铁路建筑设计研讨

本文作者：宋 玲 单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司

随着铁路建设的快速发展，铁路生产生活用房和服务设施不断增多，相应的采暖、通风、空调、照明、热水供应等方面的能源消耗量不断增加，加重了企业的负担。建筑节能是在建筑物中合理使用能源，提高能源利用效率。建筑设计是否满足节能要求在很大程度上决定了建筑物在其整个使用寿命内能否达到建筑节能的目的。节能建筑同时也是舒适建筑和健康建筑。通过建筑设计降低建筑能耗，有利于保持生态系统的稳定。

1工程概况

库俄铁路位于新疆南部阿克苏地区库车县境内，自南疆铁路库车西站东端引出，先后跨越国道314线、国道217线，以隧道和特大桥方式穿越却勒塔格山和跨越库车河，至终点俄霍布拉克站，线路全长86.07km。库俄铁路工程于2008年10月开工建设，2011年11月建成通车。项目建设对拓展路网的覆盖区域，开发新疆煤炭资源，促进南疆经济建设，推动新疆能源战略发展具有重要意义。在库俄铁路工程房建设计中，从预可行性研究、可行性研究阶段就将建筑节能设计理念贯穿于设计原则之中。在初步设计及施工图阶段，从总图布局到平面设计、以及墙体材料、门窗、设备等的选用，以降低建筑能耗、满足使用功能为出发点，按《民用建筑节能设计标准》(JGJ26—95)及《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)，对全线房屋进行节能设计。

2总图规划设计阶段及外部环境的节能设计

2.1总图规划设计阶段的节能设计总图设计通过选址、规划、外部环境分析和体形朝向选择等，合理利用自然气候和自然环境，达到节能降耗的目的。库俄铁路全线穿越山区、河谷，沿线地形呈区段性平缓开阔，岸坡陡立，沟谷深切，地形起伏很大。气候呈现干旱和荒漠化的特征，极端最高气温38.3℃～41.5℃，极端最低气温－32.0℃～－27.4℃，冬冷夏热，风沙、风蚀情况严重。建筑节能设计从总图规划入手，对各车站建筑物周围地形、气候和环境进行深入分析。为减小风沙、风蚀的侵袭，将主要建筑以南向布置为主，避开当地冬季主导风向西北方向，朝向夏季主导风向东南方向，使建筑物夏季引进充足的自然风，冬季满足防风防寒的要求。同时根据信号楼、工务工区、生活用房等房屋的不同使用要求确定建筑物朝向和间距。库俄铁路车站选址，或地处开阔戈壁，或处于山间，周围为岩石陡壁。针对地形及气候特点，在夏玛勒巴格车站、俄霍布拉克车站等地处开阔戈壁区的站区，房屋周围设置围墙，减小风沙侵害。对于山区车站房屋，如库台克里克车站房屋，建设场地较为狭小，一侧为山体，一侧为高差近20m的防洪通道，建筑设计利用站台与自然地面高差，依山建成线下式建筑，使场地处形成山体与挡墙两面围合布局，减弱冬季西北风的影响，改善场地局部生态环境，间接达到节能降耗目的。工程竣工使用后，基本达到设计目的。

2.2合理的外部环境设计根据建筑物功能的需求，应通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境，以创造建筑节能的有利环境。在建筑物周围合理布置树木、植被，既可有效地遮挡风沙、净化空气，还能遮阳、降噪，从而减少空调能耗。库俄铁路站房车站区域绿化设计与房屋建筑设计同步进行，根据地理环境及小气候情况，布置不同高度和种类的树木植被，改善了生态环境。设计选择在房屋院落围墙或道路的南侧种植落叶乔木类植物，既丰富道路景观，又可使室外活动场地在夏季有树荫、冬季有阳光照射;在场地西北侧种植当地抗风性强的榆树、沙枣类植物，以减少冬季主导风向对建筑物的影响。在房屋前种植风景树，不仅美化环境、丰富建筑立面视觉效果，也改善了生态和室内环境。

3单体建筑节能设计单体建筑的节能设计，主要是通过合理地对建筑空间、体形、材料设备和构造部分的节能设计，来更好地利用既有建筑物的外部气候环境条件，以达到节能和改善室内微气候环境的目的。

3.1平面及空间设计南北向多层建筑的传热耗热量比东西向可降低5%左右，因此可利用自然环境使室内达到最高的舒适度。库俄铁路建筑设计中，将主要使用房间，如生产房屋中的办公室和机具维修房，及生活房屋中的宿舍和活动室等房屋，设置于日照通风条件最佳的南向位置。在日照、通风条件较差的北朝向和长时间接受太阳辐射的东西向布置了平面功能比较次要的楼梯、库房、设备机房和卫生间等，既可避免阳光直接照射主要房间，还可避免冬季西北风灌入。另外，将空调使用房间集中布置在建筑物一侧以减少空调负荷。对建筑物南向房间采取开窗面积大于北向的措施，在满足采光条件下，北向、东向设备机房、卫生间等开窗尽可能小些，从而在获得太阳光线同时，减少热损失，保持室内舒适的温度。

3.2建筑体形设计不同的建筑体形对热传导及节能有不同的影响，库俄铁路房建设计采用简单的体形形态，进行适当的变形，在功能和外观满足要求的同时，节能降耗。体形系数指建筑物与室外大气接触的外表面积(不计地面)与其所包围的建筑体积之比。体形系数越大，单位建筑面积对应的外表面积越大，建筑的传热损失就越大，能耗就越多。因此控制建筑体形系数，能有效地降低能源消耗。库俄铁路房屋体形系数基本控制在＜0.30。低耗能建筑物的体形，选择各方面尺寸与其有效传热系数相对应的最佳节能体形。采用正方形和简单的矩形，并且采用减少建筑面宽，加大进深或增加组合体，增加建筑物的层数等方法，以降低体形系数。如办公用房打破以往3.6m开间×4.5m进深的设计，采用6m大进深，有效降低墙体外表面积，加大南向建筑面，从而获取更多的日照辐射。

3.3围护结构节能设计建筑围护结构主要由墙、屋顶和门窗构成。建筑物的能耗主要取决于围护结构的热传导和冷风渗透，建筑围护结构应具有良好的保温隔热性能，以减少室内与室外的热量交换，从而减少所需要提供的采暖和制冷能量，达到节能目的。库俄铁路房屋墙体节能设计考虑到寒冷地区的气候条件，主要依靠采用保温隔热性能较好的复合墙体材料实现。即将绝热材料(导热系数＜0.23W/(m•k))复合在主要墙体材料空心黏土砖和陶粒砌块墙的外墙外侧，用保温隔热材料整体闭合包围建筑整个外露面及构件。对女儿墙(见图1)、挑檐板(见图2)，以及门窗洞口外露面，采取连续封闭的外保温措施，有效隔断混凝土梁柱等向外传热，避免了“冷桥”现象，达到了预期的节能降耗效果。与传统的黏土砖墙房屋相比，墙体导热系数小，节能效果显著。为阻断地面与土壤接触处的热量损失，外墙保温绝热材料延伸至冻土深度1.6m，同时在建筑物外墙内侧地面2m宽度内设置保温绝热材料，提高建筑物整体保温性能。外门窗是建筑耗热的重要渠道，传热系数约为墙体的3～4倍，库俄铁路房建设计根据寒冷地区气候特点，设计时注重对建筑窗墙比予以控制，以减少外窗的能量损失。外窗材料的选择上，采用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。玻璃采用中空充气玻璃。外窗保温性能不低于6级、气密性能不低于6级、水密性能达到3级、抗风压性能达到4级，均符合国家标准要求。另外采用气密胶条提高外窗气密性，建筑主入口处均设置防寒门斗减少冷空气渗透。屋面是建筑物受太阳辐射的各个外表面中，接受太阳直射时间最长的部位，受辐射得热也最多，为东西向墙体的2～3倍，所以它的保温隔热尤为重要。库俄铁路房建建筑设计屋面保温材料选用轻质、导热系数小及吸水率较小的阻燃性聚苯板，并且将保温层沿女儿墙、挑檐板与外墙保温层连通，提高了建筑整体保温性能。库俄铁路房屋建筑设计考虑了围护结构细部的节能，注重不同构件连接处的设计以减小热能损失。对外维护结构中热量传递较快的钢筋混凝土梁、柱、架空楼板等热桥部位设置外墙保温层或“断桥”措施;外墙出挑构件及附墙部件，如雨罩、附壁柱外表面均设置外保温层;在外墙窗口外侧四周墙面、门洞口外侧墙面处设置30mm厚保温层，并在墙体与门窗连接处设聚氨酯密封泡沫层，以增加连接处的密封性。

3.4利用可再生能源的节能设计太阳能是常被建筑物利用的可再生能源，更重要的是有利于保护环境，主动式利用太阳能是指通过一定的装置将太阳能转化为人们日常生活所需的热能和电能。库俄铁路房屋建筑利用新疆库车地区日照时间长、阳光充足的特点，对宿舍、食堂、浴室房屋的生活热水供应采用太阳能热水器(辅助电加热)，夏季充分利用太阳热能转换，满足使用需求，冬季室外气温低，太阳热能转换不足时辅以电加热，满足了使用需求。办公及生活饮用开水供应，均采用电加热开水器。

4结束语

在库俄铁路房屋建筑设计中，通过从整体规划、外部环境、单体设计、围护结构等方面的节能设计，及太阳能的利用来降低建筑能耗，达到建筑、环境、经济、节能之间的最佳结合，实现了节能设计的目的。地源热泵是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统，把低温的热源提升，提供生活用能，冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。由于条件限制，该项节能方式在库俄铁路中未能使用，但在部分其他新疆铁路建设项目中已得到应用，是节能设计的发展方向。