基于舒適性能提升的既有建筑綠色改造技術(shù)初探

宋德萱 韓珊珊 / SONG Dexuan, HAN Shanshan

基于舒適性能提升的既有建筑綠色改造技術(shù)初探

宋德萱 韓珊珊 / SONG Dexuan, HAN Shanshan

建筑改造的舒適性能提升將從研究人的舒適行為特征開始，探索既有建筑改造在舒適指標(biāo)體系（采光環(huán)境、聲學(xué)特征、熱舒適條件、空氣品質(zhì)與健康等），及其在空間再利用與圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造中的綠色目標(biāo)。通過探索基于舒適性能為導(dǎo)向的環(huán)境響應(yīng)的適宜技術(shù)，建成基于既有建筑再生利用的環(huán)境優(yōu)化、舒適性能提升的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。

既有建筑 綠色技術(shù) 舒適性能

與新建筑相比，我國現(xiàn)存的大量既有建筑存在設(shè)備老舊、效率低下等問題，能源消耗水平高，污染物排放量大，為環(huán)境帶來了持續(xù)的負(fù)面影響。與此同時，既有建筑的空間功能不能滿足日新月異的工作生活方式的需求，建筑舒適性嚴(yán)重不足。因此，既有建筑的綠色改造不僅蘊藏著巨大的節(jié)能潛力，能夠有效提高能源使用率，還可以提高建筑空間的舒適性，營造更加健康適宜的工作生活環(huán)境。以建筑物理技術(shù)為主，空調(diào)采暖系統(tǒng)為必要補充的綠色改造技術(shù)策略，能夠使既有建筑在滿足現(xiàn)代空間功能要求的前提下，實現(xiàn)使用舒適、持續(xù)健康、節(jié)能環(huán)保的綠色建筑再生利用目標(biāo)。

1 國內(nèi)外既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)解讀

既有建筑綠色改造對室內(nèi)環(huán)境舒適性能的影響并非一個新的話題。2008年以來，歐美國家陸續(xù)出臺的針對既有建筑運行和綠色改造的評價標(biāo)準(zhǔn)不僅對綠色改造技術(shù)做了詳細(xì)規(guī)定，還對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了細(xì)致的探討。其中最具代表性的有英國BREEAM Offices 2008（BREEAM），澳大利亞Green Star－Office Existing Building（Green Star）和美國LEED 2009 for Existing Building（LEED）。這3個標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容基本可分為室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、能源、材料與資源、水資源利用和場地管理等5個方面。在3個標(biāo)準(zhǔn)中，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的權(quán)重值都較大，分別是0.17，0.20，0.14，說明節(jié)約能源已經(jīng)不再是既有建筑綠色改造的唯一目標(biāo)，對室內(nèi)環(huán)境舒適性能的關(guān)注標(biāo)志著既有建筑綠色改造開啟了“以人為本”的時代。

3個標(biāo)準(zhǔn)中的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量都涉及光環(huán)境、室內(nèi)空氣品質(zhì)、熱舒適和聲學(xué)性能4個方面，通過物理性能分類，能夠更好地量化單項指標(biāo)，為評價標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)，還能夠針對既有建筑室內(nèi)環(huán)境最薄弱的環(huán)節(jié)提供更有針對性的技術(shù)指引。本文亦參考此種分類，從聲環(huán)境、光環(huán)境、熱舒適和空氣品質(zhì)4個方面研究室內(nèi)舒適性能。

我國的既有建筑綠色改造起步較晚，自2016年8月1日起，國家標(biāo)準(zhǔn)《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51141-2015（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）開始實施?！稑?biāo)準(zhǔn)》以技術(shù)指標(biāo)為主，評價指標(biāo)體系按照專業(yè)劃分為規(guī)劃與建筑、結(jié)構(gòu)與材料、暖通空調(diào)、給水排水、電氣、施工管理和運營管理7大類。室內(nèi)空氣質(zhì)量是《標(biāo)準(zhǔn)》中較為薄弱的環(huán)節(jié)，僅有部分條文涉及改造后能達(dá)到的性能指標(biāo)，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、隔聲量、玻璃幕墻可見光反射比、天然采光要求等。

2 基于室內(nèi)舒適性能提高的綠色改造技術(shù)

既有建筑空間再利用與舒適條件的提升是既有建筑改造的關(guān)鍵。通過對國內(nèi)外既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)的分析，提高既有建筑室內(nèi)舒適性能可以分為建筑隔聲降噪、采光性能提升、熱環(huán)境改造性能提升、空間再利用的空調(diào)采暖與空氣質(zhì)量提升。通過對適宜既有建筑改造的舒適指標(biāo)與改造技術(shù)的探索，能夠解決既有建筑空間再利用與舒適條件提升的綠色改造技術(shù)問題。

2.1 基于聲環(huán)境改善的綠色改造技術(shù)

噪聲環(huán)境會損害聽力，降低工作效率，甚至引發(fā)多種疾病。建筑室內(nèi)噪聲主要包括室內(nèi)自身聲源產(chǎn)生的噪音和來自室外的噪聲。室內(nèi)噪聲源一般為通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、家用電器等，室外噪聲源則包括周邊交通噪聲、社會生活噪聲、工業(yè)噪聲等。

室外噪聲傳播效率與建筑空間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲性能密切相關(guān)，對既有建筑內(nèi)墻、外墻、樓地面、頂板、門窗等部位進(jìn)行隔聲性能優(yōu)化，并使之形成整體的隔聲系統(tǒng)，是降低室外噪聲的主要技術(shù)途徑。空氣縫隙對墻體的隔聲效果影響極大，因此封堵門窗周圍孔洞、加設(shè)門檻可以增大隔聲量；在墻體或材料中間增加空氣層，如使用雙層玻璃窗、中空雙層門，聲音通過不同材料時會有不同程度的衰減；增加材料厚度，對原有建筑墻體進(jìn)行加厚處理或增加隔聲層，可以增加墻體的隔聲降噪性能；用隔聲性能好的材料代替隔聲性能差的材料，如將鋁合金窗框改造為塑料窗框；用柔性材料密封孔洞；避免穿墻管道與墻的剛性連接，包括用彈性吊件或材料隔離墻里的管道、用隔聲材料包裹管道等；屋頂亦可通過鋪設(shè)隔聲板或保溫層，改善隔聲環(huán)境。

隔聲降噪要根據(jù)噪聲頻率分布特點，有針對性地選擇改造技術(shù)與產(chǎn)品，探索安全經(jīng)濟(jì)的改造手法。在上海虹橋機(jī)場周邊華美小區(qū)的隔聲降噪綜合改造案例中，門窗是隔聲控制中的薄弱環(huán)節(jié)，隔聲門窗的使用在所采用的隔聲措施中效果最為明顯，240磚墻加厚的隔聲效果則不甚理想。

針對室內(nèi)噪聲的降低，應(yīng)優(yōu)先選用運行噪音低的家用電器與空調(diào)設(shè)備，并通過布置窗簾、軟裝和家具有效吸收室內(nèi)噪聲。

2.2 基于光環(huán)境改善的綠色改造技術(shù)

室內(nèi)光環(huán)境一般由自然光環(huán)境和人工照明光環(huán)境組成。自然采光開闊靈活，能夠營造輕松愉快的工作生活環(huán)境，同時能夠降低人工照明的能源消耗。但過多的自然光會產(chǎn)生眩光，對視覺造成危害，增加太陽輻射，加大室內(nèi)空調(diào)消耗。改造光環(huán)境，需對原有的采光水平進(jìn)行設(shè)計調(diào)整，使之提高或者降低。

在光環(huán)境的改造中，能起決定性作用的被動式采光技術(shù)暨建筑的形態(tài)、平面的組織、窗戶的形式等被大大限制，但對提高室內(nèi)采光水平的適宜技術(shù)的探索卻從未停止。加大采光面積是改造室內(nèi)光環(huán)境技術(shù)的重要組成部分，增大窗墻比或拆除部分原有結(jié)構(gòu)體系的樓板和屋面板都是可行手段；提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)采光水平可以提高室內(nèi)照度，如外墻采用透光材料，屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用透光膜材料，窗戶采用高透射率玻璃；在立面不能或只能較少改變時，使用采光玻璃頂與采光天井是改善自然光環(huán)境的常用手法，在英國泰特現(xiàn)代美術(shù)館（TATE Modern）改造中，建筑師在頂部設(shè)計了巨大的橫向光帶，將光線引入畫廊（圖1）；在高技派的改造實踐中，屋頂裝置導(dǎo)光管或采光纖維的方法也開始逐漸興起，如德國議會大廈改擴(kuò)建工程中玻璃穹頂內(nèi)設(shè)置的集光錐體，不僅是給人留下深刻印象的視覺焦點，錐體上的反射板還能將自然光漫射入議事廳（圖2）。

在物理光環(huán)境的再創(chuàng)造中，采光水平的降低主要依賴于外立面遮陽與室內(nèi)遮陽。外立面遮陽設(shè)計可分為水平遮陽、垂直遮陽、格柵式遮陽和可調(diào)控遮陽。室內(nèi)遮陽則采用百葉、遮陽格柵和布幔。

圖1 泰特現(xiàn)代美術(shù)館頂部采光帶

圖2 德國議會大廈玻璃穹頂?shù)募忮F體

隨著照明技術(shù)的發(fā)展，LED等設(shè)備迅速普及，大大減少了照明用電。在既有建筑改造中使用先進(jìn)的照明系統(tǒng)，不僅可以改善光環(huán)境，還可以有效降低建筑能耗。

2.3 基于熱舒適改善的綠色改造技術(shù)

人體所感受的環(huán)境物理要素可分為溫度、濕度、氣流和環(huán)境熱輻射。就熱環(huán)境來說，舒適就是不同氣候、不同功能下均適宜的空氣溫度、空氣濕度和空氣流動速度。室內(nèi)溫濕度過高或過低都會導(dǎo)致人體散熱與新陳代謝變化，使人產(chǎn)生不適感。改善室內(nèi)熱舒適度可以采取增強建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性的被動式手段，也可以運用提高建筑設(shè)備效率的主動式手段，如安裝帶有熱回收裝置的通風(fēng)系統(tǒng)。

在既有建筑改造中，加強絕熱的綠色技術(shù)主要是指通過加強圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱性能和氣密性，減少室內(nèi)外的熱量傳遞。改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱效果，可以在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)設(shè)置空氣夾層或增設(shè)保溫層，包括外保溫、內(nèi)保溫、保溫結(jié)構(gòu)一體化。種植屋面可以提高屋面的蓄熱能力。大多數(shù)絕熱材料的熱工性能都會因其吸濕、吸水而受到破壞，因此，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面應(yīng)設(shè)置防水層和隔汽層，以確保隔熱材料的正常使用。多數(shù)既有建筑的門窗是節(jié)能潛力最大的部分，為了減少外門窗、洞口的熱損失，可以使用雙層玻璃、涂抹玻璃、三層玻璃等，降低室內(nèi)外的熱傳導(dǎo)；提高門窗的氣密性可以減少冷風(fēng)滲透，如設(shè)置防寒門斗、窗簾、門簾等；采用熱工性能好的門窗框可以減少熱量損失，如選用塑料窗框、復(fù)合材料窗框、空腔或空氣間層門窗框等。建筑冷橋是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱性能薄弱的部位，應(yīng)對現(xiàn)有建筑冷橋進(jìn)行絕熱維護(hù)，減少建筑冷橋的數(shù)量和面積。

在改造類設(shè)計中，加強建筑物的得熱、蓄熱能力對于提高冬季室內(nèi)熱舒適度尤為重要。加強得熱主要依靠被動技術(shù)，常見的方法有外墻采用深色涂料，加大南側(cè)采光面積，設(shè)置天窗，選用透光性好的玻璃，在南側(cè)加設(shè)陽光房。同時，必須通過合理的蓄熱設(shè)計，將白天吸收的太陽能儲存到夜間釋放出來。蓄熱措施主要有如下兩種：盡可能地在外墻設(shè)置蓄熱墻體和蓄熱屋面，如利用種植屋面加強蓄熱能力；裝修時，在室內(nèi)地面、墻面設(shè)置蓄熱面層或墊層。

室內(nèi)空氣濕度極大程度地受當(dāng)?shù)貧夂蛴绊懀鄬m宜的空氣濕度的獲取主要依賴空調(diào)設(shè)備，但適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)綠化、景觀式水面和南向陽光中庭可以增加水蒸氣的含量，提高室內(nèi)空氣濕度。造設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮既有建筑的氣候、環(huán)境、建筑本體狀況、用戶需求等多方面因素，有針對性地選擇安全、經(jīng)濟(jì)、合理的綠色改造技術(shù)，以達(dá)到事半功倍的效果。

在空間再利用的綠色改造中，應(yīng)優(yōu)先選用環(huán)境響應(yīng)的被動式技術(shù)。既有建筑的改造存在諸多限制，多數(shù)時候，僅僅采用被動式技術(shù)不能滿足室內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的要求，空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等是被動式技術(shù)的必要補充。高效的空調(diào)、照明設(shè)備與被動式技術(shù)的無縫聯(lián)動是既有建筑再生應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的完整運作形式。

[1] 王清勤, 葉凌, 朱榮鑫. 國家標(biāo)準(zhǔn)《既有建筑綠色改造評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/ T51141-2015的主要技術(shù)內(nèi)容和特點[J]. 工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化, 2016(8).

[2] 朱榮鑫, 王清勤, 李楠. 國外典型既有建筑綠色評價標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)權(quán)重對比分析[J]. 施工技術(shù), 2016, 5(10).

[3] 張鍇. 室內(nèi)自然光環(huán)境再創(chuàng)造[D]. 天津: 天津大學(xué), 2005.

[4] 李彥春. 北方既有建筑采暖期熱舒適度改善措施研究[D]. 北京: 北京建筑工程學(xué)院, 2012.

[5] 袁揚, 趙盟盟, 邸小壇, 等. 既有建筑綠色化改造室內(nèi)環(huán)境的檢測與評價[J].工程質(zhì)量, 2015, 33(12).

[6] 劉寅輝. 基于目的性的既有建筑再利用技術(shù)策略研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2011.

2.4 基于空氣品質(zhì)改善的綠色改造技術(shù)

在美國采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會（American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers，ASHRAE）的標(biāo)準(zhǔn)中，良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)被定義為“空氣中沒有已知的污染物達(dá)到公認(rèn)的權(quán)威機(jī)構(gòu)所確定的有害濃度指標(biāo)，并且處于這種空氣中的大多數(shù)人（≥80%）對此沒有表示不滿意”。室內(nèi)污染物主要來源于生活污染和室內(nèi)裝修污染，主要包括氡、氨、甲醛、苯、TVOC（Total Volatile Organic Compounds，總揮發(fā)性有機(jī)物）等有害物質(zhì)。

空氣流通與換氣是消除與稀釋室內(nèi)污染物的有效方法。利用熱壓或風(fēng)壓可以加強室內(nèi)空氣流通，如結(jié)合中庭或采暖樓梯間強化煙囪效應(yīng)；合理設(shè)置可呼吸式玻璃幕墻的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口也可以獲得更大的風(fēng)壓差。在大進(jìn)深或高層建筑中，純粹的自然通風(fēng)無法滿足換氣量的要求，需要使用機(jī)械輔助通風(fēng)設(shè)備，可加設(shè)在送風(fēng)口或出風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口可以配合使用空氣凈化裝置，以獲得更好的空氣品質(zhì)。

3 結(jié)語

既有建筑的綠色改造是建筑性能與舒適性能同步提升的復(fù)雜系統(tǒng)，是技術(shù)與人體主觀感受的有機(jī)結(jié)合，是綠色建筑從“淺綠”邁向“深綠”的勇敢探索。過去對技術(shù)的單向重視導(dǎo)致了人性關(guān)懷的嚴(yán)重缺失，而建筑改造的綜合性能探索以人的舒適感為突破點，體現(xiàn)了技術(shù)為人服務(wù)的人本思想。

本文以室內(nèi)舒適性能的4個方面為導(dǎo)向，對綠色改造技術(shù)進(jìn)行了類別劃分，為單方面或多方面舒適性能的提升提供了良好參閱。一種技術(shù)往往兼具多種功能，性能良好的門窗可以同時改善聲環(huán)境和熱舒適度，加大采光面積可以增加得熱并可改善室內(nèi)光環(huán)境。在進(jìn)行改

2016-11-01

STUDY ON THE GREEN RENOVATION TECHNOLOGY OF EXISTING BUILDING BASED ON THE IMPROVEMENT OF COMFORT PERFORMANCE

Building comfort performance improvements will be taken from the comfortable behavior characteristics, to explore the existing buildings renovation in comfort index system (lighting environment, acoustic characteristics, thermal comfort conditions, air quality and health, etc.), and the spatial reuse and green targets in the envelop structure transformation. Through exploration of environment-response technologies based on the comfort performance, an application system could be built based on environment optimization and the comfortable performance improvement of renewable utilization in existing buildings.

Existing Building, Green Technique, Comfortable Performance

宋德萱，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室

韓珊珊，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室