就有可能推算出动物的净辐射散热量。 当环境温度低于动物辐射面温度时,动物散失热量,其浄辐射散热为正值:当环境温度高于动物辐 射面温度时,动物获得热量,其净辐射散热为正值:当环境温度与动物辐射面温度相等时,动物失热, 其净辐射散热为零 2.传导散热 传导散热( Heat loss of conduction)是指直接接触的两物体通过分子或原子的振动或旋转等将热量 从高温处向低温处传递的过程。温度较高物体分子或原子的运动速度大,温度较低的物体分子或原子运 动速度小,在分子或原子运动的传递过程中,伴随者热量的传递,使温度较低的物体分子或原子运动速 度增大并获得热量,使温度较高的物体分子或原子运动速度减小并散失热量。动物体呼吸道和皮肤都具 有传导散热的作用。呼吸道是将热传给较冷的吸入空气,皮肤主要是通过直接与较冷物体如地面、冷水 等接触而进行传导散热。空气是热的不良导体,动物体表通过空气传导散失热的热量有限。传导散热可 以下式粗略表示 Qcd=Acdk(Tbs-Ta)(It4-10) 式中Qa:传导散热量(W); Aad:动物体表与冷物体直接接触的有效面积(m2); K:冷物体的传热系数(W/m2·℃) Ts和Ta:分别为动物体表和冷物体表面的温度(℃) 动物传导散热取决于与其接触物体的温度,当动物体表温度高于物体表面温度时,动物散失热量, 传导散热量为正值,当动物体表温度低于物体表面温度时,动物获得热量,传导散热量为负值。水的导 热性较空气大。在炎热的夏季,对猪和牛进行冷水浴,可以增加传导散热 3.对流散热 对流( convection)是指流体如空气的相对运动。对流散热是动物与流体(气体或液体)之间分子相 对位移造成的热传递。当畜体体表温度低于流体(如,空气和水等)温度时,通过对流可以带走畜体表 面热量,发生对流热散。与动物对流散热有关的流体主要是空气。水禽、水牛等动物也通过水体流动进 行对流散热。对流形成的原因有两种,一种是由外力作用发生对流,称为“强制对流”( forced convection):另一种为空气因受热不均导致密度变化而产生的对流,称为“自然对流”( natural or free convection)。对流散热量取决于散热面的面积和散热面温度与空气温度之差,可粗略以下式表示之 Q=Ah(Tbs-T)(式4-11) 式中Qa:对流散热量 As:动物可供对流的体表面积(m2)
11 就有可能推算出动物的净辐射散热量。 当环境温度低于动物辐射面温度时，动物散失热量，其净辐射散热为正值；当环境温度高于动物辐 射面温度时，动物获得热量，其净辐射散热为正值；当环境温度与动物辐射面温度相等时，动物失热， 其净辐射散热为零。 2． 传导散热 传导散热(Heat loss of conduction)是指直接接触的两物体通过分子或原子的振动或旋转等将热量 从高温处向低温处传递的过程。温度较高物体分子或原子的运动速度大，温度较低的物体分子或原子运 动速度小，在分子或原子运动的传递过程中，伴随者热量的传递，使温度较低的物体分子或原子运动速 度增大并获得热量，使温度较高的物体分子或原子运动速度减小并散失热量。动物体呼吸道和皮肤都具 有传导散热的作用。呼吸道是将热传给较冷的吸入空气，皮肤主要是通过直接与较冷物体如地面、冷水 等接触而进行传导散热。空气是热的不良导体，动物体表通过空气传导散失热的热量有限。传导散热可 以下式粗略表示： Qcd=AcdK(Tbs-Ta) （式 4-10） 式中 Qcd：传导散热量（W）； Acd：动物体表与冷物体直接接触的有效面积（m2）； K：冷物体的传热系数（W/m2·℃）； Tbs 和 Ta：分别为动物体表和冷物体表面的温度（℃）。 动物传导散热取决于与其接触物体的温度，当动物体表温度高于物体表面温度时，动物散失热量， 传导散热量为正值，当动物体表温度低于物体表面温度时，动物获得热量，传导散热量为负值。水的导 热性较空气大。在炎热的夏季，对猪和牛进行冷水浴，可以增加传导散热。 3． 对流散热 对流(convection)是指流体如空气的相对运动。对流散热是动物与流体（气体或液体）之间分子相 对位移造成的热传递。当畜体体表温度低于流体（如，空气和水等）温度时，通过对流可以带走畜体表 面热量，发生对流热散。与动物对流散热有关的流体主要是空气。水禽、水牛等动物也通过水体流动进 行对流散热。对流形成的原因有两种，一种是由外力作用发生对流，称为“强制对流”（forced convection）；另一种为空气因受热不均导致密度变化而产生的对流，称为“自然对流”（natural or free convection）。对流散热量取决于散热面的面积和散热面温度与空气温度之差，可粗略以下式表示之： Qcv=Acvh(Tbs-Ta) （式 4—11） 式中 Qcv：对流散热量； Acv：动物可供对流的体表面积（m2）；
h:对流系数(W/m2·℃) Ta和Tbs:分别为气温和体表温度(℃) 对流系数较难估计,受动物的大小、形态、气流的朝向、风速的大小等因素影响。如,当风速为0.2m/s 时,体重60kg猪的强制对流系数为3Wm2·℃,而4kg猪的强制对流系数为sW/m2·℃;当风速增加 到0.5ms时,60kg猪和4kg猪的强制对流系数分别为5W/m2·℃C和8W/m2·℃。当环境温度为20~30℃ 时,自然对流系数均为3-4W/m2·℃ 4.蒸发散热 动物的蒸发散热( Heat loss of evaporation)是指动物体表水从液态变为气态时吸收动物体热量的过程 当皮肤温度为34℃时,动物体表每蒸发1g水约散失243KJ热量。只要皮肤有水分蒸发,就伴随着热量 的散失。动物体表蒸发散热的部位主要为皮肤表面和呼吸道。 (1)皮肤蒸发皮肤蒸发的机制有二:一为渗透蒸发( diffusion evaporation),即皮肤组织水分通过 上皮向外渗透,水分在皮肤表面蒸发。因为渗透蒸发不见有水滴,常称为“隐汗蒸发”( (insensible perspiration evaporation)。在一般天气条件下,人每天的隐汗蒸发量为600~800ml,为呼吸蒸发的二倍。 另一种为出汗蒸发( perspiration evaporation),即通过汗腺分泌,使汗液在皮肤表面蒸发。出汗多时,常 见皮肤表面有水滴残留,故又称为“显汗蒸发”( sensible perspiration evaporation)。出汗散热能力与汗 腺发达程度和被毛状态有关,马属动物汗腺较发达,牛次之,绵羊有汗腺,但较小且为突发性汗腺,猪 无活动汗腺,鸡、兔、狗等均无汗腺;对于大多数动物,由于被毛的阻滞作用,即使动物处于高温高湿 汗腺分泌汗液多,但是汗液也很难在皮肤表面蒸发,蒸发对动物散热作用不大。因此,在高温高湿时动 物主要靠增加渗透蒸发和呼吸道蒸发而散热。 估计皮肤蒸发散热量的理论公式为 Q=AeKeVn(Pbs-Pa) (It 4-12) 式中Qε:皮肤蒸发散热量(W Ac:有效蒸发面积(m2); Ke:蒸发常数 V:风速(m/s); n:风速指数 Ps和Pa:分别为皮肤表面及外界空气水汽压(mbar) (2)呼吸道蒸发呼吸道粘膜湿润、温度高、水汽压大,空气的水汽压一般相对较低,当水汽压较 低的空气通过呼吸道时,呼吸道粘膜的水分子很容易从空气中逸出而发生蒸发作用:吸入呼吸道的空气 的温度通常低于体温,因经呼吸道的传导、对流的散热作用而使空气温度升高,饱和压水气压亦随之提
12 h：对流系数（W/m2·℃）； Ta和 Tbs：分别为气温和体表温度（℃）。 对流系数较难估计，受动物的大小、形态、气流的朝向、风速的大小等因素影响。如，当风速为 0.2m/s 时，体重 60kg 猪的强制对流系数为 3W/m2·℃，而 4kg 猪的强制对流系数为 5W/m2·℃；当风速增加 到 0.5m/s 时，60kg 猪和 4kg 猪的强制对流系数分别为 5W/m2·℃和 8W/m2·℃。当环境温度为 20～30℃ 时,自然对流系数均为 3 -4W/m2·℃。 4． 蒸发散热 动物的蒸发散热(Heat loss of evaporation)是指动物体表水从液态变为气态时吸收动物体热量的过程。 当皮肤温度为 34℃时，动物体表每蒸发 1g 水约散失 2.43KJ 热量。只要皮肤有水分蒸发，就伴随着热量 的散失。动物体表蒸发散热的部位主要为皮肤表面和呼吸道。 （1）皮肤蒸发 皮肤蒸发的机制有二：一为渗透蒸发(diffusion evaporation)，即皮肤组织水分通过 上皮向外渗透，水分在皮肤表面蒸发。因为渗透蒸发不见有水滴，常称为“隐汗蒸发”(insensible perspiration evaporation)。在一般天气条件下，人每天的隐汗蒸发量为 600～800ml，为呼吸蒸发的二倍。 另一种为出汗蒸发(perspiration evaporation)，即通过汗腺分泌，使汗液在皮肤表面蒸发。出汗多时，常 见皮肤表面有水滴残留，故又称为“显汗蒸发”(sensible perspiration evaporation)。出汗散热能力与汗 腺发达程度和被毛状态有关，马属动物汗腺较发达，牛次之，绵羊有汗腺，但较小且为突发性汗腺，猪 无活动汗腺，鸡、兔、狗等均无汗腺；对于大多数动物，由于被毛的阻滞作用，即使动物处于高温高湿 汗腺分泌汗液多，但是汗液也很难在皮肤表面蒸发，蒸发对动物散热作用不大。因此，在高温高湿时动 物主要靠增加渗透蒸发和呼吸道蒸发而散热。 估计皮肤蒸发散热量的理论公式为： Qe=AeKeVn (Pbs-Pa) （式 4-12） 式中 Qe：皮肤蒸发散热量（W）； Ae：有效蒸发面积（m2）； Ke：蒸发常数； V：风速（m/s）； n：风速指数； Pbs 和 Pa：分别为皮肤表面及外界空气水汽压（mbar）。 （2）呼吸道蒸发 呼吸道粘膜湿润、温度高、水汽压大，空气的水汽压一般相对较低，当水汽压较 低的空气通过呼吸道时，呼吸道粘膜的水分子很容易从空气中逸出而发生蒸发作用；吸入呼吸道的空气 的温度通常低于体温，因经呼吸道的传导、对流的散热作用而使空气温度升高，饱和压水气压亦随之提
高,从而能容纳更多的水汽。呼吸道蒸发的主要部位是上呼吸道 t=20e t=38℃ r=100% r=80% 图4-3上呼吸道水分和热量交换示意图 其中,t为气流温度,r为气流相对湿度,进入呼吸道前的温、湿度为假设数 (据王新谋,家畜环境卫生学,P28,1989) 呼吸道蒸发散热是通过肺泡表面水分蒸发和吸入冷空气变热而进行的。当气温较低时,动物呼吸次 数减少而深度增大;当气温升高时,动物呼吸变得短而急促 所谓热性喘息就是指在髙温环境中,动物岀现的增加呼吸频率,减少呼吸深度的现象。热性喘息常 见于汘腺不发达或缺乏汗腺的动物如猪、鸡、狗。值得注意的是,热性喘息在排出大量的水蒸气的同时, 将体内大量CO2排出体外,导致呼吸性碱中毒 估计呼吸蒸发散热量的理论公式为 Q=KV(Pbs-Pa)(式4-13) 式中Q=:呼吸蒸发散热量(W): Vr:呼吸量(L/h) Ke、Pbs及Pa与前式相同 在实践中常用体重减差法、呼吸面罩法、皮肤覆皿法和氯化物沉积法等来直接或间接估计全身、呼 吸道或局部皮肤的水分蒸发量,然后再计算蒸发散热量 在无风和蒸发面一定的情况下,蒸发散热量取决于环境相对湿度(特别是贴近皮肤的一层空气相对 湿度),空气相对湿度越小,蒸发散热量越大;相对湿度为100%,蒸发散热量为零,但在任何情况下不 会为负值,呼吸道蒸发散热量一般为正值。 辐射散热、传导散热和对流散热合称为“非蒸发散热”、“可感散热”或“显热发散”( sensible heat los)。非蒸发散热量的大小主要受环境温度的影响,非蒸发散热的结果是导致空气温度变化。蒸发散热
13 高，从而能容纳更多的水汽。呼吸道蒸发的主要部位是上呼吸道。 图 4－3 上呼吸道水分和热量交换示意图 其中， t 为气流温度，r 为气流相对湿度，进入呼吸道前的温、湿度为假设数 （据王新谋，家畜环境卫生学，P28，1989） 呼吸道蒸发散热是通过肺泡表面水分蒸发和吸入冷空气变热而进行的。当气温较低时，动物呼吸次 数减少而深度增大；当气温升高时，动物呼吸变得短而急促。 所谓热性喘息就是指在高温环境中，动物出现的增加呼吸频率，减少呼吸深度的现象。热性喘息常 见于汗腺不发达或缺乏汗腺的动物如猪、鸡、狗。值得注意的是，热性喘息在排出大量的水蒸气的同时， 将体内大量 CO2 排出体外，导致呼吸性碱中毒。 估计呼吸蒸发散热量的理论公式为： Qre＝KeVr（Pbs－Pa） （式 4-13） 式中 Qre：呼吸蒸发散热量（W）； Vr：呼吸量（L/h）； Ke、Pbs 及 Pa与前式相同。 在实践中常用体重减差法、呼吸面罩法、皮肤覆皿法和氯化物沉积法等来直接或间接估计全身、呼 吸道或局部皮肤的水分蒸发量，然后再计算蒸发散热量。 在无风和蒸发面一定的情况下，蒸发散热量取决于环境相对湿度（特别是贴近皮肤的一层空气相对 湿度），空气相对湿度越小，蒸发散热量越大；相对湿度为 100%，蒸发散热量为零，但在任何情况下不 会为负值，呼吸道蒸发散热量一般为正值。 辐射散热、传导散热和对流散热合称为“非蒸发散热”、“可感散热”或“显热发散”（sensible heat loss）。非蒸发散热量的大小主要受环境温度的影响，非蒸发散热的结果是导致空气温度变化。蒸发散热
亦称“潜热发散”( latent heat loss,主要包括皮肤蒸发散热和呼吸道蒸发散热,蒸发散热量主要受空 气湿度的影响,不导致空气温度变化。此外,通过胃肠道加热饲料和饮水可消耗部分体热,同时粪、尿 排泄也带走少量热,但这种散热不属于正常的生理热调节范围。 (二)影响散热的因素 1.空气的温度、湿度和气流低温环境有利于辐射,传导和对流散热,湿度增大,有利传导散热 在低温环境中,气流增大,有利于对流散热。干燥空气有利于畜体表面水分蒸发,因而有助于蒸发散热。 随着环境温度升髙,皮肤辐射、传导、对流散热量减少;在一般情况下(气温低于体表温度),当环境温 度一定时,増大气流可以促进蒸发散热和对流散热:在高温环境中,湿度增大,动物蒸发散热量减少 可见,低温、高湿和大气流对动物体热调节不利:高温、高湿和小气流对动物体热调节也不利。 2.动物体表面积在温度一定时,动物体表热交换面积越大,散失热量越多。一般来说,动物体 表相对面积与动物体重呈负相关,即,动物体格(体重)越大,单位体重面积越小,单位体重散失热量也 越小,抗寒力强。 3.动物的姿态动物身体舒展时,体表散热面积大,散热量多:身体蜷缩时,体表散热面积小, 散热量减少 4.动物的被毛状态动物的被毛为角质蛋白,是热的不良导体,被毛间存留有静止、干燥的空气 它也是热的不良导体,因而,被毛越厚,越致密、散热量越少。 5.皮下脂肪层皮下脂肪层是热的不良导体,皮下脂肪越厚,越有利于保温。 四、畜体热平衡及体热调节 (一)畜体热平衡( homeothermy) 1.畜体热平衡的概念 畜体热平衡是指动物体产热速度等于散热速度,产热量等于散热量的动态平衡状态,是恒温动物体 温保持恒定的前提。对于恒温动物而言,体温恒定是动物维持生命活动,进行生产的前提。因此,维持 畜体热平衡对于家畜生产和健康具有重要意义 2.畜体热平衡的表示方式 当动物产热等于散热亦即热的收支达到平衡时,畜体处于热平衡状态。畜体热平衡可以表示为: QM-QE-QR-QCD-Qcv-QF-Qu=0 (r4-14) 式中QM:代谢产热量 自皮肤和呼吸道的蒸发散热量 :辐射的散热或得热; QD:传导的散热或得热;
14 亦称“潜热发散”（latent heat loss），主要包括皮肤蒸发散热和呼吸道蒸发散热，蒸发散热量主要受空 气湿度的影响，不导致空气温度变化。此外，通过胃肠道加热饲料和饮水可消耗部分体热，同时粪、尿 排泄也带走少量热，但这种散热不属于正常的生理热调节范围。 （二） 影响散热的因素 1． 空气的温度、湿度和气流 低温环境有利于辐射，传导和对流散热，湿度增大，有利传导散热； 在低温环境中，气流增大，有利于对流散热。干燥空气有利于畜体表面水分蒸发，因而有助于蒸发散热。 随着环境温度升高，皮肤辐射、传导、对流散热量减少；在一般情况下（气温低于体表温度），当环境温 度一定时，增大气流可以促进蒸发散热和对流散热；在高温环境中，湿度增大，动物蒸发散热量减少。 可见，低温、高湿和大气流对动物体热调节不利；高温、高湿和小气流对动物体热调节也不利。 2． 动物体表面积 在温度一定时，动物体表热交换面积越大，散失热量越多。一般来说，动物体 表相对面积与动物体重呈负相关，即，动物体格(体重)越大，单位体重面积越小，单位体重散失热量也 越小，抗寒力强。 3． 动物的姿态 动物身体舒展时，体表散热面积大，散热量多；身体蜷缩时，体表散热面积小， 散热量减少。 4． 动物的被毛状态 动物的被毛为角质蛋白，是热的不良导体，被毛间存留有静止、干燥的空气， 它也是热的不良导体，因而，被毛越厚，越致密、散热量越少。 5． 皮下脂肪层 皮下脂肪层是热的不良导体，皮下脂肪越厚，越有利于保温。 四、畜体热平衡及体热调节 （一） 畜体热平衡(homeothermy) 1．畜体热平衡的概念 畜体热平衡是指动物体产热速度等于散热速度，产热量等于散热量的动态平衡状态，是恒温动物体 温保持恒定的前提。对于恒温动物而言，体温恒定是动物维持生命活动，进行生产的前提。因此，维持 畜体热平衡对于家畜生产和健康具有重要意义。 2． 畜体热平衡的表示方式 当动物产热等于散热亦即热的收支达到平衡时，畜体处于热平衡状态。畜体热平衡可以表示为： QM–QE–QR–QCD–QCV–QF–QU＝0 （式 4-14） 式中 QM：代谢产热量； QE：自皮肤和呼吸道的蒸发散热量； QR：辐射的散热或得热； QCD：传导的散热或得热；
Qev:对流的散热或得热 Q:使饲料和饮水加温或冷却至体温的失热或得热。 Qu:粪、尿排泄带走的热量 在一般天气条件下,Cd、C、和QR都是正值,如果家畜在强烈的阳光下或外界温度高于皮肤温度时 则为负值 (二)体热调节 1.体热调节的概念 当环境冷热程度发生改变时,畜体通过行为、生理生化的乃至形态解剖结构,改变产热和散热速度 的过程,被称为热调节( thermoregulation)。其中使散热增加或减少的反应称为“散热调节”或“物理调 节”( physical regulation),使产热增加或减少的反应称为“产热调节”或“化学调节”( chemical regulation)。当环境冷热程度发生改变时,畜体首先进行物理调节,仅靠物理调节不能维持热平衡时,则 开始进行化学调节。 在物理热调节中,各种散热形式所占的比重随着气温而变化,例如,在低温条件下,散热主要形式 为辐射、对流和传导:当气温升髙并接近皮温时,辐射、传导和对流等非蒸发散热减少,蒸发散热机能 则更为活跃:如果气温高于皮温,动物就不可能通过传导、对流和辐射散热,此时,蒸发散热就成为动 物散热的唯一形式。 当物理调节和化学调节同时进行还不能维持热平衡时,可使动物体热平衡遭到破坏,导致蓄积热增 加或减少,表现为体温升高或下降。 环境热量(环境温度)与动物产热与散热的关系如图44所示。 2.体热调节的过程 为了保持体温的相对稳定,动物要不断地通过神经调节和体液调节来改变动物的产热和散热。组成 热调节神经反射弧的感受器包括外周温度感受器和中枢温度感受器。外周温度感受器主要分布于身体外 部的皮肤和口腔粘膜,也分布在身体深部的脊髓、主静脉壁、消化道和其他组织。中枢温度感受器主要 分布于下丘脑,也可能位于下丘脑的前侧。热调节中枢主要存在于下丘脑和大脑的其它部位,大脑皮层 在条件反射性热调节反应中起主要作用。传出神经包括植物性神经和躯体神经。效应器包括肾上腺、汗 腺、竖毛肌及骨骼肌等。 动物温度感受器接受冷热刺激,产生神经冲动,经传入神纤维传递到下丘脑及大脑其它部位如热 (冷令)觉中枢,经中枢神经系统整合,对散热和产热进行调节,如图4-5所示。 根据 Hammel(1968)的可变调定点论( variable setpoint theory),下丘脑的体温调节中枢
15 QCV：对流的散热或得热； QF：使饲料和饮水加温或冷却至体温的失热或得热。 QU：粪、尿排泄带走的热量。 在一般天气条件下，Cd、Cv 和 QR都是正值，如果家畜在强烈的阳光下或外界温度高于皮肤温度时， 则为负值。 （二）体热调节 1．体热调节的概念 当环境冷热程度发生改变时，畜体通过行为、生理生化的乃至形态解剖结构，改变产热和散热速度 的过程，被称为热调节(thermoregulation)。其中使散热增加或减少的反应称为“散热调节”或“物理调 节”（physical regulation），使产热增加或减少的反应称为“产热调节”或“化学调节”(chemical regulation)。当环境冷热程度发生改变时，畜体首先进行物理调节，仅靠物理调节不能维持热平衡时，则 开始进行化学调节。 在物理热调节中，各种散热形式所占的比重随着气温而变化，例如，在低温条件下，散热主要形式 为辐射、对流和传导；当气温升高并接近皮温时，辐射、传导和对流等非蒸发散热减少，蒸发散热机能 则更为活跃；如果气温高于皮温，动物就不可能通过传导、对流和辐射散热，此时，蒸发散热就成为动 物散热的唯一形式。 当物理调节和化学调节同时进行还不能维持热平衡时，可使动物体热平衡遭到破坏，导致蓄积热增 加或减少，表现为体温升高或下降。 环境热量（环境温度）与动物产热与散热的关系如图 4-4 所示。 2．体热调节的过程 为了保持体温的相对稳定，动物要不断地通过神经调节和体液调节来改变动物的产热和散热。组成 热调节神经反射弧的感受器包括外周温度感受器和中枢温度感受器。外周温度感受器主要分布于身体外 部的皮肤和口腔粘膜，也分布在身体深部的脊髓、主静脉壁、消化道和其他组织。中枢温度感受器主要 分布于下丘脑，也可能位于下丘脑的前侧。热调节中枢主要存在于下丘脑和大脑的其它部位，大脑皮层 在条件反射性热调节反应中起主要作用。传出神经包括植物性神经和躯体神经。效应器包括肾上腺、汗 腺、竖毛肌及骨骼肌等。 动物温度感受器接受冷热刺激，产生神经冲动，经传入神纤维传递到下丘脑及大脑其它部位如热 (冷)觉中枢，经中枢神经系统整合，对散热和产热进行调节，如图 4-5 所示。 根据 Hammel（1968）的可变调定点论（variable setpoint theory），下丘脑的体温调节中枢