夏熱冬冷地區(qū)既有建筑被動(dòng)式節(jié)能改造初探

【摘要】到現(xiàn)在為止，被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)是國(guó)內(nèi)既有建筑綠色改造的重要技術(shù)之一。本文通過(guò)夏熱冬冷地區(qū)實(shí)際項(xiàng)目，總結(jié)建筑改造被動(dòng)式適宜技術(shù)，并通過(guò)對(duì)改造案例的分析，進(jìn)一步了解被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用方法，并闡述不能脫離項(xiàng)目自身特點(diǎn)選擇策略，以致增加成本使改造項(xiàng)目失去優(yōu)勢(shì)，總結(jié)出適宜的、經(jīng)濟(jì)的改造技術(shù)和方法，希望對(duì)既有建筑的綠色改造提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】既有建筑；被動(dòng)式技術(shù)；夏熱冬冷地區(qū)；建筑改造

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.108

到目前為止，我國(guó)既有建筑改造經(jīng)歷了功能改造和性能提升、節(jié)能改造、綜合性能改造以及綠色改造四個(gè)階段。既有建筑綠色改造技術(shù)主要分為被動(dòng)技術(shù)和主動(dòng)技術(shù)兩類(lèi)。我國(guó)既有建筑改造量大、改造技術(shù)體系相對(duì)不完善，在建筑節(jié)能改造方面采取過(guò)多的新技術(shù)和新能源并不現(xiàn)實(shí)，低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)有效的被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)應(yīng)該得到優(yōu)先考慮。因此本文主要研究既有建筑改造中的被動(dòng)式技術(shù)方法和策略。

被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)是指直接利用陽(yáng)光、風(fēng)力、氣溫、濕度、地形、植物等場(chǎng)地自然條件，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用非機(jī)械、不能耗或少能耗的方式，降低建筑采暖、空調(diào)和照明負(fù)荷，提高室內(nèi)外環(huán)境性能的節(jié)能技術(shù)。我國(guó)地大物博，不同地區(qū)的氣候條件和生活習(xí)慣都不同，被動(dòng)技術(shù)研究和應(yīng)用的重點(diǎn)也不盡相同。

1、既有建筑綠色改造的特點(diǎn)及內(nèi)容

從綠色建筑的角度分析，既有建筑與新建筑的不同在于新建的綠色建筑是在完全按照新的舒適度標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，而既有建筑的綠色改造本身是一項(xiàng)全面綜合性的工作，在客觀條件綠色技術(shù)選用受限的情況下滿(mǎn)足綠色改造的要求，需要積極利用原有建筑的結(jié)構(gòu)和空間進(jìn)行重新改造，以達(dá)到更高的建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

綠色改造決策的制定是一個(gè)多日標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化過(guò)程。面對(duì)不同建筑的外部條件和自身特點(diǎn)，需要對(duì)建筑物理?xiàng)l件、功能性能、節(jié)能水平、室內(nèi)環(huán)境等建筑實(shí)際現(xiàn)狀進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益預(yù)評(píng)估，制定綠色技術(shù)優(yōu)化組合方案進(jìn)行節(jié)能替力及經(jīng)濟(jì)性等比較分析，確定建筑最優(yōu)的綠色改造方案。

2、夏熱冬冷地區(qū)建筑改造被動(dòng)式適宜技術(shù)

夏熱冬冷地區(qū)，夏季炎熱冬季陰冷，建筑設(shè)計(jì)中需兼顧夏季防熱和冬季保溫需求。為應(yīng)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)冬夏兩種截然相反的設(shè)計(jì)需求，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居其采用了一些低成本的綠色建筑技術(shù)，如“柱廊過(guò)渡關(guān)系”、“冷巷降溫通風(fēng)”、“天井拔風(fēng)”、“冬夏可拆裝墻板”、“雙層空氣保溫?fù)躏L(fēng)空問(wèn)”、“功能置換適應(yīng)氣候”等。在公共建筑中常用于建筑改造中的被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)往往是以上技術(shù)的演化。

2.1場(chǎng)地設(shè)計(jì)

場(chǎng)地設(shè)計(jì)指的是在群體建筑布局時(shí)充分考慮地形、水體、植被等環(huán)境因素使節(jié)能效果達(dá)到最優(yōu)。例如利用場(chǎng)地因素如植物、 地勢(shì)等來(lái)遮擋太陽(yáng)福射或利用最佳朝向接收太陽(yáng)能，利用主導(dǎo)風(fēng)向來(lái)降低溫濕度等。

2.2被動(dòng)式太陽(yáng)能

建筑利用被動(dòng)式太陽(yáng)能是指通過(guò)合理設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的自然熱交換方式使建筑采暖。被動(dòng)式太陽(yáng)能的利用方式有門(mén)窗直接得熱、集熱蓄熱墻、陽(yáng)光房等。

2.3屋面可用干鋪或架空方式或屋頂綠化進(jìn)行保溫

隔熱：墻體可以通過(guò)保溫材料、雙層通風(fēng)幕墻、垂直綠化以及反射系數(shù)高的飾面等方式實(shí)現(xiàn)；對(duì)于外門(mén)窗，可替換成雙層中空玻璃窗，或在原有窗戶(hù)外（或內(nèi)）加建一層；東西向窗可用活動(dòng)外遮陽(yáng)等隔熱措施 。

2.4自然采光和通風(fēng)

提高建筑自然采光最直接的方式是在控制好窗墻比的基礎(chǔ)上増大開(kāi)窗面積； 當(dāng)既有建筑自然采光條件欠佳時(shí)，可以通過(guò)添加或改造采光井采光；導(dǎo)光管的使用可以減少白天的用電能耗；采用反射率較高的材料做成的導(dǎo)光板可以把室外光線引進(jìn)室內(nèi)。自然通風(fēng)主要分風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)，可以通過(guò)設(shè)置堅(jiān)向井道、 改變開(kāi)窗形式、増?jiān)O(shè)中庭或邊庭等方式實(shí)現(xiàn)。

2.5綠色材料

全壽命周期考量建筑改造。在建筑改造時(shí)將原有建筑的廢棄物設(shè)計(jì)巧妙地運(yùn)用進(jìn)新建筑里，適當(dāng)?shù)乇Ａ粼薪Y(jié)構(gòu)或外売，不僅是一種成本極低的節(jié)材方式，也是老建筑的記憶載體；或者將舊材料需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換后使用；采用生產(chǎn)低能耗的建筑材料、降低使用過(guò)程中耗能的建筑材料比例等。

3、被動(dòng)式技術(shù)應(yīng)用案例

項(xiàng)目源于株洲清水塘舊工業(yè)遺址的保護(hù)規(guī)劃和招商引資，甲方需要在遺址園內(nèi)建一個(gè)營(yíng)銷(xiāo)展示中心，我們通過(guò)利用園區(qū)西北角的原中鹽湖南株洲化工集團(tuán)內(nèi)的廠房改造來(lái)完成這個(gè)展示中心。廠房位于老工業(yè)基地工業(yè)遺址的清水塘大道上，交通非常方便，其西側(cè)是老工業(yè)基地遺址核心區(qū)。在改造過(guò)程中提出“基于現(xiàn)實(shí)、尊重歷史、優(yōu)先利用、控制破壞”的原則，通過(guò)被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化、性?xún)r(jià)比優(yōu)選等低成本常規(guī)技術(shù)為主的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)全專(zhuān)業(yè)全程協(xié)同設(shè)計(jì)既有建筑改造的第一次嘗試。

原廠房結(jié)構(gòu)形式為桁架結(jié)構(gòu)，保留完好，可以繼續(xù)利用。平面形狀簡(jiǎn)單，為大跨度大開(kāi)間的規(guī)則幾何形，非常利于改造后內(nèi)部空間的靈活分割。建筑內(nèi)部?jī)舾?m，為展廳和辦公的豎向分布組合也提供了可能。

項(xiàng)目中原廠房的特色標(biāo)記很多，然而整體感覺(jué)卻單調(diào)質(zhì)樸、缺乏趣味性。設(shè)計(jì)中我們首先力求保留建筑的原真性，我們將原結(jié)構(gòu)體系、建筑上部紅磚外墻、橫向遮陽(yáng)板都最大限度的進(jìn)行了保留，很好地保持了廠房原貌。由于原采光條件不好，在保留原有側(cè)高窗的情況下，在近人尺度上局增加大面積玻璃幕墻提升室內(nèi)的采光質(zhì)量，同時(shí)東側(cè)和南側(cè)用“鋼結(jié)構(gòu)廊道”這一設(shè)計(jì)元素打破了原建筑的過(guò)于規(guī)整沉悶的形象，在保留的基礎(chǔ)上置入新元素，以達(dá)到新舊對(duì)比、新舊和諧交融的藝術(shù)效果。同時(shí)，鋼架嵌入的磚砌立面與園區(qū)景觀相呼應(yīng)，玻璃窗框均選用深灰色金屬型材。原工業(yè)建筑單調(diào)、斑駁的氣息與時(shí)尚現(xiàn)代的設(shè)計(jì)手法形成鮮明的對(duì)比，創(chuàng)造出一種既有歷史感又生機(jī)勃勃的特殊效果。

項(xiàng)目遵循綠色生態(tài)的低影響開(kāi)發(fā)思路，并充分體現(xiàn)因地制宜的原則，最大程度保留使用原有建筑及生態(tài)環(huán)境。

4、被動(dòng)式技術(shù)應(yīng)用策略

所謂被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在建筑改造中的策略，就是要在建筑改造之初選擇相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，與被改造建筑進(jìn)行有機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)，生要有優(yōu)化空間一體化設(shè)計(jì)、建筑表現(xiàn)和低成本策略。

4.1優(yōu)化空間

有些建筑間不利于節(jié)能或者部分空間需要功能：置換，甚至整個(gè)建筑功能發(fā)生改變，這時(shí)需要對(duì)空間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在清水塘營(yíng)銷(xiāo)中心的改造中，除了加建的部分電梯廳旁局部混凝樓板，其他空間形成從首層到屋頂通高的玻璃采光中庭和可開(kāi)啟天窗，以及在南側(cè)和東側(cè)設(shè)置側(cè)邊中庭，加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)。

4.2—體化設(shè)計(jì)

一體化設(shè)計(jì)是指被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)應(yīng)當(dāng)成為建筑本體的一部分，而不是作為附加的技術(shù)游離在本體之外。例如在清水塘展示中心建筑東西向設(shè)置大面積幕墻結(jié)構(gòu)，改造設(shè)計(jì)時(shí)保留原始的橫向遮陽(yáng)板，并且東側(cè)設(shè)置為廊道空間，能起到良好的遮陽(yáng)效果，同時(shí)單元?jiǎng)澐值男问叫纬闪撕?jiǎn)潔的立面肌理和豐富的現(xiàn)代化的表皮。

4.3建筑形象表現(xiàn)

清水塘展示中心東立面和南立面利用拆除的具有歷史氣息的紅磚，通過(guò)不同的砌筑方式，既滿(mǎn)足遮陽(yáng)和通風(fēng)、隔聲、降噪的需求，也表達(dá)了生態(tài)而富有肌理的立面效果。

4.4低成本策略

建筑改造的成本問(wèn)題始終困擾著建筑改造活動(dòng)在的發(fā)展。選擇合適的經(jīng)濟(jì)的方式對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)建，好的舊建筑可以降低改造成本的基礎(chǔ)。清水塘項(xiàng)目場(chǎng)地中有許多值得存留的工業(yè)廢棄設(shè)施，我們進(jìn)行保留或者改造加工后，作為場(chǎng)地內(nèi)的人文景觀資源。在參觀流線上，我們保留了桁架式構(gòu)筑物，與主體建筑呼應(yīng)的同時(shí)也對(duì)人群的走向起到了引導(dǎo)作用。最終斑駁的鐵軌、古舊的火車(chē)頭、青灰色的廣場(chǎng)與磚紅色的建筑一起構(gòu)成了一幅充滿(mǎn)歲月感的畫(huà)面。

結(jié)論：

既有建筑綠色改造在項(xiàng)目前期需要進(jìn)行節(jié)能改造可行性研究和節(jié)能改造切人點(diǎn)分析，針對(duì)切人點(diǎn)確定改造策略，例如優(yōu)化空間、一體化設(shè)計(jì)、建筑形象表 現(xiàn)和低成本策略，最后再具體策略確定具體的改造措施。改造應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，不能脫離項(xiàng)目自身特點(diǎn)選擇策略，以致增加成本使改造項(xiàng)目失去優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦冀，張煒，江鈺婷.夏熱冬冷地區(qū)低成本綠色建筑研究實(shí)踐——常州建設(shè)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校新校區(qū)科技研發(fā)樓設(shè)計(jì)[J].建筑技藝，2013（2）.

[2]魏園園.被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在建筑改造中的應(yīng)用策略研究.浙江大學(xué)，2015.

作者簡(jiǎn)介：

方陽(yáng)（1988-），男，漢族，湖南常寧人，碩士研究生，工程師，研究方向：建筑設(shè)計(jì)及其理論工作。