熱回收通風系統在犢牛舍的應用效果分析

陳昭輝，徐一洺，陳澤鵬，朱瑩琳，馮廣軍，安 捷，劉繼軍

熱回收通風系統在犢牛舍的應用效果分析

陳昭輝1,2，徐一洺1,2，陳澤鵬1,2，朱瑩琳1,2，馮廣軍3，安 捷3，劉繼軍1,2※

（1. 中國農業大學動物科技學院，北京 100193； 2. 動物營養國家重點實驗室，北京 100193；3. 青島新良牧農業科技有限公司，青島 266000）

為減少冷應激對犢牛健康的影響，降低冬季犢牛養殖中通風與保溫的矛盾，該研究在新疆地區對牛舍熱回收通風系統的通風效果及熱回收性能進行了評價。試驗舍采用2套相同的熱回收通風系統進行通風，對照舍自然通風。試驗結果表明：熱回收通風系統可使舍外進入舍內的新鮮空氣溫度平均提高10.15 ℃，日均CO2和NH3濃度分別顯著降低173.15和0.63 mg/m3（<0.05）。2套系統共可為試驗舍提供通風量1 097.83 m3/h，送風管小孔出風口的平均風速為2.45 m/s，風管始末端風速分別為2.76和2.34 m/s。該系統的熱回收效率為76.17%，能效比為3.1。該系統可以保證良好舍內環境和較高的能量回收效率，緩解冬季犢牛生產中通風與保溫的矛盾。

熱回收；通風；纖維風管；犢牛；冷環境

0 引 言

冬季畜舍通風與保溫的矛盾一直是困擾生產者的難題。冬季通風的目的是將舍外的新鮮空氣引入舍內，排出舍內NH3和粉塵等有害物質，降低舍內濕度，改善空氣質量，保持家畜健康，有利于提高生產力，通風量不足則會增加環境空氣中NH3等有害氣體的濃度、增加環境濕度。而通風散熱會造成大量的能量損失，其損失的熱量通常會占到總能量損失的60%～80%[1]。

高濃度的NH3會吸附在動物呼吸道以及消化道黏膜表面，造成其病變，引起各種呼吸道以及消化系統疾病[2]。高濕條件也會影響牛只健康，首先高濕度環境下飼料濕度變大，在冬季寒冷條件下可能出現飼料冷凝結冰現象，大大降低了飼料的利用效率以及飼料品質；并且高濕環境下會造成細菌增多、存活率上升，病毒的傳播速率也會增加[3]。細菌與病毒存活率與傳播速率的增加，會使家畜特別是幼畜患病率增加。對于肉牛特別是犢牛來說，冷環境會影響其免疫功能及健康[4]。在冷應激情況下，犢牛體內一些免疫相關激素以及抗氧化酶對于體內氧化與抗氧化的平衡會被打破，血清中生理生化指標發生改變[5-6]，免疫力下降，進而導致犢牛腹瀉、呼吸系統等疾病。企業經濟效益也隨之降低[7]。CO2作為大氣中固有成分，其含量穩定，不受溫濕度等環境因素的影響，可有效表示畜禽代謝狀況對環境的影響，因此CO2濃度通常作為表示畜舍通風狀況以及環境空氣污染程度的主要指標。

由于牛體自身是很強的熱源，成年肉牛舍在冬季不采取外部供暖措施，通常通過改善日糧水平、增加畜舍保溫來減少冷環境影響，但是對于犢牛來說，保溫抗寒措施是必要的。在奶犢牛多采用“犢牛島”飼養，寒冷季節時會加厚墊草，并增加門簾；而肉犢牛與成年牛的舍飼環境類似，沒有單獨的牛舍，為解決冷應激對犢牛的影響，常見的防寒措施除了增加保溫外，還有通過增加供暖的方式實現，飼養成本增加。孟妍君等[8]研究表明溫室型犢牛舍在充分換氣的條件下，可以滿足外界溫度大于?20 ℃時犢牛對于溫熱環境和空氣質量環境的需要。趙靖等[9]研究表明密閉式犢牛島，雖然能在外界環境溫度為?28.6 ℃的條件下，使犢牛島內溫度升高到?1.0 ℃，但由于通風不良，相對濕度卻高達89.3%，CO2濃度也超過標準達到7 324 mg/m3。溫室型暖棚雖然能保障日間舍內溫度，但卻由于保溫性能較差，無法儲存熱量，夜間降溫明顯，同樣也會因保溫而降低通風量，造成空氣質量降低。

熱回收器能夠回收利用排出室外的空氣余熱對進入室內的冷空氣進行加熱，在民用建筑中廣泛應用，但在畜牧上的應用較少[10-11]。熱回收器相較于傳統的自然通風及機械通風在冬季能夠更好地實現溫度適宜與空氣環境良好的雙重目標[12]。熱回收器可大幅減少80%～90%的通風能耗[13]。Rasouil等[14]研究表明，在民用辦公大樓中使用熱回收器，每年可減少40%的供暖能耗。畜舍內有大量的動物體作為熱源，能夠積累更多的熱量，并且環境空氣條件較民用建筑也更差，需要更多的通風量[15]。因此熱回收器理論上更適合在畜舍中使用。最先在畜舍上研究應用的是Giese等[16]，但由于各種限制原因未能進行進一步發展，隨著熱回收通風系統的完善成熟，其在畜舍上的應用越來越廣泛，特別是在豬舍和雞舍上的應用日益增加。20世紀末袁小燕[17]等將熱回收器應用于蛋雞舍，是熱回收器在中國畜牧業上的第一次應用。Han等[18-19]研究表明，雞舍熱回收通風系統的顯熱回收效率達到60%，雞舍溫度穩定；Liang等[20]在冬季和春節兩季使用熱回收通風系統，可以節省相當于597加侖和234加侖的丙烷，一年共減少燃料費用1 410美元，占供暖總費用的14%～20%，應用效果顯著。熱回收器主要有板式、輪轉式、循環式和熱管式[21]。目前使用最廣泛的類型是板式熱回收芯體，其主要具有成本低、投資少、結構簡單、安全可靠等優點，但也存在占地面積大、靈活性差、送風不均勻等缺點[22]。由于牛舍的密閉性較差、空間大、環境濕度高、通風量很大，還要節約成本，因此常見的板式一體機芯并不適用。

纖維風管具有安裝方便、價格低廉、送風均勻等優點[23]，在民用建筑以及畜舍中都有較為廣泛的應用。常見的纖維風管有純噴射式、純滲透式、噴射滲透式以及條縫滲透式4種[24]。劉統帥等[25]研究表明風管置換通風系統能夠精準送風，為牛只提供新鮮空氣。吳中紅等[26]研究表明濕簾風機-纖維風管通風系統在妊娠豬舍中應用，可以穩定舍內風速，提供新鮮空氣。選擇噴射滲透式纖維風管應用于密閉性較差的牛舍，可以使舍內風速穩定性增強、空氣均勻性增加，使牛只風感減小[27-28]。

本研究將套管式熱回器與纖維風管相結合，形成新的熱回收通風系統。以熱回收通風系統為研究對象，以北方冬季犢牛舍為載體，并與模擬試驗相結合，分析了冬季犢牛舍的環境空氣質量、環境溫濕度以及設備本身的通風及熱回收性能，為冬季犢牛飼養提供科學的依據。

1 材料與方法

1.1 牛舍基本情況和飼養管理

在新疆省伊犁州某牛場，選用2棟結構尺寸相同的犢牛舍。牛舍均為南北朝向，建筑尺寸均為100 m×12 m× 3 m，采用雙列布局，中間飼喂走道寬4.2 m，每列8個12 m×3.9 m的欄位，每個欄位均有一扇0.8 m×1.4 m的清糞小門。牛舍墻體為240 mm厚磚墻。南北兩端縱墻各有40 個尺寸為1.8 m×0.7 m的塑鋼推拉小窗，東西端墻各有一扇3 m×3 m的大門。2 棟舍內均設置地暖和暖氣片用于在夜間供暖。試驗舍采用熱回收通風系統機械通風，對照舍為屋脊通風帽自然通風。兩舍尺寸及試驗舍設備安裝平面布置圖見圖1。

每個欄位飼養7頭1月齡體質量在50 kg左右的西門塔爾犢牛，每棟舍16 個欄位共計112 頭。試驗舍和對照舍的飼喂管理模式相同，每天7:00和20:00分別進行一次飼喂，相鄰2個欄位共用一個飼喂槽，每個飼喂槽每次飼喂50 kg發酵乳，并且全天隨時補飼精料。舍內以秸稈作為犢牛臥床墊料，墊料厚實、干燥。

注：●代表溫濕度欄位處溫濕度、CO2、NH3濃度的測定位置，距欄位地面0.7 m。■代表風管出風口風速測定位置，位于出風口下1 cm處。▲代表溫濕度自動記錄儀位置，距地面2 m。

Table 1 Floor plan of heat recovery ventilation system and measuring points of test barn

1.2 牛舍通風量確定、熱回收系統規格與安裝

牛舍的總通風量按照公式（1）計算[29]，求得112頭犢牛舍的通風量為1 680 m3/h。根據欄位的布置和通風要求共設置2套熱回收通風系統，分別位于兩列欄位上方距地面3 m處，稱為設備A和設備B。每套系統風機額定通風量為1 000 m3/h，舍內臥床處設計風速小于0.1 m/s，換氣次數0.24～0.71 次/h。熱回收腔體為34 m× 1 m×0.4 m的矩形管，由舊風管包裹著內部10根直徑150 mm的新風管。腔體新風進風口與舊風回風口各設有1臺直徑240 mm離心風機。熱回收腔體經過一個1.5 m的變徑連接到排風管，排風管直徑從初始350 mm到末端300 mm漸縮、長度為70 m，前27 m底部單排出風口，開口距垂直向下37°，直徑8 mm、間隔50 mm；后35.8 m增加了一排距垂直向下53°的出風口，直徑11 mm、間距50 mm，2排出風口間夾角為90°。排氣管為直徑350 mm、長度1.5 m的圓管，直接將熱回收后的廢棄排出舍外。熱回收腔體外表面、內部新風管以及送風管均采用厚度1 mm的纖維材料，腔體外表面無保溫措施，該材料相比于硬質材料質量輕、傳熱效率高同時成本也更低。同時由于材料軟質的特性，不同的安裝工藝可能會造成管道發生一定的彎折，每套設備的通風效率都會有所不同，因此設備A和設備B間也會存在一定差異。熱回收腔體以及送風管截面圖見圖2。

對照舍采用5 個通風面積為1 m2的鐘樓式屋脊通風口自然通風。

牛舍通風量：

=·（1）

式中為舍內需求總通風量，m3/h；為每頭犢牛需求通風量，m3/h，取15 m3/h[29]；為犢牛頭數。

1.3 試驗方法

試驗共分為3部分，其中試驗一測量了環境以及設備性能參數，時間為2019年1月25日至30日，地點為新疆伊寧牛場；試驗二作為補充試驗，通過保溫箱模擬畜舍環境，測定了設備熱回收效率及能效比等設備性能參數，時間為2019年12月15日，由于設備性能參數屬于設備特性，不受外界環境因素干擾，因此將試驗地點定為設備廠家所在地區山東青島；試驗三進一步改善設備并測量環境以及設備性能參數，時間為2020年1月15日至20日，地點為新疆伊寧牛場。試驗期間統計分析舍內環境指標以及設備性能參數。

試驗一：試驗舍和對照舍所有門窗均關閉，整個試驗期間夜間21:00到次日上午9:00兩舍均會進行供暖。試驗舍熱回收通風系統全天開啟，對照舍進行通風屋脊自然通風。

試驗一舍內布置N1～N4、S1～S4共8個測點，均勻分布于南北兩側欄位上方靠近熱回收設備，舍外布置有1個測點，測點均距地面上方0.7 m。試驗期間連續6 d對舍內欄位犢牛活動處以及舍外溫濕度CO2、NH3濃度進行測定。試驗儀器采用二氧化碳檢測儀（型號TES-1370，精度為±3%）測定舍內外CO2濃度，采用氨氣檢測儀（型號SZ-JSA8-NH3，精度為±3%）測定舍內外NH3濃度。采用手持溫濕度儀（型號AZ8726，溫度精度為±0.1 ℃，濕度精度±0.1%）測量欄位處溫濕度。測量時間為每天08:00、16:00與22:00，試驗舍和對照舍測點布置見圖1。

于舍內兩側兩位中間處分別布置1個測點，舍外布置1個測點，測點高度距地面2 m。采用溫濕度自動記錄儀（型號Apresys179-TH，溫度精度為±0.3 ℃，濕度精度為±3%）連續測量舍內外整體平均溫濕度。

熱回收通風系統設備性能分別測定各風口溫濕度及風速。采用熱敏式風速儀（型號MODEL6004，精度為±0.1 m/s）測定熱回收通風系統新風入口、舊風入口以及舍內新風出風管不同小孔的風速，由熱回收腔體末端沿風管方向平均布置小孔風速測點，其中測點1～4為直徑8 mm小孔測點，測點3′、4′為直徑11 mm小孔測點，測點布置圖見圖 1；采用手持溫、濕度儀（型號AZ8726，溫度精度為±0.1 ℃，濕度精度±0.1%）測定熱回收通風系統的新風入口、新風出口、舊風入口以及舊風出口的溫濕度。

試驗二：試驗一中設備為實現生產需要、降低成本，未將設備表面進行保溫處理，而不能得出設備的實際熱回收效率，因此于青島進行帶保溫試驗求得設備熱回收效率及能效比。并同時針對試驗一通風量不足問題進行優化，匹配送風風機及回風風機的壓力，降低壓力對柔性管的影響，增加通風量。試驗采用密閉保溫廂模擬室內環境，通過柴油燃燒加熱器對廂體內部進行加熱處理，及熱回收通風系統與外界環境進行換熱通風。由于廂體限制，熱回收腔體長度限制在25 m，其熱回收效率較30 m長腔體會略低。試驗測量熱回收通風系統新風入口、舊風入口的風速，以及新風入口、新風出口、舊風入口以及舊風出口的溫濕度。

試驗三：通過風機壓力匹配提升通風量后再試驗。試驗舍與對照舍夜間21:00到次日上午9:00兩舍均進行供暖，并封閉門窗及通風屋脊，其余時間大門隨機敞開。期間同樣連續6 d進行舍內溫濕度以及CO2、NH3濃度測定，其測量方法、儀器以及布點與試驗一期相同，但測量時間僅為每天22:00。

1.4 設備性能參數計算與數據分析處理

判斷熱回收通風系統性能的指標主要有通風量、熱回收效率、熱回收負荷、能效比等，這些性能決定了熱回收通風系統的經濟效益與生產可行性[30-31]。熱回收效率是指實際傳熱量與理論上最大傳熱量的比值，由于該試驗采用的是顯熱回收器，因此只考慮顯熱回收效率。能效比是能源轉換效率之比，即設備回收的能量與機組自身消耗能量的比值，能效比越大就越節約能源，經濟效益也就越高。顯熱回收效率按照公式（2）計算，熱回收負荷按照公式（3）計算，能效比按照公式（4）計算[22]。

=p(2?1)（3）

COP=/×100%（4）

式中t為顯熱回收效率，%；1為新風入口溫度，℃；2為新風出口溫度，℃；3為舊風入口溫度，℃；s為送風風量，m3/h；min為送風風量與排風風量兩者中較小的值，m3/h。為熱回收系統的能量回收負荷，kW；為新風質量流量，kg/s；p為空氣比熱容，取值1.005 kJ/(kg·℃)。COP為能效比，%；為熱回收系統的單位耗能，kW。

試驗數據分析采用Excel進行均值分析，采用SPSS進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 試驗一結果與分析

2.1.1 試驗一通風量及出風口風速分布

根據公式（1）求得舍內總通風量需求為1 680 m3/h。試驗一試驗舍通風量及小孔出風口風速見表1，根據風管小孔風速與開孔面積的乘積求得設備送風量，單排小孔直徑8 mm，雙排小孔直徑分別為8和11 mm，最終求得試驗舍熱回收通風系統送風量為376.03 m3/h。風量不足的主要原因是由纖維風管的特殊結構造成的，纖維風管質地柔軟，相比于常見的硬質管材，纖維風管受外界條件的影響更大。硬質風管送風時，在沿風管方向上，空氣需要克服風管阻力，全壓降低，但壓力變化較低[24]。而當軟制風管外壁所受壓力大于內壁所受壓力時，風管就會發生形變，造成風管的橫截面積減小，空氣經過纖維風管時的風阻就會更大，造成管內風壓不足，這也就意味著需要更大的風壓來驅動空氣前進。

且該試驗設備回風風機距熱回收腔體的距離較短，回風風機通過正壓送風直接將回風以90°夾角吹向腔體內的新風管，因此新風管的外壁會受到直接來自回風風機的巨大壓力；而另一方面經過新風風機吹入腔體內新風管的空氣，經過30 m長的新風管后，受到了新風管內阻力影響，到達新風管末端時的風壓大大降低，不能與回風風壓相匹配，管壁外壓力遠大于內部壓力，擠壓管壁變形，風量隨之減少。這樣的條件會造成新風風機效率較低，試驗一時只能達到20%左右。

表1 試驗一期熱回收通風設備送風量及風速

注：同列不同大寫字母表示數據差異顯著（<0.05），同行相同指標不同小寫字母表示數據差異顯著（<0.05），下同。

Note: Different uppercase letters in the same column indicate significant difference (<0.05), different lowercase letters in the same row indicate significant data differences (<0.05), the same as below.

試驗一中試驗舍熱回收通風設備纖維風管小孔出風口風速見表1。從腔體至末端方向小孔出風口風速逐漸降低且差異顯著（<0.05），末端同一位置雙排開口小孔風速差異不顯著（>0.05），說明由于材料阻力以及氣流間的阻礙作用使出風口氣流流速發生改變。2個風管前中端出風口風速存在顯著差異（<0.05），末端差異不顯著（>0.05），說明由于實際生產條件的差異造成出風口風速不同，但隨著風速的減緩末端風速近似相同。試驗結果表明設備通風量只能達到風機額定風量的20%左右，產生了很大的風機負荷，不僅經濟效益低下，并且風機容易損壞，因此對設備風機壓力進行重新匹配后進行了試驗二。

2.1.2 試驗一各風口溫度及熱回收效率

試驗一試驗舍熱回收通風系統的出入口溫度以及熱回收效率見表2。根據公式（2）計算可得A、B兩管8:00、16:00、22:00的熱回收效率分別為95.04%、88.15%、95.02%和93.60%、88.22%、94.16%，兩管平均效率分別為92.74%、91.99%。該熱回收效率由于存在舍內熱環境直接對設備加熱問題，熱回收效率不真實，需要進一步試驗驗證真實效率。

表2 試驗一熱回收通風系統各開口溫度及熱回收效率

2.1.3 舍內溫濕度結果分析

試驗舍和對照舍溫度情況見圖3。

圖3 試驗舍、對照舍及舍外平均溫度變化

試驗期間舍外日平均溫度為?5.13 ℃，平均日最高溫度為18:00的2.44 ℃，日平均最低溫度為10:00的?9.18 ℃；試驗舍日平均溫度為9.49 ℃，平均日最高溫度為8:00的11.22 ℃，日平均最低溫度為19:00的6.20 ℃；對照舍日平均溫度為5.38 ℃，平均日最高溫度為1:00的6.68 ℃，日平均最低溫度為19:00的3.92 ℃。一天中試驗舍與對照舍最大溫差為5.03 ℃，試驗舍與舍外最大溫差為20.13 ℃。試驗舍日平均氣溫顯著高于對照舍4.11 ℃（<0.05）。說明在該系統的通風條件下，可以保證舍內環境溫度的升高，同時由于溫度的升高以及相對較小的通風量造成舍內相對濕度增加。

2.1.4 欄位溫濕度分析

欄位上方溫濕度情況見表3。舍內處溫度及相對濕度在各個時刻試驗舍均顯著高于對照舍（<0.05）。舍內欄位溫度均值試驗舍(7.24±0.94)℃顯著高于對照舍(3.82±1.36)℃（<0.05），相對濕度試驗舍(73.86±5.95)%顯著高于對照舍(65.27±9.05)%（<0.05）。雖然試驗舍相對濕度較高，但仍屬于較舒適區，說明牛只活動區域溫濕度環境較好。

2.1.5 有害氣體濃度分析

試驗一期間試驗舍、對照舍與舍外每個時刻CO2和NH3濃度值見表4。試驗舍與對照舍在不同的時刻CO2和NH3濃度均存在顯著性差異（<0.05），日均CO2濃度試驗組（1 347.41±95.38）mg/m3顯著高于對照組（994.18±47.18）mg/m3（<0.05），日均NH3濃度試驗組（1.41±0.11）mg/m3顯著高于對照組（0.55±0.08）mg/m3（<0.05）。試驗組與對照組NH3濃度均沒有超過牛舍有害氣體限量標準[29]。造成試驗舍有害氣體濃度較高的主要原因為試驗舍的通風量不足，無法滿足既定的需求通風量。

表3 試驗舍、對照舍欄位處及舍外溫濕度

表4 試驗一試驗舍及對照舍CO2和NH3濃度

2.2 試驗二結果與分析

2.2.1 試驗二通風量及通風效果分析

試驗二中熱回收通風系統腔體長度為25 m，腔體外包裹保溫層。其送風量為705.37 m3/h，回風量為959.94 m3/h；新風入口溫度為8.72℃，新風出口溫度為30.33℃，舊風入口溫度為37.09℃，舊風出口溫度為21.98℃，熱回收效率為76.17%。試驗通過風機匹配增加了新風風機的風壓，使經過新風風機的空氣到達熱回收腔體內部新風管末端時仍然能夠保持較大的壓力，與回風風機對于新風管末端外側的壓力相匹配，新風管末端不會因為回風風機巨大的壓力而產生形變影響送風量，使通風系統送風量符合通風需求，基本能夠滿足該牛舍冬季的基本通風需要。

2.2.2 設備熱回收熱回收負荷及能效比

試驗二中，熱回收設備新風風機的功率為1.1 kW，舊風風機功率為0.7 kW，設備總功率為1.8 kW，新風熱回收負荷為5.6 kW，能效比為3.1高于最低標準2.5[30-31]，說明該設備有較高的節能性。

2.3 試驗三結果與分析

2.3.1 設備通風量結果分析

試驗三試驗舍通風量及小孔出風口風速見表6。設備A與設備B送風量分別為578.35和519.48 m3/h，回風量分別為674.98和721.04 m3/h。送風風機的風機效率達到52%～58%，回風風機的風機效率達到67%～72%，均屬于合理的風機效率范圍。設備A與設備B小孔出口平均風速均為2.45 m/s。沿風管方向風速上下波動，由2.76 m/s逐漸降低到2.34 m/s，整體呈下降趨勢。說明該系統基本可以做到對舍內均勻送風，降低了送風不均對犢牛產生的不良影響。

2.3.2 有害氣體濃度分析

試驗三試驗舍、對照舍與舍外22:00時刻CO2和NH3濃度值見表7。在試驗期間夜間CO2和NH3濃度均存在顯著性差異（<0.05），日均CO2濃度試驗組（1 638.05±201.74）mg/m3顯著低于對照組（1 811.2±251.42）mg/m3（<0.05），日均NH3濃度試驗組（1.26±0.46）mg/m3顯著低于對照組（1.89±0.53）mg/m3（<0.05）。說明改造后的熱回收通風系統可以，通風量增加，試驗舍內的有害氣體濃度較對照舍降低，可以保障舍內環境空氣良好。

表5 試驗三期熱回收通風設備送風量及風速

表6 試驗三試驗舍及對照舍CO2和NH3濃度

3 討 論

3.1 系統通風量及風速分析

改進后A管與B管送風量分別為578.35和519.48 m3/h，回風量分別為674.98和721.04 m3/h。2套設備均高于熱回收系統新風量與舊風量比例高于75%的高效運行標準[32]。送風管小孔出風口的平均風速達2.45 m/s，沿風管軸線方向風速上下波動，逐漸降低。張勤等[27]同樣對軟質風管研究表明，沿著布風管軸向方向前10 m風速較大，并逐漸下降；10～62 m，風速小范圍波動，并趨于穩定，與本試驗結果相同。劉春花等[33]研究表明，硬質風管出風口風速隨風管軸線方向逐漸均勻降低，不存在風速波動。說明硬質風管形狀固定，而纖維風管質地柔軟，易發生形變，進而改變管內壓力分布；并且纖維風管形狀的不規則，增加了管內微小拐角的數量，從而在通風時形成小渦流，影響氣流流動，造成風速波動。欄位處風速接近無風可以忽略，因此在保障通風量的情況下又能最大限度的提高肉牛舒適性。并且由于欄位處接近無風狀態，綜合溫濕度與風速的影響發現，幾乎為零，風冷影響基本可以忽略不計。Andreopoulou等[34]研究表明，纖維風管送風系統大約比傳統送風系統的風速舒適區多23%，同樣能過有效提升環境的舒適度。

3.2 系統熱回收效率分析

熱回收通風系統的熱回收效率與腔體內新風管材料、管壁厚度以及管內通風量有關。現階段常見的換熱器熱回收效率一般為50%～80%[35]。而該試驗所用纖維布袋式換熱器實際的熱回收效率為76.17%，具有很好的換熱性能。設備的能效比為3.1，能夠節省大量能源，具有較高的經濟節能效益。其熱回收效率要高于常見的換熱器熱回收效率，其主要原因為熱回收腔體的長度較長，30 m的熱回收腔體可以使其中新風管內的冷空氣受到回風熱量的交換，充分的回收室內溫熱廢氣的熱量，從而達到較高的換熱效率。

相比于常見的換熱器的熱回收腔體，該熱回收系統將熱回收腔體設置在舍內，不存在保溫的困擾，因此為了節約生產成本取消了保溫層。生產中舍內的熱量可以直接通過腔體表面傳遞到舊風管內并進一步傳遞到新風管內，致使新風管內空氣迅速升溫，保障了熱回收效率以及新風出口溫度。使用纖維材料作為熱交換腔體，輕便美觀、成本低廉、易于運輸安裝并且能夠達到良好的換熱通風效果，因此纖維材料作為以生產為主要目的的熱回收器有著廣闊的市場。

3.3 環境指標分析

經過研究并改進通風問題后，有害氣體濃度試驗舍低于對照舍，試驗舍平均CO2濃度1 638.05 mg/m3顯著低于對照舍的1 811.2 mg/m3，試驗舍的NH3濃度1.26 mg/m3顯著低于對照舍的1.89 mg/m3。CO2與NH3含量均滿足犢牛健康生長得的濃度標準，說明熱回收通風系統可以滿足犢牛舍的通風需求。由于該場犢牛飼養密度較低，管理模式科學有效，所以試驗舍與對照舍的環境指標均屬于正常水平，但試驗舍的環境條件顯著優于對照舍，這在其他飼養管理稍落后的牛舍則會產生更加明顯的效果，在生產上具有良好的實用價值。

4 結 論

1）兩套系統通風量共1 097.83 m3/h，送風管小孔風速2.34和2.76 m/s，滿足舍內通風量的同時保證均勻送風。

2）熱回收通風系統的實際熱回收效率為76.17%，能效比達3.1，具有較高的節能效果。

3）熱回收通風系統有效改善犢牛舍的環境狀況。犢牛舍溫度提高4.11 ℃，犢牛欄位溫度適宜；舍內CO2和NH3濃度降低。

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Ventilation and heat preservation effects of heat recovery ventilation system in calf shed

Chen Zhaohui1,2, Xu Yiming1,2, Chen Zepeng1,2, Zhu Yinglin1,2, Feng Guangjun3, An Jie3, Liu Jijun1,2※

(1.,,100193,; 2.,100193,;3.,266000,)

Livestock production significantly depends on the animal health and comfort. In animal housing, the environmental atmosphere and temperature usually play an important role in livestock productivity. To remove moisture and odors replacing with fresh air has become necessary to promote the air quality for confined animals. However, this ventilation can pose a negative impact on the health of calves, particularly in the cold environment in winter. Therefore, the reasonable ventilation is important to balance the impact of cold environment and air quality on the health and productivity of calves in cold regions. In this study, taking the Xinjiang province, China, as research regions, a heat recovery ventilation system was investigated in 2019 and 2020, in order to reduce the impact of cold stress on the calf health, and further to achieve good performance of energy conservation and emission reduction in barn. There were a heat recovery cavity and a fiber air supply duct in the heat recovery and ventilation system. The heat recovery cavity was a cuboid with the dimensions of 34 m×1 m×0.4 m, including 10 fresh air ducts with the diameter of 150mm. The end of the cavity was connected with a fiber supply duct with a length of 70 m, where the diameter of the fiber duct was reduced from 350 to 300 mm. There were two rows of small holes with the diameters of 8 and 11 mm at the bottom of the fiber duct, where the spacing between holes was 50mm. Two cattle barns with the same structure and size were selected as the test barn and the control barn, respectively. The building size of both barns was 100 m×12 m×3 m. There were 112 Simmental cattle weighted around 50 kg in each barn. Two sets of heat exchange ventilation systems were used in the test barn. The equipment was suspended at a height of 3 m from the ground. The cold air outside the house was fed into the heat exchange chamber through an air supply fan with a positive pressure. After heat recovery, the fresh air inside the house was uniformly fed into the chamber through a small hole in the air supply pipe. Concurrently, the hot air inside the house was entered into the chamber through an air return fan under a positive pressure, transferring heat to fresh air, and then away from the chamber. As such, the control barn was naturally ventilated. The environmental data of two houses measured, while, the equipment performance of the heat recovery ventilation system was evaluated during the field test. Based on the experimental data, the performance of equipment was optimized further to improve the air quality in the shed. The results showed that the heat recovery ventilation system increased the temperature of fresh air by 10.15 ℃, and significantly reduced the concentration of daily CO2and NH3by 173.15 and 0.63 mg/m3, respectively. Both systems can provide the ventilation amount of 1 097.83 m3/h for the test barn. The fan efficiency can reach about 55%, within the normal range. Specifically, the average wind speed at the outlet of air supply duct was 2.45 m/s, whereas, the wind speed at the beginning and end of air duct were 2.76 and 2.34 m/s, respectively. The system indicated a good energy saving, with a heat recovery efficiency of 76.17%, and an energy efficiency ratio of 3.1. The heat recovery efficiency was within the normal range of 50%-80%, whereas, the energy efficiency ratio was higher than the minimum energy saving standard of 2.5. The findings demonstrated that the proposed system can ensure an improved environment in the barn, with a high efficiency of energy recovery. This system can be used to balance between the ventilation and heat preservation during the calf production in winter. The reasonable trade-off between energy saving and environmental protection can be offer a great significant guidance for the calf production.

heat recovery; ventilation; abric duct; calf; cold environment

陳昭輝，徐一洺，陳澤鵬，等. 熱回收通風系統在犢牛舍的應用效果分析[J]. 農業工程學報，2020，36(17)：219-226.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.026 http://www.tcsae.org

Chen Zhaohui, Xu Yiming, Chen Zepeng, et al. Ventilation and heat preservation effects of heat recovery ventilation system in calf shed[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(17): 219-226. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.026 http://www.tcsae.org

2020-04-10

2020-07-09

國家重點研發計劃項目（2018YFD0501801）；國家肉牛牦牛產業技術體系（CARS-37）

陳昭輝，副教授，主要從事畜禽環境工程、環境對家畜生殖發育的影響方面的研究。Email：chenzhaohui@cau.edu.cn

劉繼軍，教授，研究方向為畜牧環境工程。Email：liujijun@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.026

S817.3

A

1002-6819(2020)-17-0219-08