趙大千

（中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司， 北京 100120）

1 研究背景

煤炭作為我國(guó)的主要能源，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的地位。而煤炭資源的分布和消費(fèi)情況決定了我國(guó)煤炭的調(diào)運(yùn)量是非常巨大的。這就決定了我國(guó)煤炭物流市場(chǎng)具有廣闊的前景，煤礦選煤廠向新型煤炭物流園轉(zhuǎn)型是一個(gè)必然的結(jié)果。

新型煤炭物流絕不等同于貨物運(yùn)輸。因?yàn)樵诿禾抠Y源得到潔凈生產(chǎn)和高效利用的同時(shí)，過(guò)程中貫穿著物流企業(yè)所提供的物流服務(wù)。隨著《物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》的出臺(tái)，煤炭物流也迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前，在整個(gè)物流業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，煤炭物流顯得更為重要。

新型煤炭物流園大多都是原煤炭生產(chǎn)企業(yè)、煤炭需求企業(yè)自營(yíng)物流。而全國(guó)目前大部分儲(chǔ)煤能源隸屬我國(guó)嚴(yán)寒寒冷地區(qū)，屬大陸性氣候，即冬冷夏熱，冬季寒冷且漫長(zhǎng)，夏季燥熱而時(shí)短，雨熱同季。受季風(fēng)氣候影響，大部分地區(qū)冬季主導(dǎo)風(fēng)向西北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向東南風(fēng)。由于緯度位置高，太陽(yáng)輻射較我國(guó)其他地區(qū)強(qiáng)，所以有著豐富的太陽(yáng)能資源。長(zhǎng)期以來(lái)，煤礦設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在開(kāi)采、運(yùn)輸、通風(fēng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而對(duì)廠前區(qū)的設(shè)計(jì)不太重視。隨著煤炭物流園興起，煤礦企業(yè)也越來(lái)越重視自己的企業(yè)形象，希望形成獨(dú)特的、個(gè)性鮮明的企業(yè)文化，而廠前區(qū)的設(shè)計(jì)無(wú)疑是企業(yè)文化最好、最重要的載體。同時(shí)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在公共建筑（特別是大型商場(chǎng)、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等）的全年能耗中，大約 50%-60%消耗于空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)，20%-30%用于照明。而在空調(diào)采暖這部分能耗中，大約 20%-50%由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所消耗（夏熱冬暖地區(qū)大約20%，夏熱冬冷地區(qū)大約35%，寒冷地區(qū)大約40%，嚴(yán)寒地區(qū)大約 50%）。

基于對(duì)地域及建筑能耗特點(diǎn)的分析得出：（1）嚴(yán)寒地區(qū)的新型煤炭物流園區(qū)，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是冬季防寒保溫避風(fēng)沙。（2）由于新型煤炭物流園區(qū)別于老舊的選煤廠，作為新型智能自動(dòng)化園區(qū)，建筑的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求高，還要兼顧夏季的制冷以及室內(nèi)濕度的要求。（3）太陽(yáng)能將是嚴(yán)寒地區(qū)新型煤炭物流園設(shè)計(jì)中最優(yōu)越豐富的可再生能源。（4）在嚴(yán)寒地區(qū)，減少建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量將是新型煤炭物流園區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中最有效的方式之一。

本文以暖水煤炭物流園廠前區(qū)建筑設(shè)計(jì)為例對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)煤炭物流園廠前區(qū)的建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)加以分析、探討。

2 項(xiàng)目概況

準(zhǔn)格爾旗暖水煤炭物流園區(qū)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗暖水鄉(xiāng)，地處準(zhǔn)格爾煤田核心區(qū)域，項(xiàng)目依托新巴準(zhǔn)鐵路建設(shè)，主要吸引區(qū)域—準(zhǔn)格爾中南部資源整合區(qū)和東勝南礦區(qū)，屬于鄂爾多斯市重要煤炭生產(chǎn)區(qū)。暖水煤炭物流中心總建設(shè)規(guī)模 2000 萬(wàn)噸/年。本次工程建設(shè)規(guī)模 1000 萬(wàn)噸/年，其中篩分破碎干選能力 500萬(wàn)噸/年；預(yù)留二期工程建設(shè)規(guī)模 1000 萬(wàn)噸/年。

場(chǎng)地條件，廠前區(qū)是在工業(yè)廣場(chǎng)中最西端比較方正的一塊用地，主入口在這塊場(chǎng)地的正南側(cè)，東北方向與工業(yè)區(qū)銜接的部位為裝車區(qū)，以東的主要區(qū)域?yàn)楣I(yè)場(chǎng)地用地范圍。

甲方主要的意向。生活區(qū)主要兼顧三個(gè)功能，辦公，居住，生活服務(wù)，行政辦公樓正對(duì)主入口，完全對(duì)稱，面積控制在 3000㎡，包括辦公室、會(huì)議室、集控室等[1]；職工生活服務(wù)要求布置食堂餐廳、領(lǐng)導(dǎo)包間、會(huì)議廳及室內(nèi)球館；職工公寓包括標(biāo)間、套間，套間要求配有廚房功能[2]。

3 建筑設(shè)計(jì)

3.1 建筑平面的設(shè)計(jì)——選用集中式平面形式，減少體形系數(shù)

生活區(qū)雖用地方正，但整個(gè)場(chǎng)地為東西向延伸的長(zhǎng)方形，用地偏窄。起初，生活區(qū)根據(jù)甲方要求采用不對(duì)稱的三個(gè)建筑藝術(shù)形態(tài)，但在嚴(yán)寒地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，減少建筑的外界面面積，即減小建筑的體型系數(shù)（K=S/V），從而降低能量流失，是嚴(yán)寒地區(qū)保溫防寒行之有效的方法之一。繼而在建筑平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以優(yōu)先選用類似圓形、三角形、正方形等相對(duì)集中規(guī)則的平面形式。地面單體建筑原包括行政辦公樓、生活服務(wù)中心及職工公寓三部分。經(jīng)過(guò)結(jié)合氣候特點(diǎn)、場(chǎng)地條件、甲方的要求等因素，最終方案在場(chǎng)地規(guī)劃上劃分了兩個(gè)分區(qū)：主要包括行政辦公區(qū)——門衛(wèi)、前廣場(chǎng)、辦公樓文體聯(lián)建；生活區(qū)——職工公寓及食堂聯(lián)建，如圖1所示。全部平面形式選用長(zhǎng)方形，生活區(qū)建筑平面較長(zhǎng)，可通過(guò)加大建筑進(jìn)深來(lái)減小體系系數(shù)。三個(gè)分區(qū)的分配與重組，在差異與類同、集約與分散、核心與邊緣三方面考慮建筑布置。

圖1 暖水物流園區(qū)廠前區(qū)總平面布置圖

3.2 建筑立面的設(shè)計(jì)——合理控制窗墻比，有效利用節(jié)能門窗

在嚴(yán)寒地區(qū)物流園民建的節(jié)能設(shè)計(jì)中，首先考慮建筑立面在滿足自然通風(fēng)的情況下，不同的立面朝向，根據(jù)房間功能的不同，開(kāi)窗的面積應(yīng)有區(qū)別。面對(duì)冬季主導(dǎo)風(fēng)向且太陽(yáng)輻射少的立面，應(yīng)盡量減少開(kāi)窗面積且不用設(shè)置凸窗。而南向立面則加大開(kāi)窗面積，以獲得更多的太陽(yáng)輻射，但是窗墻比也是有限制的，嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑窗墻比應(yīng)不大于0.45，嚴(yán)寒地區(qū)公共建筑窗墻比不大于0.6[3]。其次，考慮建筑立面引入攀藤植物式的綠化及建筑的外門應(yīng)設(shè)置門斗，可以起到夏季降低建筑外表面溫度和冬季防寒防沙的作用。

外窗保溫性能主要取決于外窗的傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)，嚴(yán)寒地區(qū)更適宜用低傳熱系數(shù)高遮陽(yáng)系數(shù)類型的外窗。[4]因此，新型保溫節(jié)能門窗也能有效減少熱工的損耗，通過(guò)利用先進(jìn)的技術(shù)和環(huán)保材料，提高建筑門窗保溫和隔熱性能，現(xiàn)代的新型保溫節(jié)能門窗有鋁合金節(jié)能門窗、塑料節(jié)能門窗、鋁塑節(jié)能門窗、鋁木節(jié)能門窗、木塑鋁節(jié)能門窗、玻纖增強(qiáng)聚氨酯節(jié)能門窗、外卷簾遮陽(yáng)一體化集成型節(jié)能門窗、彩鋼節(jié)能門窗等。合理化設(shè)計(jì)結(jié)合新科技門窗的運(yùn)用，把能耗熱損降到最低。

3.3 建筑剖面的設(shè)計(jì)——引入中庭，打造天然日光房

對(duì)與嚴(yán)寒地區(qū)的建筑來(lái)說(shuō)，耗能特點(diǎn)主要是冬季的散熱器保暖，夏季空調(diào)制冷，而經(jīng)合理引入中庭的設(shè)計(jì)則可以同時(shí)降低這兩方面的能耗。這里經(jīng)合理設(shè)計(jì)的中庭從節(jié)能方面考慮要求中庭底部設(shè)有景觀綠化，頂部設(shè)有可開(kāi)啟的玻璃采光通風(fēng)頂，嚴(yán)寒地區(qū)建筑的屋面天窗面積與中庭屋面面積的比值不應(yīng)大于0.10。

中庭底部采用室內(nèi)綠化，植物成活率有保證，不僅豐富室內(nèi)空間層次，創(chuàng)造良好的景觀環(huán)境，也改善室內(nèi)微氣候，調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣。在節(jié)能設(shè)計(jì)中最重要的作用是降低了底部空間的溫度，加強(qiáng)了室內(nèi)通風(fēng)的力度。頂部或側(cè)墻設(shè)有的可開(kāi)啟的玻璃采光通風(fēng)設(shè)計(jì)，不僅可以使室內(nèi)有良好的自然采光，而且其由于加熱頂部空氣，起到冬季采暖，夏季通風(fēng)的效果。夏季，開(kāi)啟中庭上部的采光通風(fēng)玻璃，由于中庭的高度，使其有一個(gè)空氣上流的作用，室內(nèi)的空氣產(chǎn)生的由下向上流動(dòng)的自然風(fēng)，結(jié)合建筑外表面的窗戶很好的組織通風(fēng)。而中庭底部因綠化設(shè)計(jì)使建筑底部的空氣溫度比其他層高較低，中庭上部因可開(kāi)啟采光通風(fēng)玻璃，由于太陽(yáng)光的照射使頂部空氣溫度比其他地方高，這種自然的溫差加速了建筑內(nèi)部空氣流動(dòng)，強(qiáng)化了自然通風(fēng)效果。冬季關(guān)閉上部的采光通風(fēng)玻璃窗，充足的太陽(yáng)光能源，加熱中庭內(nèi)空氣溫度，形成高于其它室內(nèi)房間的大太陽(yáng)房，從而作為熱交換的遞進(jìn)過(guò)渡空間，起到了提升室內(nèi)整體溫度的效果，達(dá)到節(jié)能減耗。

3.4 建筑功能的設(shè)計(jì)——建筑主要功能用房應(yīng)選用南向

在平面布置時(shí)，應(yīng)全面考慮到各用房空間功能的不同對(duì)舒適度要求的不同，建筑所在地理環(huán)境氣候特點(diǎn)的不同對(duì)建筑平面不同部位影響的不同，對(duì)其進(jìn)行合理的布局房間。各功能房間中，對(duì)舒適度要求相對(duì)不高的房間如：服務(wù)性用房和交通空間用房等，宜布置于建筑北向，嚴(yán)寒地區(qū)此朝向冬季太陽(yáng)輻射少且自然采光弱，冬季西北風(fēng)影響下冷風(fēng)滲透強(qiáng)，室內(nèi)環(huán)境舒適度相對(duì)不高。而主要的功能房間即對(duì)舒適度要求高的房間，則可位于建筑的南向，冬季獲得充足的日照，從而保證良好的光環(huán)境，冷熱舒適度，這樣的布局也可以實(shí)現(xiàn)減少北部房間開(kāi)窗面積的設(shè)想，降低保溫薄弱部位的熱流失。

3.5 建筑外圍護(hù)設(shè)計(jì)

墻體節(jié)能主要的措施由最初的內(nèi)墻保溫、外墻保溫、內(nèi)外墻保溫發(fā)展到現(xiàn)在以外墻保溫為主，屋面保溫為輔的外圍護(hù)保溫體系。使用環(huán)保、節(jié)能、防火型建筑材料，可有效減少通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，從而達(dá)到顯著的節(jié)能效果。[5]

3.6 建筑屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)——建筑宜采用正置式屋面，優(yōu)先選用太陽(yáng)能熱水器，嘗試運(yùn)用折疊式太陽(yáng)能熱水器和屋頂綠化結(jié)合設(shè)計(jì)前文提到太陽(yáng)能是嚴(yán)寒地區(qū)豐富的自然能源之一，因此在屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)中，從節(jié)能的角度考慮，有兩種可選擇的常用方法：一是種植屋頂綠化，二是屋頂利用太陽(yáng)能熱水器。種植屋頂綠化，夏季可以降低屋頂表面溫度，是一種很好的適應(yīng)季節(jié)周期變化的設(shè)計(jì)。但對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，夏季較為短暫，植物生長(zhǎng)期受地區(qū)特點(diǎn)限制，不能很好的發(fā)揮其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。所以在有限的建筑屋頂面積中, 對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，建議優(yōu)先考慮設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，而不是種植綠化屋頂。

隨著現(xiàn)在生活質(zhì)量的不斷提升，人們對(duì)居住環(huán)境也有了一個(gè)層次的提高，公寓由八人間過(guò)渡到四人間，再?gòu)乃娜碎g過(guò)渡到現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)間，太陽(yáng)能熱水器數(shù)量也在逐步增加，而在屋頂面積一定的情況下，今后在太陽(yáng)能熱水器技術(shù)更加成熟的前提下，也可試設(shè)計(jì)折疊式太陽(yáng)能和屋頂綠化相結(jié)合的設(shè)計(jì)手法，將太陽(yáng)能熱水器設(shè)計(jì)成折疊式，有效的節(jié)約了屋頂?shù)氖褂妹娣e，減少了屋面荷載。隨著季節(jié)而變，在冬季，煤炭物流園公寓熱水需求量大的時(shí)候，而且植物凋零不需要生長(zhǎng)空間的時(shí)候，熱水器的面積增大，在夏季，熱水需求量小的時(shí)候，而且植物需要生長(zhǎng)空間的時(shí)候，熱水器的面積縮小。這樣可以結(jié)合兩種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，是對(duì)一種更好的適應(yīng)季節(jié)周期變化的設(shè)想。

4 小結(jié)

能源轉(zhuǎn)型是我國(guó)的大政方針，煤炭企業(yè)近年來(lái)投入大量資金在進(jìn)行煤礦建設(shè)與生產(chǎn)方面，重生產(chǎn)輕生活的特點(diǎn)尤為突出，在選煤廠逐步向煤炭物流園轉(zhuǎn)型的過(guò)渡中，通過(guò)這次暖水煤炭物流園設(shè)計(jì)過(guò)程中，深刻體會(huì)到人們?cè)谠O(shè)計(jì)上從過(guò)去只注重滿足建筑質(zhì)量及使用需求，逐步向提高行政居住空間環(huán)境品質(zhì)發(fā)展。但最為主要的關(guān)注點(diǎn)，還是如何能使用最經(jīng)濟(jì)手段達(dá)到提高煤炭行業(yè)建筑品質(zhì)的目標(biāo)，是目前亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)運(yùn)用建筑氣候設(shè)計(jì)原理，借鑒地方傳統(tǒng)民居的綠色理念為嚴(yán)寒地區(qū)的新型煤炭物流園綠色節(jié)能設(shè)計(jì)提供了很好的思路。從總平面布局，到建筑不同功能分區(qū)再到建筑細(xì)節(jié)的合理化設(shè)計(jì)，使建筑充分運(yùn)用契合該地區(qū)的氣候條件，從而實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。