消層風扇的研究

總結

Hydor實驗室要求Farm Energy研究使用消層風扇對肉雞舍內能量消耗和溫度分佈的作用效果。試驗在一家最近安裝了消層裝置的家禽場進行。

試驗對一個可容納50000只雞、安裝了5個平均分佈的消層風扇的雞舍進行了監控。此雞舍安裝了22個脊扇通風以及8個直接打火的LPG加熱器加熱，每個加熱器功率為65.9KW。消層風扇每隔一天開或關，記錄測量的溫度，推算能量用量。農場能量工程師分析了垂直和水平組列上14個溫度記錄儀的資料，並將之與建築內的記錄系統進行比較。

當消層風扇運轉時，發現在雞隻高度上溫度分佈水平改善以及在雞舍縱剖面上溫度分佈垂直改善。當風扇運轉時加熱器運轉時間以及因此燃氣消耗都減少。下列表總結了這些結果：

前言

Hydor實驗室要求Farm Energy研究使用消層風扇對肉雞舍內能量消耗和溫度分佈的作用效果。該試驗是在midlands 的一家家禽場進行，該農場最近安裝了消層風扇。

對下列指標進行測量：

1. Hydor風扇、排風扇和加熱風扇的電力消耗。
2. 雞舍內形成水平和垂直陣列的14個點的溫度。
3. 環境溫度。
4. 加熱小時數。

使用雞舍內土壤學控制電腦對所有資料進行核實。

消層風扇運轉對下列指標的影響進行了研究：

• 垂直面上的溫度分佈
• 水平面上的溫度分佈
• 燃氣用量
• 電力用量
• 能量消耗總量

此外，在雞隻進入雞舍前進行試驗以確定風扇最佳運轉速度。

測量

溫度記錄儀

在第1區域安裝了14個溫度記錄儀，分成兩組，每組7個，間距10米。見圖2。

雞舍內的加熱和通風通過土壤學控制系統進行控制，該系統還記錄了內外條件資料。

每隔45記錄溫度，為期一個月。Hydor風扇每天8點交替開關以收集消層風扇開關條件下的溫度資料。

試驗從第一天（01/12/2010）開始，在第31天結束（31/12/2010）。雞隻在12月4日（第4天）1日齡時進欄，在試驗後繼續生長。

確定最佳的風扇速度

在試驗開始之前，需要測定消層風扇最合適的速度。測定標準為：

• 考慮節省能量即雞舍頂部和雞隻水平之間最小的溫度差異的最佳的垂直溫度分佈。
• 雞隻高度上不會帶來環境問題的可接受的最高的空氣湍流。

測試的風扇速度範圍，從30Hz 到45Hz。

結果

確定最好的風扇速度

40Hz 的風扇速度（80%）在地板干擾和溫度分佈之間產生最佳的折中效果。

垂直溫度分佈

下圖顯示當風扇關或開時在雞舍三個不同高度上溫度的作用效果。使用的資料是試驗期間典型天數的代表。

圖片顯示當風扇運轉時雞舍頂部和底部的溫度差異降低。

平均溫度差異為：

• 風扇運轉時： 5.5°C
• 風扇未運轉時：7°C.

水平溫度分佈

此外，雖然沒有一開始就在試驗目標中列出，試驗還對Hydor 風扇對水平分佈的影響進行了分析。雞隻水平上雞舍左手側、中間和右側溫度列出如下。

關於垂直溫度分佈，當風扇運轉時水平溫度分佈的差異¹。

¹ 溫度對家禽生長速率影響的細節見附錄，用於參考。

下圖表示此階段內的溫度差異（雞舍最高和最低溫度差異）。「紅線」表示消層風扇關著時的階段，「藍線」表示風扇開著。

圖片表示：

• 在試驗早期，當風扇開著時溫度差異降低。
• 在向試驗結束時的溫度差異加大（大約12月21日）。這可能是由於雞舍通風率增加至消層風量沒有實際意義的水平。不同雞隻日齡常見的最低排風模式顯示與溫度資料變化一致（綠線）。

較好的溫度混合以及雞舍地板和屋脊之間的溫差下降有助於雞隻高度水平上溫度對加熱器操作做出更快的反應。因此，加熱器操作迴圈在風扇開著時更快。但是，快速的溫度升高有助於縮短加熱器的整個運轉時間從而節省了能量。

在既定的雞隻高度水平上的溫度下，平均雞舍溫度通常在消層風扇開著時較低，所以雞舍通過結構和漏氣的熱損失較少。

推薦： 因為溫度分佈改善的好處在大約20天后因排風制度而消失，因此風扇可能從該點開始關閉。在夏天雞隻高度水平上較高的風速有助於冷卻因此可考慮延長使用。

燃氣使用

測量加熱器運轉時間，並將之與氣候電腦顯示的時間進行比較。發現這兩個監控系統之間存在良好的相關性（圖8）。

雞舍內燃氣消耗通過加熱器運轉時間乘以加熱器功率計算出。記錄系統和雞舍控制電腦顯示的運轉時間用來獲取平均加熱器運轉時間。

「日度差」，數值（測量需要加熱多少才能維持相對於外部溫度的雞舍溫度）通過測量內外溫度之差計算出。

這是用來取準加熱能量小時數。整個階段實際和取準的加熱小時數加上節省的能量已經計算出來且列出如下。注意，為了此分析，數值已經調整至類似消層風扇持續操作/沒有操作而不是隔天操作。

一般，有消層風扇使用時加熱操作時間較少。在12月9日、16日和23日出現異常主要是由於資料收集期間資料丟失。在24-25日，風葉因為凍住不能動，這可解釋不一致之處。

電力用量

Hydor 風扇的電力用量平均為14.84 kWh /天。

能量使用Energy Use

Hydor 風扇的成本為£2,420 /雞舍，去除安裝費用。

根據允許不定溫度資料的總時間，Hydor風扇執行的天數以及不執行的天數，我們能夠計算出風扇運轉中節省的燃氣量。這被每天風扇運轉常用成本抵消。以此為基礎素計算節省的成本。

為了計算：燃氣價格= 45p/L（LPG），電費=10p/kWh。

在試驗階段，如果在整個階段風扇一直開著而不是每隔一天將多節省£1,100。可預測，實際節省大約是此數的一半。由於試驗只是在冬季進行，因此很難描述一年的預計，所以一般燃氣用量會更多。且，試驗沒有持續到雞的生長週期結束，設定溫度降低時。然而，關於淨百分比，為什麼加熱燃料節省15%在全年不可能持續與技術無關。

很明顯看到使用消層風扇一直到同分制度開始對其產生不應影響時可節省很大一部分成本。

為了找到更多的全年節省成本的方法，推薦在夏天進行類似的研究。還建議在雞隻的整個生長階段進行進一步研究。從本試驗以及一個夏天試驗獲得的資料，可以繪製一年的模式並更精確的計算節省的總成本。

結論

Hydor消層風扇優勢是：

• 試驗發現當風扇開著時溫度在水平和垂直方向上分佈更均勻。可認為假設雞隻對更精確的控制溫度環境會作出反應，沿著雞舍的溫度分佈的改善會導致生長率和飼料轉化率得到改善。
  
  
• 當雞舍的通風增加至40 m³/h /100只雞時，消層風扇的優勢在節省能量上可以忽略。
  
  
• 在消層風扇運轉時預計加熱器運轉時間為168小時，而沒有消層風扇時為200小時（消層風扇下降了15.5%）。結果是節省了大約2500升的LPG或者在加熱器運轉成本上節省了£1,100。
  
  
• 消層風扇的成本大約為£1.50/天或整個試驗階段為£46.5。

參考文獻

Controlled Environments for Livestock (1990), Farm Electric

Assessing Thermal Comfort of Broiler Chicks (2008), J.L. Purswell, B.D. Lott, W.A. Dozier III, W.B. Roush and S.L. Branton

附錄

溫度對家禽生長速率的影響

注意禽舍內溫度分佈的重要性及其對家禽福利的影響很重要。對於任意特殊牲畜品種，存在一個溫度，動物會將更多用於生長的能量用於維持體溫，例如，為了保暖。這個溫度水平稱為下臨界溫度（LCT）且該水平是動物開始顫抖，增加代謝率，與其他動物擠在一起的臨界。另一個極限是上臨界溫度（UCT），在此溫度下動物會利用更多的能量來降溫，通過出汗、血管擴張等。在LCT和UCT之間是溫度適中區，在此溫度範圍內機體維持需要是最小的，因此動物會將攝取的能量最大化的用於生長。

關於家禽的上下臨界溫度，限值隨著年齡而變化且沒有豬定義更完善。作用於家禽的重要溫度的因素可包括家禽品系、飼養密度和飼料需求。例如1日齡雞雛需要大約32°C的環境溫度，此溫度需要隨著日齡變化最終在36日齡時降至19°C。

因此，禽舍內溫度分佈的作用效果對其產量具有很大的影響。關於雞舍，控制加熱器開和關的恆溫監控器位於沿著左邊大約三分之一處。在該位置當風扇關著時溫度低於禽舍中間部分的溫度，但是高於最左（或右）邊讀數。因此當中央溫度已經高於設定溫度且雞舍兩側溫度低於實際設定溫度時加熱器就要開啟。參考圖11，這表示雞舍左右側的雞隻不是在最佳溫度下生長，且可能會比理想狀態攝取更多的食物。同樣，在最中間的雞隻會比具有最佳飼料轉化率和生長率的雞隻採食較少的食物。隨著因風扇帶來的溫度更均衡的分佈，在整個雞舍飼料採食量、生長速率和飼料轉化率可維持在最佳水平。