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牛舍通風(fēng)系統(tǒng)之風(fēng)機(jī)選擇研究

作者:牛奶運(yùn)輸車發(fā)布時間:2019-07-17所屬欄目:技術(shù)支持返回列表

風(fēng)扇的選擇非常重要,因?yàn)樗鼘νL(fēng)運(yùn)行成本影響較大。
成年奶牛的通風(fēng)系統(tǒng)必須保證在休息區(qū)域內(nèi)全年可提供新鮮和快速流通的空氣,以幫助夏季降溫。這對于自然和機(jī)械通風(fēng)的牛舍都是如此。
雖然威斯康辛州85%的奶牛場都是散欄設(shè)計(jì)利用自然通風(fēng),但風(fēng)影(由附近的建筑物和季節(jié)性玉米田造成)、土地可用性、牛舍方向和其他因素都會限制其通風(fēng)功能。這便使得奶農(nóng)對機(jī)械通風(fēng)的興趣日益增加。
機(jī)械通風(fēng)完全依賴于風(fēng)扇,以便在奶牛的休息區(qū)域提供足夠的通風(fēng)率和空氣流通速度。機(jī)械系統(tǒng)通常被定義為隧道(平行于飼喂通道的氣流)或交叉(垂直于飼喂通道的氣流)通風(fēng)。但是,有關(guān)于安裝和操作這些系統(tǒng)的成本的信息卻很少。
許多奶農(nóng)已經(jīng)要求我們在The Dairyland Initiative的團(tuán)隊(duì)幫助他們針對相應(yīng)牛舍設(shè)計(jì)選擇合適的通風(fēng)系統(tǒng)。他們經(jīng)常將成本(通常是初始投資)列為其主要關(guān)注點(diǎn)之一。我們模擬了七個通風(fēng)系統(tǒng)的投入和運(yùn)行成本,發(fā)現(xiàn)雖然成本很重要,但它不應(yīng)該成為設(shè)計(jì)的主要焦點(diǎn)。
模型中的每個設(shè)施都是為1008頭泌乳牛設(shè)計(jì)的,系統(tǒng)在10年內(nèi)進(jìn)行成本攤銷。不同牛舍其通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)扇或擋板放置位置、臥床上的風(fēng)扇間隔和通風(fēng)率均有所不同。該系統(tǒng)遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),夏季通風(fēng)率為每小時換氣40至60次(40-60 ACH),冬季通風(fēng)率為4ACH,牛舍橫截面風(fēng)速為每分鐘500英尺(152米)左右。
該研究中的七個通風(fēng)系統(tǒng)
兩個自然通風(fēng)的牛舍:一個牛舍每個支柱(風(fēng)扇間隔24英尺(60.96cm))安裝有風(fēng)扇;另一個牛舍每隔一個支柱(風(fēng)扇間隔48英尺(121.92cm))安裝有風(fēng)扇。
兩個機(jī)械隧道通風(fēng)的牛舍:一個牛舍的通風(fēng)率設(shè)計(jì)為60 ACH,沒有風(fēng)扇在臥床上方;另一個牛舍的通風(fēng)率設(shè)計(jì)為40 ACH,安裝風(fēng)扇在臥床上方,間隔為5個風(fēng)扇直徑的寬度。
一個應(yīng)用混合通風(fēng)系統(tǒng)的牛舍,結(jié)合了機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)元素,通風(fēng)率設(shè)計(jì)為40 ACH,風(fēng)扇在臥床上方,間隔60英尺(152.40厘米),再增加屋脊排氣風(fēng)扇以協(xié)助冬季通風(fēng)。
兩個交叉通風(fēng)的牛舍:一個為8排牛舍,一個為16排牛舍,均設(shè)計(jì)在擋風(fēng)板下的氣流速率為每分鐘492英尺(12.5m)。
該分析包括天氣的自然變化情況以模擬在各種溫度設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行風(fēng)扇的成本,冬季到夏季的過渡方法和溫度分布曲線(平均值與日較低氣溫和較高氣溫進(jìn)行比較)。同樣,我們根據(jù)排氣和循環(huán)風(fēng)扇的公開測試數(shù)據(jù),還考慮了風(fēng)扇性能的變化性。
用數(shù)據(jù)說話
總施工成本從每個臥床2460美元(16995元)到3180美元(21969元)不等。混合通風(fēng)系統(tǒng)的成本較高,需要安裝機(jī)械通風(fēng)裝置及完整的卷簾側(cè)墻。
在為1008頭泌乳牛建造的設(shè)施中,威斯康辛州每年自然通風(fēng)牛舍的通風(fēng)成本為29584美元(204389元),約為機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的一半。而該規(guī)模的隧道通風(fēng)和交叉通風(fēng)之間的總成本差異很小(每年:58554美元 vs. 54602美元;404537元 vs. 377234元)
同樣,冬夏氣溫變化不明顯的地區(qū)(威斯康辛州,華盛頓州和明尼蘇達(dá)州),其通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本只有炎熱地區(qū)(亞利桑那州和佛羅里達(dá)州)的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本的一半左右。這主要是因?yàn)樵谳^熱地區(qū),平均每日溫度高于68°F(20)的天數(shù)大約是其他地區(qū)的兩倍(假設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)會以較大容量運(yùn)行)。
安裝合適的風(fēng)扇
使用劣質(zhì)循環(huán)風(fēng)扇的自然通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本與使用高效風(fēng)扇的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的成本相同。風(fēng)扇的選擇對所有通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本影響較大。
我們驚訝地發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇性能存在多大差異以及選擇高效風(fēng)扇的相對重要性。高效風(fēng)扇往往更昂貴,但隨著時間的推移,運(yùn)行成本的降低可以很容易收回原始投資成本。
在安裝和運(yùn)行通風(fēng)系統(tǒng)10年的總成本中,平均而言,總成本的24%是資本投入,其余是運(yùn)行成本。一些高效風(fēng)扇也有資格獲得一些項(xiàng)目的津貼,并將進(jìn)一步降低資本投入。
在為通風(fēng)系統(tǒng)選擇風(fēng)扇時,務(wù)必檢查風(fēng)扇的通風(fēng)效率等級(VER),該等級以CFM(立方英尺[0.028立方米]/分鐘)每瓦特表示。未經(jīng)測試的風(fēng)扇,其評級可能會比制造商宣傳的低50%,因此使用經(jīng)過獨(dú)立測試的風(fēng)扇非常重要。
美國較常用的兩種測試設(shè)施是由伊利諾伊大學(xué)的空氣運(yùn)動和控制協(xié)會(AMCA)和生物環(huán)境與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(BESS)實(shí)驗(yàn)室提供。AMCA還能評估產(chǎn)品等級,這些產(chǎn)品將帶有AMCA標(biāo)簽,說明具體價(jià)值的評級和認(rèn)證。
無論安裝什么風(fēng)扇,農(nóng)業(yè)風(fēng)扇都會暴露在潮濕和骯臟的環(huán)境中。維護(hù)不善的風(fēng)扇可能會損失30%到50%的效率,而我們的經(jīng)驗(yàn)表明風(fēng)扇在許多農(nóng)場都沒有得到很好的維護(hù)。
該分析的一個限制是所有風(fēng)扇都是單速風(fēng)扇。目前大多數(shù)制造通風(fēng)系統(tǒng)的公司都可提供變速驅(qū)動(VFD)風(fēng)扇,由溫度傳感技術(shù)自動控制。
之前我們對使用VFD風(fēng)扇的交叉通風(fēng)牛舍進(jìn)行的一項(xiàng)研究中,從理論上講,微調(diào)夏季和冬季之間的過渡可以將每個臥床每年的通風(fēng)運(yùn)行成本降低6美元(41.45元)。這將是通風(fēng)運(yùn)行成本的10%至25%。
如果通風(fēng)和降溫系統(tǒng)可在奶牛的休息區(qū)域內(nèi)全年提供推薦的空氣流速和新鮮空氣,那么這將是一項(xiàng)合理的投資。在新牛舍中考慮設(shè)計(jì)哪種類型的通風(fēng)系統(tǒng)時,只要選擇正確的風(fēng)扇,其他因素如日常管理、風(fēng)扇維護(hù)和風(fēng)扇數(shù)量、牛舍方向、每個臥床的占地面積、奶牛流通、糞污處理以及個人偏好都將比系統(tǒng)的成本顯得更重要。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和這些成本估算的結(jié)果,我們相信每個系統(tǒng)在使用較高效的風(fēng)扇,并遵循適當(dāng)?shù)木S護(hù)方案時,將比與通風(fēng)相關(guān)的其他節(jié)本方法更有效。
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