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既有工业建筑民用化节能改造方案探究

郑云扬 朱芊沄 郭玮祎

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既有工业建筑民用化节能改造方案探究

    作者简介: 郑云扬(1975— ),男,江西宜丰人,副教授,硕士。主要研究方向:建筑设计理论与方法.
  • 中图分类号: TU2

Research on Energy-Saving Reconstruction Plan of Civilization of Existing Industrial Buildings

  • CLC number: TU2

  • 摘要: 随着我国产业结构的调整,以可持续发展为原则,建设环境友好型城市建筑,解决大量既有工业建筑闲置的问题,节能改造已成为国内既有工业建筑可持续利用的新方法和新趋势。结合区域特点合理优化改造建筑功能、利用可再生能源和资源、引进先进技术与材料,使得闲置的既有工业建筑迸发出新的活力。南昌699文化创意产业园是江西工业建筑民用化节能改造比较成功的案例之一。其改造主要围绕场地微气候、通风采光、围护结构热工性能、水资源循环利用这几方面进行。调查数据显示改造效果比较明显。这些改造方法可为类似项目提供参考经验。
  • 图 1  北京798艺术中心

    图 2  南昌699文化创意园

    图 3  699文化创意园平面图

    图 4  园区微气候改造实际效果图

    图 5  通风系统改造实际效果图

    图 6  采光系统改造实际效果图

    图 7  屋顶改造实际效果图

    图 8  墙体改造实际效果图

    图 9  门窗改造实际效果图

    图 10  遮阳改造实际效果图

    图 11  保水设计改造实际效果图

    图 12  雨水收集利用示意图

  • [1] 张扬,陈旭,李慧民,等. 基于绿色理念的上海旧工业建筑再生利用[J]. 工业建筑,2013,43(10):28.
    [2] 张利华. 旧工业建筑改造与再利用探讨−以南昌699文化创意园为例[D]. 南昌:南昌航空大学,2018:12.
    [3] 张振伟. 被动式建筑的自然通风设计策略[D]. 北京:北京建筑大学,2016.
    [4] 赵辉. 天津地区住宅外窗节能设计研究[D]. 天津:河北工业大学,2007:14.
    [5] 王聪,王静. 基于生态节能理念的旧工业建筑改造分析[J]. 山西建筑,2016,42(12):188.
    [6] 北大方极规划. 江西699文化创意产业园规划设计解析[EB/OL]. (2017 − 04 − 12)[2019 − 01 − 24]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_15b1064ef0102x8ih.html.
  • [1] 刘伟江婷李可王永祥 . 欠发达地区新型城镇化包容性发展的影响因素分析. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(3): 40-50. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.03.007
    [2] 陶秋香涂继亮杜为 . “双一流”建设视域下行业特色高校创新创业教育生态系统的构建与区域化发展. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(3): 110-118. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.03.017
    [3] 林井萍陈龙丹 . 大学生人际适应对自我同一性的影响:有调节的中介效应. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(1): 105-111. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.01.016
    [4] 陈璐王有远 . 通用航空产业综合示范区发展战略研究. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(1): 27-34. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.01.005
    [5] 宋颖黄珍珍 . 基于区位熵的互联网产业空间集聚性分析. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(1): 18-26, 50. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.01.004
    [6] 桂俊荣 . 基于乡村文化传承的精准扶贫模式研究. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(3): 65-69. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.03.010
    [7] 胡伯项胡宇喆 . 两大陷阱论视域下文化建设路径研究. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(2): 34-38. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.02.006
    [8] 胡卫萍张炜华 . 我国文化企业产权交易流转的法理思考. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(1): 44-50. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.01.007
    [9] 许丽芹 . 高校外语教育中大学生跨文化能力培养:从理论到实践. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(3): 70-75, 81. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.03.011
    [10] 韩柱 . 构建新时代大学生中华优秀传统文化教育的立体课堂. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(4): 95-100. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.04.014
    [11] 肖丽邢亚鑫魏开伟 . 道教文化在塑造龙虎山公共设施产品形象中的运用研究. 南昌航空大学学报(社会科学版), 2019, 21(1): 118-124. doi: 10.3969/j.issn.1009-1912.2019.01.018
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-24
  • 录用日期:  2019-05-03
  • 刊出日期:  2019-06-01

既有工业建筑民用化节能改造方案探究

    作者简介: 郑云扬(1975— ),男,江西宜丰人,副教授,硕士。主要研究方向:建筑设计理论与方法
  • 南昌航空大学 土木建筑学院,南昌 330063

摘要: 随着我国产业结构的调整,以可持续发展为原则,建设环境友好型城市建筑,解决大量既有工业建筑闲置的问题,节能改造已成为国内既有工业建筑可持续利用的新方法和新趋势。结合区域特点合理优化改造建筑功能、利用可再生能源和资源、引进先进技术与材料,使得闲置的既有工业建筑迸发出新的活力。南昌699文化创意产业园是江西工业建筑民用化节能改造比较成功的案例之一。其改造主要围绕场地微气候、通风采光、围护结构热工性能、水资源循环利用这几方面进行。调查数据显示改造效果比较明显。这些改造方法可为类似项目提供参考经验。

English Abstract

    • 随着国内产业结构的调整,我国逐步从资源型工业向技术型工业转化,未来将大力推进第二产业向第三产业的转化。因此,废弃闲置的工业建筑日益增多。然而,城市的发展需要土地的支撑,废弃的建筑需要以功能来体现其价值。在可持续发展战略思想的指导下,解决既有工业建筑再利用问题被列入城市规划发展议程[1]

      在我国,以北上广深为中心迅速建立了大批以改造既有工业建筑为基础的文化创意园区(图1),开启了既有建筑的华丽转身与蜕变。南昌699文化创意园(图2)、南昌樟树林文化生活公园、江西太酷云介时尚产业园等文化创意产业园区就在这一改造热潮中应运而生。

      图  1  北京798艺术中心

      图  2  南昌699文化创意园

    • 第一,生态角度。在不对原始环境造成过度损害的基础上,对现有工业建筑进行改造而不是拆除或重建,通过工业污染管控加快恢复和建设健康的生态环境,全面推广清洁能源,低碳环保材料使用,结合科学的生态改造手段,实现节能减排。

      第二,经济角度。20世纪末,根据英、美等资本主义发达国家的能源数据表明,在同等规模和标准的前提下,改造建筑成本会比新建节省20%~50%费用。既有工业建筑一般具有大跨度、低密度、高绿化率等特点,因此,具有很好的可塑性,可以获得更高,更快的投资回报。同时,改造较为成功的既有建筑,在激发自身的经济活力的同时,也促进自身内部地块和周边地块的经济发展,甚至带动整个城市经济的复苏[2]

      第三,文化角度。在城市发展进程中,建筑单体或建筑群都承载着城市的历史,它们的有机结合形成了独特的城市风貌及特色,它在保护和传承城市历史方面发挥着至关重要的作用。许多既有工业建筑具有不可磨灭的历史地位和工业文化价值。工业生产的历史在工业建筑、工业设备和各种工业设施中都有很好的记载。

    • 第一,改善场地微环境。在既有工业建筑民用化的改造中,原有厂房的位置已经固定,基本不存在能够改变其朝向的条件与可能性。因此,在进行民用化节能改造的同时,也要统筹考量地理位置、热工环境等相关因素。若改造项目的场地微环境不符合新的使用标准,可以通过花木种植、增设屋顶绿化、景观水体等方式改善场地绿化率与容积率,达到改善风向、降低风速的目的,从而进一步改善场地微环境,营造舒适的使用环境。

      第二,改善自然通风、采光系统。通风是提高室内环境质量的一个重要方式,在工业建筑改造的设计当中,可以充分利用自然通风来控制来协调对机械通风和空调系统的使用,以确保在建筑运行过程中还可以有适宜的室内环境。风压和热压是影响自然通风的两个重要因素,它们构成了建筑改造设计中自然通风的三种组织形式:风压通风、热压通风、风压与热压相结合[3](44)

      既有工业建筑往往都是大空间、大跨度的结构,为满足生产或储藏需求,一般形体较为统一,门窗分布较为规整。因此可以对既有建筑周边障碍物、现有绿植、建筑本体结构状况进行分析,以决定改造空间的功能分布与采光量。比较有效的方式有:增加窗户面积、增设天窗及侧窗采光、中庭采光、使用有反射折射能力的装饰材料。

      第三,改善围护结构热工性能。既有工业建筑的能耗中,外围护结构的传热损耗是建筑物热工能耗的主要组成部分,因此,在民用化改造中需要重点考虑外围护结构保温性能。运用科学的改造手段,改善建筑热工环境,降低能耗,大大减少了夏季空调和冬季采暖产生的能耗损失。

      1)外墙。我国既有工业建筑的外墙一般为240毫米厚的实心黏土砖墙体,其中大部分没有保温隔热层。在既有工业建筑民用化的实际项目改造中,夹心保温技术普遍不适用,而与内保温技术相比,外保温技术更加合理,保温隔热效果也更好。

      建筑四周遮挡植物种植和外墙攀岩植物种植,也是提高外墙隔热效果的一种途径。

      2)门窗。虽然门窗面积仅占围护结构的25%左右,但它是保温最薄弱的环节。因此,门窗也是民用化节能改造的重点。在改造中,为了降低传热系数,提高气密性,提高门窗的保温性能,有必要合理选择门窗材料。如:绝缘钢型材、隔热铝合金型材、FRP型材等,玻璃可采用吸热玻璃、中空玻璃、涂层玻璃、太阳能热反射玻璃和低辐射玻璃 (双层中空Low- E玻璃)[4]

      3)屋面。屋面是既有工业建筑最上部的覆盖外围护结构,可以抵御自然界的不利因素,使得下部的空间有良好的使用环境[5]。屋面的改造方法很多,主要有:倒置式保温屋面、种植屋面、蓄水屋面、屋顶通风、太阳能屋面等。

      4)遮阳。采光与遮阳之间虽然相反,但又相互关联,采光是为获取更多的自然光,遮阳是为避免阳光直射对工作与生活造成影响[3](46)。太阳直射必然产生大量的太阳热辐射,如果不能恰当的处理遮阳问题,将大大增加室内空调系统的能耗。既有工业建筑可以通过攀爬植物种植改善建筑遮阳。

      第四,利用再生能源。我国太阳能资源丰富地区占到陆地国土面积的2/3,在既有建筑改造过程中也常常利用太阳能辅助改造设计,从而减少不可再生能源的消耗。目前,建筑光伏一体化与建筑太阳能热水器的融合已成为最常见的转型形式。

      既有工业建筑由于设计与使用初期很少涉及水资源的综合使用问题,导致大量自来水消耗,因此,完善水资源利用体系也是改造工程中至关重要的一环。具体方法有:雨水收集利用、中水收集利用、以及节水卫生洁具的使用。

    • 南昌市位于江西省中北部,赣江、抚河下游,建筑热工设计分区属夏热冬冷地区,光气候分区为Ⅳ类。699文化创意园(图3)的前身是建于1957年的江西华安针织总厂,该厂由前苏联技术人员设计和建造[6]。2009年进行企业改制,2010年转型为文创园。由于该建筑群最初的建设目的是服务于生产,因此在室内外热工环境及光环境等方面都很难完全满足文创园其他新功能的需求,为保留其工业历史价值,园区运营转型中并未“大拆大建”,而是保留建筑原有形态特征。但同时要兼顾入驻园区的新产业,新功能的需求,这就需要根据区域气候特点进行有针对性的改造。

      图  3  699文化创意园平面图

    • 南昌市属亚热带季风气候,受东亚季风影响,同时又紧邻鄱阳湖,风能资源丰富,市区内年平均风速可达5.6~6.2 米/秒。为控制风速,缓解风力,699文创园内在原有绿化基础上共规划设计两处集中绿化区域:工业记忆广场与中心园林。两处场地将种植绿化、水体景观与699宣传形象雕塑及保留的工业机器相结合,在保留699园区纺织工业特色的同时,增加园区绿化覆盖面积,使得园区内空旷地带的风速降低了20%,风速控制在5米/秒以下,有效的改善了园区微气候环境。

      除了集中规划的水体绿化,各个建筑单体周围环境的设计改造也有利于整个文化创意园微气候的改善(图4),如:B23栋、B15栋、B19栋、A7栋等建筑单体的屋顶绿化;梧桐书院的水体景观;园区内各建筑单体周围的垂直绿化等。这些改造措施进一步控制了园区内露天步行区风速低于5米/秒,确保了室外公共空间的舒适性,而不影响建筑物的通风。

      图  4  园区微气候改造实际效果图

    • 园内建筑物通常由红砖建造。除原办公楼、食堂等办公、生活建筑外,其他生产建筑均为一层厂房,且多以南北向布置为主。因受东亚季风影响,南昌市主导风向为北风或东北风,但南昌又具有春、秋季短,夏、冬季长的气候特点,仅靠自然通风很难满足用户的需求,还要辅助机械通风及室内空调的使用。但在既有建筑节能改造中,力求充分利用自然通风,控制机械通风及空调系统的使用,以达到节能的效果。

      整个园区外部风环境较舒适,既有建筑朝向与夏季盛行风向角度较适宜,改造风压通风组织时:利用既有建筑特点结合空间设计设置门窗开口,尽量保持门窗对应,减少墙体对空气的阻力;结合立面设计,在确保建筑保温隔热性能的基础上尽量增大门窗面积,如B1-1栋画家村,其在沿街立面一侧增加开窗面积,使得门窗面积占立面总面积的40%,室内通风率增加20%,有效地改善室内风压通风。改造热压通风组织时:在层高较高的建筑中可适当布置夹层;结合空间设计可设置中庭,触发 “烟囱效应”,如层高较高的B11栋、B23栋(图5),其通过设置夹层和中庭的改造手段,在室内形成循环通风,通风率增加15%。

      图  5  通风系统改造实际效果图

      江西的年日照时数为1 400~2 200小时,南昌市年平均日照时间为3.81小时。699园区建筑改造中也对增加室内日照时间做出来针对性改造设计。结合园区外部环境(是否对建筑有遮挡)及建筑空间形态、体量、朝向、进深等统筹分析。园区厂房在承重结构与围护结构互不影响的条件下,对开窗的位置与数量无特殊限制。建筑进深较小的可采用侧窗采光,如B11栋、B17栋,它们通过侧窗采光,采光效率能提高3%~5%;建筑进深较大时可结合室内空间设置中庭及天窗采光,如B2栋、B5栋,B10栋,中庭和天窗采光效率能提高5%~10%;在确保热工性能的前提下,还可以适当增加门窗开口面积,以改善室内自然采光,提高室内环境的舒适度,如B13栋、A5-1栋、B23栋(图6),这些建筑通过大面积的开窗,采光效率能提高到10%~20%。

      图  6  采光系统改造实际效果图

    • 因工业建筑原始设计遵循工业设计规范,围护结构热工性能也是以满足工业生产活动的需求为准则,因此很难满足民用化改建后新用户的使用需求与热工标准。

    • 屋顶作为建筑外围护结构中接受阳光照射强度最大的构件,是室内的主要热源,要做好保温隔热改造。699园区内厂房屋面多为排架结构的坡屋顶形式,如B9栋、B11栋、B12栋、B13栋、A6栋等,保温隔热效果较差,根据具体需求,在对主体结构加固的同时,选用保温隔热性能良好的材料对屋面进行过改造。另外部分厂房、办公楼、设备间等平顶建筑,如:A5栋、A7栋、B15栋等,可改造为种植屋面(图7)。南昌夏热冬冷,全年多雨,可选取宜移植,较低矮的喜湿植物种植。在夏季可缓解太阳对屋顶的暴晒,有效的降低屋面温度,使得室内温度相对于未改造前降低4~7 ℃。在冬季,种植屋面对室内能起到保温效果,使得室内温度相较于未改造前增加3~5 ℃。

      图  7  屋顶改造实际效果图

    • 699工业园是一个时代的精神象征,具有一定的工业历史价值。在墙体改造过程中应尊重原建筑的立面形式与材料肌理。同时从经济角度出发,选用既经济又有良好物理性能外保温形式,如:B1栋、B5栋、B13栋等,利用EPS在加固保温性能的同时也完成了建筑立面修整,利用EPS保温材料,外墙的平均传热系数变为0.582 W/(m2•K),保温性能增加20%~25%。

      在699园区中也有多处运用了植被墙,如A6栋、A10栋等。鉴于南昌的气候特点,墙体覆盖种植植物简单易行,在夏季炎热冬季湿冷的南昌地区也比较适宜。园区也有多处运用“双层表皮”,如A7栋、A9栋、B17栋等(图8),其通过墙体植被可使得室内温度降低3~5 ℃。另外在建筑立面上通过外层玻璃幕墙扩展包裹部分或整个立面,从而形成了缓冲空间,有效的缓解自然采光与室内热环境间的矛盾,同时达到通风、隔声隔热以及节能的目的。

      图  8  墙体改造实际效果图

    • 门窗是建筑保温隔热中最薄弱的环节,热损失约为墙体的5倍,合理选择门窗新材料,可有效降低传热系数,提高气密性。在需要保证隔热性能又不需要较强透光性的建筑中可采用吸热玻璃,挡住大部分的太阳辐射,如A5-1栋,吸热玻璃的使用能减少20%的太阳辐射,使得室内温度能有效降低3~5 ℃。以隔热为主的南昌地区也可采用遮阳系数与透光率都较低的遮阳型Low-E玻璃,如B1-1栋( 图9),其辐射率可降至0.15以下,减少了25%的紫外线透过,可使得室内温度降低5~8 ℃。夏季减少室内空调制冷负荷,冬季减少室内热损失。

      图  9  门窗改造实际效果图

    • 利用建筑自身造型体量,辅助立面装饰效果组成建筑自遮阳,如B1栋。在既有工业建筑附近或立面上种植攀爬植物或落叶乔木,如B5栋、B9栋、B12栋等(图10),利用植物枝叶随季节变化的自然规律,在夏日可以遮挡强光,在冬日可以透射光线。

      图  10  遮阳改造实际效果图

    • 鉴于南昌地区年辐射总量100~120千卡/平方厘米,前文提到的太阳能开发利用在此处的实际应用效果欠佳,因此本文只讨论699园区中的水资源循环利用改造。保水设计(图11):增加绿地面积,使用透水地面及植草砖,采用碎石或枕木铺设园区游步道,通过这些软质铺砖的运用,水资源的流失能减少30%,能有效的起到保水作用。雨水收集:将雨水集中收集处理(图12),达到一定标准后重新用作厕所冲洗、绿化灌溉、汽车清洗等。

      图  11  保水设计改造实际效果图

      图  12  雨水收集利用示意图

    • 节能技术不仅适用于新建建筑,对于既有工业建筑民用化改造而言也有广阔的发展前景。既有工业建筑经过改造再次投入使用,不仅可以解决既有工业建筑闲置问题,改善所在地区的区域微气候,还可以进一步带动和促进所在地区的经济发展。结合我国现阶段基本国情,既有工业建筑民用化节能改造是大势所趋。但我国既有工业建筑民用化节能改造开展较晚,理论较薄弱,技术手段相对落后,这不但需要国家和地方完善相关的法律法规与扶持政策,还需要更多专家学者的进一步探索和研究。

参考文献 (6)

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