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环境限制对农业建筑的重要性

2012/10/09 阅读:

本文作者:罗里.L.艾斯美单位:密西根州立大学

1.前言

A.环境改善:外界环境的改善对大多数农业建筑案_说是,一个最基本的条件。如1释一周年没有适宜的环境条件,环境控制对家禽家畜的饲养、作物生长、农产品贮藏和机妇忆设备保护等都是十分必要的、•要达到这个目的‘,应孩对人工气候(水一水蒸汽的关系)的基础知识,必需的物理科学和物理伎术参数有一定的了解.在有的地方,_某些季节温度过高,某些季节温度过低,故温和的适宜条件时间很短.热带国家有比较稳定的温度.湿度和太阳辐射,但如果不加以控制,对家禽家畜的词养却通常过高。所以,在热带国家为改变环境而搭一个棚子是最基本的需要,而象完全封闭,隔绝和热器通风等结构只有在寒冷气候条件下才必要。与寒冷气候条件相比,炎热气候条件下的贮藏品必须有不同结构上和环境七的保护。野生动物和鸟类为达到生存的目的,可通过迁徙来选择其能接受的环境条件。许多鸟类为适宜的环.境而在一个季节里迁飞数千英里。一些动物却采用越冬的方法淞适应寒冷的季节,但.这种方法夜率较低,因不仅要减轻体重,还会因一些月素造成死亡。家养动物和一鸟类总是把它们限定在一定的地方和一定的环境条件。人们还从气候条件较适宜的地方引进有发展前途的家禽进行饲养。所以,为了世界不同地区进行许多动植物伺荞栽培,环境控制是非常必要的。农业工程师和技术仪员应该与动植物学家和生产者合作,研究设计出在实践和经济_卜都行之有效的环境控制系统。环境控制的结果可能不是物里学的最佳条件,似必须在任何条件下符合生产者的经济意义。科学工作者和生产者要考虑的因素有:

1.动物和鸟类获得遗传的可能性?2.在特殊条件下能生产多少牛扔、蛋、肉或纤维?

3.控制环境的费用能否通过增加效益得到补偿?

4.改变环竞的仆么类型和到什么程度?

要回答这些问题,动植物专家,农业工程师和技术人员必须紧密联系,对其它专业领域的知识有一定了解•农物工程师除要掌握环‘境变化规律外,还应对物理定理,功逍物习性有所了解。农业工作者(包括科学家、管理人员和李产者)也应有一些环境变化规律,•动植物习性方面的知识。

B.环境因子:

广义上讲,环境可解释为能影响功物、鸟类、植物和生物产品贮藏灼所有外界条件。对动物和鸟类的圈巢‘来说,环境可分为社会的、物理的和热能的因子‘,社会因子包括功物和鸟类的习性,如涌挤、长幼尊卑次序等。物理因子包括光照、声音、t圈、笼、柳条箱、棚栏、地板和其它设备。热能因子包括温度和能量,如空气温度、湿度和空气讨流。这声文章主要解释热能条件和其它影响动物,鸟类、植物和贮藏品因子的规律。热能的传导、对流和辐射等途尾与水蒸发起包含在环境控制过程和系统之中。动植物的最佳生一长发育需要将环境控制茬猫窄的热量范围内,一为保持贮藏钻的天然品质,贮藏品需要的温度范围刊更严•格.和人类一样,aii化动物属于恒温动物,所以,它们在任何时候都竭力维持自己的体温。因此,动物的环境必须在一个适合的温湿度范图内,以便体内新陈代谢产生的能量不易散失,也便于其不增加或降低休温。

2人工气候:

八.汽一水控制人工潮湿空气是建立在环境与家一禽家畜圈巢的关系了解的基础一L,蒸发到空气中的湿度除炎热的特殊气候,在任何时候都是劝物和鸟类的热量散失卜分重要的工具。水蒸汽在家禽家畜建筑物中的排除一直是冬季环境控制的问题,相反,在炎热气候条件下,为达到蒸发降温的目的,可采用喷洒水的方法。因一此,空气中的水分是农业建筑最佳环境控制灼一种媒介。在一定温度下,从没有水到.水分充是的任何地方都有空气与水的混合物。自然条件下的空气总是含有一:定的水蒸汽‘在自然温度范围内,空气一中水蒸汽随温度每增高10’C,「L乎增加一倍。及工气候图是基于空气含水蒸量与温度的关系的记录情况的,其它湿润空气的热力学性贡也在人工气候图上得到表现。

3.热电和湿度的排除

A,热量和湿度的平衡如果一定的温度和火分保留在一个封闭的结构中(家畜建筑、贮藏结构和植物生长结构),从建筑物中移出的热量和水分必定等于传仪建冼物和,其中产生的量,;大个平衡的任何变化都会使建筑物里面的温湿度发生改变,存活的生物‘有机体(如动物、鸟类和贮藏品)都会产生热量和水分。在寒冷的气候条件下,排除水蒸汽还存在着问题,如果不通过适当的空气交换来排-除水分,水分就会增加积累过多。在寒冷的气候条件F,适当的热量是必要的,为保持建筑物一定的温度,可回收遗失节d外界寒冷环境中的热量。在炎热的气候条件下,排除热量也存在着问题,如果不排除,又会使热氯聚集增加过高。最好的途径是采用自然的-(如空气对流)或人为的(如机器)空气交换来排除。如果水分较高,可在建筑物中适当刊用热量来达到蒸发冷却的目的,液休水一蒸汽的转换过程中需要一定的热量,在这个过程中的恢量可从可利用热能转换成潜在热能,然后顺利地通过自然的和仪为的方法排除到建筑物内。

B.换气髦在通气系统设计中,必须注意需要多少空气交换量的问题,在寒冷时气候条件下,要从建筑物排除过量的水蒸汽必须有足够的空气交换量,在炎热气候条件下,从建筑物中排除一定的热鼠也必须有足够的空气交换量。当然,最小的空气交换量应该保证动物和鸟类呼吸所必需的氧气,这意味着二氧化碳不能增加到不适于家禽家静建筑的程度。尽管氧气是举足轻重的,但它可在寒冷气候条件下排出多于的水蒸汽和灸热气候条件下排除多于的热量而引进的空气交换中得到满足。在寒冷与侯条件下,一旦空气交换量被确定,为保持建筑物里面适当的温度而必需的热量供应量就可以计算出来,这小热量平衡的解决必须包含所有的输入和输出的热量,输入的热量由动物、鸟类,贮藏物产生的代谢热和因空气交换带进的热量组成,聚集在建筑物内的光照,机械设备也将产生一定的热量,在炎热气候条件下热一跳还有一个重要来源,即太阳辐射。这与热能遗失一样都取决于建筑物的结构和建筑材料。遗失时热量由通过建筑物裸露表面散失和通过空气交换散失的热量所组成,在许多温度条件下,如果建筑物隔绝较好,空气交换控制在排除多于的水蒸汽所必须的量,那么,‘家禽家畜建筑物可能不需要热屠供哈。在炎热气侯条件下,空气交换汉能使建筑物里面的温度降到与外界塌度相近的程度,空气交换量越多,与外界的温度就越接近。假定外界温度为30’c,白降温就难以.进行.所以,比外界高5’c是对降温比较有利的,用外界温度来降低里面温度的唯一途径是靠机械降温,但这不符合家禽家畜建充的经济意义。在比较炎热和干旱l’i{j气候条件下,蒸发冷却可使卫面的温度低于外界温度。有所这些交换系统设计的计算可建立在人工气候应用的墓础上或参照手册资料。1986年SeeErmay和Dixon写了一本关于驯化家禽家畜饲养的不同建筑物及竹理系一统的适宜和潜在热量的实用手册。一旦甩外设计条件确定之后,空气交换中进出空气传递的热量和水分就取决于人工气候图。如果建筑材料类型确定之后,热量散失还可以从手册中计算得到。

4.交换系统的设计

A.自然空气移动系统在热带亚热带气候条件下,家禽家畜建筑物必需的空气交换以自然方法(风力)来实现比以机诫方法(电风扇)来实现要优越得多,这七要是从经济观点来考虑的。因密封费用,环境控制,装置费用很高而在多数情况卜还不能满意地工作。自然交换装置都排除了机诫降温和空调设备。空气流动量为不使建筑物增加过高的空气温度而从中排除一定热能是足够的。如而所述,空气流动越多,与外界温度越接近,空气的自然流功系统取决于风力,!贝此,有的不加控制。为得列最佳结果,建冼物四周的任何阻碍空气流动的东西都应排除,这包活灌丛,树林,高大栅栏等结构,在寒冷季节的暖和气候条件下,需适当减少四周的开「1,但也不要完全封闭。当少风或无风的条件下,通过开口而流动的空气取决于里面空气变热而产生的热能,因为此时里面的空气轻于外面的空气。左样的流动是极少的民取决于建筑物电面的温度明显地比外界温度高这样不平衡的状态。

B.预防大阳辐射从太阳辐射获得的热量在较炎热的热带气带条件’一卜可能是多余钓,用金属铁皮,石棉瓦等作屋顶材料或无绝缘的建筑是最槽糕的。屋项材料的表面温.度,无论里面或外面,都出外界温度l爵2。“3。℃.所以、屋须便充当了建筑物占有空间的强大辐射源,辐射热的影响可采用恰当的建筑材料和建筑结构的方法来咸少到最低限度,屋项搞一层隔绝材料是十分重要的,这不需要很多人力物力,最好是用薄的胶合板使其与屋顶材料之间留一空隙,铝金属板对福射防治没有镀锌的铁板好,将鼠顶表面泰成白色,与用胶合板一样,可降低表面温度和减少太阳辐射。在屋顶涂一层白色无疑比采用胶合板或其它隔绝材料要廉价些,但为使其有效必须是自色,而且在必要时需重漆。

C.蒸发.曝温一定的热能转换成潜在热可使其不产生热影响,在热带气候条件下,建夭物空间的水蒸发增加到最大直是十分重要的。遗撼的是,在湿润气候条件下,当空气中有相当多的水蒸汽时,一增强蒸发是比较困难的。湿度过高,与i高温一样,使人、动物、鸟类产生不安宁感。所以,可能的蒸发量与空气湿度肴关,因此,蒸发降温只是在干热气侯条件下是比较可行而有效的.通过建筑设备进行较好的空气交换,在正常炎热气候条件下能产生一定的蒸发量。在炎热气候条件下,动物在祈陈代谢过程中要排除大量潜在热。所以,它们也在有效地利用蒸发降温,如不转换成潜在热,就意味着少量的动物热能以适当的形式增加了空气温度.通过建筑设备较好的交叉空气轮换流动,在正常条件下可从排泄物等其它潮湿表面蒸发大量水,这个蒸发过程可通过喷水在逮筑物中或动物体上而加强。蒸发爆温器可与通过设计一种机械压力而进入的潮湿杂物系,将交换系统结合起来,这就是统传所说的蒸发降温建筑,即使蒸发降温发生在所有建物敏个角落,潮湿混杂物降温系统可获得75帕的有效率(有效率定义为外界空气干湿球温度总差异之比)。蒸发降温有效性取决于混杂物的结构和通过混杂物空气流动的速度。混杂物结构除随其厚度改变外,还随不同的纤维材料,里外潮湿的有效性不同而不同。

D.机械降温空调和冰箱是机械降温的必要设备,所以这是与外界温退度条件无关的最丁瞥遍降温手段,当然其费用和可行性必须考虑。因存在有在家禽家畜建筑中保留过滤器分离脏物和残髓的问题。局部降温的应用已有一些实例,其优于包括整个家禽家畜建筑在内的环境降温,尽管有基础知识上的限制,最戍功的探索是母猪在母仔房里用奥子降温,冷空气直接由鼻管导到每头幼仔头部,为猪仔有冷空气呼吸和一些失周围局部自勺对流降温。

E.交换系统的控制通过家禽家畜,植物生长和产品贮藏建筑的空气交换量可由入口系统和电扇来加以控制,供冶加热或降温能否与建房系统联系起来,,在温和的条件下家禽家畜造房的典型事例是既不补给热量,又不降温。事实上这是行不通的。在较冷的外界气候条件下,为最低限度的热量散失,建筑物的空气交换是需要严格建造和隔绝哟。这些建筑中的温度典型地装有恒温器,自控电扇,入口的开放通常由控制建筑物l凡外静态压力差的压力表调节,当压力表增加时,人口增大,电扁开关由恒温器改变压与差,由此而改变空气入口。

5.概括

A.分析解决法要获得空气解决交换设计有关方面的资料,请参阅M.L.ES-may和J.E.Dixon写的题为《农业工程环境控度》一书。

环境限制对农业建筑的重要性

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