家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)培訓(xùn)課件

家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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、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)概念的基本上，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)和健康影響的基本規(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)的基本方法。2家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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）”。3家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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。4家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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。空氣熱狀況取決于熱輻射、氣溫、氣濕和氣流等因素的綜合作用。5家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)3.1.1.動(dòng)物體溫體溫的概念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。3.1.熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)6家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)2、皮溫（皮膚表面的溫度稱為“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)7家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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)物體溫也稍有差別。動(dòng)物體溫的差別與動(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，反之則體溫較低；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表4-1

8家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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）39.138.5~39.79家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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）3837.0~39.010家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)3.1.2.產(chǎn)熱3.1.2.1.動(dòng)物產(chǎn)熱的主要形式:1、基礎(chǔ)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)物不論體重大小，基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱量均可以下式估計(jì)：基礎(chǔ)代謝=K1W0.75(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基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱量（kJ/kg·d）。11家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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”。12家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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、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部分用于生產(chǎn)產(chǎn)品，在動(dòng)物產(chǎn)品的形成過程中，始終伴隨著熱量的產(chǎn)生。13家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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。14家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)3.1.2.2.影響動(dòng)物產(chǎn)熱的因素1、年齡2、性別3、營養(yǎng)狀況4、生產(chǎn)水平5、采食量6、活動(dòng)量7、個(gè)體大小15家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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)物一方面通過長波輻射散熱，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17家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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)生輻射熱交換的體表面積（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)物體表面溫度（K）；Ta是環(huán)境的平均輻射溫度（K）。18家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)

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。19家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)開氏溫標(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開氏溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。是建立在卡諾循環(huán)基礎(chǔ)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。目前中國已規(guī)定采用這種熱力學(xué)溫標(biāo)。

20家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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）×5/921家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)2、傳導(dǎo)散熱傳導(dǎo)散熱（heatlossofconduction）是指直接接觸的兩物體通過分子或原子的振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)等將熱量從高溫處向低溫處傳遞的過程。空氣是熱的不良導(dǎo)體，動(dòng)物體表通過空氣傳導(dǎo)散失熱的熱量有限。22家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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（℃）。

23家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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。24家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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)流的體表面積（m2）；h為對(duì)流系數(shù)（W/m2·℃）；Ta和Tbs分別為氣溫和體表溫度（℃）。25家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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)物體熱量的過程。26家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)（1）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上皮向外滲透，水分在皮膚表面蒸發(fā)。因?yàn)闈B透蒸發(fā)不見有水滴，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）,即通過汗腺分泌，使汗液在皮膚表面蒸發(fā)。出汗多時(shí)，常見皮膚表面有水滴殘留，故又稱為“顯汗蒸發(fā)”（sensibleperspirationevaporation）。27家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)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分別為皮膚表面及外界空氣水汽壓（mbar，1bar=100kPa）。

28家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)之熱環(huán)境與動(dòng)物熱調(diào)節(jié)（2）呼吸道蒸發(fā)呼吸道黏膜濕潤、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為蒸發(fā)常數(shù)，Pbs和Pa分別為黏膜表面及外界空氣水汽壓29