的外界環(huán)境因素的總和，包括熱輻射、溫度、濕度、氣流等，它們是影響家畜健康和生產(chǎn)的極為重要的外界環(huán)境因素。熱環(huán)境可表現(xiàn)為炎熱、寒冷或溫暖、涼爽?？諝鉄釥顩r取決于熱輻射、氣溫、氣濕和氣流等因素的綜合作用。體溫的概念1、體溫體溫是指身體深部〔體核〕的溫度〔deep-bodytemperatureorcoretemperature〕,是衡量恒溫動(dòng)物熱平衡的唯一可靠的指標(biāo)。一般以直腸溫度〔rectaltemperature〕作為內(nèi)部體溫的代表。2、皮溫〔皮膚外表的溫度稱為“皮溫〞〔skintemperature〕。平均體溫可按公式4-1估計(jì)之：平均體溫=0.7×直腸溫度〔Tr〕+0.3×平均皮膚溫度〔Ts〕(式4-1)由于皮溫隨部位而不同,所以應(yīng)根據(jù)不同部位面積大小計(jì)算平均皮溫(meanshintemperature)。平均皮溫=0.25×T軀干上部+0.25×T軀干下部+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)體溫變化不同種類動(dòng)物的體溫不同，同一種類不同品種、不同年齡的動(dòng)物體溫也稍有差異。動(dòng)物體溫的差異與動(dòng)物機(jī)體的代謝強(qiáng)度和體表的隔熱能力有關(guān)。一般的規(guī)律是代射強(qiáng)度高，體表隔熱能力強(qiáng)的動(dòng)物體溫較高，反之那么體溫較低；幼齡動(dòng)物體溫較高，成年動(dòng)物體溫較低。各種家畜正常體溫見(jiàn)表4-1表4-1各種家畜的直腸溫度〔rectaltemperatures〕家畜種類直腸溫度（OC）平均變化范圍雞（fowl)41.740.0~43.0鴨（duck）40.740.2~41.2鵝（goose）40.840.0~41.3兔（rabbit）39.538.6~40.1豬（pig）39.238.7~39.8肉牛（beafcattle）38.336.7~39.1乳牛（milkcow）38.638.0~39.3水牛（buffalo）37.836.1~38.5牦牛（yak）38.337.0~39.7黃牛（yellowcattle）38.237.9~38.6綿羊（sheep）39.138.3~39.9山羊（gaot）39.138.5~39.7表4-1各種家畜的直腸溫度〔rectaltemperatures〕家畜種類直腸溫度（OC）平均變化范圍馬（horse）37.637.2~40.7驢（donkey）37.436.4~38.4騾（mule）38.538.0~39.0駱駝（camel）37.834.2~40.7狗（dog）38.937.9~39.9貓（cat）38.638.1~39.2水貂（mink）40.239.7~40.8銀狐（silverfox）4039.4~40.9豚鼠（cavy）39.539.0~40.0大白鼠（rat）3938.5~39.5小白鼠（mouse）3837.0~39.0動(dòng)物產(chǎn)熱的主要形式:1、根底代謝產(chǎn)熱是指動(dòng)物處于饑餓、休息〔靜臥清醒〕、溫度適宜〔20OC〕、消化道沒(méi)有養(yǎng)分可吸收、清醒、安靜狀態(tài)下的產(chǎn)熱量。成年動(dòng)物不管體重大小，根底代謝產(chǎn)熱量均可以下式估計(jì)：根底代謝=K1W(kJ/d)(式4-5)式中：W為動(dòng)物質(zhì)量〔kg〕；K1為單位代謝體重的平均根底代謝產(chǎn)熱量〔kJ/kg·d〕。2、體增熱當(dāng)動(dòng)物休息于舒式的環(huán)境中，產(chǎn)熱量取決于采食量。饑餓動(dòng)物因采食而增加的產(chǎn)熱量被稱為體增熱(heatincrement,HI)。體增熱也被稱為“熱增耗〞、“增生熱〞或“特殊動(dòng)力作用〞。3、生產(chǎn)代謝產(chǎn)熱生產(chǎn)代謝產(chǎn)熱是指動(dòng)物生產(chǎn)產(chǎn)品如生長(zhǎng)、繁殖、產(chǎn)乳、產(chǎn)蛋、產(chǎn)毛等或勞役而增加的產(chǎn)熱量。通常凈能中的能量在滿足維持代謝需要后剩余局部用于生產(chǎn)產(chǎn)品，在動(dòng)物產(chǎn)品的形成過(guò)程中，始終伴隨著熱量的產(chǎn)生。4、活動(dòng)產(chǎn)熱

活動(dòng)產(chǎn)熱是指動(dòng)物因起臥、站立、步行、自由運(yùn)動(dòng)、覓食、飲水、爭(zhēng)斗、適應(yīng)環(huán)境變化和其它生理活動(dòng)等而增加的產(chǎn)熱量。1、年齡2、性別3、營(yíng)養(yǎng)狀況4、生產(chǎn)水平5、采食量6、活動(dòng)量7、個(gè)體大小1、輻射散熱輻射〔radiation〕是指物體外表以電磁波形式連續(xù)釋放能量的過(guò)程，這種能量可以不通過(guò)中間介質(zhì)而傳遞。溫度大于絕對(duì)零度〔0K或-273OC〕任何物體都能放出輻射能，其輻射波長(zhǎng)隨輻射體溫度升高而逐漸變短。輻射散熱是指動(dòng)物與周圍環(huán)境可度量距離內(nèi)物體之間以電磁波形式進(jìn)行的熱交換。動(dòng)物一方面通過(guò)長(zhǎng)波輻射散熱，另一方面又從環(huán)境輻射得熱。動(dòng)物的輻射散熱減去環(huán)境輻射得熱，才是凈輻射散熱凈輻射散熱量主要取決于動(dòng)物體表輻射面的面積和輻射面溫度與環(huán)境溫度的差。因此動(dòng)物的凈輻射散熱量可以下式表示之：Qr=Arσ〔ε1T4bs-ε2T4a〕〔式4-8〕式中：Ar是動(dòng)物可發(fā)生輻射熱交換的體外表積〔m2〕，σ是斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)〔5.67×10-8W/m2·K4〕；ε1是動(dòng)物體表的發(fā)射率〔emissivity〕；ε2是環(huán)境的發(fā)射率；Tbs是動(dòng)物體外表溫度〔K〕；Ta是環(huán)境的平均輻射溫度〔K〕。Qr=Arσ〔ε1T4bs-ε2T4a〕從公式中可以看出：在其他因素一定的情況下，當(dāng)環(huán)境溫度低于動(dòng)物輻射面溫度時(shí)，動(dòng)物散失熱量，其凈輻射散熱為正值；當(dāng)環(huán)境溫度高于動(dòng)物輻射面溫度時(shí)，動(dòng)物獲得熱量，其凈輻射散熱為負(fù)值；當(dāng)環(huán)境溫度與動(dòng)物輻射面溫度相等時(shí)，動(dòng)物失熱，其凈輻射散熱為零。開(kāi)氏溫標(biāo)〔Kelvin〕：以絕對(duì)零度為基點(diǎn)的溫度標(biāo)尺。絕對(duì)零度即460℉/-273.15℃，在此溫度下分子停止運(yùn)動(dòng)〔0℃＝273.15K〕。T＝t℃+273開(kāi)氏溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。是建立在卡諾循環(huán)根底上的熱力學(xué)溫標(biāo)。規(guī)定攝氏零度以下273.15℃為零點(diǎn)，稱為絕對(duì)零點(diǎn)。其分度法與攝氏溫標(biāo)相同〔即絕對(duì)溫標(biāo)上相差1K時(shí)，攝氏溫標(biāo)上也相差1℃〕；所不同的只是絕對(duì)溫標(biāo)上水的冰點(diǎn)定為273.15K，沸點(diǎn)定為373.15K。目前中國(guó)已規(guī)定采用這種熱力學(xué)溫標(biāo)。

1714年,華倫海脫(DanielGabrielFarenheit)制定了華氏溫標(biāo)，溫度測(cè)量有了共同的標(biāo)準(zhǔn),可以對(duì)不同的地點(diǎn),不同時(shí)間及各人所測(cè)量的溫度值進(jìn)行比較。Farenheit曾發(fā)現(xiàn)氣壓表的水銀柱高度隨溫度而變化，這就促使他開(kāi)始對(duì)水銀溫度計(jì)進(jìn)行研究在溫度計(jì)上，0攝氏度對(duì)應(yīng)32華氏溫度。100攝氏度對(duì)應(yīng)212華氏溫度。將攝氏度轉(zhuǎn)成華氏度，直接乘以9，除以5，再加上32即可。t=〔F-32〕×5/92、傳導(dǎo)散熱傳導(dǎo)散熱〔heatlossofconduction〕是指直接接觸的兩物體通過(guò)分子或原子的振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)等將熱量從高溫處向低溫處傳遞的過(guò)程?？諝馐菬岬牟涣紝?dǎo)體，動(dòng)物體表通過(guò)空氣傳導(dǎo)散失熱的熱量有限。傳導(dǎo)散熱可以下式粗略表示：Qcd=AcdK〔Tbs-Ta〕〔式4-10〕式中：Qcd為傳導(dǎo)散熱量〔W〕；Acd為動(dòng)物體表與冷物體直接接觸的有效面積〔m2〕；K為物體的傳熱系數(shù)〔W/m2·℃〕；Tbs和Ta分別為動(dòng)物體表和環(huán)境的溫度〔℃〕。3、對(duì)流散熱對(duì)流〔convection〕是指流體如空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)流散熱是動(dòng)物與流體〔氣體或液體〕之間分子相對(duì)位移造成的熱傳遞。對(duì)流散熱量取決于散熱面的面積和散熱溫度與空氣溫度之差，可粗略以下式表示之：Qcv=Acvh〔Tbs-Ta〕〔式4-11〕式中：Qcv為對(duì)流散熱量；Acv為運(yùn)動(dòng)可供對(duì)流的體外表積〔m2〕；h為對(duì)流系數(shù)〔W/m2·℃〕；Ta和Tbs分別為氣溫和體表溫度〔℃〕。4、蒸發(fā)散熱動(dòng)物的蒸發(fā)散熱〔Heatlossofevaporation〕是指動(dòng)物體表水從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)吸收動(dòng)物體熱量的過(guò)程?！?〕皮膚蒸發(fā)皮膚蒸發(fā)的機(jī)制有二：一為滲透蒸發(fā)〔diffusionevaporation〕，即皮膚組織水分通過(guò)上皮向外滲透，水分在皮膚外表蒸發(fā)。因?yàn)闈B透蒸發(fā)不見(jiàn)有水滴，常稱為“隱汗蒸發(fā)〞〔insensibleperspirationevaporation〕。在一般天氣條件下，人每天的隱汗蒸發(fā)量為600~800ml，為呼吸蒸發(fā)的二倍。另一種為出汗蒸發(fā)〔perspirationevaporation〕,即通過(guò)汗腺分泌，使汗液在皮膚外表蒸發(fā)。出汗多時(shí)，常見(jiàn)皮膚外表有水滴殘留，故又稱為“顯汗蒸發(fā)〞〔sensibleperspirationevaporation〕。估計(jì)皮膚蒸發(fā)散熱量的理論公式為：Qe=AeKeVn〔Pbs-Pa〕式中：Qe為皮膚蒸發(fā)散熱量〔W〕；Ae為有效蒸發(fā)面積〔m2〕；Ke為蒸發(fā)常數(shù)，V為風(fēng)速〔m/s〕；n為風(fēng)速指數(shù)；Pbs和Pa分別為皮膚外表及外界空氣水汽壓〔mbar，1bar=100kPa〕?！?〕呼吸道蒸發(fā)呼吸道黏膜濕潤(rùn)、溫度高、水汽壓大，空氣的水汽壓一般相對(duì)較低，當(dāng)水汽壓較低的空氣通過(guò)呼吸道時(shí)，呼吸道黏膜的水分子很容易從空氣中逸出而發(fā)生蒸發(fā)作用；估計(jì)呼吸蒸發(fā)散熱量的理公式為：Qre=KeVr〔Pbs-Pa〕式中：Qre為呼吸蒸發(fā)散熱量〔W〕；Vr為呼吸量〔L/h〕；Ke、Pbs及Pa與前式相同。Ke