牦牛暖棚的調(diào)研與建議

歐陽金龍劉 剛王春苑

（1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院 成都 610065；2.四川省草原科學(xué)研究院 成都 611731）

牦牛暖棚的調(diào)研與建議

歐陽金龍1劉 剛2王春苑1

（1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院 成都 610065；2.四川省草原科學(xué)研究院 成都 611731）

暖棚是我國高寒草原牦牛越冬度春的重要設(shè)施，相對(duì)舒適的棚內(nèi)熱環(huán)境降低了牦牛在寒冷環(huán)境下

熱環(huán)境；增溫；死亡率；通風(fēng)

0 引言

牦牛在我國藏區(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，大量牦牛脫膘嚴(yán)重，甚至死亡，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。建造暖棚，改善牦牛越冬度春的生長(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]。暖棚白天吸收太陽能，為牦牛在冷季夜晚創(chuàng)造了一個(gè)相對(duì)舒適的夜宿環(huán)境，降低了牦牛在低溫環(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)村建筑沒有本質(zhì)上的區(qū)別，沒有積極考慮如何獲得更多太陽熱能、更好地保溫與蓄熱等。因此，本文將通過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。

1 暖棚的選擇和調(diào)查方法

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^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。

表1 實(shí)地考察的牦牛暖棚統(tǒng)計(jì)資料Table1 Statistical information of all warm sheds in this survey

圖1 第1座暖棚和小暖棚(左邊)的外形圖Fig.1 Photo of the first warm shed and the small warm shed

通過實(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，如牦牛出入棚時(shí)間、門窗及通風(fēng)口的開啟狀況、棚內(nèi)牦牛數(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)、外的溫濕度。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。

2 實(shí)地考察結(jié)果及分析

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（390×190×190）砌筑的墻體，水泥砂漿勾皮帶縫，內(nèi)外無砂漿抹面；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1.8m×1.8m鋼皮門，供牦牛和牧民出入。南墻靠近地面處設(shè)置一排通風(fēng)口（0.25m×0.25m），北墻高位處設(shè)有幾扇可開啟的鐵皮通風(fēng)窗（0.8m×0.5m）。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，牦牛死亡數(shù)量比以前少了很多。一般牧戶擁有牦牛數(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題，從設(shè)計(jì)、選材、建造和管理等方面展開分析。

（1）設(shè)計(jì)沒有充分考慮如何發(fā)揮暖棚的被動(dòng)太陽能房特點(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)家庭牦牛擁有數(shù)量而定，而牧民多認(rèn)為暖棚的體積過大，應(yīng)再窄一些，故有小暖棚的存在。

（2）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/m·K和1.05kJ/kg·K[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/m·K，而比熱容僅為0.5kJ/kg·K[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。

（3）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。

這場(chǎng)展會(huì)的焦點(diǎn)，還是會(huì)被那些知名大牌腕表搶走，因?yàn)槲恢米詈玫?號(hào)展館1樓，被LVMH集團(tuán)和斯沃琪集團(tuán)的鐘表品牌，以及勞力士和帝舵、百達(dá)翡麗、寶齊萊、百年靈、香奈兒等品牌所占據(jù)，這也是該展覽經(jīng)常被簡(jiǎn)稱為“巴塞爾表展”的原因。

（4）使用管理不規(guī)范。牧民擔(dān)心牦牛打架、擁擠，致病弱幼等牦牛受傷、孕牦牛流產(chǎn)等情況發(fā)生，故只有病弱幼孕牦牛夜宿棚內(nèi)，數(shù)量遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，內(nèi)熱量過少。通風(fēng)有利于保持暖棚內(nèi)空氣潔凈度，對(duì)牦牛的生長(zhǎng)非常重要，但后墻通風(fēng)窗基本上未開啟，前墻通風(fēng)口也大多被牛糞封堵，而第2座暖棚的進(jìn)入門白天卻一直敞開，顯然不利于暖棚蓄熱保溫。牦牛一般早上8:30～9:30出棚，晚上18:00～19:00入棚，即使雨雪天氣，牦牛白天也出棚放牧，只有在極端冰雹天氣，為避免牦牛受傷，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，沒有緊貼屋面，不能很好地加強(qiáng)屋面保溫。

3 溫濕度測(cè)試結(jié)果及分析

根據(jù)連續(xù)2天三座暖棚內(nèi)、外氣溫的測(cè)試結(jié)果，計(jì)算出暖棚內(nèi)、外溫差，并繪出了如圖2所示的七條變化曲線圖，逐條分析可知。

圖2 三座暖棚內(nèi)氣溫、棚外氣溫及暖棚內(nèi)與外溫差的變化曲線圖Fig.2 Change trend of indoor air temperatures of the three warm sheds, outside air temperature and the temperature differences

（1）棚外氣溫變化曲線：a）一天內(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℃以下，凌晨8:00太陽升起前最低，通常-10℃以下，午后13:00左右氣溫最高，但也在10℃以下；b）溫差大，通常達(dá)到20℃以上；c）太陽輻射強(qiáng)烈，故上午9:00后棚外氣溫升溫迅速。說明當(dāng)?shù)貧夂蚍浅＿m合建造被動(dòng)式太陽能房。

（2）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)。

（3）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3℃；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0℃以下。

（4）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。

（5）第1座暖棚內(nèi)與外的溫差變化曲線：a）溫差基本上大于0℃，最高達(dá)7.2℃，但在牦牛出棚后幾小時(shí)內(nèi)溫差會(huì)小于0℃；b）一般夜晚棚外氣溫越低，溫差越大，但牦牛出棚時(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。

（6）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0℃，通常是棚外氣溫越高，溫差越小，最低至-6.6℃；b）夜晚溫差基本上大于0℃，一般棚外氣溫越低，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0℃，牦牛出棚時(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)、外的平均氣溫、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5.2℃、4.0℃和7.7℃，說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10℃[1,6-10]，而此次調(diào)研結(jié)果相對(duì)較低，說明這些暖棚并沒有充分發(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)牦牛來說是合適的，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。

表2 三座暖棚內(nèi)、外的平均氣溫、濕度及溫差Table2 The average indoor air temperatures of the three warm sheds, outside air temperature and the temperature differences

4 討論及建議

牦牛對(duì)寒冷天氣有一定的適應(yīng)性，但畢竟有其限度，極限之外牦牛無法生存，一般最適宜牦牛生存的溫度為8～12℃[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0℃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)開闊，暖棚最好選建在背風(fēng)向陽、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，南面無遮蔭物的地方，避風(fēng)，無噪聲源；（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，以每頭牦牛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牦牛分區(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)牦牛數(shù)量多一些，增加內(nèi)熱源，靠南、北墻栓系牦牛，中間過道，還應(yīng)根據(jù)牦牛大小、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)棚外氣候如氣溫、太陽輻射強(qiáng)度等，控制牦牛出入棚時(shí)間，早上不要過早放牧，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。

5 結(jié)論

暖棚是我國青藏高原現(xiàn)代牦牛養(yǎng)殖的重要設(shè)施，改善了牦牛越冬度春的生長(zhǎng)環(huán)境，具有多重經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效應(yīng)。通過在四川省紅原縣的實(shí)地調(diào)研，深入了解了牦牛暖棚的建筑資料、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℃的平均溫差，減少了病弱幼等牦牛的死亡率。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)境還不足以滿足牦牛生長(zhǎng)需求，但也說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。

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Investigation of Warm Sheds for Yaks and Suggestions

Ouyang Jinlong1Liu Gang2Wang Chunyuan1
( 1.College of Architecture and Environment of Sichuan University, Chengdu, 610065; 2.Sichuan Academy of Grassland Science, Chengdu, 611731 )

Warm sheds are the important equipments for yaks to survive in cold winter and spring in severe cold pasturing areas at high latitude in China. A relative comfort thermal environment in sheds enables yaks to resist cold climate with less energy and so more yaks can survive. The results of the on-site survey in Hongyuan County of Sichuan Province showed that indeed warm sheds was calefacient by providing a comforter indoor environment than outdoor, with 4.0～7.7℃ difference in temperature, and in some degree reduce the mortality rate of silk yaks, weak yaks, infants, etc. However, some problems, for example unreasonable design, improper building materials, low construction quality, nonstandard application and management, etc, induced that the sheds could not function well to help yaks and the indoor thermal environment was far from the demand of yaks’ growth. Therefore, according to the investigation results and the application requirements of herdsmen, some suggestions were proposed to improve sheds’ function from better design, selection of building materials and management.

thermal environment; calefacient; mortality rate; ventilation; building thermal

TU111.4+8

A

1671-6612（2017）01-023-05

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)-牧區(qū)家庭牧場(chǎng)資源優(yōu)化配置技術(shù)模式研究與示范（201003019）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)-青藏高原社區(qū)特色生態(tài)畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)集成與示范（201203010）

歐陽金龍（1976.12-），男，博士，副教授，E-mail：ow761202@scu.edu.cn

劉 剛（1980.3-），男，博士生，副研究員，E-mail：13730875971@163.com

2015-10-08

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)外存在4.0～7.7℃的平均溫差，減少了病弱幼等牦牛的死亡率。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)到牦牛生長(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。