舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)中綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用探索

李 霞

國家林業(yè)和草原局產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃院 北京 100013

在國內(nèi)現(xiàn)代城市化快速發(fā)展的背景下，諸多全新建筑正在不斷建設(shè)，在城市發(fā)展空間有限的情況下，傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)背景下形成的舊工業(yè)建筑也需要通過拆除和改造為現(xiàn)代城市化的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。在我國建筑行業(yè)提倡可持續(xù)綠色化發(fā)展的影響下，舊工業(yè)建筑拆除不僅會(huì)帶來明顯的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，甚至于在拆除過程中也會(huì)產(chǎn)生噪音和空氣污染等問題。綠色節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為目前建筑工程施工的主要手段，舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)與綠色節(jié)能技術(shù)的有效融合完全符合我國可持續(xù)發(fā)展理念的要求，可以在全方位避免建筑資源現(xiàn)象浪費(fèi)的同時(shí)，將舊工業(yè)建筑剩余的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行發(fā)掘，同樣也是我國環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的重要推手。故此，本文通過研究綠色節(jié)能技術(shù)在舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為國內(nèi)舊工業(yè)建筑設(shè)計(jì)改造工作的優(yōu)化和調(diào)整提供參考。

1 舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)的誘因

1.1 工程質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)

與現(xiàn)代建筑工程相比，雖然舊工業(yè)建筑在建設(shè)過程中使用了傳統(tǒng)的建筑工藝，但是在當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景下，舊工業(yè)建筑的整體質(zhì)量較為優(yōu)秀，且擁有著荷載能力方面的優(yōu)勢(shì)。舊工業(yè)建筑中的電力系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)中所使用的各項(xiàng)建筑材料的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)十分明顯，即便經(jīng)過長時(shí)間的侵蝕，各方面性能水平依舊符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在舊工業(yè)建筑成為現(xiàn)代城市化發(fā)展阻礙因素的背景下，可持續(xù)發(fā)展理念的提出意味著舊工業(yè)建筑需要盡可能地避免拆除，而是需要根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的具體狀況合理地進(jìn)行改造[1]。以現(xiàn)代綠色施工理念和技術(shù)為基礎(chǔ)開展的舊工業(yè)建筑改造工作不僅符合現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)保發(fā)展的要求，同時(shí)也能夠避免出現(xiàn)施工資源和資金投入浪費(fèi)的現(xiàn)象，能夠有效地降低城市發(fā)展過程中政府部門的財(cái)政壓力，有助于城市的高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 工程地理位置優(yōu)勢(shì)

在我國傳統(tǒng)工業(yè)化發(fā)展時(shí)期，國內(nèi)的整體工業(yè)發(fā)展水平較低，城市內(nèi)可以利用的發(fā)展面積較大，工業(yè)建筑在建設(shè)中的選址十分靈活。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，城市人口和建筑工程數(shù)量都在穩(wěn)步增加，在城市發(fā)展空間以及土地面積有限的情況下，舊工業(yè)建筑反而成為城市發(fā)展的負(fù)面因素。如此一來，政府部門出于經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的考慮，會(huì)選擇向周邊地區(qū)進(jìn)行選擇性發(fā)展，這也進(jìn)一步凸顯了舊工業(yè)建筑的地理優(yōu)勢(shì)，甚至部分舊工業(yè)發(fā)展時(shí)期的工業(yè)建筑身處城市的中心，舊工業(yè)建筑改造工作的實(shí)施能夠全方位發(fā)揮其地理優(yōu)勢(shì)，城市發(fā)展空間能夠逐漸拓寬。

1.3 空間優(yōu)勢(shì)

相較于現(xiàn)代建筑工程，舊工業(yè)發(fā)展時(shí)期的建筑占地面積較大，整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，建筑工程室內(nèi)的可用空間明顯大于現(xiàn)代建筑[2]。在進(jìn)行舊工業(yè)建筑的拆遷工作時(shí)，需要投入的時(shí)間和人力資源明顯，也會(huì)對(duì)負(fù)面的建筑和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生損害。但如果是以舊工業(yè)建筑作為基礎(chǔ)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)工作，則能夠?qū)⑵浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮，根據(jù)城市的發(fā)展需求以及空間使用需求合理改造、劃分內(nèi)部空間，在減輕人力、物力損耗的同時(shí)，可以為現(xiàn)代城市化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 綠色節(jié)能技術(shù)在舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

一是發(fā)揮工業(yè)建筑的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的影響下，現(xiàn)代建筑工程平均的成本投入正在不斷下降，舊工業(yè)建筑因?yàn)樵谂f工業(yè)時(shí)期施工建設(shè)，在當(dāng)時(shí)的社會(huì)背景下，所用的各項(xiàng)施工工藝和材料發(fā)展水平有限，造價(jià)投入水平較低，但舊工業(yè)建筑在結(jié)構(gòu)和質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)卻始終存在。綠色節(jié)能技術(shù)在舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以幫助設(shè)計(jì)人員基于工程改造后的真實(shí)使用需求，更改舊工業(yè)建筑的外形以及內(nèi)部空間，確保舊工業(yè)建筑原有的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)得以全面發(fā)揮，將舊工業(yè)建筑剩余的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行開發(fā)[3]。現(xiàn)代綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠賦予舊工業(yè)建筑全新的活力，進(jìn)一步提高舊工業(yè)建筑的經(jīng)濟(jì)效益水平。

二是降低環(huán)境污染。在粗放型城市發(fā)展模式的影響下，舊工業(yè)建筑一般都是以拆除為主，但在大型舊工業(yè)建筑拆除的過程中，爆破環(huán)節(jié)通常會(huì)產(chǎn)生較多的粉塵，必然會(huì)帶來嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象。此外，在舊工業(yè)建筑拆除的過程中，使用的各項(xiàng)施工設(shè)備以及材料都會(huì)帶來較大的噪聲，這對(duì)于附近居民生活質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。綠色節(jié)能技術(shù)在舊工業(yè)建筑改造中的應(yīng)用可以幫助相關(guān)人員基于政府部門的實(shí)際使用需求合理劃分內(nèi)部的空間，并引入各種綠色節(jié)能材料以及技術(shù)，在降低建筑運(yùn)行能源損耗的同時(shí)，避免舊工業(yè)建筑拆除帶來的環(huán)境污染問題。

三是有助于環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)。在我國可持續(xù)發(fā)展理念的提出以及實(shí)施的影響下，現(xiàn)代建筑行業(yè)更加關(guān)注工程的綠色化、低碳化發(fā)展。舊工業(yè)建筑相較于現(xiàn)代建筑工程，所用的建筑材料帶有明顯的不可再生特性，在其擁有結(jié)構(gòu)和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，綠色節(jié)能技術(shù)的引入和應(yīng)用可以幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑工程運(yùn)行的整體能耗，綜合利用附近的自然資源，壓縮工程運(yùn)營中的能源損耗，并且能夠避免因?yàn)榻ㄖこ滩鸪龓淼脑胍艉痛髿猸h(huán)境污染問題，有助于促進(jìn)國內(nèi)環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。

3 舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)工作中的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 工程建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的積極改造

圖1 外墻保溫施工

與當(dāng)代建筑工程對(duì)比，舊工業(yè)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能源消耗占比是最高的，該部分的能耗占比占據(jù)了工程整體能耗占比的70%左右，外墻、窗框部分在建筑中傳遞的熱量分別占了20%和30%，由此不難發(fā)現(xiàn)，在舊工業(yè)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造過程中，相關(guān)人員需要利用綠色節(jié)能技術(shù)壓縮舊工業(yè)建筑能耗在傳遞中出現(xiàn)的熱量損失。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)賦予建筑新的使用功能，通過節(jié)能計(jì)算確定外保溫材料，在原有外墻及屋面進(jìn)行敷設(shè)。設(shè)計(jì)人員完全可以根據(jù)內(nèi)外溫差理論，對(duì)于外部的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綠色節(jié)能改造，確保舊工業(yè)建筑內(nèi)部能夠達(dá)成保溫和隔熱的運(yùn)營目標(biāo)[4]。在現(xiàn)代舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員可以選擇墻體外圍結(jié)構(gòu)種植構(gòu)件設(shè)置的方法，在進(jìn)行初步的綠植處理之后進(jìn)行植被和盆栽的移植，確保綠植能夠在舊工業(yè)建筑周邊形成綠化帶或者是綠化墻面，這種改造設(shè)計(jì)方法可以在滿足舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，對(duì)于環(huán)境進(jìn)行美化以及裝飾。

雖然舊工業(yè)建筑中的門窗結(jié)構(gòu)在外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的占比較低，但和建筑工程其他類型的工程結(jié)構(gòu)對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)舊工業(yè)建筑的外門窗保溫隔熱性能水平極低，在綠色節(jié)能改造的過程中，如果設(shè)計(jì)方和施工方對(duì)于門窗結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)關(guān)注度不足，對(duì)于室內(nèi)的保溫效果以及工業(yè)建筑的隔音效果也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。綠色節(jié)能技術(shù)在該部分改造設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用，可以分別從門窗的材料選擇和施工工藝兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)人員可以選擇以low-E斷橋鋁合金框外窗低輻射透明玻璃，在滿足建筑室內(nèi)光譜選擇性需求的同時(shí)，按照不同地區(qū)的光照差異性進(jìn)行過濾，降低在室內(nèi)環(huán)境中直射的紫外線數(shù)量，有效地保留室內(nèi)的溫度。

3.2 設(shè)備節(jié)能改造

在舊工業(yè)建筑的綠色節(jié)能改造環(huán)節(jié)，建筑室內(nèi)是否能夠保持恒定的溫度對(duì)于人們的生活和工作質(zhì)量將會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。室內(nèi)采光作為舊工業(yè)建筑改造環(huán)節(jié)的核心部分，在綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)于周邊的太陽能資源直接進(jìn)行利用，通過反光、遮光以及采光設(shè)施的應(yīng)用，降低舊工業(yè)建筑運(yùn)營過程中的能源消耗[5]。一般而言，綠色節(jié)能技術(shù)在舊工業(yè)設(shè)備節(jié)能改造方面的應(yīng)用是以采光口面積的增大、反光板采光等方法為主。在舊工業(yè)建筑室內(nèi)采光質(zhì)量改善的過程中，采光口面積增大是最為直接且有效的方法，但是需要規(guī)避因此帶來的室內(nèi)溫度過高的情況，這種改造方法在進(jìn)深較小的舊工業(yè)建筑中有著較好的應(yīng)用效果，但卻會(huì)帶來一定程度的窗墻比例不協(xié)調(diào)的問題。如果設(shè)計(jì)人員面對(duì)的舊工業(yè)建筑進(jìn)深較大，則可以使用反光板采光的方法，將反射光線引入頂棚，避免外界眩光對(duì)于眼睛的刺激，又或者將擋板在采光口安裝，具體如圖2所示。舊工業(yè)建筑綠色節(jié)能設(shè)計(jì)中的通風(fēng)方法可以細(xì)分為自然通風(fēng)、機(jī)械輔助通風(fēng)兩種方式，這兩種方式有著較低的成本投入，可以利用自然方法促進(jìn)空氣的有效流動(dòng)，維護(hù)室內(nèi)空氣環(huán)境的舒適性。對(duì)空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)較大的舊工業(yè)建筑而言，可以設(shè)計(jì)中庭，同時(shí)滿足工業(yè)建筑在使用中的采光和通風(fēng)需求。

圖2 反光板外置

3.3 屋面和建筑的節(jié)地改造

屋面作為舊工業(yè)建筑運(yùn)行中能耗產(chǎn)品相對(duì)較大的工程部分，綠色節(jié)能技術(shù)在屋面節(jié)能改造中的應(yīng)用是以屋面綠化、平改坡、平屋面加保溫層三種方式為主。通過對(duì)比三種方法的技術(shù)成本投入以及經(jīng)濟(jì)效益不難發(fā)現(xiàn)，平屋面增加保溫層的方法有著良好的應(yīng)用效果。在建筑改造的過程中，需要在原工業(yè)建筑的屋面上需要鋪設(shè)適當(dāng)厚度的保溫層，這些保溫層在建筑運(yùn)營的過程中可以有效防止室內(nèi)熱量散失。此外，設(shè)計(jì)人員可以綜合考慮舊工業(yè)建筑在屋頂高度方面的特征利用吊頂處理，從而形成相應(yīng)的空氣夾層，在儲(chǔ)存空氣的同時(shí)強(qiáng)化舊工業(yè)建筑的保溫隔熱能力。同樣的道理，平改坡相當(dāng)于在屋頂增加悶頂層，有效防止冬季室內(nèi)熱量散失和增強(qiáng)夏季隔熱效果。

國內(nèi)現(xiàn)代城市化的快速發(fā)展使得城市用地的面積不斷增加，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的過程中，必須要面臨和解決的關(guān)鍵問題是減少的耕地面積以及土地的合理規(guī)劃和使用。在舊工業(yè)建中的綠色節(jié)能改造設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員也需要從土地方面的改造利用入手，實(shí)現(xiàn)土地資源的高度集約化利用。設(shè)計(jì)人員可以直接將地面的綠化轉(zhuǎn)移到屋面和墻面上，這種垂直綠化的方法能夠?qū)崿F(xiàn)土地資源的集約使用目標(biāo)，并且能夠營造出舊工業(yè)建筑的生態(tài)性效果。此外，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)舊工業(yè)建筑附近的活動(dòng)場(chǎng)地和停車場(chǎng)分布合理設(shè)置綠化帶，形成多層次、立體化的綠化場(chǎng)地和空間，保障舊工業(yè)建筑的整體綠化效果能夠明顯提升。

3.4 能源利用改造

我國境內(nèi)的太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源的儲(chǔ)量十分豐富，目前在舊工業(yè)建筑改造中綠色節(jié)能技術(shù)是以太陽能資源的利用為主，一般又可以分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種方法。被動(dòng)式的太陽能利用技術(shù)在施工的便利性、結(jié)構(gòu)方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)式的太陽能利用技術(shù)是以太陽能空調(diào)、集熱器等系統(tǒng)為主。在工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)的過程中，綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以將之前建筑運(yùn)營過程中使用的電能逐漸替換為太陽能。考慮到絕大部分舊工業(yè)建筑在初始的設(shè)計(jì)修建工作中并未綜合考慮水資源的利用，水資源的消耗主要是來源自來水。在節(jié)能改造設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮水資源的再利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括了污水的處理、雨水的合理利用以及更換節(jié)水器具，收集流程如圖3所示。

圖3 舊工業(yè)建筑雨水收集流程示意

與現(xiàn)代建筑工程相比，舊工業(yè)建筑的屋面體系有著規(guī)整性的優(yōu)勢(shì)，在雨水收集方面有著良好的作用，但因?yàn)槭艿礁鱾€(gè)區(qū)域以及季節(jié)的影響，雨水的收集數(shù)量會(huì)出現(xiàn)明顯的不穩(wěn)定性特征，需要設(shè)計(jì)如圖所示的雨水收集系統(tǒng)。有關(guān)生活污水的收集系統(tǒng)在經(jīng)過二次凈化處理之后方可進(jìn)行利用，處理過后的中水可以在綠化、汽車清洗等方面循環(huán)利用。

4 總結(jié)

舊工業(yè)建筑的節(jié)能改造設(shè)計(jì)不僅符合我國可持續(xù)發(fā)展理念的要求，同時(shí)能夠在減輕建筑施工對(duì)環(huán)境污染的同時(shí)，推進(jìn)環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。綠色節(jié)能技術(shù)作為現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的代表性成果，在舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋面、設(shè)備、能源利用等多個(gè)方面發(fā)揮作用，確保舊工業(yè)建筑能夠?qū)⑺趨^(qū)域的太陽能、風(fēng)能這類資源全方位進(jìn)行利用，降低傳統(tǒng)化石能源的使用占比，在提高舊工業(yè)建筑使用質(zhì)量的同時(shí)，營造出良好的生產(chǎn)生活空間。隨著我國綠色節(jié)能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，用于舊工業(yè)建筑改造設(shè)計(jì)的各項(xiàng)材料和技術(shù)種類變得更加豐富，需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮工程使用需求以及附近區(qū)域狀況選擇不同類型的材料和綠色節(jié)能改造技術(shù)。