德國遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造的突出技術(shù)問題及其解決方案

李長明 楊昌鳴 郭萍

摘要：在德國，作為各州文物立法保護對象的建筑稱為遺產(chǎn)建筑。遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造，是指在翻新、改造遺產(chǎn)建筑過程中，通過采用節(jié)省能源的技術(shù)、材料、方法等，使修繕后的遺產(chǎn)建筑的能源需求和能源損耗符合公認(rèn)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)或?qū)崿F(xiàn)既定節(jié)能效果的過程。在德國遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造項目中，遺產(chǎn)建筑歷史特性保存的考量居于優(yōu)先順位，節(jié)能材料的選用、項目實施等技術(shù)方案要經(jīng)由當(dāng)?shù)匚奈锊块T許可方能最終確定。目前德國較為權(quán)威的可應(yīng)用于遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造的評價指標(biāo)體系主要有“被動房研究所”發(fā)布的《被動房、被動式改造建筑和節(jié)能房建筑標(biāo)準(zhǔn)》和“德國復(fù)興信貸銀行遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造”標(biāo)準(zhǔn)。建筑結(jié)構(gòu)熱橋和建筑立面改造限制是德國遺產(chǎn)建筑改造中的難點，也是其特殊性所在。無論是被動式節(jié)能改造，還是依照“復(fù)興銀行標(biāo)準(zhǔn)”進行節(jié)能改造，都集中在不透明外墻保溫隔熱系統(tǒng)、門窗、熱橋阻斷構(gòu)造技術(shù)、供暖制冷設(shè)備、新風(fēng)換氣系統(tǒng)等要素上，核心內(nèi)容在于避免熱橋和保證氣密性。遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造項目最終呈現(xiàn)出的面貌，取決于文物立法、建筑節(jié)能要求和經(jīng)濟性這三類因素綜合博弈的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：遺產(chǎn)建筑;節(jié)能改造;評價標(biāo)準(zhǔn);技術(shù)難點;解決方案

在建筑技術(shù)、節(jié)能環(huán)保和生態(tài)建筑整體研究以及開發(fā)應(yīng)用方面，德國一直處于世界領(lǐng)先地位。悠久的建筑歷史、多樣的建筑風(fēng)格、從戰(zhàn)后延續(xù)至今的遺產(chǎn)建筑修繕?biāo)鄯e的豐富經(jīng)驗加上科學(xué)且多元化的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，都使得德國成為人們在談及遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造時無法回避的國家。

在德國，遺產(chǎn)建筑（denkmalgeschutztes Gebaude）是指作為各州文物立法保護對象的建筑。雖然目前德國大部分州都實行“文化遺產(chǎn)概括保護制度”（Nachrichtliches System）或日“文化遺產(chǎn)依法保護制度”（ipso-iure-System），并不以建筑是否列入不可移動文物名錄作為保護依據(jù)，但在實際操作中，州政府發(fā)布的不可移動文物名錄仍然是最重要的遺產(chǎn)建筑知悉途徑。而所謂遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造，是指在翻新、改造遺產(chǎn)建筑過程中，通過采用節(jié)省能源的技術(shù)、材料、方法等，使修繕后的遺產(chǎn)建筑的能源需求和能源損耗符合公認(rèn)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)或?qū)崿F(xiàn)既定節(jié)能效果的過程。遺產(chǎn)建筑的節(jié)能改造是遺產(chǎn)建筑保護領(lǐng)域的重要組成部分。

一、德國遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造現(xiàn)狀

德國遺產(chǎn)建筑涵蓋了住宅、教堂、劇院、市政廳、工廠、學(xué)校等建筑類型;根據(jù)德國政府2016年底發(fā)布的一項統(tǒng)計結(jié)果，德國遺產(chǎn)建筑總數(shù)超過63萬。

（一）遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造的特殊性

遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造與普通既有建筑節(jié)能改造的最明顯不同點在于其必須同時滿足建筑節(jié)能和文物保護兩方面要求。

首先，建筑的節(jié)能性在德國是強制性要求。除“可持續(xù)發(fā)展”目標(biāo)、歐盟節(jié)能指標(biāo)要求等國際層面的影響之外，爆發(fā)于1970年代的能源危機更是對德國建筑節(jié)能政策和技術(shù)的推行起到直接推動作用。對于德國政府而言，遺產(chǎn)建筑管理不僅涉及建筑本體安全和遺產(chǎn)價值保存等文物管理層面事務(wù)，也涉及遺產(chǎn)建筑改造后如何滿足歐盟對其成員國下達的節(jié)能指標(biāo)要求問題。德國建筑用能占社會終端能耗總量的三分之一以上（2018年為36%，包括采暖和供電兩項，如圖1所示），這使得建筑的節(jié)能性對于完成節(jié)能指標(biāo)具有決定性影響。隨著歐盟對其成員國下達的一系列強制性節(jié)能指標(biāo)要求的正式生效，歐洲范圍內(nèi)既有建筑的節(jié)能改造已成為一項“政治任務(wù)”，并經(jīng)德國法律內(nèi)化為強制性要求。雖然遺產(chǎn)建筑的節(jié)能改造并不以達到新建建筑甚至是普通既有建筑節(jié)能效果為訴求，但其仍然應(yīng)當(dāng)符合政府為其制定的變通的節(jié)能要求。

其次，遺產(chǎn)建筑的文物價值的保護也是強制性要求。遺產(chǎn)建筑的歷史、藝術(shù)、科學(xué)等方面價值屬于公共利益，受到享有文化事務(wù)立法權(quán)的各聯(lián)邦州文物立法保護。不僅如此，根據(jù)聯(lián)邦《基本法》和聯(lián)邦憲法法院判例，文物保護這一公共利益高于其他公共利益。也就是說，如果節(jié)約能源與文物保護這兩個公共利益發(fā)生沖突，那么應(yīng)當(dāng)優(yōu)先滿足文物保護需要。這為德國遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造中的文物價值留存的優(yōu)先順位提供了法律依據(jù)。由此，在遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造項目中，遺產(chǎn)建筑歷史特性保存的考量居于優(yōu)先順位，節(jié)能材料的選用、項目實施等技術(shù)方案要經(jīng)由當(dāng)?shù)匚奈锊块T許可方能最終確定。

（二）遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造難點

在德國，遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造是隸屬于建筑節(jié)能改造的一個分支。原則上來說，只要滿足各聯(lián)邦州古跡立法中對于古跡保護的要求，幾乎所有普通既有建筑節(jié)能改造的材料、技術(shù)、手段都可以應(yīng)用于遺產(chǎn)建筑。

相較普通既有建筑而言，遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造面臨更多挑戰(zhàn)。由于遺產(chǎn)建筑建成年代大多距今較久，由潮濕、腐蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性損壞問題十分普遍。遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造本身需要遵循較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)高度依賴建筑保溫系統(tǒng)、門窗系統(tǒng)，新風(fēng)系統(tǒng)，氣密系統(tǒng)等要素性能，且需各系統(tǒng)相互配合形成一個完整系統(tǒng)。在1977年《建筑節(jié)能保溫條例》（Verordnung uber energiesparenden Warmeschutzbei Gebauden）。頒布之前，建筑節(jié)能效率并非強制性要求。建筑師在進行房屋設(shè)計時，其采用結(jié)構(gòu)及使用材料往往側(cè)重于滿足遮風(fēng)、避雨等居住要求，對建筑節(jié)能的重視程度與如今的建筑能耗要求相去甚遠。被認(rèn)定為遺產(chǎn)建筑后，考慮其建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)形式、保溫系統(tǒng)、氣密性等因素，要達到被動式改造的標(biāo)準(zhǔn)難度很大。

此外，由于可能出現(xiàn)的結(jié)露、漏風(fēng)、發(fā)霉等情況，大部分遺產(chǎn)建筑已經(jīng)無法很好滿足居住舒適性要求。不僅如此，基于遺產(chǎn)立法等規(guī)定，一些效果更佳的節(jié)能措施無法適用于遺產(chǎn)建筑，這也使得遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造變得較為困難。

（三）遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造評價體系

除“DIN 4108”。中一系列對建筑隔熱和節(jié)能的具體技術(shù)要求外，考慮到遺產(chǎn)建筑的特殊改造要求，德國政府以及致力于建筑節(jié)能改造的民間機構(gòu)都在為遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造標(biāo)準(zhǔn)化的“變通”作出努力，表現(xiàn)為兩套較為權(quán)威的可應(yīng)用于遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造的評價指標(biāo)體系：其一為“被動房研究所”（Passivhaus Institut）。發(fā)布的《被動房、被動式改造建筑和節(jié)能房建筑標(biāo)準(zhǔn)》（Kriterien fur den Passivhaus-，EnerPHit-und PHI-Energiesparhaus-Standard）中的“被動式改造建筑或節(jié)能房建筑標(biāo)準(zhǔn)”（以下簡稱“被動式改造標(biāo)準(zhǔn)”）;其二為“德國復(fù)興信貸銀行遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造”標(biāo)準(zhǔn)（KfW-Effizienzhaus Denkmal，以下簡稱“復(fù)興銀行標(biāo)準(zhǔn)”），系為配合“德國復(fù)興信貸銀行節(jié)能建筑資助計劃”（KfW-Effizienzhaus）。下的子項目“遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造”制定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，銀行根據(jù)節(jié)能措施和效果評估既有遺產(chǎn)建筑改造是否以及享受哪一等級貸款優(yōu)惠。

嚴(yán)格來說，“復(fù)興銀行標(biāo)準(zhǔn)”不是獨立的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有像“被動式改造標(biāo)準(zhǔn)”一樣制定科學(xué)、獨立和細化的評價指標(biāo)，而是現(xiàn)行2016年《節(jié)能條例》（Energieeinsparverordnung，以下簡稱“EnEV2016”）。的實施手段之一。其以EnEV 2016中確立的年度一次能耗需求和能量傳輸熱損失作為參照，根據(jù)建筑的節(jié)能性能與這一參照系之間的比例關(guān)系確定遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造發(fā)放貸款的優(yōu)惠力度。

在全德國范圍內(nèi)，業(yè)主對建筑進行滿足不同等級“復(fù)興銀行標(biāo)準(zhǔn)”的節(jié)能改造可申請政策性銀行“復(fù)興信貸銀行”對應(yīng)力度的低息貸款、補助等政策優(yōu)惠;在北萊茵威斯特法倫州等聯(lián)邦州，滿足“被動式改造標(biāo)準(zhǔn)”或采用該標(biāo)準(zhǔn)所認(rèn)證的節(jié)能部件還可享受額外補助。

兩種評價體系都分別認(rèn)可建筑組件和建筑整體翻新對于既有建筑節(jié)能改造的積極效果，在使用節(jié)能材料和技術(shù)方面也沒有太大差異，區(qū)別主要體現(xiàn)在設(shè)計理念、建筑能耗需求指標(biāo)參數(shù)設(shè)定、是否采用帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)等方面。“被動式改造標(biāo)準(zhǔn)”是嚴(yán)格意義上的節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)，將建筑作為一個整體來考慮，依賴各建筑組件相互配合所形成的精密的平衡系統(tǒng)來使整個建筑能耗需求滿足標(biāo)準(zhǔn);而“復(fù)興銀行標(biāo)準(zhǔn)”則實際上并不是獨立標(biāo)準(zhǔn)，而是依賴EnEV 2016存在，只考察能源需求和能量熱傳輸損失這兩項指標(biāo)，且相對不注重具體實施過程，更看重節(jié)能改造結(jié)果。

目前，經(jīng)被動房研究所認(rèn)可的以遺產(chǎn)建筑作為改造對象的被動式改造項目為9個;2012-2017年，申請“德國復(fù)興信貸銀行建筑遺產(chǎn)節(jié)能改造”的整屋翻新項目約為3.2萬個。

二、遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造中的突出問題

建筑結(jié)構(gòu)熱橋與建筑外立面圍護結(jié)構(gòu)對最終能耗產(chǎn)生直接且顯著的影響，是既有建筑節(jié)能改造的重點之一。對于遺產(chǎn)建筑被動式改造而言，為保證建筑的歷史特性，非特殊情況不允許進行改動。本文主要以獲得“被動式改造標(biāo)準(zhǔn)”認(rèn)證的“海因斯貝格教堂節(jié)能改造項目”探討包括被動式改造在內(nèi)的遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造的突出問題和解決方案。

“海因斯貝格教堂節(jié)能改造項目”（以下簡稱“教堂項目”）是第一個被認(rèn)證的被動式改造遺產(chǎn)建筑。教堂位于德國西部城市海因斯貝格，始建于1953年，主體為磚}昆結(jié)構(gòu)，教堂主體凈高約10米，外立面采用具有典型時代特色的紅磚（圖2）。

改造項目于2012年實施，主要改造措施包括增加內(nèi)保溫系統(tǒng)、增加節(jié)能窗戶、增加新風(fēng)系統(tǒng)、更換供熱系統(tǒng)及其他節(jié)點的被動式構(gòu)造。改造完工后，教堂供暖能耗由183kWh/（m^2*a）減少至45kWh/（m^2*a），減幅為75%;外圍護結(jié)構(gòu)u值由1.525w/（m^2*K）降至0.204/（m^2*K）。

（一）建筑結(jié)構(gòu)熱橋

根據(jù)德國現(xiàn)行建筑節(jié)能技術(shù)規(guī)范“DIN4108”，為避免建筑內(nèi)部結(jié)露發(fā)霉，造成衛(wèi)生甚至結(jié)構(gòu)安全問題，外墻室內(nèi)側(cè)表面最低溫度不能小于12.6°C，盡可能減小結(jié)構(gòu)熱橋因而成為節(jié)能改造的重點之一?；诮ㄖ踩紤]，遺產(chǎn)建筑在建筑結(jié)構(gòu)的改動方面的態(tài)度是非常慎重的，如非必要，對已有建筑結(jié)構(gòu)往往不允許進行改動。而這些穿透保溫結(jié)構(gòu)恰恰是熱橋成因。類似構(gòu)造點越多，建筑整體的能耗需求就越高。例如，“教堂項目”中采用內(nèi)保溫系統(tǒng)，與外墻相接的構(gòu)造柱、內(nèi)墻與樓板都會打斷保溫層，熱橋因而在此處產(chǎn)生。這類熱橋通常無法優(yōu)化，被動式節(jié)能改造的難度因此增加。

再以因擁有大量建造于18-19世紀(jì)的木制桁架結(jié)構(gòu)建筑（Fachwerkhaus）而于1994年被聯(lián)合國教科文組織列入《世界遺產(chǎn)名錄》的奎德林堡市為例（圖3）。對于木制桁架結(jié)構(gòu)建筑而言，木梁與木柱為主要承重結(jié)構(gòu)。除非木梁、木柱承載力因潮腐或蟲害原因降低，節(jié)能改造時通常不能對其進行調(diào)整。這使得原本應(yīng)當(dāng)連續(xù)的保溫層被打斷，由此無可避免地產(chǎn)生熱橋，這一問題在外懸挑陽臺與外墻內(nèi)保溫層上尤其突出。

（二）建筑立面改造限制

建筑結(jié)構(gòu)熱橋的產(chǎn)生主要是結(jié)構(gòu)性的，由建筑自身所決定，而遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造中的建筑立面改造限制則主要是人為施加的。遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造不僅要滿足節(jié)能、舒適度等要求，還需有利于遺產(chǎn)建筑價值的保存。為了保障這一需求能得到有效執(zhí)行，德國各聯(lián)邦州的文物立法普遍會將其上升到法律層面，由此形成建筑立面改造的制度性限制。

由于長久暴露在外，立面是建筑最容易老化、損壞的部分。在既有建筑節(jié)能改造中，建筑立面修繕（表現(xiàn)為在建筑外立面鋪設(shè)外保溫層）一般是必須的，也是最直接的提高建筑節(jié)能性的手段。但是，由于這一手段對外立面干預(yù)程度較高，在許多遺產(chǎn)建筑的節(jié)能改造中被禁止使用。與普通既有建筑不同，遺產(chǎn)建筑的節(jié)能改造要以舊建筑的立面信息和城市記憶保留作為基礎(chǔ)。因此，雖然德國各聯(lián)邦州的文物立法各有其特點，但普遍都會規(guī)定：遺產(chǎn)建筑外立面可凸顯建筑年代以及風(fēng)格，是文物價值的重要表現(xiàn)，非特殊情況不允許作改動。

將保溫系統(tǒng)安裝在不透明外墻內(nèi)部的內(nèi)保溫系統(tǒng)成為退而求其次的選擇。相較外保溫來說，內(nèi)保溫系統(tǒng)的缺點主要有三點：1）內(nèi)保溫占用室內(nèi)使用面積，通常無法安裝得太厚，因此影響整體建筑能耗;2）由于內(nèi)墻以及樓板原因，內(nèi)保溫?zé)o法連續(xù)安裝，而保溫斷開處是巨大的熱橋，由此導(dǎo)致建筑能耗需求增加且熱橋處有產(chǎn)生冷凝水的風(fēng)險;3）內(nèi)保溫系統(tǒng)安裝需要在建筑內(nèi)部進行施工，由此影響室內(nèi)人員的正常工作或生活。

三、解決方案

建筑結(jié)構(gòu)熱橋和建筑立面改造限制是遺產(chǎn)建筑改造中的難點，也是其特殊性所在。雖然存在困難，但在現(xiàn)有材料、技術(shù)和法制框架下，仍然可以將遺產(chǎn)建筑加以改造并使之符合以上兩種節(jié)能要求。

無論是被動式節(jié)能改造，還是依照“復(fù)興銀行要求”進行節(jié)能改造，在節(jié)能理念、應(yīng)用材料、技術(shù)方面存在很多共通點。對于建筑結(jié)構(gòu)熱橋、建筑立面改造限制等問題的解決，也都集中在不透明外墻保溫隔熱系統(tǒng)、門窗、熱橋阻斷構(gòu)造技術(shù)、供暖制冷設(shè)備、新風(fēng)換氣系統(tǒng)等要素上。其中，窗戶改造、建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)安裝屬于建筑本體節(jié)能改良范疇，也是最基本的節(jié)能改造措施;新風(fēng)系統(tǒng)、供暖制冷設(shè)備等的安裝則屬于建筑設(shè)備更新范疇。而無論是哪種材料或設(shè)備，核心內(nèi)容在于兩點：避免熱橋和保證氣密性。

對于遺產(chǎn)建筑來說，由于其一般不具備安裝完全的被動式采暖系統(tǒng)的條件，除了通過更換門窗、改善外墻保溫系統(tǒng)等“被動”保溫措施外，為使用戶獲得更為舒適的居住體驗并提高能源利用率，遺產(chǎn)建筑改造還需安裝主動采暖設(shè)備。采暖設(shè)備安裝由此成為遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造的另一關(guān)鍵措施。

（一）構(gòu)造層面解決方案

構(gòu)造層面問題可從建筑外墻、屋頂、門窗、氣密層4個要素著手解決。

1.建筑外墻

無論是哪種建筑類型、具體采取哪些節(jié)能材料或采用哪些技術(shù)，在節(jié)能改造規(guī)劃之初都應(yīng)當(dāng)考慮建筑類型、建筑規(guī)劃、建筑現(xiàn)狀、外立面造型及其歷史價值等多方面因素影響，盡可能將保溫厚度提高。

對于既有建筑節(jié)能改造而言，最值得推薦的改造方式是使用外保溫，即在建筑外圍護結(jié)構(gòu)上增加外保溫系統(tǒng)，這是對建筑能耗影響最大、同時也是最簡單廉價的手段。但由于其直接安裝于外立面之上，會顯著影響建筑外觀，對于大多數(shù)遺產(chǎn)建筑來說無法適用。也正是基于此，“教堂項目”以及前述提到的奎德林堡的不少遺產(chǎn)建筑的節(jié)能改造都只能采用內(nèi)保溫系統(tǒng)。

盡管在氣密性、保溫性能等多方面都不及外保溫，但相較無保溫的老建筑而言，內(nèi)保溫系統(tǒng)仍具備顯著的節(jié)能優(yōu)勢。如今，高孔隙率的納米多孔材料氣凝膠保溫砂漿是德國磚石結(jié)構(gòu)遺產(chǎn)建筑外墻保溫措施的首選材料。

在為遺產(chǎn)建筑安裝內(nèi)保溫系統(tǒng)時，合理規(guī)劃門窗和保溫系統(tǒng)改造的先后順序是第一步;在此基礎(chǔ)上，可采用密封條或密封膠提高承重結(jié)構(gòu)氣密性。此外，嚴(yán)格保證氣密層的連續(xù)性也是提高圍護結(jié)構(gòu)能效的重要手段，例如，可以通過抹灰找平保證窗戶和墻體保溫層的貼合，避免出現(xiàn)窗戶局部漏風(fēng)問題（圖4）。

2.屋頂

受到其獨特的建筑特色以及氣候條件等因素影響，不同于國內(nèi)近代住宅樓房經(jīng)常出現(xiàn)的平屋頂，德國遺產(chǎn)建筑常常采用木構(gòu)坡屋頂，以木龍骨與檁條相互搭接的構(gòu)造方式搭建（圖5）。

在進行坡屋頂保溫設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)閣樓層功能分區(qū)不同采取不同的保溫策略。若屋頂閣樓為生活空間，對屋頂?shù)谋靥幚響?yīng)該是在龍骨上下兩側(cè)及龍骨的間隙都增加保溫，氣密層設(shè)置在最內(nèi)側(cè)，最外側(cè)鋪設(shè)防水層并設(shè)置通風(fēng)層;若閣樓為非生活空間，則可以簡單地將保溫安裝在閣樓的樓板上方，施工作業(yè)較為簡單，但應(yīng)該注意氣密層的連續(xù)鋪設(shè)以及在樓板與外墻連接處做斷熱橋處理。

與屋頂相連的老虎窗通常是遺產(chǎn)建筑改造中的棘手之處。老虎窗向外突起的構(gòu)造決定了外墻內(nèi)表面與窗戶間的空間不足以增加足夠厚的保溫，而外墻與飛檐的間距太小也很難再添加保溫。要解決這一難點，只能在外墻木構(gòu)架的龍骨之間添加保溫;作為補充，可以在窗戶與內(nèi)墻間增加薄保溫。

3.門窗

對于節(jié)能改造而言，窗戶是圍護結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分。窗戶作為外圍護結(jié)構(gòu)的透明組件，具有采光通風(fēng)、承接內(nèi)外環(huán)境進而提高生活品質(zhì)的功能。玻璃和窗框的選擇和安裝很大程度上決定了建筑節(jié)能改造的節(jié)能性和舒適程度。許多安裝于遺產(chǎn)建筑的窗戶是單玻木框窗或單玻不銹鋼窗框。單層玻璃導(dǎo)熱系數(shù)高，存在散熱快、容易在玻璃內(nèi)壁形成冷凝水、窗框附近的抹灰層容易發(fā)霉甚至脫落等缺陷，影響建筑美觀以及使用。

在更換門窗時，采用兩層或三層真空或氬氣玻璃的窗戶能使窗戶隔熱效果提升10倍以上，窗框可改進成在窗框中添加保溫的塑鋼保溫框或者鋁包木窗框（圖6）。另外，窗框四邊額外黏貼氣密膜，與外墻黏和并用抹灰找平覆蓋，也能大幅提升窗戶局部氣密性，有效避免窗戶局部位置漏風(fēng)與結(jié)露。

“教堂項目”采用內(nèi)保溫系統(tǒng)，原外窗因為文物價值保存需要被保留，新增保溫窗安裝于內(nèi)保溫層中。由于教堂窗臺是內(nèi)斜的，在進行改造設(shè)計時，內(nèi)斜部分被保溫材料填充至與原窗底框齊平（圖7）。這一設(shè)計有三點優(yōu)勢：1）窗框直接與保溫相連，兩種保溫性能優(yōu)異的構(gòu)件相連，安裝熱橋較小;2）內(nèi)斜部分保溫提高了整窗的保溫效果;3）新窗與舊窗之間存留一部分密封空氣層，由于空氣具有較好的隔熱效果，建筑整體的保溫效果被動增加。

“教堂項目”在門窗更換時也存在難點：1）兩扇窗戶之間空氣層會產(chǎn)生冷凝，因此需要在保溫與磚墻連接處做好防水密封，避免水分進入墻體造成損壞;2）內(nèi)外兩層窗戶對太陽光線的遮擋，以及因內(nèi)保溫墻體厚度增加而導(dǎo)致透過保溫窗的太陽輻射得熱大大減少，建筑整體的供暖負荷因此增加。另外，在設(shè)計窗戶安裝節(jié)點時還需注意避免過大的安裝熱橋，其解決的主要思路是盡可能使保溫層覆蓋窗框、保證保溫與窗框無縫連接，以增強窗戶的整體保溫效果。

4.氣密層

德國生態(tài)研究中心的一份研究報告表示，德國舊建筑的氣密性測試結(jié)果平均為7.4h-1.比德國《能源法》新建建筑標(biāo)準(zhǔn)值1.5h-1要高五倍，比德國被動房改建標(biāo)準(zhǔn)要求1h-1要高七倍。氣密性差會給建筑帶來以下不利影響：1）在泄漏點產(chǎn)生冷凝水，引發(fā)衛(wèi)生問題或建筑損壞;2）因漏風(fēng)造成額外熱損失，建筑整體能耗需求因此增加;3）隔聲效果變差;4）建筑外部有害氣體直接進入室內(nèi)，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，等等。氣密性差還會影響新風(fēng)設(shè)備運行，降低風(fēng)機整體熱回收效率，從而使得建筑整體能耗增高。

在德國遺產(chǎn)建筑中，木結(jié)構(gòu)及磚木結(jié)構(gòu)等輕型建筑占很大比重。輕型建筑的氣密層構(gòu)造與鋼混結(jié)構(gòu)不同，氣密層設(shè)置位置以及安裝方式需要特別考慮。平整外墻的氣密性可由位于內(nèi)保溫內(nèi)表面的防水氣密膜保證，在施工時注意對氣密膜之間的接縫處進行折疊拼錯施工。而輕型建筑施工時常出現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)、不同材料之間因為構(gòu)造原因拼合在一起的情況是處理難點。如圖8所示，結(jié)構(gòu)木柱梁穿非供熱屋頂層樓板，樓板與梁柱的拼接處會有巨大縫隙，必須做額外密封處理。據(jù)此采取的解決方案是：首先利用氣密膜包裹結(jié)構(gòu)連接點，再在連接處采用石膏封堵，以加強氣密性。

（二）暖通設(shè)備解決方案

德國屬于冬冷夏涼地區(qū)，除了大型公共空間外，一般民用居住建筑制冷需求并不強烈，但對供暖和熱水供給的需求則較為普遍。

1.供暖以及熱水供給方案

德國遺產(chǎn)建筑熱水供應(yīng)通常與建筑供暖采用同一系統(tǒng)。大多采用鍋爐或者熱泵等加熱設(shè)備加熱熱水，再將熱水輸送到各個房間的暖氣片中以達到供暖目的。這種供暖系統(tǒng)大多設(shè)置在地下室等非加熱空間，存在著管道沒有保溫、暖氣片無恒溫調(diào)節(jié)閥、供暖系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)泵功率過大、儲水箱保溫性能較差以及細菌滋生風(fēng)險等問題。

這種供暖系統(tǒng)的安裝方式有分戶式系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)兩種，各有優(yōu)劣：分戶式是指每個家庭通過安裝燃氣熱水爐或即熱式電加熱熱水器來進行熱水供應(yīng)，有三點優(yōu)勢：1）設(shè)備功率較集中式小，成本低;2）管線相對較短，管道熱損失較小;3）即熱式熱水器無需儲水箱，空間占比小。這種安裝方式的缺陷在于其以燃氣或電加熱，效率較低且能源消耗大。相比之下集中式熱水供給系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化效率更高，且可以與太陽能熱水器相結(jié)合進一步提高能效，常常在多戶住宅樓或者公共建筑中得到應(yīng)用。但集中式系統(tǒng)的缺點在于儲水箱以及從儲水箱到各戶的管道線路會產(chǎn)生大量熱損失，因此需要在儲水箱以及分水管增加保溫。以“教堂項目”為例，該建筑采用集中式供熱，通過功率為17.5kw的水源熱泵加熱蓄水罐熱水，而用于熱泵的電量則部分由位于屋面的太陽能光伏發(fā)電設(shè)備供給。

2.通風(fēng)解決方案

為保持建筑內(nèi)部良好的舒適性，將室內(nèi)二氧化碳以及有害氣體維持在較低濃度，通風(fēng)必不可少。傳統(tǒng)建筑通風(fēng)多采用開窗以及排風(fēng)機直排通風(fēng)，不僅會產(chǎn)生大量熱損耗，冷空氣直接進入室內(nèi)還會給人帶來不適感，既不節(jié)能也不舒適。使用新風(fēng)設(shè)備能將新風(fēng)與排風(fēng)通過熱交換器后排出，達到通風(fēng)要求的同時又將熱量保持在室內(nèi)，是被動式節(jié)能改造的關(guān)鍵設(shè)備。

不同地區(qū)建筑對新風(fēng)設(shè)備有不同要求。如德國氣候全年干燥，夏季降雨少，室內(nèi)相對濕度維持在較舒適狀態(tài)，無除濕需求;但冬季較為寒冷，在一些地區(qū)甚至可到20℃，室內(nèi)外溫差較大，因而對新風(fēng)機組的熱交換率有更高要求。在“教堂項目”中，采用的是一款熱回收率大于75%、最大風(fēng)量超過4000m³/h的獲得被動房研究所節(jié)能組件標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的新風(fēng)設(shè)備。

結(jié)語

遺產(chǎn)建筑改造過程顯然比新建建筑和一般既有建筑改造復(fù)雜得多。從最初建筑現(xiàn)狀評估、建筑改造設(shè)計、建筑改造規(guī)劃、設(shè)備組件選型到最后施工組織都需更多考量。建筑結(jié)構(gòu)改造是否必需、設(shè)計是否符合當(dāng)?shù)匚奈锓ㄒ?guī)、建筑整體如何增加保溫、保溫厚度、防水層安裝位置、減小節(jié)點熱橋方式、節(jié)點處氣密性處理方案、供暖系統(tǒng)形式、通風(fēng)系統(tǒng)方案等等問題都是考慮因素。

在遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造中，經(jīng)濟性其實也是不容忽視的方面，并影響建筑的實際節(jié)能效果。例如，許多遺產(chǎn)建筑在節(jié)能改造過程中，并沒有在窗戶更換時選擇保溫性能更好的三玻玻璃，而是退而求其次使用二玻玻璃。三玻玻璃的安裝并不存在技術(shù)和法律層面的障礙，唯一的考慮來自對于這兩種玻璃成本的考量。經(jīng)濟性由此在遺產(chǎn)建筑工程的實施過程中發(fā)揮不容小覷的作用?？梢哉f，遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造項目最終呈現(xiàn)出的面貌，取決于文物立法、建筑節(jié)能要求和經(jīng)濟性這三類因素綜合博弈的結(jié)果。

當(dāng)然，德國的遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造技術(shù)也并非盡善盡美。有一些問題，例如地下防水，始終在遺產(chǎn)建筑節(jié)能改造中沒有找到較好的解決方案。一些遺產(chǎn)建筑的地下部分因防水層年久失修而陰暗潮濕、霉菌滋長，使得地下部分失去其原有使用功能。沿建筑外墻進行土方開挖、在地下外墻外側(cè)重新設(shè)置防水層，并在建筑底板內(nèi)側(cè)安裝防水層雖然是一種可行的辦法，但無法完全避免地下水汽透過底板滲入到室內(nèi)。再加之過高的施工成本，使得地下部分的防水節(jié)能改造成為難點之一。此外，前文已反復(fù)提到的內(nèi)保溫系統(tǒng)的缺陷也客觀存在。

盡管遺產(chǎn)建筑的節(jié)能改造存在前述困難或局限性，但基于其針對一般建筑標(biāo)準(zhǔn)所無可比擬的最終能耗、維護和環(huán)境優(yōu)勢，加之政府對于節(jié)能改造的強制要求和政策激勵，其應(yīng)用范圍日益廣泛，且是未來遺產(chǎn)建筑改造大勢所趨。