牛舍通風系統之風機選擇研究

風扇的選擇非常重要，因為它對通風運行成本影響較大。
成年奶牛的通風系統必須保證在休息區域內全年可提供新鮮和快速流通的空氣，以幫助夏季降溫。這對于自然和機械通風的牛舍都是如此。
雖然威斯康辛州85％的奶牛場都是散欄設計利用自然通風，但風影（由附近的建筑物和季節性玉米田造成）、土地可用性、牛舍方向和其他因素都會限制其通風功能。這便使得奶農對機械通風的興趣日益增加。
機械通風完全依賴于風扇，以便在奶牛的休息區域提供足夠的通風率和空氣流通速度。機械系統通常被定義為隧道（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。但是，有關于安裝和操作這些系統的成本的信息卻很少。
許多奶農已經要求我們在The Dairyland Initiative的團隊幫助他們針對相應牛舍設計選擇合適的通風系統。他們經常將成本（通常是初始投資）列為其主要關注點之一。我們模擬了七個通風系統的投入和運行成本，發現雖然成本很重要，但它不應該成為設計的主要焦點。
模型中的每個設施都是為1008頭泌乳牛設計的，系統在10年內進行成本攤銷。不同牛舍其通風系統、風扇或擋板放置位置、臥床上的風扇間隔和通風率均有所不同。該系統遵循行業標準，夏季通風率為每小時換氣40至60次（40-60 ACH），冬季通風率為4ACH，牛舍橫截面風速為每分鐘500英尺（152米）左右。
該研究中的七個通風系統
兩個自然通風的牛舍：一個牛舍每個支柱（風扇間隔24英尺（60.96cm））安裝有風扇；另一個牛舍每隔一個支柱（風扇間隔48英尺（121.92cm））安裝有風扇。
兩個機械隧道通風的牛舍：一個牛舍的通風率設計為60 ACH，沒有風扇在臥床上方；另一個牛舍的通風率設計為40 ACH，安裝風扇在臥床上方，間隔為5個風扇直徑的寬度。
一個應用混合通風系統的牛舍，結合了機械通風和自然通風元素，通風率設計為40 ACH，風扇在臥床上方，間隔60英尺（152.40厘米），再增加屋脊排氣風扇以協助冬季通風。
兩個交叉通風的牛舍：一個為8排牛舍，一個為16排牛舍，均設計在擋風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定點運行風扇的成本，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行比較）。同樣，我們根據排氣和循環風扇的公開測試數據，還考慮了風扇性能的變化性。
用數據說話
總施工成本從每個臥床2460美元（16995元）到3180美元（21969元）不等。混合通風系統的成本較高，需要安裝機械通風裝置及完整的卷簾側墻。
在為1008頭泌乳牛建造的設施中，威斯康辛州每年自然通風牛舍的通風成本為29584美元（204389元），約為機械通風系統的一半。而該規模的隧道通風和交叉通風之間的總成本差異很?。磕辏?8554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（威斯康辛州，華盛頓州和明尼蘇達州），其通風系統的運行成本只有炎熱地區（亞利桑那州和佛羅里達州）的通風系統運行成本的一半左右。這主要是因為在較熱地區，平均每日溫度高于68°F（20）的天數大約是其他地區的兩倍（假設通風系統會以較大容量運行）。
安裝合適的風扇
使用劣質循環風扇的自然通風系統的運行成本與使用高效風扇的機械通風系統的成本相同。風扇的選擇對所有通風系統的運行成本影響較大。
我們驚訝地發現風扇性能存在多大差異以及選擇高效風扇的相對重要性。高效風扇往往更昂貴，但隨著時間的推移，運行成本的降低可以很容易收回原始投資成本。
在安裝和運行通風系統10年的總成本中，平均而言，總成本的24％是資本投入，其余是運行成本。一些高效風扇也有資格獲得一些項目的津貼，并將進一步降低資本投入。
在為通風系統選擇風扇時，務必檢查風扇的通風效率等級（VER），該等級以CFM（立方英尺[0.028立方米]/分鐘）每瓦特表示。未經測試的風扇，其評級可能會比制造商宣傳的低50％，因此使用經過獨立測試的風扇非常重要。
美國較常用的兩種測試設施是由伊利諾伊大學的空氣運動和控制協會（AMCA）和生物環境與結構系統（BESS）實驗室提供。AMCA還能評估產品等級，這些產品將帶有AMCA標簽，說明具體價值的評級和認證。
無論安裝什么風扇，農業風扇都會暴露在潮濕和骯臟的環境中。維護不善的風扇可能會損失30％到50％的效率，而我們的經驗表明風扇在許多農場都沒有得到很好的維護。
該分析的一個限制是所有風扇都是單速風扇。目前大多數制造通風系統的公司都可提供變速驅動（VFD）風扇，由溫度傳感技術自動控制。
之前我們對使用VFD風扇的交叉通風牛舍進行的一項研究中，從理論上講，微調夏季和冬季之間的過渡可以將每個臥床每年的通風運行成本降低6美元（41.45元）。這將是通風運行成本的10％至25％。
如果通風和降溫系統可在奶牛的休息區域內全年提供推薦的空氣流速和新鮮空氣，那么這將是一項合理的投資。在新牛舍中考慮設計哪種類型的通風系統時，只要選擇正確的風扇，其他因素如日常管理、風扇維護和風扇數量、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的成本顯得更重要。
根據經驗和這些成本估算的結果，我們相信每個系統在使用較高效的風扇，并遵循適當的維護方案時，將比與通風相關的其他節本方法更有效。