曹博，褚作勇

（安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽淮南 232001）

1 項(xiàng)目背景

20世紀(jì)80年代，鍋爐房作為一種穩(wěn)定的熱源被廣泛運(yùn)用于各大高校的冬季供熱。目前，隨著科技的發(fā)展、環(huán)保要求的不斷提高，此類(lèi)建筑逐漸退出了歷史的舞臺(tái)，現(xiàn)多數(shù)被閑置或拆除。

某高校鍋爐房（圖1）建于2003年，2005年政府集中供暖后，鍋爐房被關(guān)閉整頓[1]。項(xiàng)目位于該校操場(chǎng)東側(cè)，南側(cè)為學(xué)校物業(yè)管理中心和教學(xué)樓，北側(cè)為研究生公寓，東側(cè)一墻之隔為某醫(yī)院家屬樓。項(xiàng)目用地南北長(zhǎng)約215m，東西寬約45m，面積約為9500㎡。在國(guó)家采取集中供暖措施后，學(xué)校將鍋爐房廢棄停用，目前只剩下建筑主體部分。一層的部分房間被改為該校建筑學(xué)院模型室，其他均已廢棄。因長(zhǎng)年風(fēng)吹雨淋，沒(méi)有修繕，建筑整體破敗不堪，內(nèi)部一片狼藉，但主體結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有受到破壞，為后期改造提供了一定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖1 鍋爐房現(xiàn)狀手工模型及節(jié)點(diǎn)照片

2 改造利用的設(shè)計(jì)定位

2.1 改造思路

因該校建筑學(xué)院缺乏設(shè)計(jì)空間，計(jì)劃將該鍋爐房改造為設(shè)計(jì)辦公樓。在滿足功能要求的前提下，選用經(jīng)濟(jì)高效的建筑材料、工藝方法、設(shè)備等，運(yùn)用被動(dòng)式的節(jié)能策略，對(duì)建筑進(jìn)行改造，以使其在校園中煥發(fā)出新活力。

2.2 改造條件

鍋爐房主體（圖2）可分解為四部分：（1）辦公輔助用房；（2）機(jī)電控制室和運(yùn)煤廊架；（3）鍋爐承臺(tái)；（4）煙風(fēng)系統(tǒng)。四部分之間的功能、結(jié)構(gòu)條件各不相同，形體相互脫離或設(shè)有變形縫?，F(xiàn)狀面積約1280㎡。

圖2 鍋爐房現(xiàn)狀模型

有利因素：建筑主體鍋爐房現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)良好，結(jié)構(gòu)平立面規(guī)整，荷載的傳力線性清晰，承載力高；鍋爐承臺(tái)與煙風(fēng)系統(tǒng)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，機(jī)電控制室與運(yùn)煤廊架為鋼框架結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)之間有明顯的變形縫，每一層之間高度不盡相同，但又存在著高差聯(lián)系，使其具備靈活的改造再利用條件；建筑內(nèi)部空間氛圍獨(dú)特，在陽(yáng)光下，墻壁會(huì)出現(xiàn)大量的光斑陰影，具有厚重的歷史感；建筑外部空間具有強(qiáng)烈的縱深感，高聳的體量使其成為場(chǎng)地的獨(dú)特標(biāo)志物。

不利因素：鍋爐承臺(tái)處柱網(wǎng)較為密集，空間進(jìn)深很大，在底部空間壓抑感較強(qiáng)，由于原建筑采光要求較低，因此建筑整體開(kāi)窗面積較小。

2.3 改造原則

2.3.1 實(shí)用性

結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀，考慮到改造的難點(diǎn)為：場(chǎng)地南北長(zhǎng)，東西窄；入口的選擇受限，因鍋爐房北邊為研究生公寓，西臨操場(chǎng)，東邊一墻之隔為居民樓，所以入口只能開(kāi)在南側(cè)；西側(cè)擁有良好景觀朝向，但要降低操場(chǎng)噪音干擾；改造后，還要考慮不減少東側(cè)居民樓的日照時(shí)長(zhǎng)。

2.3.2 功能性

鍋爐房改造的首要目的就是滿足使用功能。將原有廢棄建筑改造成為建筑學(xué)院教學(xué)樓，要充分考慮師生對(duì)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)作、學(xué)術(shù)交流的需求，同時(shí)還要關(guān)注使用舒適度，將聲、光、熱、人的心理因素考慮在內(nèi)[2]。

2.3.3 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)階段和后期運(yùn)營(yíng)階段的經(jīng)濟(jì)性[3]。在設(shè)計(jì)階段，要結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和空間，以較低的造價(jià)獲得較大的使用面積和高性能的空間，合理利用當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向和太陽(yáng)輻射熱，設(shè)置窗戶并增加遮陽(yáng)設(shè)施。后期運(yùn)營(yíng)階段，積極開(kāi)發(fā)場(chǎng)地內(nèi)的太陽(yáng)能資源，以及地表的淺層地?zé)幔M(jìn)行合理的水資源規(guī)劃，夏天可利用地道風(fēng)進(jìn)行降溫。

2.3.4 修舊如舊

綠色改造是以節(jié)約能源資源、提升人居舒適感、增加使用功能等為目標(biāo)，對(duì)既有建筑進(jìn)行改造、更新、修繕等活動(dòng)[4]。改建后，建筑造型應(yīng)當(dāng)使用新的設(shè)計(jì)元素，配合場(chǎng)地原有的建筑材料，達(dá)到與舊建筑形體特征的統(tǒng)一[5]。將改擴(kuò)建部分與原有建筑的風(fēng)格融合，還原建筑本身的真實(shí)性、可讀性。

3 設(shè)計(jì)策略

3.1 利用Ecotect模擬軟件分析

通過(guò)分析夏至日、冬至日陰影累積分布及太陽(yáng)軌跡（圖3、圖4）可知：建筑南側(cè)部分被遮擋，而西側(cè)幾乎無(wú)遮擋，太陽(yáng)直接得熱較高，因此需要注意西側(cè)遮陽(yáng)。通過(guò)風(fēng)頻風(fēng)向（圖5）分析可知：冬夏兩季的主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)速一致，盛行風(fēng)向?yàn)闁|北偏東。建筑整體應(yīng)遵循西或北一側(cè)低、其他三側(cè)高的環(huán)狀布局形式，且盡可能使建筑成梯狀排布，同時(shí)，與主導(dǎo)風(fēng)向呈現(xiàn)為垂直關(guān)系。

圖3 采光分析

圖4 建筑表面熱輻射分析

圖5 風(fēng)頻風(fēng)向分析

3.2 建筑功能設(shè)計(jì)

建筑主體（圖6）分為四層：一層公共空間為資料圖書(shū)室，因地下有人防且地基結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保留原有柱網(wǎng)，密集的柱網(wǎng)在空間上可以隔離聲音和視線；二層為夾層，是資料圖書(shū)室上的躍層空間，該層室內(nèi)空氣流通性較差，需要借助機(jī)械排風(fēng)；三層為演示匯報(bào)空間，可供學(xué)生評(píng)圖；四層為演示匯報(bào)空間的上空，站在四層扶手欄桿處，可以與三層進(jìn)行視線交互，使得左右兩個(gè)辦公區(qū)連接在一起，豐富了演示匯報(bào)空間的層次感。

圖6 各層內(nèi)部空間解讀

3.3 綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

3.3.1 自然通風(fēng)

ECO風(fēng)頻風(fēng)向分析結(jié)果顯示，該地冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，房間進(jìn)行風(fēng)壓通風(fēng)形成的風(fēng)壓小于10Pa，要在房間內(nèi)形成良好的穿堂風(fēng)，其進(jìn)深應(yīng)小于14m，所以主要通過(guò)熱壓通風(fēng)，以解決自然通風(fēng)問(wèn)題。

公共空間：采用豎直集熱板式和特隆布?jí)κ教?yáng)能煙囪加強(qiáng)室內(nèi)熱壓通風(fēng)（圖7），在普通拔風(fēng)井熱壓通風(fēng)的情況下，確定中合面位于二層空間中間偏下，中合面之上溫度T1等于室外溫度T，中合面下的溫度T2小于室外溫度T，并且越靠近中合面，T1越接近T2，故拔風(fēng)井中合面之上的開(kāi)口不起拔風(fēng)作用。

加強(qiáng)性太陽(yáng)能煙囪熱壓通風(fēng)（圖8）是通過(guò)設(shè)置太陽(yáng)能煙囪，玻璃經(jīng)過(guò)太陽(yáng)照射后升溫，使煙囪內(nèi)溫度T3高于室外溫度T，讓整個(gè)拔風(fēng)井開(kāi)口都具有拔風(fēng)作用，增強(qiáng)了拔風(fēng)效果。且煙囪內(nèi)的蓄熱墻在夜間釋放熱量，使其在夜間也有通風(fēng)效果。

辦公室：辦公室采用豎直集熱板和傾斜集熱板式屋頂太陽(yáng)能煙囪（圖9）來(lái)加強(qiáng)室內(nèi)的熱壓通風(fēng)。首先，將室外空氣通過(guò)地下室引入室內(nèi)，室外空氣在地下遇冷，溫度降低，導(dǎo)致上下空氣形成壓力差，壓力高的下層空氣源源不斷地向壓力高的上層空氣流動(dòng)，形成室內(nèi)通風(fēng)。在通風(fēng)路線上，設(shè)置沿走廊方向的拔風(fēng)井，以解決內(nèi)走廊通風(fēng)問(wèn)題。另外，還可利用樓梯井作為拔風(fēng)井（因其上下聯(lián)通，所以是一個(gè)天然的拔風(fēng)井）。

圖7 普通效果下公共空間拔風(fēng)井熱壓通風(fēng)

圖8 加強(qiáng)性公共空間太陽(yáng)能煙囪熱壓通風(fēng)

圖9 辦公室整體通風(fēng)路線

3.3.2 自然采光

通過(guò)ECO建筑表面太陽(yáng)輻射分析數(shù)據(jù)可知，可采用四種遮陽(yáng)方式：（1）格柵遮陽(yáng)：西立面采用格柵式遮陽(yáng)板，并且將豎向遮陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一定角度，可以防止太陽(yáng)高度角高時(shí)陽(yáng)光射入室內(nèi)引起的眩光。建筑南向采用雙墻體設(shè)計(jì)，通過(guò)挑檐遮擋南向多余的日照；（2）整體遮陽(yáng)：基地西曬情況較為嚴(yán)重，在建筑主體位置建兩座遮陽(yáng)墻，可有效解決西曬問(wèn)題；（3）綠化遮陽(yáng)：采用斜屋面綠化和垂直綠化，夏季隔熱，冬季蓄熱保溫。同時(shí)，改善建筑品質(zhì)，增加工作者的生活情趣；（4）太陽(yáng)能遮陽(yáng)板：在屋頂加設(shè)太陽(yáng)光伏板，可有效利用可持續(xù)能源，達(dá)到節(jié)能目的的同時(shí)，還能阻擋太陽(yáng)光直射。

3.3.3 屋頂綠化和垂直綠化

采用屋頂和墻身綠化（圖10）。植被選擇適宜當(dāng)?shù)胤N植的麥冬草，結(jié)合滴灌技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)免維修管理或者少維修。

圖10 屋頂綠化、垂直綠化構(gòu)造圖

綠化優(yōu)點(diǎn)：夏季隔熱，冬季儲(chǔ)溫；延長(zhǎng)屋面使用壽命；建筑西面正對(duì)操場(chǎng)，綠化可減小噪音；綠色景觀可美化校園；一定程度上緩解城市熱島效應(yīng)，降低區(qū)域環(huán)境溫度。

3.3.4 其他綠色策略

雨水收集系統(tǒng)：結(jié)合覆土屋面收集的雨水，經(jīng)過(guò)雨水收集管道，通過(guò)雙層墻內(nèi)的落水管，經(jīng)過(guò)中水系統(tǒng)，收集到蓄水池道中。收集的雨水可用作灌溉。

地道風(fēng)系統(tǒng)：鍋爐房煙風(fēng)系統(tǒng)是該類(lèi)建筑獨(dú)特的構(gòu)圖元素和標(biāo)識(shí)。地表以下冬暖夏涼，由于地下氣溫與室內(nèi)氣溫不同而產(chǎn)生壓強(qiáng)差，從而促進(jìn)了空氣循環(huán)，使室內(nèi)空間和地道風(fēng)之間形成對(duì)流。夏季可以降低室內(nèi)溫度，冬季將地道風(fēng)里的暖風(fēng)排入室內(nèi)，可有效改善室內(nèi)熱環(huán)境。

暖通空調(diào)系統(tǒng)：為了降低暖通空調(diào)對(duì)能源的消耗，在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)管道的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，盡量使通風(fēng)管道橫平豎直，減少?gòu)澢涂傞L(zhǎng)度，這樣可以大大減小冷熱負(fù)荷在送風(fēng)管道內(nèi)的消耗，從而節(jié)約成本、節(jié)省能源。

3.3.5 建筑防火及疏散

考慮到消防設(shè)計(jì)要求，在建筑一周留有高度和寬度均大于4m的消防車(chē)道。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，在疏散寬度上，要求每100人的疏散寬度不能低于1 m，該項(xiàng)目樓道寬度為1.5m，滿足要求。室內(nèi)任意一點(diǎn)至最近安全出口距離不超過(guò)37.50m，也滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

一個(gè)優(yōu)秀的綠色建筑并不是大量節(jié)能技術(shù)的“堆砌”，而應(yīng)堅(jiān)持具體問(wèn)題具體分析，通過(guò)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，合理選擇相應(yīng)技術(shù)。

圖11 改造后效果圖

該項(xiàng)目鍋爐房的綠色改造（圖11）具有多方面的建設(shè)意義：（1）將校內(nèi)的廢棄建筑激活，使其成為校園東側(cè)的新亮點(diǎn)，擴(kuò)展了校園功能，為校內(nèi)師生提供了教學(xué)、科研、創(chuàng)作設(shè)計(jì)、演講匯報(bào)的新功能空間，緩解了老校區(qū)因用地緊張而造成的功能空間不足問(wèn)題；（2）對(duì)于建筑本身來(lái)講，改造給予了建筑新的活力，使得本來(lái)破敗不堪的建筑煥然一新；（3）以綠色策略手法對(duì)建筑進(jìn)行更新改造，促進(jìn)了建筑和場(chǎng)地環(huán)境的和諧，并充分考慮到了使用者的需求，為相關(guān)案例的改造與研究做出了一定的示范。

圖片來(lái)源：作者自繪、自攝。