[摘 要] 本文主要是针对有效抑制大型科技场馆内环境容易随着外部环境的变化而产生波动的问题展开分析，以便于创造健康舒适的馆内热环境。针对煤矿建筑节能改造新措施进行可操作性研究，并得出一套适宜被动式节能策略的过程模型，为该领域的被动式研究提供科学依据，也为广大的煤矿建筑师提供了一种环保的煤矿建筑思路。
[关键词] 煤矿建筑； 节能改造； 被动式技术
1 被动式节能技术概述
“被动式煤矿建筑设计”中“被动”原意为：顺从、诱导、顺其自然，由英文“Passive Building Design”转译而成。被动式煤矿建筑设计理念就是尽量不使用常规能源，而只利用自然界的阳光、风、温度、湿度等可再生资源，从规划、设计等环节配合以实际环境特征进行改善和创造出舒适健康的居住条件。它所强调的是：设计方法要根据当地气候条件进行合理组织，充分考虑煤矿建筑的居住功能和形式要求等。
在国内外很多传统的煤矿建筑中也有较多采用被动式节能设计策略，虽然这些国家地理位置不同，但在相似的气候条件下，煤矿建筑形式却非常相似。正如“形式追随气候”的说法一样，即使这句论断不完全正确，但是在物质技术资源极其匮乏的条件下，想要拥有舒适健康的人居环境，就得充分依靠煤矿建筑本身来实现，这就使得煤矿建筑必须和外界环境相融合，最大限度的利用自然为人类提供的物质条件，减小气候对煤矿建筑热环境的不利影响。和被动方式相对应的是主动是煤矿建筑技术，主动式煤矿建筑技术是依靠对可再生资源的直接利用或者通过机械设备对可再生资源利用为煤矿建筑内部供冷或供暖。被动式节能技术的合理运用可以为煤矿建筑所有者和使用者带来很大好处：
（1）运行能耗：全年较低的能源消耗；
（2）投资：生命周期成本低，经济回报高，相对于未来能源价格的上涨又有很高的经济独立性，这些将导致更高的使用率和满意度，随之而来的是较高的煤矿建筑价值和较低的风险。
（3）舒适性：更好的热舒适性，减少对产生噪声的机械设备的依赖；
（4）工作效率：增加的日照，高质量馆内光环境可以提高生产效率；
（5）维护费用：减少对机械系统的依赖，从而降低煤矿建筑维护成本；
（6）环保：降低对不可再生能源利用和对化石燃料的依赖。
2 绿色煤矿建筑的选址设计
煤矿建筑强调“天人合一”和“因地制宜”的生态思想，所以在绿色建筑的设计中应该要兼顾节能和节地两个方面。选址好的建筑地址，根据地形地貌的状况来设计绿色建筑，可以使用自然通风，影响其内外环境并节约大量的空调耗能。因为冬天冷空气会对建筑物产生“霜冻”的影响，所以绿色建筑不应该被放在洼地、山谷之地，这样会使其用于采暖的耗能提高。要实现提高建筑节能和采暖效率的水平，必须把绿色建筑置于避风、向阳之地。
特殊的建筑用地如坡地，主要是从太阳辐射和通风两个方面对建筑节能产生影响的。如果坡向朝南不仅有利于建筑在冬季的时候可以接受到太阳的辐射，而且能够提高其容积率；坡向如果和主导的夏季风方向相同，能够使建筑通过自然通风进行散热；坡向朝北能够使建筑间减少南向的日照遮盖。由于夏热冬冷地区的气候特征，所以坡地选址时应该主要明确是否夏季能够自然通风，冬季能够通过太阳得热。毫无疑问，位于向阳的山腰上是最佳的建筑位置。
绿色建筑附近如果有大面积的水面，则可以使自然环境得到改善。主要是对热环境和自然通风产生影响。当地各种资源散发的热量在水面上可以使其温度发生改变，不仅仅有利于稳定周围环境的温度，还能够产生微风，使人们的生活环境较舒适。
绿色建筑选址对外部条件环境的安全有重要的影响作用，并且它对周围环境的规定比较明确，如：地磁适中、土质良好、避开会出现自然灾害和有电磁辐射的地区等等。另外，要注意的是选择绿色建筑用地时，要遵循天人合一的理念，保护周围已有的生态环境，避免对原有的自然条件和设施产生不利的影响。绿色建筑的基本原则中包括不能对建筑周边环境有破坏作用。我们可以通过利用建设被废弃的地区，变废地、荒地为可使用的建筑用地，或者开发地下空间，从而提高土地的利用率和环境质量，有利于达到节地的目标。
3 煤矿建筑节能改造新措施
3.1 被动式太阳能煤矿建筑采暖
被动式太阳能煤矿建筑无需机械设备就可以获得太阳能采暖，而主动式则相反。被动式太阳能采暖是将煤矿建筑朝向和周围自然、人文环境进行合理组织分布，对外部体形和内部空间做相应的技术处理，同时恰当的选择煤矿建筑材料进行结构构造，来获得热量，解决冬季煤矿建筑物采暖的问题。按照对传热获取方式的不同被动式太阳能煤矿建筑采暖，可以分为：①直接式；②间接式；③混合式.
（1）直接式
直接式是被动式采暖系统中最简单的形式。这种方式与一般煤矿建筑的外形基本相同，外部艺术处理也灵活，不需额外增加特殊的集热装置，最容易推广使用。房间本身是一个集热、储热体。在夏季白天太阳光透过南向玻璃窗进入馆内，地面和墙体吸收储蓄热量，其表面温度逐渐升高，所吸收的热量一部分以对流的方式供给馆内空气，一部分以辐射的方式与其它周围结构内表面进行热交换，还有一部分则是由墙体和地板把热量传入馆内储存起来。在冬季没有日照时，被吸收的热量释放出来，加热馆内空气，维持室温，其余热量则传递到馆外。直接式获取太阳能集热方式，适用于与立面结合，能够创造出简约、现代的立面效果。
（2）间接式
在采暖期，间接式有附加阳光间和特朗伯集热墙两种较实用的形式。特朗伯集热墙是近些年发展起来的一种外墙集热系统。特朗伯墙是将集热墙向阳外表面涂以深色的选择性涂层加强吸热并减少辐射散热，它吸收了最古老的利用厚厚的热惰性煤矿建筑材料来维持馆内温度这些传统的做法，但是又具备自身更轻便和较高热效率及更主动的适应气候变化的能力，使得该墙体成为集热器和储热器。冬季白天，通过被加热的空气间层中的空气，经由墙顶和底部透气孔向馆内供暖。冬季夜间主要依靠墙体白天自身的蓄热向馆内传递热量，维持馆内温度。 （3）混合获取方式
综合以上通过窗体直接吸收热量的直接式和运用阳光收集器的间接获取太阳能方式，使房间内部更加有效的吸收太阳辐射热，促进馆内热量的高效可控循环。
3.2 提高窗户玻璃的隔热能力
窗户是煤矿建筑物内外热交换最活跃的部位，窗户可以造成的热损失为煤矿建筑墙体的5～6倍。窗户能耗是整个煤矿建筑总的能耗的2/5，由此可见控制好玻璃门窗的传热是整个煤矿建筑节能的重要一个环节。
（1）选用合适的窗墙比
现代煤矿建筑往往为了美化装饰，采取加大窗洞口的面积，造成了其功能性正常适用的情况下，煤矿建筑内部机械耗能大大增加。从节能的角度考虑，窗口大小的选择应该根据煤矿建筑朝向、煤矿建筑使用功能、外部景观的欣赏等因素进行综合客观地考虑应用。
（2）选择合适的门窗构造
从表1中可以看出，若增加窗户的玻璃层数，同时利用空气夹层可以有效地改善窗户的隔热效果，大大地提高节能率。从传热学方面解释，增加一层外窗户玻璃，传热量就相应的减少40%。
（3）节能玻璃的使用
总的来说，玻璃的材料各有特点，在采光要求高、由被动式太阳辐射采暖需求的煤矿建筑中，使用透明玻璃是较好的选择；在需要解决过高的亮度比所造成的眩光问题的煤矿建筑中和需要避免太阳辐射造成制冷负荷增加的地区可以使用热反射玻璃；另外，吸热玻璃和光谱选择型玻璃较为灵活，能在采光和得热控制中较好平衡。
3.3 绿色建筑的绿化设计
绿色煤矿建筑的附近如果有大量的水面和绿化，能够对周围的气候进行改善。但是不同的建筑
材料对太阳辐射的吸收率是有差异的。通过实地测试发现在夏天，草地表面的平均温度相对于混凝土地面大概低了4.4℃，相比沥青地面更是低了7℃左右。绿化的作用是对建筑周围夏季进行增加湿度、降温等。相关理论证明，每增加10%的绿化覆盖率，就可以使温度下降高达2.6℃；当覆盖率高达50%，温度会下降大约13%，这正好可以解除热岛效应。
同时，绿化可以通过吸收大量的粉尘来减少空气的污染，进而使日照提升。我们在进行绿化节能设计时，应该考虑到当地的自然条件和植物的生长规律。在建筑周围种植树木，能够产生夏季降温遮阳的作用。而对屋顶和墙面的绿化工程可以很好的改善周围的热空气，并且有隔热保温的作用。选择落叶型的植被种在建筑物的附近，往往可以使其在恰当的使其为绿色建筑起到遮阳的效果。它们在南方由于叶子生长的早能够进行遮阳，而在北方则因为其需要大量的太阳辐射才会长叶，所以在冬天的时候并不影响取暖和照明。
4 结语
本文通过对被动式煤矿建筑技能策略进行系统的阐述，使被动式煤矿建筑在读者面前有一个整体的认识和解读。笔者近几年对被动式煤矿建筑的理论学习和实地考察发现，被动式节能策略不仅适用于新建煤矿建筑，对既有大型科技类场所的改造项目也同样适用，节能空间非常大，节能效果相当明显。
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