淺談既有工業建筑綠色節能改造范文

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摘要:既有工業建筑作為城市中的重要一員越來越受到關注。既有工業建筑的改造也對城市發展具有重要的歷史文化意義。通過對天津意庫產業園的既有工業建筑進行建筑能耗調研，發現天津意庫中的既有建筑室內空氣流通性差、圍護結構熱工性能差等問題。結合天津城區氣候環境，從綠色發展理念的角度出發，對天津城區既有建筑節能改造提供建筑節能設計策略。利用ECOTECT軟件對節能改造前后的建筑進行熱工分析，驗證該策略的可行性。

關鍵詞:天津城區;既有工業建筑;綠色節能改造

引言

21世紀以來，第二產業逐漸衰退，我國許多城市開始了產業調整，服務業呈明顯增長態勢。城市中大量企業工廠受城市產業經濟的逐漸轉型的影響，企業開始遷出，城市中心區域遺留下的數量眾多的空置的工業建筑及用地，不僅失去了相應的功能還與周圍城市發展格格不入。近年來，既有工業建筑的保護和利用的科學研究及項目實踐在我國越來越受到重視［1］。而保護和利用的力度加大對城市更新及發展具有積極的促進作用。通過認知城市既有工業建筑的價值，來加強它們在天津經濟、歷史、文化及發展中的地位。既有工業建筑的保護、利用與更新的研究方法，已經成為我國現階段城市發展中亟待解決的新問題。近十年以來我國多個部門了，綠色節能設計改造的規范和標準。“十三五”伊始，我國住房與城鄉建設部了《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》，更加精準、科學指導我國的綠色節能理念和綠色建筑技術的應用發展。通過黨和政府的引領，綠色發展理念已經深入人心，既有工業建筑改造中對于綠色生態節能等技術的需求也日漸增加，越來越受到人民群眾的青睞。

1天津既有工業建筑概況

1.1天津地區氣候概況

天津位于華北平原北部，北緯39°東經117°，平均海拔3.5m，年平均氣溫12～15℃，屬于溫暖帶半濕潤季風性氣候。四季特點顯著，春季溫和，降雨量小;夏季炎熱，降雨量大;秋季清爽，冷暖適中;冬季寒冷，干燥少雪。天津日照時間較長達到2500～2700h。天津太陽能資源較為豐富，年均太陽輻射總量達到4.935×109J/m2。天津是華北平原太陽輻射量較大的城市之一。

1.2意庫創意產業園現狀調研

意庫創意產業園位于天津市紅橋區，早年為“天津外貿地毯廠”，還是國際評比上的獲得過金獎的品牌。意庫園區記載了城市工業歷史文化。天津意庫產業園于2007年9月開放迎客，是天津市第一家通過既有工業建筑改造而成的新興創意園區，有著天津“798”的稱號。在工業遺產改造的過程中將玻璃、鋼材等現代材料跟老舊的廠房建筑進行搭配改造，使老廠房煥發出新的活力(見圖2)。意庫園區基地面積很大，達3萬m2，建筑面積也有2.5萬m2，現有16棟保存完好的建國后到上世紀90年代不同類型的工業建筑。天津意庫創意產業園既有工業建筑改造后的用途是商業辦公。現有主要企業類型為:文化創意、科技、現代服務三類。結合實地調研，意庫園區的改造主要分為三方面:一是外圍護結構的彩色粉刷，二是各類裝飾構件的創意搭配，三是多種個性空間的協調加建。在意庫園區的改造中未考慮綠色節能方面的問題，如外維護結構保溫、節能構件等，因此，意庫園區未達到綠色節能的使用要求。

2天津意庫既有建筑現存問題

2.1屋面外墻結構熱工性能弱

屋面和外墻的建筑材料、構造方式對建筑室內熱環境影響顯著［2］。對現存的廠房進行調研如表1所示，屋頂有平屋頂和坡屋頂兩種形式。屋面只做一層20mm厚水泥砂漿抹面，無保溫層。此種屋面保溫，在夏季隔熱與冬季保溫中會損失大量熱量，增加了采暖保溫的能量消耗。廠房建筑外墻由普通實心粘土磚砌筑而成，厚度為370mm。雖然建筑外墻較厚但是由于粘土磚熱工性能較差，墻面無保溫結構，因此工廠外墻沒有達到節能標準。

2.2門窗結構能耗大

眾所周知，建筑門窗是建筑能耗最多的部位，約占建筑總能耗的50%。工業建筑對采光要求較高，門窗面積較大，在滿足通風條件下可適當減少門窗面積［3］。門窗的熱交換主要包括玻璃部分的熱輻射和熱傳導、門窗框部位的熱傳導和門窗縫隙發生的對流換熱。意庫的廠房建筑大門基本為金屬單層玻璃門，窗為塑鋼框的單層玻璃窗。尤其是大門為了美觀采用了單層玻璃門，門間縫隙較大，增加了熱對流，保溫隔熱效果極差，夏季冬季尤其增加能耗。

2.3通風性較差

意庫廠房開窗為縱向細條形窗。夏季通風較差，部分廠房北向沒有開窗，而且工業建筑開間大，進深較大，南北通透性較差，夏季時期只能通過風扇或空調設備來降低室內溫度，增加了建筑能耗。

3既有工業建筑節能改造措施

3.1改善建筑周圍微氣候

建筑周邊小氣候會對建筑能耗產生影響。建筑周圍的小氣候在一定程度上能夠緩解建筑的能源消耗。工業建筑周圍應該增加綠地面積，種植草叢、灌木、喬木，形成垂直和水平的綠色空間。在夏季可以形成蔭涼，減少太陽曝曬，降低工業建筑周圍的溫度。如果條件允許，可以在院落中適當種植樹冠高大的樹木，在炎熱的夏季形成自然陰涼減少建筑外墻面被暴曬的時間，延緩室內溫度增加而減少空調設備的能耗。

3.2自然通風

為了加強廠房建筑夏季自然通風的效果，可以在建筑內增加若干風通道形成通風煙囪，利用室內外的空氣壓強差來增加空氣的流動性，改善室內環境。

3.3門窗節能

建筑外圍護結構中外窗是熱量損失最大的構件。例如意庫的廠房建筑B6南側窗原有12個，后人為封閉一個，現有11個，大門兩個。目前窗框材質為塑鋼窗框，隔熱保溫性能較差。而斷橋鋁門窗框具有優良的隔熱性能［4］，斷橋鋁門窗框可以阻擋外部熱量通過門窗傳入到屋內，在很高程度上的保證了屋內溫度的穩定，這種門窗在夏季和冬季更能體現出其優勢。在夏季炎熱時能夠維持建筑室內的涼爽，在冬季寒冷時也減少屋內的熱量的散失。并且斷橋鋁門窗的隔聲、防水、密閉性都有顯著提高。意庫的廠房建筑玻璃均為單層玻璃，考慮到保溫性能提高，可將單層玻璃更換為雙層玻璃。表2為意庫工業建筑改造前后窗戶的傳熱系數對比。

3.4墻面節能策略

節能墻體包括單一材料節能墻體和復合節能墻體，對于天津意庫的既有工業建筑來說，在磚混結構的基礎上，可以使用復合節能墻體。既有工業建筑中磚混結構占有相當大的比例。若要使磚墻的保溫隔熱性能達到節能的標準，外墻厚度增加并不能有效的提高保溫性能，過厚的建筑外墻會減少建筑使用面積。因此建議使用復合節能墻體［5］。墻體外保溫、墻體內保溫和夾芯保溫外墻是復合型保溫墻常見的三種形式。對于既有工業建筑夾心保溫墻的施工技術操作復雜，不建議采用。外墻外保溫具有保護建筑主體不受損壞、可避免“熱橋”的影響、增加室內溫度的穩定性、可以避免保溫層因內部裝修而受到的損壞等優點。外墻外保溫缺點是:造價高、施工工藝高、對建筑外墻裝飾有影響等。總的來說，從施工、材料、效果等方面墻體的外保溫具有很大的優勢。外墻內保溫是指在結構墻內壁增加保溫層，表面添加裝飾層的做法。外墻內保溫具有造價低、施工簡單、天氣狀況對施工進度不產生影響等優點。然而其劣勢為建筑使用面積減少、施工時使用者需要搬離房間、相對于外保溫容易產生冷橋、不利于室內裝修等。而考慮到既有工業建筑外觀和園區風格，工廠建筑的外表皮需要保留，因此外墻內保溫這種做法適用既有工業建筑的墻面節能策略。

3.5資源能源的利用

3.5.1太陽能資源我國有著豐富的太陽能資源，太陽能資源的優勢十分顯著。它最大的特點是高效率、可再生。現階段，太陽能技術應用在生活和生產等方面，已經非常成熟了。太陽能光伏發電系統以太陽能光電板為收集裝置，把熱能高效率的轉化為電能后，可以供人立即使用［6］。通常的做法是在建筑的屋面上布置太陽能光伏裝置，如在屋頂鋪設太陽能光電板，收集電能供其他設備進行供電運行。

3.5.2水資源我國是一個嚴重干旱缺水的國家。人均水資源量只有世界平均水平的1/4，而用水量卻居世界首位。因此，對水資源的節約利用也是城市既有工業建筑綠色改造的重點方向［7］。水資源的利用一般分為三個方面:一是雨水的收集利用。可以利用屋頂來收集雨水并進行凈化處理，進行綠化灌溉和沖洗廁所。二是中水的收集利用。通過對生活廢水的收集并經過凈化處理，進行綠化灌溉和沖洗廁所。三是改善既有工業廠區的用水設備，采用節水型的衛生器具和設備達到節約用水的目的。

4室內逐時溫度對比分析

在ECOTECT中建立天津市意庫創意產業園的既有工業建筑廠房B6的三維建筑信息模型。包括屋頂、外墻、窗戶、大門、地板等都進行了材質及數據的輸入。B6廠房為硬山屋頂，長為52m，寬為12m。南向有兩個大門，原有12個條形窗，目前有一個被封死，現存11個。采用天津地區的氣象數據，在ECOTECT軟件中按照表3分別對節能改造前后廠房建筑模型的熱工性能參數進行修改，在工作日，未采用空調設備的計算模擬。分別計算在全年最冷日、最熱日節能改造前后意庫廠房的室內逐時溫度［8］。并根據數據進行下一步分析。

4.1全年最熱日室內逐時溫度模擬

模擬計算天津地區最熱日意庫廠房建筑B6節能改造前后室內逐時溫度，并繪制成圖(見圖3)。由圖可知，改造后的意庫廠房建筑在夏季室內最高溫度要低于改造前，改造前室內溫度最高為32.5℃，改造后下降為30.8℃。改造前廠房建筑則溫度變化大，溫度波動明顯。改造后溫度波動范圍趨于平緩，改造效果明顯。兩者的對比可以看出改造后意庫廠房建筑B6的隔熱性能得到提升。

4.2全年最冷日室內逐時溫度模擬

模擬計算天津地區最冷日民居改造前后室內逐時溫度，并繪制成圖(見圖4)。由圖可知，改造后的意庫廠房建筑在冬季室內最高溫度要高于改造前，改造前室內溫度最高為－3.8℃，改造后上升為－2.8℃。改造前廠房建筑則溫度變化大，溫度波動明顯。改造后溫度波動范圍趨于平緩，改造效果明顯，熱穩定性得到提升。節能改造后廠房保溫性能得到提高，建筑間歇性供暖時室內溫度變化小。在保證相同室內熱環境的狀況下，改造后的工業建筑耗能減少。

5結語

21世紀以來，隨著我國經濟的快速發展，天津市乃至全國大量城市中存留了大量的既有工業建筑。既有建筑的改造也在全國各地如火如荼的進行。在當今綠色節能發展的理念下，我們對既有工業建筑的綠色節能改造具有十分重要的現實意義。本文對天津市既有工業建筑進行實地調研和數據分析，針對天津既有工業建筑存在的問題提出了改善園區小氣候、提高維護結構的保溫隔熱性能，注重太陽能和水的循環使用等適合天津市既有工業建筑的綠色節能設計策略。為天津市既有工業建筑綠色節能改造設計提供參考依據。對天津市降低既有工業建筑能耗，提高綠色節能水平，促進天津市可持續發展具有重要意義。

參考文獻:

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［3］韓芳垣．雞西礦區舊煤礦工業建筑的節能改造技術［J］．工業建筑，2011，41(8):30－33．

［4］建筑技術專業委員會．綠色建筑與建筑技術［M］．北京:中國建筑工業出版社，2006．

［5］黃德中，沈吉寶．建筑節能技術綜述［J］．太陽能學報，2007，28(6):682－688．

［6］張峰．太陽能光伏發電控制系統的研究與實現［D］．河北:華北電力大學，2009．

［7］余亞奎．深圳舊工業建筑綠色改造設計研究［D］．哈爾濱:哈爾濱工業大學，2013．

［8］趙欽，劉蓬晨，朱軼韻，等．基于熱舒適改善的陜南鄉村民居被動式建筑設計策略［J］．西安理工大學學報，2014，30(3):315－319．

作者：劉歆 王旭 高潔 單位：河北工業大學