ハイブリッド換気Peter Fahrngruber
VP SalesVES Environmental Solutions

換気は正常な成長と生産性に不可欠• 牛は呼吸効率が悪い• 肺機能を一生保つことが必要不可欠• 牛のハウジングは季節に適合できる換気を提供できものでなければならない牛 と 馬 の比較
酸素の消費量 （mL/分）肺の容量 （mL）

牛
124,950
12,400

馬49,403
42,000

違い
250%
30%

1分間当たりの酸素消費量• 454 kgの牛は 1 分間に 125,000 mls の酸素を必要とする• 454 kgの馬は 1 分間に 49,000 mls の酸素を必要とする• 牛は牧草地に立っているだけで1分間当たり 250% 多く酸素を必要とする！
Merck Animal Health成人 1 人 = 100 ワット電球 1 個

泌乳牛 1 頭 = 100 ワット電球 16 個

大きな牛の問題 = 大量の熱を産生乳脂率 4 %、乳蛋白質 3 %の牛乳を 54 kg、または、18 kg 生産する体重680 kgの乳牛が産生する熱量
熱産生量54 kg/日

18 kg/日

BTU/日

152,000

79,000

BTU/頭/時間

6,300

3,300

BTU/時間/牛舎の床面積 （㎡）

850

440

BTU/時間/ホールディングペンの床面積 （㎡）

5,650

2,960

BTU/時間/牛舎内で有効体表面積（㎡）

1,130

592

BTU/時間/ホールディングペンで有効体表面積（㎡）

6,780

3,550

換気の3脚椅子
バランスの取れた換気戦略

空気の交換

周囲温度を下げる牛に効果的な風速
ECV自然換気の課題• 既存の建物による風の影（ウィンドシャドー）が自然換気を妨害する• 周囲の風の方向、強さ、持続時間• 砂/雨/ベッドに降り注ぐ雪• 水の非効率的な使用• 広すぎる / 長すぎる施設• 畜舎内でのより高い密飼い• 高乳量 / より積極的な暑熱対策が必要• 北部の温帯地方の冬季の糞尿管理

牛は私達の管理（設計）に反応する

ハエはいますか？
• サシバエ• ハエは動く空気を回避する• ハエは牛の脚に垂直にとまる• 牛の行動を観察する• ハエを数える。1本の脚に3匹以上いると問題になる• ハエの避難場所を捜す背の高い草、コーン畑など

日本の ECV と 冷却戦略例

パネルファン ECV と細霧のパターン

なぜ強制換気• コントロールされた新鮮な空気の導入と交換• 牛のいるところに風速をつくる（ECV )• コントロールされた湿度の除去• 病原菌やカビの除去• 粒子の除去• コントロールされた有毒ガスの除去
アンモニア
CO2
メタン
硫化水素
アルデヒド

THI 計算式• 温度-(0.55-((0.55XRH)/100))X(温度-58)• ソーラーゲインを考慮しない• 風速を考慮しない

THI & ECV• THI が考慮すべきもの （温度/湿度/ECV）• 現行の乳牛用に承認された THI は ECV を考慮していない• フィードロットでは温度、 %RH、ソーラーゲイン & 風速を考慮する• フィードロットでは風速 0.5m/s で THI 1.1 ↓ の効果• 2.2 -3.1 m/s の ECV は THI を 5.5-7.7 ポイント、特に、 %RH が高い時に落とす可能性がある

断熱は重要ですか？
• 断熱していない金属の屋根は対流によって建物環境の温度を 3.0°C 上げる
Berman, A.J. 2005. Estimates of heat stress relief needs for Holstein cows. J. Animal Sci. 83:13771384

異なる速度と方向の風を当てた時の泌乳牛の反応
40.6m/秒

温度

40.0
39.4

℃

38.9
38.3

ソーカー + ファン

2.54
3.81
4.57
2.54
3.81
4.57

（相対湿度）

温度
ヒートストレスなし
中程度のヒートストレス
重度のヒートストレス
死亡ストレス閾値 呼吸数が 60回/分を超える。
乳量が減少し始める。繁殖成績の低下を検出。直腸温が38.5℃を超える。

中程度のストレス 呼吸数が75回/分を超える。直腸温が39℃を超える。
中程度‐重度のストレス 呼吸数が 85 回/分を超える。直腸温が40℃を超える。

重度のストレス 呼吸数が 120‐140 回/分。
直腸温が41℃を超える。

ヒートストレスの実例
ストレス閾値THI［68-71」
中程度の
ストレス
THI ,72-79]
中程度-重度のストレス
THI［80-89］
重度のストレス
THI［90-99］［温度；相対湿度］

持続時間（hr/日）

ヒートストレス
下での乳量の低下［kg/頭］

空気と熱の交換• 通常、熱伝達のために成牛1頭当たり 500-2000 CFM （14-57 ㎥）に設計。（成牛は1時間当たり約1500 ワット作り出す）• 空気の交換 / Hr (ACH)•通常、冬季には最低 4回/Hr•

季節の変わり目 15-20回/Hr•夏季 40-60+回/Hr

トンネル換気牛舎•

通常、夏の卓越風の方向にインレットを作るように設計されている• 各地域の気象観測所から得られる風配図には月別、年別の卓越風を示している• 目標の風速 － クロスベンチレーションの場合 2.2-2.7m/s• トンネル牛舎の長さが 150m を超えると排気ファンに近づくにつれて空気の質が低下する• 4-8 ローの牛舎幅は普通• 風速は理論的な断面積（通常、バッフルの下）を使って計算された値• この風速はベッドに寝ている牛に有効なネックレールより下の風のスピード（ECV）を意味するものではないトンネル換気牛舎• バッフルは断面積に基づいて風速を上げるのに役立つ• 一般的に、18 m またはそれ以下の間隔で設置• ショートカットが起きる（フィードレーン、除糞通路）• バッフルを超えるとベッド上の風速（ECV） は急速に落ちる• 再循ファンの追加が必要• 空気のスピードと静圧（Sp）はバランスが取れていないといけない伝統的なタイストールバーンの ECV
トンネル換気と再循環ファンの組み合わせ トンネル換気とバッフルの組み合わせトンネル牛舎の空気の流れ

牛舎内が陰圧 - ショートカットショートカットの他の結果

圧力均衡ハイブリッド牛舎の利点• 排気ファンが能力を最大に発揮• 新鮮な空気を連続して牛舎に注入• 冷たい空気を牛舎の温かい空気と混合• ショートカットを大きく減少させる

PPF で牛舎内外の圧力を均衡

圧力均衡ハイブリッドトンネル - 冬

静圧が”０”に近い牛舎はショートカットが大幅に減少

インレット – カーテンと PPF ファン

ポリカーボネートの側壁

ポリカーボネートの側壁

静圧が高い牛舎-空気の流れが逆行

静圧が高い牛舎の壁際ストールの風速

静圧が高い時の解決策 - ECV

出力先変更ファン = ECVCサイクロン• 目標: 牛が生活している高さ 1.8 M 以下に ECV を作る• 目標の 3 m/s ECV をまんべんなく牛の生活スペースに• バッフルの所での ECV はベッドに寝ている牛の所の ECVとは関係ない• 動力バッフルとしての役割• 消費電力当たりの ECV を最大化するハイブリッドトンネル牛舎

ハイブリッドトンネル中央部の ECV72 応用

空気の流れる方向

ハイブリッドトンネル排気ファン

ハイブリッドトンネル ECV72
高圧細霧とソーカーを装備

温度プローブ = 牛の高さ

（℃）
51.7

7.2
2017/2/8 0:00
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM2017/2/9 0:00
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM2017/2/10 0:00
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM2017/2/11 0:00
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM2017/2/12 0:00
4:00 AM8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM2017/2/13 0:00
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM2017/2/14 0:00
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM
12:00 AM
4:00 AM
8:00 AM
12:00 PM
4:00 PM
8:00 PM

乾燥気候でのハイブリッドトンネル
外気 – 牛舎内 – カウゾーンの温度

46.1

46°C

40.6

35.0

35°C

29.4°C

29.4

23.9

18.3

12.8

Temp
Ambient
外気温
牛舎温度
Barn
Temp
カウゾーン温度Cow
Zone

DATE/TIME/PERIOD

ファンと高圧細霧（HPF）を統合• その地域の気象条件に応じて設計• 牛の1日の熱負荷時間帯に冷却するように設計• 換気回数に基づいて設計• 10 ミクロンの水滴• 地域の条件に基づいて複数のステージを組むことも可能• 高圧細霧のみ、または、フィードレーンのソーカーとの組合わせ可能• 横臥時間が長くなる• 水のろ過が必要

高圧細霧による冷却

50%RH

15%RH

30°C

43°C

78

115°F 46°C

88

高圧細霧による冷却 – 温暖気候

75%RH
40%RH

25°C

32°C

74

79

115°F 43°C

88

91 cmバスケットファンと122 cm パネルファン
Imperial Air Velocity <200 =pm Target

Metric Air Velocity < 1.0 m/s Target

Source: Wisconsin DairyLand Initiative出典: ウィスコンシン大学 DairyLand Initiative
直径 91 cm のファンの設置は、最大で 7.3 m 間隔
4.6 m, 0.64 m/秒

カウゾーン の高さ 1.8 m 以下

出典: ウィスコンシン大学 DairyLand Initiative
ファンの設置間隔牛の休息スペースの風速を秒速 2 m維持するガイドラインを使うと、これまでのファンの直径の10倍の間隔という推奨値は明らかに間違っています。なぜな
ら、冷却効果のある秒速 1 m以上という風速 は一般的な直径 91 cmのファンで4.6～6.1 m の地点で既に無くなっているからです。私たちが観察してきたヒートストレスと牛の行動はその結論を支持しています。

ECV72 サイクロンファン技術

乱流 従来のファン

層流 ECV72 ファン

ECV72 気流ベクトル図

天井から 0.6 m
30°
18 Meters

1.8 Meters

2.4 Meters

ECV72 の風速（M/S）パターン

ECV72 vs. 91 cmバスケットファン• ウィスコンシン大学 DairyLand Initiative が推奨する風速によると、1台のECV72がカバーする広さを賄うには９１ cmのバスケットファンが１２台必要です• 12台の91 cm のバスケットファンは全体で 9000 ワットの電力を消費します• ECV72 ファンはフル回転で 2200 ワット以下、最低の回転で 200 ワット以下しか消費しません• 91 cmのバスケットファンを設置するにはより多くの配線と労働が必要です• ECV72 ファンにインバーターをつけると通年換気に使えますECV72 - カリフォルニアのフリーストール

ECV72 – カリフォルニアのドライロット牧場

ECV72 - 2 ローの片屋根牛舎

ハイブリッドトンネルのインレット（組み合わせ）
パーラー接続部排気ファン

PPF 入気ファン

カーテンインレット

8 ローハイブリッド牛舎

高圧細霧付き ECV ファン

ECV72 – 自然換気牛舎

パーラー/ホールディング• 換気戦略の１つの単位としてこれらを考える• 加圧されたインレット（入気ファン）• 空気の交換戦略• ECV 正しく方向づける• 従業員への配慮• パーラー vs. ホールディングの冷却戦略• 39.7℃ の牛の体温をファンとソーカーで 38.8 ℃ 以下に下げるためには４５分かかる

パーラー/ホールディング• 気流は牛に向けて正しく向けられているか• ソーカーはパーラーに入る前に乾かせる• 乳房炎リスクを軽減するために乾燥が不可欠• 39.7℃ の牛の体温をファンとソーカーで 38.8 ℃ 以下に下げるためには４５分かかる• 従業員の快適性と配慮

乳脂率 4 %、乳蛋白質 3 %の牛乳を 54 kg、または、18 kg 生産する体重680 kgの乳牛が産生する熱量
熱産生量

54 kg/日

18 kg/日

BTU/日

152,000

79,000

BTU/頭/時間

6,300

3,300

BTU/時間/牛舎の床面積 （㎡）

850

440

BTU/時間/ホールディングペンの床面積 （㎡）

5,650

2,960

BTU/時間/牛舎内で有効体表面積（㎡）

1,130

592

BTU/時間/ホールディングペンで有効体表面積（㎡）

6,780

3,550

PPF & ECV72 ファンを装備して 50 ダブルのパラレルパーラー

PPF & ECV72 ファンを装備して 50 ダブルのパラレルパーラー

PPF ファン

PPF ファン

ミルキングセンター - ソーカーと高圧細霧で冷却Natural Ventilated Barn

Hybrid Ventilated Barnパラレルパーラーのストール と ピット上のファン

ECV72 パラレルパーラー

ダブルロータリーパーラー
PPF & ECV72 ファンの応用

PPF ファンPPF ファン

ロータリーパーラー PPF72 加圧ファン

加圧パーラーインレット

80 ストールロータリー ECV72

ECV72 低い天井での使用

ECV72 ホールディングエリア

72”ブラス と ファン ホールディングエリア

ホールディングエリアの排気ファン

将来の換気設計• 涼しい/寒い気候のためのパートタイム圧力均衡設計• 通年（24/7/365）圧力均衡設計• インバーターを積極的に活用• 効率の高いモーター• プログラマブル理論制御装置（PLC）• 「効率モード」による最適な 電気管理
• バイオフィードバックと機械学習管理システム

ハイブリッドトンネル換気の目標• 皆さんの牛舎のカウゾーンの ECV レベルを最大にする• 1日の中で熱負荷が最大となる時間帯の牛の冷却を最大にする• ラグーンに行くソーカーの過剰な水を減らす• 乳房の準備と乳房炎リスクを高める通路のスラリーを軽減• ベッドの冷却を促進• 横臥時間を増加させる（牛に1日の中で50% 過ごして欲しい場所）（乳量 1.5+ Kg/時間/頭/日）

ハイブリッドンネル換気の目標• 効率高くカウゾーンに ECV を提供する （CFM/watt⇧）• 乳量、繁殖成績の低下および健康問題をもたらすヒートストレスを軽減• 大きなファンは牛が生活している広い面積をECVでカバーし、設置の配線が少なく、電気代を節約• 水の仕様を効率的に管理• 効率的にエネルギーを最大限に利用する統合システム

ThankYou!

That’s alota o= Bull!

Questions?