通风系统的正确选择

所属分类:饲养环境

Mario Mondaca

威斯康辛大学兽医学院

通风系统的正确选择

对于成年奶牛来说,无论采用自然通风还是机械通风,其通风系统都必须能满足全年输送新鲜空气的需求,且保障夏季躺卧区域应有快速流动的空气以缓解奶牛热应激。

虽然在威斯康辛州85%的散栏式牛舍都是采用自然通风系统,但是风向(受附近建筑和季节性影响)、土地可利用率、牛舍朝向以及其他因素都会影响该系统的功能,因此也导致了奶农对机械通风越来越感兴趣。

机械通风完全依赖于风扇来调整牛舍所需的通风量和卧床所需的风速,其一般分为纵向(平行于饲喂道的气流)或横向(垂直于饲喂道的气流)通风。然而,关于安装这些操作系统相关成本的信息很少。

在牧场倡议项目(The Dairyland Initiative)中,许多奶农咨询如何根据牧场的设施情况来选择通风系统,他们经常会把成本(尤其是初始投资)列为主要考虑因素之一。但是,通过我们对7个通风系统的资金和运行成本进行了建模分析,发现成本虽然很重要,但不应该是设计的主要关注点。

建模分析中所选择的通风设备是根据泌乳牛头数1008头的饲养规模来设计的,且系统折旧分摊周期为10年。通风系统、风扇或挡风板位置、卧床上方风扇间距和通风量因牛舍而异,但遵循了通风量的行业标准,夏季每小时换气率(ACH)40-60,冬季ACH为4,且牛舍横截面风速约为500英尺/min(约2.53 m/s)。

建模分析包括:

2个自然通风牛舍:牛舍的每个(间距24英尺,约7米)或间隔(间距48英尺,约14 米)支柱上安装风扇。

2个纵向通风牛舍:其中一个ACH设计为60,卧床上方不安装风扇。另一个ACH设计为40,卧床上方安装风扇,直径宽度间隔为5米。

1个混合通风系统:结合了机械和自然通风,ACH为40,卧床上方安装风扇,间距为60英尺(约18米),且屋脊安装负压风扇,以协助冬季通风。

2个横向通风牛舍:分别为8排和16排牛舍,挡风板下的风速为492英尺/min(约2.50 m/s)。

通过对不同温度设定值下风扇运行成本、冬夏转换方法和温度变化情况(日均与最小或最大温度)进行建模,分析了天气的自然变化。类似地,我们根据排气循环风机的公开测试数据分析了风机性能的变异性。

相关数字

通风系统总建造成本从2460美元/卧床(约1.70万元/卧床)至3180美元/卧床(约2.20万元/卧床)不等,其中混合通风系统的成本最高,因为其需要采用机械通风以及侧壁安装卷帘。

在威斯康辛州,泌乳牛饲养规模达到1008头牧场的自然通风系统的成本为29584美元/年(约20.43万元/年),约为机械通风系统的一半。此外,在该饲养规模下,纵向通风系统(58554美元/年,约40.44万元/年)和横向通风系统(55802美元/年,约38.54万元/年)的总成本几乎没有差别。

同样,气候温和地区(威斯康辛州、华盛顿州和明尼苏达州)的通风系统运行成本约为炎热地区(亚利桑那州和弗洛里达州)的一半。这主要是因为日平均气温高于68℉(约20℃)的天数不同,炎热地区通风系统以最大功率运行的天数翻倍。

选择适宜的风扇

与采用高效率风机的机械通风系统相比,采用劣质风机的自然通风系统的运行成本相当。对于所有的通风系统来说,风机的选择对其运行成本影响最大。

我们惊讶地发现风扇的性能存在很大的差异,因此选择高效率的风扇非常重要。虽然其价格往往更贵,但运行成本较低。随着时间的推移,能很快弥补早期的投入。

将通风系统的使用期间按照10年来计算,在其安装和运行的总成本中,平均24%是资本投资,其余是运行成本。一些高效率的风扇也有助于进一步降低成本,目前该研究中并没有涉及这一点。

通风系统选择风机时,通风能效(也称风量功率比 VER)是重要的考虑因素,其也被表示为每瓦特的CFM(通风量:立方英尺/min)。与经独立测试的风扇相比,未经测评的风扇的VER可能会低50%。

在美国,常见的风扇测试数据可从空气流动和控制协会(AMCA)与伊利诺伊大学的生物环境和结构系统实验室(BESS)获得。AMCA还有一个产品认证评级,经认证的产品会标有特定的AMCA标签。

无论安装什么样的风机,在农业环境中其都将暴漏在潮湿和肮脏的环境中。因此,维护不善会降低30%-50%的效率。而根据我们的经验,许多牧场的风扇都存在维护问题。

该建模分析的一个局限性是所有的风扇都自动设为单速,而目前市场上大多数产品都采用了温度传感技术,可根据温度实现自动变速驱动(VFD)。

我们之前的一项研究中,在横向通风系统牛舍采用了VFD风扇,以调整夏季和冬季之间的过渡转换。从理论上讲,其可以使通风系统的运行成本降低6美元/年*卧床,占运行成本的10%-25%。

如果通风和降温系统能满足牛舍空气和躺卧区域风速的推荐值,那么投入就是合理的。在为新设施选择不同类型的通风系统时,正确选择适宜的风扇是前提,其他因素如日常管理、风扇维护和数量、牛舍朝向、卧床面积、牛只移动、粪便处理或个人偏好都应是比成本更重要。

根据我们的经验和这些成本估算结果,我们相信采用高效率的风扇并遵循适宜的维护流程所获得的效益将超过其他相关的节能方法。

翻译:王封霞

 

  • 我的微信
  • 扫一扫获取更多精彩
  • weinxin
  • 我的今日头条
  • 养牛派-青云计划获得者
  • weinxin
nongye

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: