牦牛暖棚的調(diào)研與建議

牦牛暖棚的調(diào)研與建議歐陽(yáng)金龍;劉剛;王春苑【摘要】暖棚是我國(guó)高寒草原耗牛越冬度春的重要設(shè)施，相對(duì)舒適的棚內(nèi)熱環(huán)境降低了耗牛在寒冷環(huán)境下的能量消耗和死亡率.在四川省紅原縣的調(diào)研結(jié)果顯示:暖棚的確具有一定的增溫效果，夜間棚內(nèi)夕卜存在4.0~7.7^的平均溫差，減少了病弱幼等耗牛的死亡率.然而，設(shè)計(jì)不合理、選用建材不合適、忽視施工質(zhì)量、不注重使用管理等問(wèn)題,導(dǎo)致暖棚不能充分發(fā)揮應(yīng)用的效能，棚內(nèi)熱環(huán)境遠(yuǎn)未達(dá)到耗牛生長(zhǎng)需求因此根據(jù)調(diào)研結(jié)果和牧民使用需求,在設(shè)計(jì)、選材和管理方面提出一些改善建議，以更好地發(fā)揮暖棚的效能.％WarmshedsaretheimportantequipmentsforyakstosurviveincoldwinterandspringinseverecoldpasturingareasathighlatitudeinChina.Arelativecomfortthermalenvironmentinshedsenablesyakstoresistcoldclimatewithlessenergyandsomoreyakscansurvive.Theresultsoftheon-sitesurveyinHongyuanCountyofSichuanProvinceshowedthatindeedwarmshedswascalefacientbyprovidingacomforterindoorenvironmentthanoutdoor,with4.0~7.7°Cdifferenceintemperature,andinsomedegreereducethemortalityrateofsilkyaks,weakyaks,infants,etc.However,someproblems,forexampleunreasonabledesign,improperbuildingmaterials,lowconstructionquality,nonstandardapplicationandmanagement,etc,inducedthattheshedscouldnotfunctionwelltohelpyaksandtheindoorthermalenvironmentwasfarfromthedemandofyaks'growth.Therefore,accordingtotheinvestigationresultsandtheapplicationrequirementsofherdsmen,somesuggestionswereproposedtoimprovesheds'functionfrombetterdesign,selectionofbuildingmaterialsandmanagement.【期刊名稱】《制冷與空調(diào)（四川）》【年(卷)，期】2017(031)001【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P23-27)【關(guān)鍵詞】熱環(huán)境;增溫;死亡率;通風(fēng)【作者】歐陽(yáng)金龍;劉剛;王春苑【作者單位】四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院成都610065;四川省草原科學(xué)研究院成都611731;四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院成都610065【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TU111.4+8耗牛在我國(guó)藏區(qū)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占有重要的地位，但受到了高原獨(dú)特氣候條件的影響。在漫長(zhǎng)的冷季，大量耗牛脫膘嚴(yán)重，甚至死亡，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失［1］。建造暖棚，改善耗牛越冬度春的生長(zhǎng)環(huán)境，是發(fā)展牧區(qū)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要途徑［2,3］。暖棚白天吸收太陽(yáng)能，為耗牛在冷季夜晚創(chuàng)造了一個(gè)相對(duì)舒適的夜宿環(huán)境，降低了耗牛在低溫環(huán)境的能量維持需求和體能消耗［4］。暖棚是一種簡(jiǎn)易的被動(dòng)式太陽(yáng)能房，但其在外形設(shè)計(jì)、建材選用、使用管理等方面，卻與普通鄉(xiāng)村建筑沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，沒(méi)有積極考慮如何獲得更多太陽(yáng)熱能、更好地保溫與蓄熱等。因此，本文將通過(guò)在四川省紅原縣的實(shí)地調(diào)研，了解這些暖棚的實(shí)際使用狀況和熱環(huán)境，分析暖棚存在的問(wèn)題，并結(jié)合牧民的使用需求和建筑熱工知識(shí)，提出改進(jìn)建議，以更好地發(fā)揮暖棚的效能。對(duì)暖棚的調(diào)查內(nèi)容包括兩方面：一是暖棚設(shè)計(jì)、建材、建造及使用情況的實(shí)地考察，二是暖棚內(nèi)外的溫濕度測(cè)試。紅原縣自2009年成為四川省高寒牧區(qū)現(xiàn)代畜牧業(yè)試點(diǎn)后，在政府和牧民的共同投資下，至2013年已建成了標(biāo)準(zhǔn)化暖棚（簡(jiǎn)稱暖棚）近900座［4］?？疾爝^(guò)程了解到一些牧民還完全自費(fèi)修建了小型暖棚（簡(jiǎn)稱小暖棚）。因此，實(shí)地考察對(duì)象選擇了紅原縣安曲鄉(xiāng)三個(gè)村的10座暖棚和2座小暖棚，具體如表1所示。所有暖棚在建筑外形上基本相似，如圖1（第1座暖棚）所示，只是建筑尺寸或個(gè)別地方稍有差別。這些暖棚具有很好的代表性，有2005年最早的示范暖棚、2008年定型暖棚、2013年新建暖棚等，多數(shù)建于2009年~2011年的推廣期。小暖棚一般緊靠大暖棚修建，體形要小于暖棚。通過(guò)實(shí)地觀察、測(cè)量及與牧民交流。（1）收集暖棚建筑資料，如建筑尺寸、材料、建成時(shí)間、投資金額等；（2）了解暖棚的使用情況，如耗牛出入棚時(shí)間、門窗及通風(fēng)口的開(kāi)啟狀況、棚內(nèi)耗牛數(shù)量等；（3）了解牧民對(duì)暖棚的需求等，暖棚的作用、使用便利與否、改造建議等。在以上暖棚中，選擇了其中兩座暖棚和一座小暖棚，采用Testo高精度溫濕度自記儀測(cè)試暖棚內(nèi)、夕卜的溫濕度。兩座暖棚內(nèi)分別安裝了4臺(tái)儀器，固定在三角鋼屋架下，距離地面約2.4m；小暖棚內(nèi)安裝了2臺(tái)儀器，固定在透明屋面下的木梁下，距地面約1.6m；同時(shí)，在暖棚外陰涼且避風(fēng)雨處安裝了1臺(tái)儀器。所有儀器的有效記錄從2015/1/16日19時(shí)至18日17時(shí)，在此期間，暖棚的使用管理如往常冷季一樣。所有暖棚均為單層、雙坡屋面、矩形平面；鋼骨架結(jié)構(gòu)，工字鋼立柱與南北墻高度約為2.4m；外墻均采用混凝土單排孔砌塊（390x190x190）砌筑的墻體，水泥砂漿勾皮帶縫，內(nèi)外卜無(wú)砂漿抹面；屋脊高1.2m，南屋面略大于北屋面；不透光屋面采用1.2mm彩鋼板，約1/3面積的南屋面采用透光材料1.2mm聚碳酸酯（PC）板；南墻上設(shè)有一扇1.8mx1.8m鋼皮門，供耗牛和牧民出入。南墻靠近地面處設(shè)置一排通風(fēng)口(0.25mx0.25m),北墻高位處設(shè)有幾扇可開(kāi)啟的鐵皮通風(fēng)窗(0.8mx0.5m)。小暖棚的不同之處在于：體形更小，木結(jié)構(gòu)，屋面完全采用透光材料，前墻通風(fēng)口設(shè)在高處，后墻不設(shè)通風(fēng)窗，南門更小一些。牧戶基本認(rèn)可暖棚的增溫作用，有暖棚之后，耗牛死亡數(shù)量比以前少了很多。一般牧戶擁有耗牛數(shù)量越多，暖棚產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效果越明顯。故第9戶牧民因意外事故燒毀原有暖棚后又出資修建了新暖棚。從實(shí)際觀察、與牧民交流中，了解到這些暖棚還存在著諸多問(wèn)題，從設(shè)計(jì)、選材、建造和管理等方面展開(kāi)分析。設(shè)計(jì)沒(méi)有充分考慮如何發(fā)揮暖棚的被動(dòng)太陽(yáng)能房特點(diǎn)，吸熱、蓄熱和保溫能力不足。選址和朝向多以定居點(diǎn)位置和地形隨意而定，雖省工省時(shí)，但采光、吸熱和保溫效果不佳。建筑尺寸不合理，多是根據(jù)家庭耗牛擁有數(shù)量而定，而牧民多認(rèn)為暖棚的體積過(guò)大，應(yīng)再窄一些，故有小暖棚的存在。選用建材不符合節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保要求。墻材選用的混凝土單排孔砌塊，價(jià)高質(zhì)次，既不能滿足暖棚保溫與蓄熱的使用要求，導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容分別為0.86W/mK和1.05kJ/kgK[5]，也不符合草原綠色環(huán)保要求，若暖棚廢棄后將產(chǎn)生大量的建筑垃圾，成為草原生態(tài)環(huán)境的潛在破壞源。屋面采用鋼骨架+彩鋼板，耐久性、安全性等比木骨架+木屋面更好，但其保溫和蓄熱能力更差，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)45.28W/mK,而比熱容僅為0.5kJ/kgK[5]。屋架上合理堆放干草可提高屋面保溫性能，但還是有大面積屋面下沒(méi)有堆放干草。透明屋面面積普遍不大，通常只占南屋面的1/3，多采用單層有色(淺藍(lán)或淺黃色)PC板，透光和保溫能力均欠佳，只有第8戶早期示范暖棚的南屋面全為透明PC板。施工質(zhì)量欠佳。墻體上、墻體與坡屋面接觸處、或與地面接觸處等存在很多縫隙，這不僅會(huì)影響暖棚的密封性，不利于保溫蓄熱，還會(huì)影響其耐久性和物理壽命等。使用管理不規(guī)范。牧民擔(dān)心耗牛打架、擁擠，致病弱幼等耗牛受傷、孕耗牛流產(chǎn)等情況發(fā)生，故只有病弱幼孕耗牛夜宿棚內(nèi)，數(shù)量遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，內(nèi)熱量過(guò)少。通風(fēng)有利于保持暖棚內(nèi)空氣潔凈度，對(duì)耗牛的生長(zhǎng)非常重要，但后墻通風(fēng)窗基本上未開(kāi)啟，前墻通風(fēng)口也大多被牛糞封堵，而第2座暖棚的進(jìn)入門白天卻—直敞開(kāi)，顯然不利于暖棚蓄熱保溫。耗牛一般早上8:30~9:30出棚，晚上18:00~19:00入棚，即使雨雪天氣，耗牛白天也出棚放牧，只有在極端冰雹天氣，為避免耗牛受傷，才入棚躲避。透明屋面上積灰較多，很少清潔，影響透光性能，而且棚內(nèi)灰塵也較多。屋架上干草堆放不規(guī)范，沒(méi)有緊貼屋面，不能很好地加強(qiáng)屋面保溫。根據(jù)連續(xù)2天三座暖棚內(nèi)、夕卜氣溫的測(cè)試結(jié)果，計(jì)算出暖棚內(nèi)、夕卜溫差，并繪出了如圖2所示的七條變化曲線圖，逐條分析可知。棚外氣溫變化曲線：a)—天內(nèi)氣溫呈不規(guī)則的倒正弦曲線變化，夜晚氣溫低，基本在0°C以下，凌晨8:00太陽(yáng)升起前最低，通常-10°C以下，午后13:00左右氣溫最高，但也在10C以下；b)溫差大，通常達(dá)到20C以上；c)太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，故上午9:00后棚外氣溫升溫迅速。說(shuō)明當(dāng)?shù)貧夂蚍浅＿m合建造被動(dòng)式太陽(yáng)能房。第1座暖棚內(nèi)氣溫變化曲線：a)與棚外氣溫變化規(guī)律基本相同，波動(dòng)幅度較棚外氣溫平緩一些，同樣凌晨最低，但由于暖棚的保溫蓄熱作用，棚內(nèi)最高氣溫推遲至夜間；b)總體上，棚內(nèi)氣溫較低，尤其當(dāng)棚外氣溫很低時(shí)。第2座暖棚內(nèi)氣溫變化曲線：a)與第1座暖棚內(nèi)氣溫變化規(guī)律基本相同，波動(dòng)幅度更加平緩一些，主要白天鐵門未關(guān)閉，白天棚內(nèi)氣溫不高，最高不到3C;b)總體上，棚內(nèi)氣溫更低，主要是白天保溫蓄熱不夠，夜晚基本上在0C以下。小暖棚內(nèi)氣溫變化曲線：與第1座暖棚內(nèi)氣溫變化規(guī)律基本相同，波動(dòng)幅度也更加平緩一些，白天棚內(nèi)氣溫低于第1座暖棚，但夜晚棚內(nèi)氣溫都高于第1座暖棚。第1座暖棚內(nèi)與外的溫差變化曲線：a)溫差基本上大于01,最高達(dá)7.21,但在耗牛出棚后幾小時(shí)內(nèi)溫差會(huì)小于0°C;b)—般夜晚棚外氣溫越低，溫差越大，但耗牛出棚時(shí)溫差達(dá)到最低；c)棚外氣溫越低，溫差越大，暖棚增溫效果越明顯。第2座暖棚內(nèi)與外的溫差變化曲線：a)白天鐵門未關(guān)，保溫蓄熱不足，溫差基本上小于0C,通常是棚外氣溫越高，溫差越小，最低至-6.6C;b)夜晚溫差基本上大于01,—般棚外氣溫越低，溫差越大，但增溫效果不及第1座暖棚。(7)小暖棚內(nèi)與外的溫差變化曲線：與第1座暖棚有著相似又相反的規(guī)律，夜晚棚內(nèi)溫差都大于0C,耗牛出棚時(shí)最低，但基本上比第1座暖棚還大，白天溫差卻比第1座暖棚小。如表2所示，統(tǒng)計(jì)了三座暖棚內(nèi)、夕卜的平均氣溫、濕度及溫差。夜晚，兩座暖棚和小暖棚內(nèi)平均氣溫要高于棚外，分別為5.2C.4.0C和7.7C，說(shuō)明暖棚具有一定的增溫效果?？傮w看，小暖棚將被動(dòng)式太陽(yáng)能房的效能發(fā)揮得最好，第1座暖棚次之，最后是第2座暖棚，說(shuō)明小容積暖棚更適用，且規(guī)范使用管理也很重要。其它文獻(xiàn)的測(cè)試結(jié)果顯示暖棚內(nèi)外最大溫差接近10C[1,6-10],而此次調(diào)研結(jié)果相對(duì)較低，說(shuō)明這些暖棚并沒(méi)有充分發(fā)揮應(yīng)用的效能。暖棚內(nèi)夜晚的空氣平均相對(duì)濕度在50%-70%，對(duì)耗牛來(lái)說(shuō)是合適的，但白天棚內(nèi)氣候高，濕度低，通常在50%以下，導(dǎo)致空氣干燥、灰塵較多。耗牛對(duì)寒冷天氣有一定的適應(yīng)性，但畢竟有其限度，極限之外耗牛無(wú)法生存，一般最適宜耗牛生存的溫度為8~12C[11]。測(cè)試結(jié)果顯示，暖棚雖具一定的增溫作用，但夜間棚內(nèi)溫度基本在0C以下，而測(cè)試期間當(dāng)?shù)貧夂蜻€未至極冷天氣。實(shí)地考察結(jié)果則顯示，暖棚有很大的改善空間。因此，結(jié)合牧民使用需求，在設(shè)計(jì)、選材和管理等方面提出一些改善建議，以更好地發(fā)揮暖棚的效能。在建筑設(shè)計(jì)方面：(1)草原地勢(shì)開(kāi)闊，暖棚最好選建在背風(fēng)向陽(yáng)、地勢(shì)高的干燥處，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、排水良好、交通方便、且有向南傾斜的緩坡地，南面無(wú)遮蔭物的地方，避風(fēng)，無(wú)噪聲源；（2）正確的朝向是坐北朝南，東西走向，為便于延長(zhǎng)午后采光時(shí)間，提高棚內(nèi)溫度，可南偏西5~10。；（3）參考小暖棚的建筑尺寸，在滿足使用要求的前提下容積可盡可能縮小，以每頭耗牛2~3m2為宜，墻高1.8m、寬度5m即可，長(zhǎng)度方向采用厚重夯實(shí)土墻分隔棚內(nèi)空間成多個(gè)區(qū)域，增加蓄熱體且便于不同類型耗牛分區(qū)圈養(yǎng)，可提高暖棚利用率并保持熱量；（4）增大南屋面透明部分比例，可設(shè)計(jì)為弧形，增加屋面結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度，提高吸熱能力。在建材選用方面：（1）墻材可考慮采用厚重的夯實(shí)黏土磚，就地取材減少運(yùn)輸費(fèi)用，提高暖棚的保溫蓄熱能力，減少對(duì)草原生態(tài)環(huán)境的破壞；（2）在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，門、窗和屋面采用50mm彩鋼泡沫夾芯板，或就地取材，采用干草加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能；（3）透明屋面采用全透明PC板，且應(yīng)在夜晚覆上干草保溫卷簾。在使用管理方面：（1）保持暖棚高利用率，棚內(nèi)耗牛數(shù)量多一些，增加內(nèi)熱源，靠南、北墻栓系耗牛，中間過(guò)道，還應(yīng)根據(jù)耗牛大小、強(qiáng)弱、母幼等分區(qū)圈養(yǎng)；（2）定期清潔衛(wèi)生，保持透明屋面的透光性能；（3）根據(jù)棚夕卜氣候如氣溫、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度等，控制耗牛出入棚時(shí)間，早上不要過(guò)早放牧，傍晚降溫前及時(shí)收牧；（4）在保持合理使用和合適通風(fēng)量的前提下，及時(shí)關(guān)閉門、窗，保持棚內(nèi)熱量。今后的研究中將利用建筑能耗與環(huán)境模擬軟件如EnergyPlus、DeST等模擬不同建筑設(shè)計(jì)方案、材料、管理模式等，確保經(jīng)濟(jì)合理情況下可最大限度提高夜間棚內(nèi)溫度。當(dāng)然，還須注重施工質(zhì)量，提高暖棚的耐久性和經(jīng)濟(jì)性。暖棚是我國(guó)青藏高原現(xiàn)代耗牛養(yǎng)殖的重要設(shè)施，改善了耗牛越冬度春的生長(zhǎng)環(huán)境，具有多重經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效應(yīng)。通過(guò)在四川省紅原縣的實(shí)地調(diào)研，深入了解了耗牛暖棚的建筑資料、使用情況和實(shí)際功能等。暖棚確實(shí)具有一定的增溫效果，夜間棚內(nèi)外存在4.0~7.7°C的平均溫差，減少了病弱幼等耗牛的死亡率。然而，設(shè)計(jì)不合理、選用建材不合適、忽視施工質(zhì)量、不注重使用管理等問(wèn)題，導(dǎo)致暖棚不能充分發(fā)揮應(yīng)用的效能，棚內(nèi)熱環(huán)境還不足以滿足耗牛生長(zhǎng)需求，但也說(shuō)明暖棚有很大的改善空間。因此，結(jié)合牧民使用需求，在設(shè)計(jì)、選材和管理等方面提出一些可行的改善建議，以更好地發(fā)揮暖棚的效能。【相關(guān)文獻(xiàn)】吳克選，徐驚濤,楊榮珍，等.不同類型野血托牛冷季暖棚補(bǔ)