舊辦公樓節(jié)能綜合改造實踐

劉格爾

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源環(huán)境承載力的分歧日益突顯。建設(shè)“節(jié)約型社會”已是全社會持續(xù)關(guān)注的焦點問題，因此，在城市建筑中必須進(jìn)行必要的節(jié)能規(guī)劃。建筑設(shè)計的節(jié)能措施從大的方面論述分為被動式節(jié)能設(shè)計和主動式節(jié)能設(shè)計。被動式節(jié)能設(shè)計主要通過建筑的場所、平面空間布局、立面造型、建筑材料等方面對整個建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。本案主要論述被動式節(jié)能設(shè)計，且從舊建筑改造方面著手，以辦公樓建筑為例，進(jìn)行研究論述。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

從國際趨勢來看，自2008年開始，歐盟第七研發(fā)框架計劃（FP7）持續(xù)增加節(jié)能建筑的研發(fā)創(chuàng)新投入，尤其強(qiáng)化老建筑綠色節(jié)能技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新；2009年，歐洲委員會通過了在公共性建筑領(lǐng)域首先完成舊建筑節(jié)能更新改造的決策。到2020年每年至少更新改造公共性建筑領(lǐng)域3%的舊建筑。

從我國建筑行業(yè)的現(xiàn)狀來看，建筑行業(yè)是一個公共性建筑耗能高、節(jié)能發(fā)展?jié)摿Υ蟮念I(lǐng)域。在我國公共性建筑領(lǐng)域耗費(fèi)的主要資源是電能，其中中央空調(diào)、供暖、照明燈具等機(jī)電設(shè)備耗費(fèi)極大，占建筑總能源消耗的80%。而辦公樓建筑在所占的公共建筑能耗占比最大。近些年，我國基建行業(yè)已經(jīng)處于飽和期，環(huán)境問題也日漸突出，舊建筑的改造已迫在眉睫，伴隨著“雙碳”政策的推行，預(yù)計到2025年，既有建筑節(jié)能更新改造總面積將超出3.5億m2。

2 工程概況

此辦公樓位于上海市浦東新區(qū)東方路3261號（見圖1），為20世紀(jì)70、80年代的房子，屬于夏熱冬冷地區(qū)，為2層磚混結(jié)構(gòu)，建筑層高一層3.6m，二層4.0m，坡屋頂，平面形式為單外廊結(jié)構(gòu)，墻體為370mm黏土墻，窗戶及墻體均無保溫措施?，F(xiàn)狀建筑為兩棟辦公建筑，呈現(xiàn)內(nèi)院式布局，南北向及東西向空間均有遮擋，且有古樹需要保留。

圖1 區(qū)位

3 節(jié)能綜合改造方案

上海地處夏熱冬冷地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，且人口密度大，夏季悶熱，冬天濕冷，夏天冷空調(diào)，冬天熱空調(diào)（上海不屬于天然氣供暖區(qū)域），建筑節(jié)能措施必須滿足夏天防熱，適當(dāng)兼顧冬天防寒需求，故電能是主要能源消耗。本案將從如下3個方面化主動為被動，整體提升舊改建筑的節(jié)能效益。第一方面，提升外部空間環(huán)境，調(diào)節(jié)建筑微氣候；第二方面，提升建筑造型及建筑材料，提高建筑本體的節(jié)能效率，進(jìn)而減少建筑能耗；第三方面，優(yōu)化建筑平面布局，改善內(nèi)部空間，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，使建筑達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。

3.1 外部空間設(shè)計

本案整體基地為兩棟辦公建筑，呈現(xiàn)內(nèi)院式的布局，東側(cè)為大園區(qū)內(nèi)的立體停車庫及活動板房，西側(cè)為廢棄的臨時建筑廁所（見圖2）?？傮w空間改造是拆除臨時建筑，打開主體樓棟（A樓、B樓）4個方向的建筑空間，保留原始的內(nèi)庭院空間，增加盡可能多的綠化，停車部分考慮林蔭式停車，整個場地形成園林式的辦公環(huán)境，在調(diào)節(jié)建筑微氣候的同時，也堅持了以人為本的設(shè)計原則，打造宜居的辦公環(huán)境（見圖3）。

圖2 改造前

圖3 改造后總平面

3.2 建筑造型設(shè)計及建筑材料選型

1）建筑造型設(shè)計 本案保留了原有的坡屋頂設(shè)計，平屋頂，坡屋頂建筑形式，在建筑節(jié)能改造設(shè)計中，坡屋頂可與屋頂板形成封閉空氣層，有效提高隔熱效率，同時這樣的設(shè)計能保持原有的建筑風(fēng)貌，達(dá)到雙贏的目的。

本案在建筑立面形式上沿用原始建筑的三段式布局，增加原有的窗口尺寸，原有的窗戶尺寸僅為1.2m的洞口，且高1.5m，此次改造增加門窗洞口尺寸。同時在窗戶改造中，增加了窗套，有效阻擋了熱輻射，間接加入了遮陽系統(tǒng)，從而提高了建筑北面的能源效率。

建筑色彩本案以灰白黑為主，局部點綴褐色鋼結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計能夠減少光污染及光輻射，減少建筑能耗（見圖 4）。

圖4 改造后建筑立面及內(nèi)院

2）建筑材料選型 本案的材料選型充分結(jié)合GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于夏熱冬冷地區(qū)外墻、窗戶等相關(guān)參數(shù)。對建筑各個構(gòu)造部位選取合適的材料。本案中兩棟辦公建筑均定義為乙類建筑，經(jīng)計算得出兩棟建筑的體型系數(shù)（外表面積/體積）為0.28，當(dāng)體型系數(shù)＜0.3時，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)≤0.4，外墻傳熱系數(shù)≤0.45，另外建筑立面中，主要考慮南北向開窗，山墻面（東西向）開門，但無窗；南北向窗墻比約0.39，當(dāng)窗墻比≥0.30且≤0.4時，窗戶傳熱系數(shù)為2.2，基于以上數(shù)據(jù)，根據(jù)節(jié)能計算軟件模擬。

外墻采用外保溫系統(tǒng)，墻體基層材料采用B06級蒸壓砂加氣，墻體保溫材料采用35mm厚泡沫玻璃板（K=0.058W/m·k），表面采用高彈性防水仿石涂料。屋面采用倒置式保溫屋面，鋼筋混凝土屋面板基層，80mm厚擠塑聚苯板（K=0.028W/m·K）。外窗采用低輻射中透光6+12A+6Low-e中空玻璃。主要入口設(shè)置門斗，進(jìn)一步減少人員出入頻繁構(gòu)造部位的能源損失。

3.3 建筑平面布局與室內(nèi)設(shè)計

多層辦公建筑主要功能包含會議室、辦公室（含特殊要求的辦公室）、交通空間、輔助空間（廁所、茶水間）。大致分為三大類，高頻率空間、中頻率空間、低頻率空間。內(nèi)部空間節(jié)能改造重點是冷暖空調(diào)和照明系統(tǒng)，即電能消耗（見表1）。根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，夏熱冬冷地區(qū)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)范圍為16℃～22℃。

表1 室內(nèi)照明關(guān)系

基于以上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)（見表2），分別統(tǒng)計室溫，南北向房間室溫差異不大，辦公室南向關(guān)系更優(yōu)，會議室北向關(guān)系更優(yōu)，冬季期間，北向室溫更低。可得出一層南向空間用于辦公，二層北向空間用于會議室，輔助空間位于東西向山墻面。

表2 空調(diào)負(fù)荷

4 改造難點以及解決方法

該建筑在改造時，碰到兩個客觀難點：①建筑形體難以突破，無法改變建筑體型系數(shù)，建筑室內(nèi)空間布局受限，影響建筑室內(nèi)通風(fēng)、采光、照明等空間；②智能辦公水暖電系統(tǒng)布置不順，舊改建筑線路老化，辦公智能化需求增加，管線更加錯綜復(fù)雜，新風(fēng)系統(tǒng)、電纜橋架等系統(tǒng)會占據(jù)建筑垂直空間，進(jìn)而導(dǎo)致建筑層高不夠，增加建筑能耗。

基于以上難點，在設(shè)計上進(jìn)行了以下3方面的調(diào)整。

1）提升舊改建筑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料性能 在體型系數(shù)不變的情況下，主要增加三大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，如屋頂、墻體及窗戶，均采用導(dǎo)熱系數(shù)較好的材料，如本案中所采用的泡沫玻璃板、擠塑聚苯板、Low-e中空玻璃，在滿足消防的條件下，均是很好的保溫隔熱材料選擇。

2）建筑空間靈活布局 建筑空間根據(jù)建筑功能劃分不同空間組合，根據(jù)人員密度及人員散熱指標(biāo)進(jìn)行空間大小的定性及定量，使合適的空間滿足合適的室內(nèi)溫度及空氣調(diào)節(jié)。

3）管線提升 在舊改建筑中，當(dāng)垂直層高不夠時，可適時采用非標(biāo)設(shè)備來彌補(bǔ)空間不足問題；空調(diào)可采用VRV，屋頂改造可為平改坡，進(jìn)而容納設(shè)備的外機(jī)，減少管線對空間的影響；會議系統(tǒng)的智能化設(shè)備可通過隱蔽工程，如墻體隱蔽、吊頂隱蔽等。設(shè)備采用一級能耗產(chǎn)品時，必然對建筑空間產(chǎn)生影響，這些措施都能更大程度綜合性地減少建筑能耗。

5 節(jié)能改造綜合效益評估

對比常規(guī)的公共辦公建筑改造做法，節(jié)能改造增加的成本比較如下：依照節(jié)能計算規(guī)則，理論上，每年節(jié)約電能約為75.7kW·h/m2，可減少175tCO2排放，減排的效果較為顯著（見表3）。

表3 節(jié)能經(jīng)濟(jì)分析

總的來說，本次節(jié)能改造項目折射出的實際效果十分明顯，可以減少耗能，節(jié)省成本，打造愜意的辦公環(huán)境。不難想象，在現(xiàn)階段電力能源供求焦慮不安的趨勢下，針對經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、土地資源緊缺的上海市而言，節(jié)省電力開支、減輕電力資源緊缺壓力具備實際應(yīng)用意義。

6 結(jié)語

通過以上案例的研究，為舊建筑改造的平面布局及建筑造型提供了新的思路。舊改建筑由于外輪廓的限制，可選擇保溫節(jié)能材料，另外可做遮陽處理，在提升建筑節(jié)能措施的同時又可增加建筑立面細(xì)節(jié)。另外，舊改建筑的限制條件眾多，對于建筑環(huán)境，可通過綠化設(shè)計、透水磚，在優(yōu)化場地環(huán)境的同時調(diào)節(jié)舊改建筑的微氣候。舊建筑的改造是一個舊貌換新顏的過程，更是今后建筑業(yè)發(fā)展的重要工作。