CN115443909A

CN115443909A - 牛场降温装置及其使用方法

Info

Publication number: CN115443909A
Application number: CN202211078889.6A
Authority: CN
Inventors: 陈昭辉; 吴竞; 贺腾飞; 安捷; 王风军; 高荣华; 曹子薇; 龙沈飞; 张校军
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2042-09-05
Also published as: CN115443909B

Abstract

一种牛场降温装置，主要包括牛床垫(1)，供牛只躺卧休息；牛卧床(2)，安装在牛床垫(1)上，将牛床垫(1)分隔成多个牛卧位(2‑5)；固定杆(3)，固定安装在牛卧床(2)上，将多个牛卧床(2)固定在一起；和送风装置(4)，安装在牛卧位(2‑5)上方，对牛只正压送风降温，其特征在于：所述送风装置(4)主要包括通风主管(4‑1)，所述通风主管(4‑1)的左侧设有用于进风的通风口(4‑4)，所述通风主管(4‑1)右侧设有封闭的通风末端(4‑3)，所述通风口(4‑4)的管径大于通风末端(4‑3)的管径。本发明的有益效果为通风主管(4‑1)采用变径送风方式，既要保证送风风速的均匀性，又确保每头牛通风量基本一致。

Description

牛场降温装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及畜牧环境控制领域，具体为一种牛场降温装置，还具体为一种牛场降温装置使用方法。

背景技术

传统的牛场降温采用负压吸风装置，对牛舍进行通风换气，同时也进行降温，但负压吸风对牛舍的建造要求较高，需要将牛舍进行建成封闭型结构，造价较高，另一方面，大多数情况下，牛只在室外活动，需要半敞开式的休息场所，所以，不少地方将牛舍建成开放式结构，但这为牛只降温提出了新的问题，如何对开放式牛只提供定向降温。

国内在牛场通风进行了不少研究，有些公司或研究机构申请了相关专利，例如：公告号为CN208540557U，公开了一种夏南牛养牛场用通风降温装置，其特征在于：包括水帘(1)和通水管(8)，所述水帘(1)位于养牛场内的墙一(2)上，所述墙一(2)的外侧设有墙二(14)，所述墙二(14)上设有过滤网(12)，所述水帘(1)上方设有进水管(6)，所述进水管(6)上设有喷头(7)，所述水帘(1)下方设有接水槽(4)，所述接水槽(4)的底部设有与接水槽(4)相通的排水管(5)，所述墙二(14)相邻两侧的侧墙上设有用于横向透风的通风扇一(11)，所述通水管(8)位于养牛场内，所述通水管(8)上设有雾化喷头(9)。该专利利用水帘可以很好降低室外空气的温度，起到降低室内温度的作用，使室内更加凉爽。该专利采用的是负压通风将外界空气吸入到室内，通过水帘进行降温。

还有公开号为CN114931098A公开了一种牛舍管道通风系统。该系统包括通风纤维风管、冷风机、主排风装置、次排风装置和调节装置；通风纤维风管设置在牛床的上方，且通风纤维风管的进风口与冷风机的出风口连通，通风纤维风管的出风口与牛舍的内部连通；主排风装置设置在牛舍的顶部，并在通风纤维风管的上方；次排风装置位于相邻的两排通风纤维风管中间，次排风装置的风口与牛舍的外部连通，且次排风装置的内壁装有甲烷吸附材料；调节装置分别与主排风装置以及次排风装置连接；调节装置用于控制主排风装置以及次排风装置的风机转速。本发明能够保证良好通风换气条件的同时，实现高效移除牛舍内甲烷。该专利将制冷后的风送到牛只休息的地方，主要将牛场产生的废气进行排除，而其牛舍为封闭型结构。

上面所提到的现有技术，均为在封闭环境下对牛舍中的牛只进行降温，所使用的牛舍造价高，运行维护成本高，没考虑到如果提高送风降温效率。

发明内容

本申请的目的在于提供一种牛场降温装置，以解决牛舍牛只降温的过程中正压送风过程中风量均匀，以及节约能耗的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种牛场降温装置，主要包括牛床垫1，供牛只躺卧休息；

牛卧床2，安装在牛床垫1上，将牛床垫1分隔成多个牛卧位2-5；

固定杆3，固定安装在牛卧床2上，将多个牛卧床2固定在一起；和

送风装置4，安装在牛卧位2-5上方，对牛只正压送风降温，其特征在于：所述送风装置4主要包括通风主管4-1，所述通风主管4-1的左侧设有用于进风的通风口4-4，所述通风主管4-1右侧设有封闭的通风末端4-3，所述通风口4-4的管径大于通风末端4-3的管径，所述通风主管4-1的下端均布有多对送风支管4-2，所述送风支管4-2的对数和位置与牛卧位2-5的对数和位置相配合对应，所述送风支管4-2位于牛卧位2-5的中间部，送风支管4-2与地面的垂直面成α角，α的取值范围为15°≤α≤60°。

进一步，所述送风支管4-2主要包括连接在通风主管4-1上的连接管4-2-1，所述连接管4-2-1为刚性管，所述连接管4-2-1的下端连接有用于控制连接管4-2-1开闭的通风电磁阀4-2-2，所述通风电磁阀4-2-2上设有用于判断其下方是否有牛只的红外发送接收装置4-2-3，所述通风电磁阀4-2-2下端设有直接吹向牛只的出风袖口4-2-4，所述出风袖口4-2-4由柔性材料制成。

进一步，所述连接管4-2-1由塑料或金属制成，所述出风袖口4-2-4由帆布制成，所述通风电磁阀4-2-2可按频率控制风袖口4-2-4是否通风，使风袖口4-2-4形成来回摆动状态。

进一步，所述牛床垫1主要包括固定墩1-1和床垫1-2，所述床垫1-2以固定墩1-1为中心，分布在固定墩1-1的左右两侧，所述床垫1-2有一定斜坡，所述床垫1-2与水平的角度在1-15°之间。

进一步，所述牛卧床2主要包括立柱2-1和卧片2-2，所述卧片2-2分布在立柱2-1的左右两则，所述立柱2-1和卧片2-2通过上下两对固定板2-3进行固定，所述卧片2-2由一圆管折弯加工而成，所述固定杆3通过U型固定装置2-4固定安装在卧片2-2上，两两立柱2-1之间形成供牛只躺卧的牛卧位2-5。

进一步，所述送风装置4上设置20—40对送风支管4-2，与送风支管4-2对应的也设有20—40对牛卧位2-5，所述通风口4-4的管径为75cm，所述通风末端4-3的管径为70-45cm，所述出风袖口4-2-4的管径为8—16cm。

进一步，所述通风末端4-3的管径为50cm，所述出风袖口4-2-4的管径为12cm。

进一步，还包括主控制器5，用于控制牛舍环境的各装置；

风机6，用于通过通风口4-4向通风主管4-1内送风，所述主控制器5与风机6、红外发送接收装置4-2-3以及通风电磁阀4-2-2双向信号连接，所述红外发送接收装置4-2-3可直接控制通风电磁阀4-2-2的开闭，并能将通风电磁阀4-2-2的状态信号反馈给主控制器5，所述主控制器5能根据通风电磁阀4-2-2处于工作状态的数量，调节控制风机6的送风量。

本发明还包括一种牛场降温装置使用方法，具体步骤为：

步骤一：牛只位于牛卧位2-5时，所述牛卧位2-5上方的红外发送接收装置4-2-3感应到牛只位于其下方,所述红外发送接收装置4-2-3控制通风电磁阀4-2-2处于送风设状态，对牛只进行降温；

步骤二：当牛只长时间(t)处于牛卧位2-5后，所述主控制器5中按一定开闭频率(f)进行控制通风电磁阀4-2-2处于开闭交替状态，将出风袖口4-2-4的送风范围扩大；

步骤三：当牛只离开牛卧位2-5后，所述红外发送接收装置4-2-3感应到牛只离开，红外发送接收装置4-2-3将通风电磁阀4-2-2关闭，并将通风电磁阀4-2-2处于关闭状态的信号发送到牛舍主控制器5，所述主控制器5根据处于工作状态的通风电磁阀4-2-2的数量控制风机6来调整对通风主管4-1送风强度。

进一步，所述牛只长时间(t)为5—10分钟，所述通风电磁阀4-2-2的开闭频度(f)为20—60次/分钟。

其有益效果为：

1、可以在开放式牛舍中使用，牛舍建筑和环境控制成本低；

2、通风主管4-1采用变径送风方式，既要保证送风风速的均匀性，又确保每头牛通风量基本一致；

3、通风电磁阀4-2-2按开闭频率送风，结合柔性材料制成的出风袖口4-2-4，既扩大送风范围，又可以减少蚊蝇对牛只的叮咬，为牛只提供舒适的休息环境；

4、主控制器5和风机6对通风电磁阀4-2-2的开闭状态做出相应调整送风量，可节约能量，减少能耗。

附图说明

图1是牛场降温装置的结构示意图

图2是图1中的A向示意图

图3是图1的立体结构示意图

图4是牛床垫1的结构示意图

图5是牛卧床2的结构示意图

图6是图5的爆炸图

图7是送风装置4的结构示意图

图8是图7的B向示意图

图9是通风电磁阀4-2-2按频率开闭时的出风袖口4-2-4的状态图

图10是图7的仰视图

图11是图9中C处的放大图

图12是出风袖口4-2-4管径为8cm的CFD模拟图

图13是出风袖口4-2-4管径为12cm的CFD模拟图

图14是出风袖口4-2-4管径为16cm的CFD模拟图

图15是牛场降温装置的信号控制关系图

牛床垫1；牛卧床2；固定杆3；送风装置4；主控制器5；风机6；固定墩1-1；床垫1-2；立柱2-1；卧片2-2；固定板2-3；U型固定装置2-4；牛卧位2-5；通风主管4-1；送风支管4-2；通风末端4-3；通风口4-4；连接管4-2-1；通风电磁阀4-2-2；红外发送接收装置4-2-3；出风袖口4-2-4。

具体实施方式

实施例一：

如图1-3所示，一种牛场降温装置，主要包括牛床垫1、牛卧床2、固定杆3和送风装置4，在牛床垫1的上面安装有多个牛卧床2，多个牛卧床2通过固定杆3进行固定，在牛卧床2的上方设有送风装置4，通过送风装置4对处于牛卧床2内的牛只进行送风，以达到降温防暑的效果。

如图4所示，牛床垫1主要包括固定墩1-1和床垫1-2，其中床垫1-2以固定墩1-1为中心，分布在固定墩1-1的左右两侧，床垫1-2有一定斜坡，其与水平的角度在1-15°之间。

如图5和6所示，牛卧床2主要包括立柱2-1和卧片2-2，其中卧片2-2分布在立柱2-1的左右两则，立柱2-1和卧片2-2通过上下两对固定板2-3进行固定。卧片2-2由一圆管折弯加工而成。为了加强同侧卧片2-2之间的稳固，通过U型固定装置2-4将固定杆3固定在卧片2-2上。两两立柱2-1之间形成供牛只躺卧的牛卧位2-5。

如图7所示，送风装置4主要包括通风主管4-1，在通风主管4-1的左侧设有用于进风的通风口4-4，在右侧设有封闭的通风末端4-3，其中通风口4-4与通风末端4-3的管径不同，通风口4-4的管径大于通风末端4-3的管径。在牛舍中使用定点送风降温系统时，既要保证送风风速的均匀性，又要确保每头牛通风量基本一致。通过对通风主管4-1进行变径解决了送风不均匀的问题。在规模化牛场设计规划时，牛舍内栏位会采用单列、双列形式布置，每列栏位一般为20—40个。因此，在设计风管管径时，根据35个栏位的通风需求设置送风管道直径为75cm，在设计风管长度时，设置了20个出风口。牛舍卧床宽度一般为1.3m，每两个袖口之间的间距设置为1.3m。通过对不同变径尺寸的通风主管4-1，结合CFD模拟研究,当出风口数量为20个，以通风口4-4和通风末端4-3的尺寸变化进行比较，具体如表1下：

对比组

一

二

三

四

五

六

七

通风口4-4管径

75cm

通风末端4-3管径

75cm

70cm

65cm

60cm

55cm

50cm

45cm

表1对比通风主管4-1管径变化

通过研究比较，变径尺寸为75—50cm的风管送风均匀性最好。

如图8所示，在通风主管4-1的下端均布有多对送风支管4-2，如图3所示，送风支管4-2的对数和位置与牛卧床2形成的牛卧位相对应。每个送风支管4-2位于牛卧床2所形成的牛卧位2-5中间部。每个送风支管4-2与地面的垂直面成α角，α的值为：15°≤α≤60°,α的值过小则会发生两送风支管4-2的出风袖口4-2-4相互碰撞干扰，如果太大，则风不能送到牛只身上合适的位置。送风支管4-2主要包括连接在通风主管4-1上的连接管4-2-1，其中连接管4-2-1为刚性管，材料可以为塑料或金属。在连接管4-2-1的下端连接有用于控制连接管4-2-1开闭的通风电磁阀4-2-2，通风电磁阀4-2-2上设有红外发送接收装置4-2-3，通过红外发送接收装置4-2-3判断其下方是否有牛只，从而控制通风电磁阀4-2-2是否处于打开或关闭状态。因而通风电磁阀4-2-2一方面受牛舍主控制器5控制，另一方面受红外发送接收装置4-2-3控制。其中红外发送接收装置4-2-3是否处于工作状态由牛舍主控制器5决定。如图15所示，通过红外发送接收装置4-2-3感应牛是否处于出风袖口4-2-4下方卧床，牛在卧床时，红外发送接收装置4-2-3打开，进行通风，牛离开卧床后，红外发送接收装置4-2-3感应到牛只离开，进而控制通风电磁阀4-2-2关闭，将通风电磁阀4-2-2处于关闭状态的信号发送到牛舍主控制器5，牛舍总控制器控制风机6调整对通风主管4-1送风强度，因而可根据在卧床上的牛只的多少确定风量大小，实现按需供风和能量节约。

在通风电磁阀4-2-2的下方设有柔性材料制成的出风袖口4-2-4，由于位于近地端，柔性材料不易因与其他物品，例如：送料车、清洁工具，碰撞而发生损坏，另一方面，可以通过将通风电磁阀4-2-2设置成按一定频率开闭的开关，如图9所示，由于通风电磁阀4-2-2的开闭造成出风袖口4-2-4一会处于伸状态(图中实线部分)，一会处于掉落状态(图中虚线部分)，可以扩大出风袖口4-2-4的送风范围。

由于风速是影响牛舒适度的一个重要因素，Beata等在1987年提出了等价温度指数(Equivalent Temperature Index，ETI)。ETI是根据对牛舍中牛影响最大的三种环境因子(温度、湿度和风速)与牛产奶量和散热率之间的关系，是用气温、气湿和风速结合来评定不同状态的牛热应激程度的一个指标，该指标以气温20℃、相对湿度40％和风速0.5m/s作基础舒适环境。ETI的适用范围是温度在16～41℃之间；相对湿度在40％～90％之间；空气流动速度在0.5～6.5m/s之间。一般认为ETI低于23，牛较为舒适。

ETI的计算模型如下：

ETI＝27.88-0.465t+0.010754t²-0.4905h+0.00088h²+1.1507v-0.126447v²+0.019876t×h-0.04631t×v

其中，t、h和v分别为气温(℃)、相对湿度(％)和风速(m/s)。

如图11-13所示，结合CFD模拟和ETI研究发现出风袖口4-2-4长度设置为10cm、底部距牛只躺卧的床面2m。利用CFD模拟探究正压定点送风降温系统适宜的出风袖口4-2-4的直径。结果发现，相较于8cm、16cm送风口袖口直径，出风袖口4-2-4直径为12cm时，牛周围区域风速、ETI为最优。

当出风袖口4-2-4管径为16cm，温度34℃时，满足ETI＜23临界值，出风风速随温度变化较小，容易造成温度不高时通风量过大的情况，造成能量浪费；当管径为12cm，温度34℃时，满足ETI＜23临界值，风速适中，且送风风速随温度变化较明显，适合作为风管；当出风袖口4-2-4管径为8cm，温度34℃时，满足ETI＜23临界值，出风风速过大，且管径较小造成送风不均匀，通风效果不好。故风管袖口直径设定为12cm，单个栏位最大通风量为285m³/h，最大出风风速为7m/s。

如图15所示，主控制器5为牛舍的控制装置，其与风机6、红外发送接收装置4-2-3以及通风电磁阀4-2-2双向信号连接，同时红外发送接收装置4-2-3可直接控制通风电磁阀4-2-2的开闭，并能将通风电磁阀4-2-2的状态信号反馈给主控制器5。在使用过程中通风电磁阀4-2-2开闭的个数信号发送能主控制器5，主控制器5根据通风电磁阀4-2-2处于工作状态的数量，调节控制风机6的送风量。

实施例二：

根据实施例一形成的牛场降温装置，其在具体使用方法为：当牛只处于牛卧位2-5时，其上方的红外发送接收装置4-2-3感应到牛只位于其下方,红外发送接收装置4-2-3控制通风电磁阀4-2-2处于送风设状态，对牛只进行降温，当牛只长时间(t)处于牛卧位2-5后，通风电磁阀4-2-2根据主控制器5中预设程序，开始按一定开闭频率(f)进行控制其自身开闭，从而将出风袖口4-2-4形成如图9所示的状态，扩大送风范围，一方面可对牛只更大范围降温，另一方面由于牛舍蚊蝇易对长时间静卧的牛只进行叮咬，出风袖口4-2-4的这种振幅抖动状态，可以驱赶蚊蝇，为牛只提供舒适的休息环境。

上述提到的牛只长时间(t)为5—10分钟，通风电磁阀4-2-2的开闭频度(f)为20—60次/分钟。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种牛场降温装置，主要包括牛床垫(1)，供牛只躺卧休息；

牛卧床(2)，安装在牛床垫(1)上，将牛床垫(1)分隔成多个牛卧位(2-5)；

固定杆(3)，固定安装在牛卧床(2)上，将多个牛卧床(2)固定在一起；和

送风装置(4)，安装在牛卧位(2-5)上方，对牛只正压送风降温，

其特征在于：所述送风装置(4)主要包括通风主管(4-1)，所述通风主管(4-1)的左侧设有用于进风的通风口(4-4)，所述通风主管(4-1)右侧设有封闭的通风末端(4-3)，所述通风口(4-4)的管径大于通风末端(4-3)的管径，所述通风主管(4-1)的下端均布有多对送风支管(4-2)，所述送风支管(4-2)的对数和位置与牛卧位(2-5)的对数和位置相配合对应，所述送风支管(4-2)位于牛卧位(2-5)的中间部，送风支管(4-2)与地面的垂直面成α角，α的取值范围为15°≤α≤60°。

2.根据权利要求1所述的一种牛场降温装置，其特征在于，所述送风支管(4-2)主要包括连接在通风主管(4-1)上的连接管(4-2-1)，所述连接管(4-2-1)为刚性管，所述连接管(4-2-1)的下端连接有用于控制连接管(4-2-1)开闭的通风电磁阀(4-2-2)，所述通风电磁阀(4-2-2)上设有用于判断其下方是否有牛只的红外发送接收装置(4-2-3)，所述通风电磁阀(4-2-2)下端设有直接吹向牛只的出风袖口(4-2-4)，所述出风袖口(4-2-4)由柔性材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种牛场降温装置，其特征在于，所述连接管(4-2-1)由塑料或金属制成，所述出风袖口(4-2-4)由帆布制成，所述通风电磁阀(4-2-2)可按频率控制风袖口(4-2-4)是否通风，使风袖口(4-2-4)形成来回摆动状态。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种牛场降温装置，其特征在于，所述牛床垫(1)主要包括固定墩(1-1)和床垫(1-2)，所述床垫(1-2)以固定墩(1-1)为中心，分布在固定墩(1-1)的左右两侧，所述床垫(1-2)有一定斜坡，所述床垫(1-2)与水平的角度在1-15°之间。

5.根据权利要求4所述的一种牛场降温装置，其特征在于，所述牛卧床(2)主要包括立柱(2-1)和卧片(2-2)，所述卧片(2-2)分布在立柱(2-1)的左右两则，所述立柱(2-1)和卧片(2-2)通过上下两对固定板(2-3)进行固定，所述卧片(2-2)由一圆管折弯加工而成，所述固定杆(3)通过U型固定装置(2-4)固定安装在卧片(2-2)上，两两立柱(2-1)之间形成供牛只躺卧的牛卧位(2-5)。

6.根据权利要求5所述的一种牛场降温装置，其特征在于，所述送风装置(4)上设置20—40对送风支管(4-2)，与送风支管(4-2)对应的也设有20—40对牛卧位(2-5)，所述通风口(4-4)的管径为75cm，所述通风末端(4-3)的管径为70-45cm，所述出风袖口(4-2-4)的管径为8—16cm。

7.根据权利要求6所述的一种牛场降温装置，其特征在于，所述通风末端(4-3)的管径为50cm，所述出风袖口(4-2-4)的管径为12cm。

8.根据权利要求7所述的一种牛场降温装置，其特征在于，还包括主控制器(5)，用于控制牛舍环境的各装置；和

风机(6)，用于通过通风口(4-4)向通风主管(4-1)内送风，所述主控制器(5)与风机(6)、红外发送接收装置(4-2-3)以及通风电磁阀(4-2-2)双向信号连接，所述红外发送接收装置(4-2-3)可直接控制通风电磁阀(4-2-2)的开闭，并能将通风电磁阀(4-2-2)的状态信号反馈给主控制器(5)，所述主控制器(5)能根据通风电磁阀(4-2-2)处于工作状态的数量，调节控制风机(6)的送风量。

9.一种根据权利要求8所述的一种牛场降温装置使用方法，具体步骤为：

步骤一：牛只位于牛卧位(2-5)时，所述牛卧位(2-5)上方的红外发送接收装置(4-2-3)感应到牛只位于其下方,所述红外发送接收装置(4-2-3)控制通风电磁阀(4-2-2)处于送风设状态，对牛只进行降温；

步骤二：当牛只长时间(t)处于牛卧位(2-5)后，所述主控制器(5)中按一定开闭频率(f)进行控制通风电磁阀(4-2-2)处于开闭交替状态，将出风袖口(4-2-4)的送风范围扩大；

步骤三：当牛只离开牛卧位(2-5)后，所述红外发送接收装置(4-2-3)感应到牛只离开，红外发送接收装置(4-2-3)将通风电磁阀(4-2-2)关闭，并将通风电磁阀(4-2-2)处于关闭状态的信号发送到牛舍主控制器(5)，所述主控制器(5)根据处于工作状态的通风电磁阀(4-2-2)的数量控制风机(6)来调整对通风主管(4-1)送风强度。

10.根据权利要求9所述的一种牛场降温装置使用方法，其特征在于，所述牛只长时间(t)为5—10分钟，所述通风电磁阀(4-2-2)的开闭频度(f)为20—60次/分钟。