牛舍通风系统之风机选择研究

风扇的选择非常重要，因为它对通风运行成本影响较大。
成年奶牛的通风系统必须保证在休息区域内全年可提供新鲜和快速流通的空气，以帮助夏季降温。这对于自然和机械通风的牛舍都是如此。
虽然威斯康辛州85％的奶牛场都是散栏设计利用自然通风，但风影（由附近的建筑物和季节性玉米田造成）、土地可用性、牛舍方向和其他因素都会限制其通风功能。这便使得奶农对机械通风的兴趣日益增加。
机械通风完全依赖于风扇，以便在奶牛的休息区域提供足够的通风率和空气流通速度。机械系统通常被定义为隧道（平行于饲喂通道的气流）或交叉（垂直于饲喂通道的气流）通风。但是，有关于安装和操作这些系统的成本的信息却很少。
许多奶农已经要求我们在The Dairyland Initiative的团队帮助他们针对相应牛舍设计选择合适的通风系统。他们经常将成本（通常是初始投资）列为其主要关注点之一。我们模拟了七个通风系统的投入和运行成本，发现虽然成本很重要，但它不应该成为设计的主要焦点。
模型中的每个设施都是为1008头泌乳牛设计的，系统在10年内进行成本摊销。不同牛舍其通风系统、风扇或挡板放置位置、卧床上的风扇间隔和通风率均有所不同。该系统遵循行业标准，夏季通风率为每小时换气40至60次（40-60 ACH），冬季通风率为4ACH，牛舍横截面风速为每分钟500英尺（152米）左右。
该研究中的七个通风系统
两个自然通风的牛舍：一个牛舍每个支柱（风扇间隔24英尺（60.96cm））安装有风扇；另一个牛舍每隔一个支柱（风扇间隔48英尺（121.92cm））安装有风扇。
两个机械隧道通风的牛舍：一个牛舍的通风率设计为60 ACH，没有风扇在卧床上方；另一个牛舍的通风率设计为40 ACH，安装风扇在卧床上方，间隔为5个风扇直径的宽度。
一个应用混合通风系统的牛舍，结合了机械通风和自然通风元素，通风率设计为40 ACH，风扇在卧床上方，间隔60英尺（152.40厘米），再增加屋脊排气风扇以协助冬季通风。
两个交叉通风的牛舍：一个为8排牛舍，一个为16排牛舍，均设计在挡风板下的气流速率为每分钟492英尺（12.5m）。
该分析包括天气的自然变化情况以模拟在各种温度设定点运行风扇的成本，冬季到夏季的过渡方法和温度分布曲线（平均值与日较低气温和较高气温进行比较）。同样，我们根据排气和循环风扇的公开测试数据，还考虑了风扇性能的变化性。
用数据说话
总施工成本从每个卧床2460美元（16995元）到3180美元（21969元）不等。混合通风系统的成本较高，需要安装机械通风装置及完整的卷帘侧墙。
在为1008头泌乳牛建造的设施中，威斯康辛州每年自然通风牛舍的通风成本为29584美元（204389元），约为机械通风系统的一半。而该规模的隧道通风和交叉通风之间的总成本差异很小（每年：58554美元 vs. 54602美元；404537元 vs. 377234元）
同样，冬夏气温变化不明显的地区（威斯康辛州，华盛顿州和明尼苏达州），其通风系统的运行成本只有炎热地区（亚利桑那州和佛罗里达州）的通风系统运行成本的一半左右。这主要是因为在较热地区，平均每日温度高于68°F（20）的天数大约是其他地区的两倍（假设通风系统会以较大容量运行）。
安装合适的风扇
使用劣质循环风扇的自然通风系统的运行成本与使用高效风扇的机械通风系统的成本相同。风扇的选择对所有通风系统的运行成本影响较大。
我们惊讶地发现风扇性能存在多大差异以及选择高效风扇的相对重要性。高效风扇往往更昂贵，但随着时间的推移，运行成本的降低可以很容易收回原始投资成本。
在安装和运行通风系统10年的总成本中，平均而言，总成本的24％是资本投入，其余是运行成本。一些高效风扇也有资格获得一些项目的津贴，并将进一步降低资本投入。
在为通风系统选择风扇时，务必检查风扇的通风效率等级（VER），该等级以CFM（立方英尺[0.028立方米]/分钟）每瓦特表示。未经测试的风扇，其评级可能会比制造商宣传的低50％，因此使用经过独立测试的风扇非常重要。
美国较常用的两种测试设施是由伊利诺伊大学的空气运动和控制协会（AMCA）和生物环境与结构系统（BESS）实验室提供。AMCA还能评估产品等级，这些产品将带有AMCA标签，说明具体价值的评级和认证。
无论安装什么风扇，农业风扇都会暴露在潮湿和肮脏的环境中。维护不善的风扇可能会损失30％到50％的效率，而我们的经验表明风扇在许多农场都没有得到很好的维护。
该分析的一个限制是所有风扇都是单速风扇。目前大多数制造通风系统的公司都可提供变速驱动（VFD）风扇，由温度传感技术自动控制。
之前我们对使用VFD风扇的交叉通风牛舍进行的一项研究中，从理论上讲，微调夏季和冬季之间的过渡可以将每个卧床每年的通风运行成本降低6美元（41.45元）。这将是通风运行成本的10％至25％。
如果通风和降温系统可在奶牛的休息区域内全年提供推荐的空气流速和新鲜空气，那么这将是一项合理的投资。在新牛舍中考虑设计哪种类型的通风系统时，只要选择正确的风扇，其他因素如日常管理、风扇维护和风扇数量、牛舍方向、每个卧床的占地面积、奶牛流通、粪污处理以及个人偏好都将比系统的成本显得更重要。
根据经验和这些成本估算的结果，我们相信每个系统在使用较高效的风扇，并遵循适当的维护方案时，将比与通风相关的其他节本方法更有效。