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摘要:舊工業建筑低能耗改造是其整體改造中的一個重要方面，論述并總結了舊工業建筑改造中圍護結構的更新、自然采光與通風的組織及可再生能源的利用等方面的技術策略，為我國舊工業建筑改造再利用提供一定的借鑒。
關鍵詞:工業建筑;低能耗;節能改造;圍護結構;自然采光;通風;可再生能源利用
0引言
20世紀90年代以來，世界經濟結構正在轉型，全球范圍內正在興起一種舊工業建筑改造再利用的熱潮，出現了各種相關案例。其中，如何降低改造后的建筑能耗是工業建筑改造的一個重要方面，很多建筑師對此進行了富于創造性的嘗試并取得了積極的效果。本文即試圖對上述的經驗進行總結，希望能為今后的工作提供一些借鑒。
1改造圍護結構
建筑外圍護結構的散熱是建筑使用期間能耗的主要組成部分，約占整個建筑能耗的1/3，因此，加強建筑外圍護結構的保溫性能是降低工業建筑能耗的關鍵所在［1］。
1.1墻體改造
由于建造年代相對久遠，舊工業建筑外墻的保溫性能普遍較差，其墻體改造的重點即為提高墻體的保溫性能，消除墻體的冷熱橋以及防止墻體結露，并維護室內氣候平穩，具體的實施方法主要包括替換墻體材料、增加保溫層等。近年來，隨著墻體技術的發展，保溫材料也有了長足的進步。其中真空隔熱保溫板是一種新型的隔熱板。真空絕熱板通過提高內部真空度來隔絕熱傳導，達到保溫、節能的目的。它的結構主要由芯部的隔熱材料、氣體吸附材料和封閉的隔氣薄膜三部分組成(見圖1)，由于這種材料新的特性，對于各種不同破損程度的墻體都可以有較高的效果。每平方米使用面積消耗的采暖耗油量。一種包含相變儲能技術的保溫涂料Micronal被采用在其墻體中，這種保溫材料內部有可以蓄熱的石蠟。每當室外的氣溫高于室內，熱量向室內傳播時，石蠟會吸收熱量而熔融，令室內的溫度變化緩慢;每當室外的氣溫低于室內，熱量向外傳播時，熔融的石蠟向室內釋放熱量。這種材料可使室內溫度和濕度保持均衡。除了上述常規的做法外，一些優秀建筑師在一些工業建筑改造項目中打破傳統，通過自己的思考，應用蓄熱墻體以及雙層玻璃幕墻等，大大改善了原有建筑外墻的保溫隔熱效果。在此以托馬斯•赫爾佐格設計的倉庫改造為工作室的項目為例，業主希望將倉庫改造成一個設計工作室。業主要求在改造費用最低的情況下同時降低建筑能耗。設計師將外墻作為保護層，附加一個雙層薄膜結構，提高建筑的熱工性能(見圖3)。首先這個半透明的空間圍合體沒有遮擋外表面，其次還起到了隔離冷空氣和保溫的作用，改變了建筑內部的空氣溫度。薄膜間形成的空氣層起到了保溫和熱緩沖作用，使建筑物圍護體的熱工性能獲得了相當大的改善。
1.2門窗改造
在建筑物的四大圍護結構中，能量損失率排在首位的是門窗。從門窗這一圍護結構上消耗的能量約占建筑使用總能耗的50%，其能耗是墻體的4倍、屋頂的5倍、地面的20多倍。舊工業建筑的門窗大多窗墻面積比值也比較大，所以在工業建筑的能耗中，門窗能耗占很大一部分。一般來說，減少傳熱量、減少滲透量和減少太陽輻射是門窗節能的三個重要方式。以德國東部電廠改造為帕利薩德文化宮的項目為例，其底層拱形大門及大部分外窗保存完好，但由于年久失修，窗戶的氣密性目前已經到了較差的程度，在改造過程中，運用鑲嵌了三層保溫玻璃并且相同材質的大門進行更換(見圖4)，對于二、三層的木窗加設保溫玻璃窗，提高窗戶的保溫性。經過上述措施后，整個建筑的氣密性及保溫性能得到了大幅度的提升，而建筑仍保持了原有的建筑風格。
1.3屋頂改造
受氣候影響最大的部分是工業建筑的屋頂，大部分的太陽輻射被屋頂吸收，并直接影響于工業建筑的室內物理環境。大部分的工業建筑屋頂存在著結構老化、保溫能力差以及采光通風不良等問題，在低能耗方面無法滿足現行要求。一般意義上的改造方法著眼于提高屋頂部分的保溫能力，即通過各種保溫材料的應用提高屋頂的熱阻以阻止熱量的傳遞。此外，通過架空屋面以及種植屋面的設置可以改善屋面部分的微氣候，也可以取得較好的熱工效果。在實踐中，也有很多建筑師將屋頂部分的改造融入舊工業建筑更新的整體工作之中，將生態節能與屋頂形式結合考慮，運用多種技術手段，取得良好的效果。在德國梅克倫堡州魏斯瑪市的一個幼兒園的改造中，改造的屋頂(見圖5)采用的是新的節能材料，它可以將陽光引入室內，還能保溫防熱。在冬季，通過充足的陽光，利用屋頂向室內傳導熱量，減少室內的熱量損失。在夏季，屋頂和墻壁上的木制隔板也會吸收一部分熱量，降低室內溫度［5］。
2組織自然采光與通風
2.1自然采光
采光和通風在生產車間、倉庫等工業建筑中占的比重比較低，大部分廠房建筑采用大跨度的連續框架的大進深結構［6］，其采光條件和民用建筑的要求是不相符的。除了調整工業建筑的窗地比外，一般可以通過增設導光管以及反光板的方法來改善建筑的自然采光能力以達到降低能耗的目的。導光管由集光器、管體部分(傳輸光)以及散光部分(室內分布的管光線)三部分組成。特別適合白天采光不足、房間進深大的場所。反射板是利用光線反射原理，改善室內光環境的一種裝置。一般采用鋁、鏡面、淺色涂料等一些反射系數較高的材料作為反射面，反光板的安裝方式根據現場情況的不同，以及采光口的位置、朝向和光線入射角度的不同，有不同的擺放方法。以奧雅納集團愛丁堡的辦公室為例(見圖6)，設計師PatrickElsdale的照明設計理念便是盡可能減少電力照明設備的使用來獲取一個可持續發展的建筑環境，因此，他在整個辦公區域設計了84套導光管日光照明系統(見圖7)，如此一來，基本能夠滿足日間的照明需求，并減少了90%的電力照明時間。通過這一設計，愛丁堡辦公室的光線不僅自然、明亮，而且也為前來咨詢的客戶提供一個舒適的洽談環境。
2.2自然通風
自然通風是人類歷史上調節室內環境的原始手段，它具有改善室內熱舒適性和提高室內空氣品質的優點，能有效降低機械通風裝置的能耗，因此也是工業建筑節能改造必須重視的方面。自然通風主要依靠風壓、熱壓、風壓與熱壓相結合等方式得以實現，在實際的工作中應采取有效的設計手段以促進風壓及熱壓的產生［7］。例如在恰當的位置設置中庭空間，除了可以改善建筑的采光能力外，還可以通過中庭煙囪的空氣循環來改善通風條件，由于室內外空氣有一定的熱壓差，在豎向上形成了一個良好循環，冷空氣從中庭底部不斷進入，室內較熱的空氣從中庭頂部排出，進而有效地改善了建筑的通風條件，節約了能源。同時，利用場地環境中的積極因素，以確保建筑可以在自然通風的同時能夠改變室內的小氣候也是工業建筑低能耗改造的一個重要方面［8］。以上海虹橋機場T1航站樓為例，利用現有條件進行策略通風，同時還可以降低改造的成本，對其原有的結構進行重組，利用原有建筑的現有條件對建筑內部的通風進行更好的設計(見圖8)。利用兩層建筑之間的高側窗，增加進出風量，將航站樓內部的氣流流動帶動起來(見圖9)。
2.3可調節遮陽
在德國，隨著人們對于環境保護意識的增強，建筑節能和太陽能利用在生活中越來越普遍，可調節式遮陽由于設計方便，并且可根據太陽高度角的變化以及使用者的要求自由調節，得到越來越廣泛的運用，可以滿足不同用戶的多種要求?？烧{節遮陽以自身的不斷變化來調節通過建筑表皮的太陽光，其主要有3種基本形式，即遮陽百葉、遮陽卷簾、遮陽板。德國很多雙層玻璃幕墻建筑的空腔內都設置了可調節遮陽裝置，其可調節遮陽外窗的活頁軸中間固定裝有活頁，兩頭插裝在上、下橫梁的活頁軸孔里。光跟蹤控制器和變速傳動裝置通過固定安裝在活頁軸上的擺動齒輪、活頁軸拐以及軸拐套、擺條帶動和調節活頁的開度和角度，實現人為控制陽光進入室內的程度。經過多年發展，德國的可調節遮陽裝置的種類越來越多，并且已經成為建筑密不可分的一部分，很多建筑依靠可調節遮陽裝置取得變化的建筑立面效果，例如卡塞爾城市住宅的活動折疊百葉遮陽板由落葉松原木制成，住戶可以通過室內的手柄對其隨意控制，使得住宅在不同的時間段有不同的立面效果(見圖10)。而慕尼黑某住宅的滑動遮陽板則采用了顏色材質與墻面相近的滑動遮陽板，提高了建筑的整體效果［9］(見圖11)。
3可再生能源利用
結合建筑自身條件和特點，充分利用各種可再生能源，是降低工業建筑能耗的最直接方式。目前可以利用的可再生能源主要包括太陽能、風能、潮汐能以及地熱能等，且經過近十幾年的發展，各種能源的利用方式都已經有了長足的進步。以太陽能的利用為例，目前其利用手段已擺脫了簡單地設置太陽能板的方式而更強調在最初的設計中就將太陽能收集裝置一并考慮進去，使其在外立面的建筑效果上與建筑融為一體［10］。德國科堡市的太陽能房(見圖12、13)，南向外墻的窗下墻里的管道系統具有收集熱量的功能，并在其兩側增加了保溫層以減少熱量的散失，可以大大提高吸收太陽能的效率，陽光透過南立面的大塊玻璃使得其后的墻體也擁有了蓄熱的作用，并取得了較好的效果，也反映了在今后的設計中，設計建筑的同時考慮太陽能技術是一種必然的趨勢。
4結語
當前，隨著我國經濟結構調整的進一步深入，越來越多的城市正在經歷著“退二進三”的轉型，大量的工業建筑面臨著被改造的命運。因此，強調工業建筑低能耗改造對我國建設節約型社會具有重要意義，我們應當認真地學習各種經驗，采用適宜的技術手段，推動我國低能耗建筑事業的全面發展。
參考文獻:
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作者:劉力 侯岳申 霍金鑫 單位:天津城建大學
