大型联排鸡舍自然采光的研究与设计

毛 建

（眉山职业技术学院农业技术系，四川 眉山 620010）

我国以前的封闭性鸡舍的采光系统均使用人工照明，尽管对舍内照射的亮度没有太高要求，大致为20 lx即可，但是因为需要较长的光照时间（产蛋期大致需要16 h，肉仔鸡舍则需要23 h），所以非常耗电。一般封闭型鸡舍的照明消耗电能占全部鸡舍生产用电的比例高于30%［1］。因此，尽可能使用自然光照来减少鸡舍照明消耗的电能，对于节约用电和降低生产成本有着非常重要的意义［2］。本文基于目前砖混结构大型联排鸡舍的建筑特点，探究其采用自然采光的设计原理和应用。

1　大型连排鸡舍的自然采光原理

大型连排鸡舍的自然采光一般为屋顶上的窗户。因此，在设计过程中应充分考虑其面积大小、形状及位置，既保证良好的采光效果，又保证鸡舍的安全牢固。在设计平顶类结构的连排鸡舍时，一般设计采光窗户最为经济、简易的方法为在相邻的众多屋面板间制作一条采光带，也就是在两块相邻的屋顶面板之间预留一定的距离，在这段间隔之上覆盖抗老化、坚固的透光物质材料。鸡舍屋顶设计的采光带要求采光物质、距离及宽度都要科学合理，因为设计的采光带直接决定了鸡舍中的光线分布及光照强度，还在一定程度上影响了鸡舍的建造价格。

为了保证大型连排鸡舍中光照均匀，适宜选用散光效果较强的透光材料，如玻璃钢；为了保证鸡舍中的温度适宜以及达到隔热要求，可以将屋顶窗户设计成两层，两层透光材料中间预留6～10 cm的间隙为密封空气层。这种设计使得光线经过两层玻璃的散射与反射后到达鸡舍中的光照更为温和，不会有直射光的照射。屋顶窗户选用的透光玻璃钢的透光率应存在一定差异，以满足鸡舍中各个位置光照强度不同的需求。

平顶屋连排鸡舍自然光的采光原理如图1所示。从图1能够看到，平顶屋的采光带如若是南北走向，当光线透过玻璃钢材质的窗户（不论是散射光还是直射光）后全都不会直接到达该图里面的阴影三角形区域，仅有一部分反射光能够到达这个阴影区域。由此可知，该阴影区域的光照强度会比其他区域的光照强度低很多。为保证平顶屋连排鸡舍中的光照强度更为均匀，设计的采光窗户下面没有鸡笼，也就是鸡笼不在该阴影部位，也就是图里面的H应小于鸡笼上方的空间。由于鸡舍一般是固定的，其中的H与h均为固定值，由此就能够确定L与l。按照相似三角形的等比定律计算，也就是h/（H+l）=l/（l+L/2），从而计算得到h/2H=l/L。进而得出，屋顶采光带的间距L和宽度l的比值与鸡舍中鸡笼顶端净空高度H的2倍与采光带垂直的高度h的比值相等。由于鸡舍是一定的，因此h/2H则为一个常数，由此可知，确保鸡舍中鸡群活动范围的采光度更为均匀就要保证采光带的宽度和间距的比值应高于这个常数。比如，假设h=0.3 m，H=0.9 m，那么h/2H=1∶6，即l/L应大于1/6，也就是说鸡舍里面的鸡群活动范围不存在阴影区域（对于散射光来讲）。如若l/L小于1/6，那么鸡舍里面就会存在阴影区域，也就会造成光照强度存在不均匀的现象。因此，鸡舍中光照强度的均匀程度和l与L的比值有直接关系，也就是说当该比值的数值越小，那么鸡舍中的光照强度则越不均匀。由此可知，若想消除鸡舍中散射光造成的阴影区域，则界限值是h/2H。

图1　平顶屋鸡舍自然采光原理图

2　控制连排鸡舍的屋顶采光设计

因为连排鸡舍的采光主要来自屋顶窗户，因此需要控制鸡舍屋顶的采光。调控大型连排鸡舍的屋顶光照强度，除去之前论述的控制鸡舍中光照强度均匀程度之外，还需要根据蛋鸡和种鸡的不同，控制鸡舍中的光照时间，其中最为关键的是管理育成阶段的光照周期，管理该光照周期能够直接影响育成鸡的性成熟程度。鸡舍中的产蛋鸡，正常情况下光照时间应在16 h以上，所以只需早上与晚上进行补光即可。然而，育成期的产蛋鸡由于需要控制其性成熟程度，因此需要限制其光照时间，也就是在育成初期（前14周）不需要延长光照时间。自然光的照射时间会随着季节的变化而变化，夏季光照时间较长，冬季光照时间较短。每天的光照时间可以利用球面天文原理计算：

式（1）中，α是某地某个时间太阳高度的角；ψ是其所在位置的北纬度的角，ω是时角，ω=15°×偏离正午的时间数，从正午12：00到午夜的时间数是正；δ则表示太阳的赤纬角，计算公式如下：

对于某个地方的某天来讲，其中ψ与δ是已知的，因此，时角ω的大小只根据太阳高度角α的改变而改变。在明确α值之后，应注意此处所讲的光照时间并不是气象台公布的光照时间，而是指太阳自地平面升起一直到太阳降落到地平面为止的时间段。因为鸡对于光照极为敏感，当太阳尚未升起的时候以及太阳降落后的时间内，就可以从曙光与暮光中感应到天亮，所以，光照时间应为正常的太阳照射时间加上暮光与曙光时间。调查发现，正常情况下，当光照强度高于1.0 1x时，就会对鸡的光周期起到作用。查阅相关文献得知，太阳高度角α≥-6°时，此时的曙光与暮光都能够对鸡的光照周期造成影响。

光照周期的光照时间可以用如下公式计算得出：

式（3）中，tL、ts及trs分别表示光照时间、日照时间以及曙光与暮光的时间；ωc表示运算时刻的时间角度；μ表示地球自转的速度，μ=15°/h。

利用公式（1）（2）（3）能够计算得到各个地区鸡光照周期的时间。由此可知，在管理控制育成鸡的自然光照时间时，需要协调自然光照的时间与实际光照的时间，在不同季节育成的雏鸡，制定的光照制度应有所不同。

3　连排鸡舍的自然采光强度测试

本文利用德国生产的MAVDLUX6000K光照计来测试山东省蓬莱市某地连排鸡舍中的光照强度，测试时间为2015—2016年的冬季与夏季。

夏季的检测结果如表1与表2所示。从表1和表2能够看到，鸡舍中的透光带与非透光带之下的光照强度存在差异，透光带下的光照强度是鸡舍中其余地方的2倍以上，而鸡舍中任何地方的光照强度都高于50 lx。鸡舍采光带下的光照强度较高，但由于使用的是玻璃钢材料，因此透进鸡舍的光线基本上为散射光，并非直射光，鸡群并未出现异常。

表1　育成连排鸡舍中夏季光照强度分布

表2　产蛋连排鸡舍中夏季光照强度分布

冬季检测结果如表3所示。从表3能够看出，产蛋连排鸡舍检测其光照强度，13：00时透光带下的鸡舍内的光照强度在550 lx以上，非透光带的光照强度则在200 lx以上；06：00时测试鸡舍中的光照强度值，则为自然光与人工光强度的总和。

表3　产蛋连排鸡舍中冬季关照强度分布

4　结论

研究发现，大型连排鸡舍能够通过合理设计屋顶自然采光，节省用电开支。理论研究表明，保证室内光照均匀的屋顶光照采集窗（带）宽度和间距的比值需不小于窗壁高度和鸡舍室内顶部高度2倍的比值。实际测验发现，虽然夏季自然采光的鸡舍中光照强度高达3 000 lx，但是由于设计合理，鸡群并未出现异常行为。