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家畜散热
    来源:辈宠网

家畜在其新陈代谢过程中产生的热,通过辐射、对流、传导、蒸发四种方式和途径,向四周环境散发的过程。辐射、对流、传导三种散热统称为非蒸发散热,散发的热称为显热或可感热,显热可影响物质的温度,对畜舍的温热状况有重要影响。家畜通过蒸发散发的热称为潜热,这是一种汽化热,只有当其物态发生变化(水汽转化为水或冰)时才能释放出来,在一般情况下对畜舍的温度状况无直接意义。

辐射散热 家畜与其周围有限距离内的物体之间,以电磁波的形式进行的热交换。电磁波可透过真空而不依靠中间介质来传递热量。凡温度高于绝对零度(OK或-273℃)的物体,均可向周围空间辐射运载能量的电磁波。辐射体温度越高,辐射能量越多。辐射体的温度不同,所辐射的电磁波不同,波长(4×102)~(4×104)纳米的电磁波, 有显著的热效应。家畜辐射的电磁波波长约为 (8×102) ~ (8×105)纳米, 其中一部分 (约13%)被周围的物体和空气中的多原子气体(如水汽、二氧化碳、硫化氢等)吸收,并再次转化为热,其余部分则反射或透射(如空气中的双原子气体氧、氮、氢等,对电磁波可视为透明的)。温度不同的两物体之间的辐射热交换,高温者失热,低温者得热,两者温差越大,分别得失热量也越多。温度相同的两物体之间,辐射热交换处于动态平衡,不发生实际上的热转移。舍饲家畜的辐射散热,是在家畜与其周围可度量范围内的物体之间进行的,这些物体包括空气、畜舍围护结构、设备、同群家畜的其余个体等,由于它们的温度、表面情况 (颜色、粗糙程度等)、所处的位置等不同, 要确定家畜在此复杂的辐射换热系统中得失热的综合结果是困难的。一般地说,取决于气温和周围物体表面温度高于、低于或等于家畜体表温度,家畜的辐射换热将为得热、失热或停止散热。得热或失热量则取决于气温、周围物体表面温度与家畜体表温度之差,温差越大,家畜得热或失热越多。此外,也取决于家畜参与辐射的有效面积,群养家畜相互依偎、遮挡,家畜在地板上躺卧、蜷曲身体等, 都会使辐射换热有效面积减少。家畜的辐射散热量还与家畜皮被及周围物体表面情况有关。

对流散热 家畜与流经其体表的物体之间,通过流体粒子的运动而进行的热交换。参与家畜对流换热的流体,主要是空气,对水禽和水牛等,也可能是水。家畜的对流换热是靠两种方式完成的。流体与家畜体表接触,通过传导进行热交换,高温者失热,低温者得热,两者温度相同时,热交换处于动态平衡,此为传导热传递作用; 与此同时, 由于流体粒子不断运动和混合,可以将热由一处带到另一处,使传导热交换不断进行,此为对流热传递作用。在通常情况下,因气温低于皮肤温度,家畜通过对流而失热,温差越大,气流速度越高,失热量也越多;当气温接近或等于皮温时,家畜散热将变得困难甚至停止;只有当气温高于皮温时,家畜才通过对流得热。此外,家畜对流散热量也与体表有效对流面积有关。气流可因静止空气的部分粒子被加热,使空气密度改变,出现密度梯度而引起,称为自然对流,其强度取决于加热物体(通常是家畜)与空气之间的温差,故夏季自然对流较弱甚至停止;气流也可由风、家畜活动、通风设备运转等引起,称为强制对流,其强度可通过畜舍通风设计来调节和控制。家畜对流散热体表有效面积与家畜的姿势及其与其他物体或家畜个体的相对位置有关。如躺卧、顺风站立、迎风侧有遮挡物等都会使体表有效对流面积减少。

传导散热 家畜与不发生相对位移的传导介质相接触,通过物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热交换。导热可以在与固体、液体及气体接触中发生, 但在液体或气体介质因传导热交换而出现温差时,就会出现对流现象,难以维持单纯的导热,故家畜的传导散热只能在畜体与固体之间进行。传导介质的温度低于家畜体表温度时, 与畜体接触部分的介质表面被加热,介质的分子、原子或电子相互撞击,将热向低温部分传递,使畜体失热,直至介质与畜体温度相同时,传导热交换达平衡状态,畜体才停止失热;当传导介质的温度高于家畜体表温度时, 传导散热过程的方向与上述相反, 畜体得热。家畜传导失热或得热量,与畜体和传导介质的温差成正比,同时,也取决于畜体与传导介质接触面的大小和接触时间的长短, 此外, 还与传导介质的导热系数和蓄热系数呈正相关。

蒸发散热 家畜体内的水通过汽化吸热和水汽分子运动向周围环境散热。水由液态转化为汽态所需的热,称为蒸发潜热,单位为焦耳/克,其值为2 493. 66~2.343t,t为水温(℃)。故每克水在10℃、20℃和30℃时的蒸发潜热分别为2 470焦耳、2 447焦耳和2 423焦耳。家畜体内的水通过皮肤和呼吸道蒸发。通过皮肤蒸发的形式有二,一是皮肤组织中的水通过上皮向外渗透,在皮肤表面蒸发,称为渗透蒸发,或称隐汗蒸发;二是通过汗腺分泌至皮肤表面而蒸发,称为出汗蒸发,或称显汗蒸发。家畜的泌汗机能一般较差(马和骆驼较强),且多为顶浆分泌汗腺,其蒸发散热作用较人的外分泌汗腺差。同时,家畜大多被覆毛羽,毛层内湿度大,对流作用差,汗液多在毛被表面或在毛尖蒸发,所吸收的热多来自于外界空气, 故对畜体的散热作用显著减弱。此外, 有些家畜无汗腺或无活动汗腺 (如鸡、猪等),常以特殊行为反应来增加皮肤蒸发散热,如猪打泥滚,猫舔湿被毛等,而这些行为又多受条件限制。由于上述原因, 大多数家畜在高温情况下的皮肤蒸发散热量占总蒸发散热量的比例,都明显低于人。通过呼吸道蒸发散热,是由于呼吸道粘膜表面湿润,温度高,水汽压大, 当温度和水汽压较低的吸入空气通过呼吸道时,以对流和传导的方式得热,温度升高,而使其饱和水汽压增高,饱和差加大,因而呼吸道粘膜的水分得以大量蒸发,并随呼出气排出,而使畜体散热。呼吸道的散热过程,靠上呼吸道即可基本完成,故在高温时家畜多进行浅而快的呼吸(称为热性喘息),这不仅可以加强对流和蒸发散热, 而且可以相对减少肺泡的气体交换,减弱因气体代谢加强而导致的产热增加,并避免因二氧化碳呼出过多而引起的血液碱中毒。家禽在热性喘息中,可通过咽喉掮动(喉颤)进行频率很高的浅呼吸,同时,其体内的气囊也参与呼吸蒸发散热,气囊总容积比肺大5~7倍,且只进行散热而无气体交换,这对无汗腺且羽毛厚密的家禽在高温时的体温调节有十分重要的意义。家畜的皮肤蒸发散热量与皮肤表面和空气之间的水汽压差、家畜有效蒸发体表面积以及风速成正比,并与蒸发表面的几何形状有关;而呼吸蒸发散热量与呼吸道表面和吸入空气之间的水汽压差、单位时间呼吸量成正比。家畜蒸发散热量与环境温度无直接关系。

由此可见,辐射、对流和传导三种非蒸发散热,除与家畜相应的有效散热体表面积成正比外, 还都与家畜体表和环境之间的温差呈正相关。当环境温度低于或高于家畜体表温度时, 家畜通过非蒸发散热而失热或得热。温差越大,失热或得热量越多,当两者温度相同时,因处于热平衡状态,家畜既不失热也不得热。家畜的蒸发散热与环境温度无直接关系, 而与家畜蒸发表面和环境之间的水汽压差成正比。由于家畜皮肤和呼吸道表面的温度通常都高于气温, 即使空气湿度已达到饱和, 其水汽压也会低于畜体蒸发表面的饱和水汽压,故蒸发散热仍可进行。如果气温高达畜体蒸发表面温度, 且空气湿度也达饱和时, 畜体蒸发散热将停止,但这种情况在生产条件下极少发生,故家畜一般不会出现蒸发散热停止的现象, 更不可能发生通过蒸发而由环境得热的情况。

由于非蒸发散热取决于畜体散热表面与环境之间的温差,故非蒸发散热量随环境温度升高而减少。而蒸发散热与环境温度无直接关系,故随环境温度升高,家畜散热总量中蒸发散热的比例加大,以保持体热平衡,特别是当环境温度接近或等于家畜体表温度时, 非蒸发散热量甚微或停止, 家畜必须依靠蒸发散热保持体热平衡。

除以上四种散热方式外, 家畜摄入低于体温的饲料和水,也会造成失热。在高温季节,这种失热量较少,而在寒冷的冬季,其数量则不可忽视。例如,冬季用冷的块根喂牛,这些饲料从牛体吸收的热量,可占牛代谢产热量的1/7。有人建议,从畜体传导到饲料和饮水的失热量, 可按每采食1千克比体温低1℃的饲料或饮水耗热3. 14千焦计算。

了解家畜不同散热方式的概念及其影响因素, 可以根据季节和环境的变化, 采取促进或减少家畜散热的饲养管理措施和环境改善措施, 以利于家畜的体热调节, 提高畜牧生产, 保障家畜健康。

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