热回收通风系统在犊牛舍的应用效果分析

陈昭辉，徐一洺，陈泽鹏，朱莹琳，冯广军，安 捷，刘继军

热回收通风系统在犊牛舍的应用效果分析

陈昭辉1,2，徐一洺1,2，陈泽鹏1,2，朱莹琳1,2，冯广军3，安 捷3，刘继军1,2※

（1. 中国农业大学动物科技学院，北京 100193； 2. 动物营养国家重点实验室，北京 100193；3. 青岛新良牧农业科技有限公司，青岛 266000）

为减少冷应激对犊牛健康的影响，降低冬季犊牛养殖中通风与保温的矛盾，该研究在新疆地区对牛舍热回收通风系统的通风效果及热回收性能进行了评价。试验舍采用2套相同的热回收通风系统进行通风，对照舍自然通风。试验结果表明：热回收通风系统可使舍外进入舍内的新鲜空气温度平均提高10.15 ℃，日均CO2和NH3浓度分别显著降低173.15和0.63 mg/m3（<0.05）。2套系统共可为试验舍提供通风量1 097.83 m3/h，送风管小孔出风口的平均风速为2.45 m/s，风管始末端风速分别为2.76和2.34 m/s。该系统的热回收效率为76.17%，能效比为3.1。该系统可以保证良好舍内环境和较高的能量回收效率，缓解冬季犊牛生产中通风与保温的矛盾。

热回收；通风；纤维风管；犊牛；冷环境

0 引 言

冬季畜舍通风与保温的矛盾一直是困扰生产者的难题。冬季通风的目的是将舍外的新鲜空气引入舍内，排出舍内NH3和粉尘等有害物质，降低舍内湿度，改善空气质量，保持家畜健康，有利于提高生产力，通风量不足则会增加环境空气中NH3等有害气体的浓度、增加环境湿度。而通风散热会造成大量的能量损失，其损失的热量通常会占到总能量损失的60%～80%[1]。

高浓度的NH3会吸附在动物呼吸道以及消化道黏膜表面，造成其病变，引起各种呼吸道以及消化系统疾病[2]。高湿条件也会影响牛只健康，首先高湿度环境下饲料湿度变大，在冬季寒冷条件下可能出现饲料冷凝结冰现象，大大降低了饲料的利用效率以及饲料品质；并且高湿环境下会造成细菌增多、存活率上升，病毒的传播速率也会增加[3]。细菌与病毒存活率与传播速率的增加，会使家畜特别是幼畜患病率增加。对于肉牛特别是犊牛来说，冷环境会影响其免疫功能及健康[4]。在冷应激情况下，犊牛体内一些免疫相关激素以及抗氧化酶对于体内氧化与抗氧化的平衡会被打破，血清中生理生化指标发生改变[5-6]，免疫力下降，进而导致犊牛腹泻、呼吸系统等疾病。企业经济效益也随之降低[7]。CO2作为大气中固有成分，其含量稳定，不受温湿度等环境因素的影响，可有效表示畜禽代谢状况对环境的影响，因此CO2浓度通常作为表示畜舍通风状况以及环境空气污染程度的主要指标。

由于牛体自身是很强的热源，成年肉牛舍在冬季不采取外部供暖措施，通常通过改善日粮水平、增加畜舍保温来减少冷环境影响，但是对于犊牛来说，保温抗寒措施是必要的。在奶犊牛多采用“犊牛岛”饲养，寒冷季节时会加厚垫草，并增加门帘；而肉犊牛与成年牛的舍饲环境类似，没有单独的牛舍，为解决冷应激对犊牛的影响，常见的防寒措施除了增加保温外，还有通过增加供暖的方式实现，饲养成本增加。孟妍君等[8]研究表明温室型犊牛舍在充分换气的条件下，可以满足外界温度大于−20 ℃时犊牛对于温热环境和空气质量环境的需要。赵靖等[9]研究表明密闭式犊牛岛，虽然能在外界环境温度为−28.6 ℃的条件下，使犊牛岛内温度升高到−1.0 ℃，但由于通风不良，相对湿度却高达89.3%，CO2浓度也超过标准达到7 324 mg/m3。温室型暖棚虽然能保障日间舍内温度，但却由于保温性能较差，无法储存热量，夜间降温明显，同样也会因保温而降低通风量，造成空气质量降低。

热回收器能够回收利用排出室外的空气余热对进入室内的冷空气进行加热，在民用建筑中广泛应用，但在畜牧上的应用较少[10-11]。热回收器相较于传统的自然通风及机械通风在冬季能够更好地实现温度适宜与空气环境良好的双重目标[12]。热回收器可大幅减少80%～90%的通风能耗[13]。Rasouil等[14]研究表明，在民用办公大楼中使用热回收器，每年可减少40%的供暖能耗。畜舍内有大量的动物体作为热源，能够积累更多的热量，并且环境空气条件较民用建筑也更差，需要更多的通风量[15]。因此热回收器理论上更适合在畜舍中使用。最先在畜舍上研究应用的是Giese等[16]，但由于各种限制原因未能进行进一步发展，随着热回收通风系统的完善成熟，其在畜舍上的应用越来越广泛，特别是在猪舍和鸡舍上的应用日益增加。20世纪末袁小燕[17]等将热回收器应用于蛋鸡舍，是热回收器在中国畜牧业上的第一次应用。Han等[18-19]研究表明，鸡舍热回收通风系统的显热回收效率达到60%，鸡舍温度稳定；Liang等[20]在冬季和春节两季使用热回收通风系统，可以节省相当于597加仑和234加仑的丙烷，一年共减少燃料费用1 410美元，占供暖总费用的14%～20%，应用效果显著。热回收器主要有板式、轮转式、循环式和热管式[21]。目前使用最广泛的类型是板式热回收芯体，其主要具有成本低、投资少、结构简单、安全可靠等优点，但也存在占地面积大、灵活性差、送风不均匀等缺点[22]。由于牛舍的密闭性较差、空间大、环境湿度高、通风量很大，还要节约成本，因此常见的板式一体机芯并不适用。

纤维风管具有安装方便、价格低廉、送风均匀等优点[23]，在民用建筑以及畜舍中都有较为广泛的应用。常见的纤维风管有纯喷射式、纯渗透式、喷射渗透式以及条缝渗透式4种[24]。刘统帅等[25]研究表明风管置换通风系统能够精准送风，为牛只提供新鲜空气。吴中红等[26]研究表明湿帘风机-纤维风管通风系统在妊娠猪舍中应用，可以稳定舍内风速，提供新鲜空气。选择喷射渗透式纤维风管应用于密闭性较差的牛舍，可以使舍内风速稳定性增强、空气均匀性增加，使牛只风感减小[27-28]。

本研究将套管式热回器与纤维风管相结合，形成新的热回收通风系统。以热回收通风系统为研究对象，以北方冬季犊牛舍为载体，并与模拟试验相结合，分析了冬季犊牛舍的环境空气质量、环境温湿度以及设备本身的通风及热回收性能，为冬季犊牛饲养提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 牛舍基本情况和饲养管理

在新疆省伊犁州某牛场，选用2栋结构尺寸相同的犊牛舍。牛舍均为南北朝向，建筑尺寸均为100 m×12 m× 3 m，采用双列布局，中间饲喂走道宽4.2 m，每列8个12 m×3.9 m的栏位，每个栏位均有一扇0.8 m×1.4 m的清粪小门。牛舍墙体为240 mm厚砖墙。南北两端纵墙各有40 个尺寸为1.8 m×0.7 m的塑钢推拉小窗，东西端墙各有一扇3 m×3 m的大门。2 栋舍内均设置地暖和暖气片用于在夜间供暖。试验舍采用热回收通风系统机械通风，对照舍为屋脊通风帽自然通风。两舍尺寸及试验舍设备安装平面布置图见图1。

每个栏位饲养7头1月龄体质量在50 kg左右的西门塔尔犊牛，每栋舍16 个栏位共计112 头。试验舍和对照舍的饲喂管理模式相同，每天7:00和20:00分别进行一次饲喂，相邻2个栏位共用一个饲喂槽，每个饲喂槽每次饲喂50 kg发酵乳，并且全天随时补饲精料。舍内以秸秆作为犊牛卧床垫料，垫料厚实、干燥。

注：●代表温湿度栏位处温湿度、CO2、NH3浓度的测定位置，距栏位地面0.7 m。■代表风管出风口风速测定位置，位于出风口下1 cm处。▲代表温湿度自动记录仪位置，距地面2 m。

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

1.2 牛舍通风量确定、热回收系统规格与安装

牛舍的总通风量按照公式（1）计算[29]，求得112头犊牛舍的通风量为1 680 m3/h。根据栏位的布置和通风要求共设置2套热回收通风系统，分别位于两列栏位上方距地面3 m处，称为设备A和设备B。每套系统风机额定通风量为1 000 m3/h，舍内卧床处设计风速小于0.1 m/s，换气次数0.24～0.71 次/h。热回收腔体为34 m× 1 m×0.4 m的矩形管，由旧风管包裹着内部10根直径150 mm的新风管。腔体新风进风口与旧风回风口各设有1台直径240 mm离心风机。热回收腔体经过一个1.5 m的变径连接到排风管，排风管直径从初始350 mm到末端300 mm渐缩、长度为70 m，前27 m底部单排出风口，开口距垂直向下37°，直径8 mm、间隔50 mm；后35.8 m增加了一排距垂直向下53°的出风口，直径11 mm、间距50 mm，2排出风口间夹角为90°。排气管为直径350 mm、长度1.5 m的圆管，直接将热回收后的废弃排出舍外。热回收腔体外表面、内部新风管以及送风管均采用厚度1 mm的纤维材料，腔体外表面无保温措施，该材料相比于硬质材料质量轻、传热效率高同时成本也更低。同时由于材料软质的特性，不同的安装工艺可能会造成管道发生一定的弯折，每套设备的通风效率都会有所不同，因此设备A和设备B间也会存在一定差异。热回收腔体以及送风管截面图见图2。

对照舍采用5 个通风面积为1 m2的钟楼式屋脊通风口自然通风。

牛舍通风量：

=·（1）

式中为舍内需求总通风量，m3/h；为每头犊牛需求通风量，m3/h，取15 m3/h[29]；为犊牛头数。

1.3 试验方法

试验共分为3部分，其中试验一测量了环境以及设备性能参数，时间为2019年1月25日至30日，地点为新疆伊宁牛场；试验二作为补充试验，通过保温箱模拟畜舍环境，测定了设备热回收效率及能效比等设备性能参数，时间为2019年12月15日，由于设备性能参数属于设备特性，不受外界环境因素干扰，因此将试验地点定为设备厂家所在地区山东青岛；试验三进一步改善设备并测量环境以及设备性能参数，时间为2020年1月15日至20日，地点为新疆伊宁牛场。试验期间统计分析舍内环境指标以及设备性能参数。

试验一：试验舍和对照舍所有门窗均关闭，整个试验期间夜间21:00到次日上午9:00两舍均会进行供暖。试验舍热回收通风系统全天开启，对照舍进行通风屋脊自然通风。

试验一舍内布置N1～N4、S1～S4共8个测点，均匀分布于南北两侧栏位上方靠近热回收设备，舍外布置有1个测点，测点均距地面上方0.7 m。试验期间连续6 d对舍内栏位犊牛活动处以及舍外温湿度CO2、NH3浓度进行测定。试验仪器采用二氧化碳检测仪（型号TES-1370，精度为±3%）测定舍内外CO2浓度，采用氨气检测仪（型号SZ-JSA8-NH3，精度为±3%）测定舍内外NH3浓度。采用手持温湿度仪（型号AZ8726，温度精度为±0.1 ℃，湿度精度±0.1%）测量栏位处温湿度。测量时间为每天08:00、16:00与22:00，试验舍和对照舍测点布置见图1。

于舍内两侧两位中间处分别布置1个测点，舍外布置1个测点，测点高度距地面2 m。采用温湿度自动记录仪（型号Apresys179-TH，温度精度为±0.3 ℃，湿度精度为±3%）连续测量舍内外整体平均温湿度。

热回收通风系统设备性能分别测定各风口温湿度及风速。采用热敏式风速仪（型号MODEL6004，精度为±0.1 m/s）测定热回收通风系统新风入口、旧风入口以及舍内新风出风管不同小孔的风速，由热回收腔体末端沿风管方向平均布置小孔风速测点，其中测点1～4为直径8 mm小孔测点，测点3′、4′为直径11 mm小孔测点，测点布置图见图 1；采用手持温、湿度仪（型号AZ8726，温度精度为±0.1 ℃，湿度精度±0.1%）测定热回收通风系统的新风入口、新风出口、旧风入口以及旧风出口的温湿度。

试验二：试验一中设备为实现生产需要、降低成本，未将设备表面进行保温处理，而不能得出设备的实际热回收效率，因此于青岛进行带保温试验求得设备热回收效率及能效比。并同时针对试验一通风量不足问题进行优化，匹配送风风机及回风风机的压力，降低压力对柔性管的影响，增加通风量。试验采用密闭保温厢模拟室内环境，通过柴油燃烧加热器对厢体内部进行加热处理，及热回收通风系统与外界环境进行换热通风。由于厢体限制，热回收腔体长度限制在25 m，其热回收效率较30 m长腔体会略低。试验测量热回收通风系统新风入口、旧风入口的风速，以及新风入口、新风出口、旧风入口以及旧风出口的温湿度。

试验三：通过风机压力匹配提升通风量后再试验。试验舍与对照舍夜间21:00到次日上午9:00两舍均进行供暖，并封闭门窗及通风屋脊，其余时间大门随机敞开。期间同样连续6 d进行舍内温湿度以及CO2、NH3浓度测定，其测量方法、仪器以及布点与试验一期相同，但测量时间仅为每天22:00。

1.4 设备性能参数计算与数据分析处理

判断热回收通风系统性能的指标主要有通风量、热回收效率、热回收负荷、能效比等，这些性能决定了热回收通风系统的经济效益与生产可行性[30-31]。热回收效率是指实际传热量与理论上最大传热量的比值，由于该试验采用的是显热回收器，因此只考虑显热回收效率。能效比是能源转换效率之比，即设备回收的能量与机组自身消耗能量的比值，能效比越大就越节约能源，经济效益也就越高。显热回收效率按照公式（2）计算，热回收负荷按照公式（3）计算，能效比按照公式（4）计算[22]。

=p(2−1)（3）

COP=/×100%（4）

式中t为显热回收效率，%；1为新风入口温度，℃；2为新风出口温度，℃；3为旧风入口温度，℃；s为送风风量，m3/h；min为送风风量与排风风量两者中较小的值，m3/h。为热回收系统的能量回收负荷，kW；为新风质量流量，kg/s；p为空气比热容，取值1.005 kJ/(kg·℃)。COP为能效比，%；为热回收系统的单位耗能，kW。

试验数据分析采用Excel进行均值分析，采用SPSS进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 试验一结果与分析

2.1.1 试验一通风量及出风口风速分布

根据公式（1）求得舍内总通风量需求为1 680 m3/h。试验一试验舍通风量及小孔出风口风速见表1，根据风管小孔风速与开孔面积的乘积求得设备送风量，单排小孔直径8 mm，双排小孔直径分别为8和11 mm，最终求得试验舍热回收通风系统送风量为376.03 m3/h。风量不足的主要原因是由纤维风管的特殊结构造成的，纤维风管质地柔软，相比于常见的硬质管材，纤维风管受外界条件的影响更大。硬质风管送风时，在沿风管方向上，空气需要克服风管阻力，全压降低，但压力变化较低[24]。而当软制风管外壁所受压力大于内壁所受压力时，风管就会发生形变，造成风管的横截面积减小，空气经过纤维风管时的风阻就会更大，造成管内风压不足，这也就意味着需要更大的风压来驱动空气前进。

且该试验设备回风风机距热回收腔体的距离较短，回风风机通过正压送风直接将回风以90°夹角吹向腔体内的新风管，因此新风管的外壁会受到直接来自回风风机的巨大压力；而另一方面经过新风风机吹入腔体内新风管的空气，经过30 m长的新风管后，受到了新风管内阻力影响，到达新风管末端时的风压大大降低，不能与回风风压相匹配，管壁外压力远大于内部压力，挤压管壁变形，风量随之减少。这样的条件会造成新风风机效率较低，试验一时只能达到20%左右。

表1 试验一期热回收通风设备送风量及风速

注：同列不同大写字母表示数据差异显著（<0.05），同行相同指标不同小写字母表示数据差异显著（<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.

试验一中试验舍热回收通风设备纤维风管小孔出风口风速见表1。从腔体至末端方向小孔出风口风速逐渐降低且差异显著（<0.05），末端同一位置双排开口小孔风速差异不显著（>0.05），说明由于材料阻力以及气流间的阻碍作用使出风口气流流速发生改变。2个风管前中端出风口风速存在显著差异（<0.05），末端差异不显著（>0.05），说明由于实际生产条件的差异造成出风口风速不同，但随着风速的减缓末端风速近似相同。试验结果表明设备通风量只能达到风机额定风量的20%左右，产生了很大的风机负荷，不仅经济效益低下，并且风机容易损坏，因此对设备风机压力进行重新匹配后进行了试验二。

2.1.2 试验一各风口温度及热回收效率

试验一试验舍热回收通风系统的出入口温度以及热回收效率见表2。根据公式（2）计算可得A、B两管8:00、16:00、22:00的热回收效率分别为95.04%、88.15%、95.02%和93.60%、88.22%、94.16%，两管平均效率分别为92.74%、91.99%。该热回收效率由于存在舍内热环境直接对设备加热问题，热回收效率不真实，需要进一步试验验证真实效率。

表2 试验一热回收通风系统各开口温度及热回收效率

2.1.3 舍内温湿度结果分析

试验舍和对照舍温度情况见图3。

图3 试验舍、对照舍及舍外平均温度变化

试验期间舍外日平均温度为−5.13 ℃，平均日最高温度为18:00的2.44 ℃，日平均最低温度为10:00的−9.18 ℃；试验舍日平均温度为9.49 ℃，平均日最高温度为8:00的11.22 ℃，日平均最低温度为19:00的6.20 ℃；对照舍日平均温度为5.38 ℃，平均日最高温度为1:00的6.68 ℃，日平均最低温度为19:00的3.92 ℃。一天中试验舍与对照舍最大温差为5.03 ℃，试验舍与舍外最大温差为20.13 ℃。试验舍日平均气温显著高于对照舍4.11 ℃（<0.05）。说明在该系统的通风条件下，可以保证舍内环境温度的升高，同时由于温度的升高以及相对较小的通风量造成舍内相对湿度增加。

2.1.4 栏位温湿度分析

栏位上方温湿度情况见表3。舍内处温度及相对湿度在各个时刻试验舍均显著高于对照舍（<0.05）。舍内栏位温度均值试验舍(7.24±0.94)℃显著高于对照舍(3.82±1.36)℃（<0.05），相对湿度试验舍(73.86±5.95)%显著高于对照舍(65.27±9.05)%（<0.05）。虽然试验舍相对湿度较高，但仍属于较舒适区，说明牛只活动区域温湿度环境较好。

2.1.5 有害气体浓度分析

试验一期间试验舍、对照舍与舍外每个时刻CO2和NH3浓度值见表4。试验舍与对照舍在不同的时刻CO2和NH3浓度均存在显著性差异（<0.05），日均CO2浓度试验组（1 347.41±95.38）mg/m3显著高于对照组（994.18±47.18）mg/m3（<0.05），日均NH3浓度试验组（1.41±0.11）mg/m3显著高于对照组（0.55±0.08）mg/m3（<0.05）。试验组与对照组NH3浓度均没有超过牛舍有害气体限量标准[29]。造成试验舍有害气体浓度较高的主要原因为试验舍的通风量不足，无法满足既定的需求通风量。

表3 试验舍、对照舍栏位处及舍外温湿度

表4 试验一试验舍及对照舍CO2和NH3浓度

2.2 试验二结果与分析

2.2.1 试验二通风量及通风效果分析

试验二中热回收通风系统腔体长度为25 m，腔体外包裹保温层。其送风量为705.37 m3/h，回风量为959.94 m3/h；新风入口温度为8.72℃，新风出口温度为30.33℃，旧风入口温度为37.09℃，旧风出口温度为21.98℃，热回收效率为76.17%。试验通过风机匹配增加了新风风机的风压，使经过新风风机的空气到达热回收腔体内部新风管末端时仍然能够保持较大的压力，与回风风机对于新风管末端外侧的压力相匹配，新风管末端不会因为回风风机巨大的压力而产生形变影响送风量，使通风系统送风量符合通风需求，基本能够满足该牛舍冬季的基本通风需要。

2.2.2 设备热回收热回收负荷及能效比

试验二中，热回收设备新风风机的功率为1.1 kW，旧风风机功率为0.7 kW，设备总功率为1.8 kW，新风热回收负荷为5.6 kW，能效比为3.1高于最低标准2.5[30-31]，说明该设备有较高的节能性。

2.3 试验三结果与分析

2.3.1 设备通风量结果分析

试验三试验舍通风量及小孔出风口风速见表6。设备A与设备B送风量分别为578.35和519.48 m3/h，回风量分别为674.98和721.04 m3/h。送风风机的风机效率达到52%～58%，回风风机的风机效率达到67%～72%，均属于合理的风机效率范围。设备A与设备B小孔出口平均风速均为2.45 m/s。沿风管方向风速上下波动，由2.76 m/s逐渐降低到2.34 m/s，整体呈下降趋势。说明该系统基本可以做到对舍内均匀送风，降低了送风不均对犊牛产生的不良影响。

2.3.2 有害气体浓度分析

试验三试验舍、对照舍与舍外22:00时刻CO2和NH3浓度值见表7。在试验期间夜间CO2和NH3浓度均存在显著性差异（<0.05），日均CO2浓度试验组（1 638.05±201.74）mg/m3显著低于对照组（1 811.2±251.42）mg/m3（<0.05），日均NH3浓度试验组（1.26±0.46）mg/m3显著低于对照组（1.89±0.53）mg/m3（<0.05）。说明改造后的热回收通风系统可以，通风量增加，试验舍内的有害气体浓度较对照舍降低，可以保障舍内环境空气良好。

表5 试验三期热回收通风设备送风量及风速

表6 试验三试验舍及对照舍CO2和NH3浓度

3 讨 论

3.1 系统通风量及风速分析

改进后A管与B管送风量分别为578.35和519.48 m3/h，回风量分别为674.98和721.04 m3/h。2套设备均高于热回收系统新风量与旧风量比例高于75%的高效运行标准[32]。送风管小孔出风口的平均风速达2.45 m/s，沿风管轴线方向风速上下波动，逐渐降低。张勤等[27]同样对软质风管研究表明，沿着布风管轴向方向前10 m风速较大，并逐渐下降；10～62 m，风速小范围波动，并趋于稳定，与本试验结果相同。刘春花等[33]研究表明，硬质风管出风口风速随风管轴线方向逐渐均匀降低，不存在风速波动。说明硬质风管形状固定，而纤维风管质地柔软，易发生形变，进而改变管内压力分布；并且纤维风管形状的不规则，增加了管内微小拐角的数量，从而在通风时形成小涡流，影响气流流动，造成风速波动。栏位处风速接近无风可以忽略，因此在保障通风量的情况下又能最大限度的提高肉牛舒适性。并且由于栏位处接近无风状态，综合温湿度与风速的影响发现，几乎为零，风冷影响基本可以忽略不计。Andreopoulou等[34]研究表明，纤维风管送风系统大约比传统送风系统的风速舒适区多23%，同样能过有效提升环境的舒适度。

3.2 系统热回收效率分析

热回收通风系统的热回收效率与腔体内新风管材料、管壁厚度以及管内通风量有关。现阶段常见的换热器热回收效率一般为50%～80%[35]。而该试验所用纤维布袋式换热器实际的热回收效率为76.17%，具有很好的换热性能。设备的能效比为3.1，能够节省大量能源，具有较高的经济节能效益。其热回收效率要高于常见的换热器热回收效率，其主要原因为热回收腔体的长度较长，30 m的热回收腔体可以使其中新风管内的冷空气受到回风热量的交换，充分的回收室内温热废气的热量，从而达到较高的换热效率。

相比于常见的换热器的热回收腔体，该热回收系统将热回收腔体设置在舍内，不存在保温的困扰，因此为了节约生产成本取消了保温层。生产中舍内的热量可以直接通过腔体表面传递到旧风管内并进一步传递到新风管内，致使新风管内空气迅速升温，保障了热回收效率以及新风出口温度。使用纤维材料作为热交换腔体，轻便美观、成本低廉、易于运输安装并且能够达到良好的换热通风效果，因此纤维材料作为以生产为主要目的的热回收器有着广阔的市场。

3.3 环境指标分析

经过研究并改进通风问题后，有害气体浓度试验舍低于对照舍，试验舍平均CO2浓度1 638.05 mg/m3显著低于对照舍的1 811.2 mg/m3，试验舍的NH3浓度1.26 mg/m3显著低于对照舍的1.89 mg/m3。CO2与NH3含量均满足犊牛健康生长得的浓度标准，说明热回收通风系统可以满足犊牛舍的通风需求。由于该场犊牛饲养密度较低，管理模式科学有效，所以试验舍与对照舍的环境指标均属于正常水平，但试验舍的环境条件显著优于对照舍，这在其他饲养管理稍落后的牛舍则会产生更加明显的效果，在生产上具有良好的实用价值。

4 结 论

1）两套系统通风量共1 097.83 m3/h，送风管小孔风速2.34和2.76 m/s，满足舍内通风量的同时保证均匀送风。

2）热回收通风系统的实际热回收效率为76.17%，能效比达3.1，具有较高的节能效果。

3）热回收通风系统有效改善犊牛舍的环境状况。犊牛舍温度提高4.11 ℃，犊牛栏位温度适宜；舍内CO2和NH3浓度降低。

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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

陈昭辉，徐一洺，陈泽鹏，等. 热回收通风系统在犊牛舍的应用效果分析[J]. 农业工程学报，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

国家重点研发计划项目（2018YFD0501801）；国家肉牛牦牛产业技术体系（CARS-37）

陈昭辉，副教授，主要从事畜禽环境工程、环境对家畜生殖发育的影响方面的研究。Email：chenzhaohui@cau.edu.cn

刘继军，教授，研究方向为畜牧环境工程。Email：liujijun@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.026

S817.3

A

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