牦牛暖棚的调研与建议

牦牛暖棚的调研与建议欧阳金龙;刘刚;王春苑【摘要】暖棚是我国高寒草原耗牛越冬度春的重要设施，相对舒适的棚内热环境降低了耗牛在寒冷环境下的能量消耗和死亡率.在四川省红原县的调研结果显示:暖棚的确具有一定的增温效果，夜间棚内夕卜存在4.0~7.7^的平均温差，减少了病弱幼等耗牛的死亡率.然而，设计不合理、选用建材不合适、忽视施工质量、不注重使用管理等问题,导致暖棚不能充分发挥应用的效能，棚内热环境远未达到耗牛生长需求因此根据调研结果和牧民使用需求,在设计、选材和管理方面提出一些改善建议，以更好地发挥暖棚的效能.％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.【期刊名称】《制冷与空调（四川）》【年(卷)，期】2017(031)001【总页数】5页(P23-27)【关键词】热环境;增温;死亡率;通风【作者】欧阳金龙;刘刚;王春苑【作者单位】四川大学建筑与环境学院成都610065;四川省草原科学研究院成都611731;四川大学建筑与环境学院成都610065【正文语种】中文【中图分类】TU111.4+8耗牛在我国藏区畜牧业经济生产中占有重要的地位，但受到了高原独特气候条件的影响。在漫长的冷季，大量耗牛脱膘严重，甚至死亡，造成严重的经济损失［1］。建造暖棚，改善耗牛越冬度春的生长环境，是发展牧区畜牧业经济生产的重要途径［2,3］。暖棚白天吸收太阳能，为耗牛在冷季夜晚创造了一个相对舒适的夜宿环境，降低了耗牛在低温环境的能量维持需求和体能消耗［4］。暖棚是一种简易的被动式太阳能房，但其在外形设计、建材选用、使用管理等方面，却与普通乡村建筑没有本质上的区别，没有积极考虑如何获得更多太阳热能、更好地保温与蓄热等。因此，本文将通过在四川省红原县的实地调研，了解这些暖棚的实际使用状况和热环境，分析暖棚存在的问题，并结合牧民的使用需求和建筑热工知识，提出改进建议，以更好地发挥暖棚的效能。对暖棚的调查内容包括两方面：一是暖棚设计、建材、建造及使用情况的实地考察，二是暖棚内外的温湿度测试。红原县自2009年成为四川省高寒牧区现代畜牧业试点后，在政府和牧民的共同投资下，至2013年已建成了标准化暖棚（简称暖棚）近900座［4］。考察过程了解到一些牧民还完全自费修建了小型暖棚（简称小暖棚）。因此，实地考察对象选择了红原县安曲乡三个村的10座暖棚和2座小暖棚，具体如表1所示。所有暖棚在建筑外形上基本相似，如图1（第1座暖棚）所示，只是建筑尺寸或个别地方稍有差别。这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，多数建于2009年~2011年的推广期。小暖棚一般紧靠大暖棚修建，体形要小于暖棚。通过实地观察、测量及与牧民交流。（1）收集暖棚建筑资料，如建筑尺寸、材料、建成时间、投资金额等；（2）了解暖棚的使用情况，如耗牛出入棚时间、门窗及通风口的开启状况、棚内耗牛数量等；（3）了解牧民对暖棚的需求等，暖棚的作用、使用便利与否、改造建议等。在以上暖棚中，选择了其中两座暖棚和一座小暖棚，采用Testo高精度温湿度自记仪测试暖棚内、夕卜的温湿度。两座暖棚内分别安装了4台仪器，固定在三角钢屋架下，距离地面约2.4m；小暖棚内安装了2台仪器，固定在透明屋面下的木梁下，距地面约1.6m；同时，在暖棚外阴凉且避风雨处安装了1台仪器。所有仪器的有效记录从2015/1/16日19时至18日17时，在此期间，暖棚的使用管理如往常冷季一样。所有暖棚均为单层、双坡屋面、矩形平面；钢骨架结构，工字钢立柱与南北墙高度约为2.4m；外墙均采用混凝土单排孔砌块（390x190x190）砌筑的墙体，水泥砂浆勾皮带缝，内外卜无砂浆抹面；屋脊高1.2m，南屋面略大于北屋面；不透光屋面采用1.2mm彩钢板，约1/3面积的南屋面采用透光材料1.2mm聚碳酸酯（PC）板；南墙上设有一扇1.8mx1.8m钢皮门，供耗牛和牧民出入。南墙靠近地面处设置一排通风口(0.25mx0.25m),北墙高位处设有几扇可开启的铁皮通风窗(0.8mx0.5m)。小暖棚的不同之处在于：体形更小，木结构，屋面完全采用透光材料，前墙通风口设在高处，后墙不设通风窗，南门更小一些。牧户基本认可暖棚的增温作用，有暖棚之后，耗牛死亡数量比以前少了很多。一般牧户拥有耗牛数量越多，暖棚产生的经济效果越明显。故第9户牧民因意外事故烧毁原有暖棚后又出资修建了新暖棚。从实际观察、与牧民交流中，了解到这些暖棚还存在着诸多问题，从设计、选材、建造和管理等方面展开分析。设计没有充分考虑如何发挥暖棚的被动太阳能房特点，吸热、蓄热和保温能力不足。选址和朝向多以定居点位置和地形随意而定，虽省工省时，但采光、吸热和保温效果不佳。建筑尺寸不合理，多是根据家庭耗牛拥有数量而定，而牧民多认为暖棚的体积过大，应再窄一些，故有小暖棚的存在。选用建材不符合节能、生态、环保要求。墙材选用的混凝土单排孔砌块，价高质次，既不能满足暖棚保温与蓄热的使用要求，导热系数和比热容分别为0.86W/mK和1.05kJ/kgK[5]，也不符合草原绿色环保要求，若暖棚废弃后将产生大量的建筑垃圾，成为草原生态环境的潜在破坏源。屋面采用钢骨架+彩钢板，耐久性、安全性等比木骨架+木屋面更好，但其保温和蓄热能力更差，导热系数高达45.28W/mK,而比热容仅为0.5kJ/kgK[5]。屋架上合理堆放干草可提高屋面保温性能，但还是有大面积屋面下没有堆放干草。透明屋面面积普遍不大，通常只占南屋面的1/3，多采用单层有色(浅蓝或浅黄色)PC板，透光和保温能力均欠佳，只有第8户早期示范暖棚的南屋面全为透明PC板。施工质量欠佳。墙体上、墙体与坡屋面接触处、或与地面接触处等存在很多缝隙，这不仅会影响暖棚的密封性，不利于保温蓄热，还会影响其耐久性和物理寿命等。使用管理不规范。牧民担心耗牛打架、拥挤，致病弱幼等耗牛受伤、孕耗牛流产等情况发生，故只有病弱幼孕耗牛夜宿棚内，数量远没有达到预期目标，内热量过少。通风有利于保持暖棚内空气洁净度，对耗牛的生长非常重要，但后墙通风窗基本上未开启，前墙通风口也大多被牛粪封堵，而第2座暖棚的进入门白天却—直敞开，显然不利于暖棚蓄热保温。耗牛一般早上8:30~9:30出棚，晚上18:00~19:00入棚，即使雨雪天气，耗牛白天也出棚放牧，只有在极端冰雹天气，为避免耗牛受伤，才入棚躲避。透明屋面上积灰较多，很少清洁，影响透光性能，而且棚内灰尘也较多。屋架上干草堆放不规范，没有紧贴屋面，不能很好地加强屋面保温。根据连续2天三座暖棚内、夕卜气温的测试结果，计算出暖棚内、夕卜温差，并绘出了如图2所示的七条变化曲线图，逐条分析可知。棚外气温变化曲线：a)—天内气温呈不规则的倒正弦曲线变化，夜晚气温低，基本在0°C以下，凌晨8:00太阳升起前最低，通常-10°C以下，午后13:00左右气温最高，但也在10C以下；b)温差大，通常达到20C以上；c)太阳辐射强烈，故上午9:00后棚外气温升温迅速。说明当地气候非常适合建造被动式太阳能房。第1座暖棚内气温变化曲线：a)与棚外气温变化规律基本相同，波动幅度较棚外气温平缓一些，同样凌晨最低，但由于暖棚的保温蓄热作用，棚内最高气温推迟至夜间；b)总体上，棚内气温较低，尤其当棚外气温很低时。第2座暖棚内气温变化曲线：a)与第1座暖棚内气温变化规律基本相同，波动幅度更加平缓一些，主要白天铁门未关闭，白天棚内气温不高，最高不到3C;b)总体上，棚内气温更低，主要是白天保温蓄热不够，夜晚基本上在0C以下。小暖棚内气温变化曲线：与第1座暖棚内气温变化规律基本相同，波动幅度也更加平缓一些，白天棚内气温低于第1座暖棚，但夜晚棚内气温都高于第1座暖棚。第1座暖棚内与外的温差变化曲线：a)温差基本上大于01,最高达7.21,但在耗牛出棚后几小时内温差会小于0°C;b)—般夜晚棚外气温越低，温差越大，但耗牛出棚时温差达到最低；c)棚外气温越低，温差越大，暖棚增温效果越明显。第2座暖棚内与外的温差变化曲线：a)白天铁门未关，保温蓄热不足，温差基本上小于0C,通常是棚外气温越高，温差越小，最低至-6.6C;b)夜晚温差基本上大于01,—般棚外气温越低，温差越大，但增温效果不及第1座暖棚。(7)小暖棚内与外的温差变化曲线：与第1座暖棚有着相似又相反的规律，夜晚棚内温差都大于0C,耗牛出棚时最低，但基本上比第1座暖棚还大，白天温差却比第1座暖棚小。如表2所示，统计了三座暖棚内、夕卜的平均气温、湿度及温差。夜晚，两座暖棚和小暖棚内平均气温要高于棚外，分别为5.2C.4.0C和7.7C，说明暖棚具有一定的增温效果。总体看，小暖棚将被动式太阳能房的效能发挥得最好，第1座暖棚次之，最后是第2座暖棚，说明小容积暖棚更适用，且规范使用管理也很重要。其它文献的测试结果显示暖棚内外最大温差接近10C[1,6-10],而此次调研结果相对较低，说明这些暖棚并没有充分发挥应用的效能。暖棚内夜晚的空气平均相对湿度在50%-70%，对耗牛来说是合适的，但白天棚内气候高，湿度低，通常在50%以下，导致空气干燥、灰尘较多。耗牛对寒冷天气有一定的适应性，但毕竟有其限度，极限之外耗牛无法生存，一般最适宜耗牛生存的温度为8~12C[11]。测试结果显示，暖棚虽具一定的增温作用，但夜间棚内温度基本在0C以下，而测试期间当地气候还未至极冷天气。实地考察结果则显示，暖棚有很大的改善空间。因此，结合牧民使用需求，在设计、选材和管理等方面提出一些改善建议，以更好地发挥暖棚的效能。在建筑设计方面：(1)草原地势开阔，暖棚最好选建在背风向阳、地势高的干燥处，土质坚实、排水良好、交通方便、且有向南倾斜的缓坡地，南面无遮荫物的地方，避风，无噪声源；（2）正确的朝向是坐北朝南，东西走向，为便于延长午后采光时间，提高棚内温度，可南偏西5~10。；（3）参考小暖棚的建筑尺寸，在满足使用要求的前提下容积可尽可能缩小，以每头耗牛2~3m2为宜，墙高1.8m、宽度5m即可，长度方向采用厚重夯实土墙分隔棚内空间成多个区域，增加蓄热体且便于不同类型耗牛分区圈养，可提高暖棚利用率并保持热量；（4）增大南屋面透明部分比例，可设计为弧形，增加屋面结构和材料强度，提高吸热能力。在建材选用方面：（1）墙材可考虑采用厚重的夯实黏土砖，就地取材减少运输费用，提高暖棚的保温蓄热能力，减少对草原生态环境的破坏；（2）在经济合理的前提下，门、窗和屋面采用50mm彩钢泡沫夹芯板，或就地取材，采用干草加强围护结构的保温性能；（3）透明屋面采用全透明PC板，且应在夜晚覆上干草保温卷帘。在使用管理方面：（1）保持暖棚高利用率，棚内耗牛数量多一些，增加内热源，靠南、北墙栓系耗牛，中间过道，还应根据耗牛大小、强弱、母幼等分区圈养；（2）定期清洁卫生，保持透明屋面的透光性能；（3）根据棚夕卜气候如气温、太阳辐射强度等，控制耗牛出入棚时间，早上不要过早放牧，傍晚降温前及时收牧；（4）在保持合理使用和合适通风量的前提下，及时关闭门、窗，保持棚内热量。今后的研究中将利用建筑能耗与环境模拟软件如EnergyPlus、DeST等模拟不同建筑设计方案、材料、管理模式等，确保经济合理情况下可最大限度提高夜间棚内温度。当然，还须注重施工质量，提高暖棚的耐久性和经济性。暖棚是我国青藏高原现代耗牛养殖的重要设施，改善了耗牛越冬度春的生长环境，具有多重经济与生态效应。通过在四川省红原县的实地调研，深入了解了耗牛暖棚的建筑资料、使用情况和实际功能等。暖棚确实具有一定的增温效果，夜间棚内外存在4.0~7.7°C的平均温差，减少了病弱幼等耗牛的死亡率。然而，设计不合理、选用建材不合适、忽视施工质量、不注重使用管理等问题，导致暖棚不能充分发挥应用的效能，棚内热环境还不足以满足耗牛生长需求，但也说明暖棚有很大的改善空间。因此，结合牧民使用需求，在设计、选材和管理等方面提出一些可行的改善建议，以更好地发挥暖棚的效能。【相关文献】吴克选，徐惊涛,杨荣珍，等.不同类型野血托牛冷季暖棚补