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旧工业建筑改造中被动式节能设计

在旧工业建筑中引入被动式节能设计,不仅能创造舒适的室内环境,还能降低建筑使用过程中的能耗,从而提高旧建筑改造的实用性、经济性和环境性能,更具推广价值。在此,笔者以教学过程中指导设计的2011年Revit杯全国大学生可持续建筑设计竞赛“图文信息中心”获奖作品为例,详细探讨夏热冬冷地区旧工业建筑改造中被动式节能设计的方法及策略,为夏热冬冷地区旧工业建筑的节能改造提供有益的参考与思路。

1设计理念

方案以被动式节能技术为导向,夏热冬冷气候特点为设计参数,图文信息中心为设计要求,从建筑空间和形体入手,通过建筑空间和表皮的集成节能设计来引导绿色建筑行为。设计将传统天井冷巷和现代中庭相结合(空间),表意的现代书架形式和节能的垂直绿化技术(表皮)相集成,使传统庭院感与现代信息感、建筑艺术与节能技术融为一体,凸显了旧工业建筑的集成化低碳改造的潜力与思路。

2可持续改造设计

2.1场地的生态化布局改造项目为重庆507兵工厂厂房,厂区内生态条件优越,周围古树林立,植被繁茂,设计考虑保留古树,给人群提供良好的遮阴纳凉空间。室外场地布置充分尊重原有地形地貌,利用地形高差,入口低处设计为停车场,高处做成入口小广场,形成人车分流,硬地全部采用为透水材料铺设,保证雨水全部进入地下。广场内布置块状绿化,块状水池,利用水体蒸发降温,形成局部气候微循环。同时,利用原有旧围墙拆除下的砖块,砌成景观矮墙,既可以分隔广场空间,又能唤起人们对旧工业时代的记忆。

2.2厂房空间的改造策略原厂房长约72m,宽32m,单层高为12m,根据图书馆的层高标准,可将其大致分为三层。考虑到原有厂房的巨大体量,给人造成一种压抑感,设计之初就将其从中间打断,一分为二,中间用通高大厅将东西两部分衔接起来,打破旧建筑的呆板形象,营造一种轻松活泼的氛围。其中东、西两部分从传统南方建筑中汲取灵感,分别插入数个中庭,各个功能空间围绕中庭布置,形成“西部阅览组团、通高大厅、东部办公组团”的模式(如图4所示),同时也充当了自然通风的“冷巷”和自然采光的开口,既满足了大进深建筑的采光通风的功能需求,又有效节约了照明与空调能耗,收到了良好的效果。此外,中庭空间的设置,还在建筑内部空间和室外空间之间,充当缓冲空间。根据对夏热冬冷地区传统民居的研究表明,类似的缓冲空间能够有效降低室外恶劣气候对室内热环境的影响,提升室内舒适度。需要指出,中庭在原有大空间中的植入绝不是随意简单的,需要对当地气候与建筑进行详细分析,提炼出合适的高宽比,才能获得较好的自然通风与采光效果。据华南理工大学测试结果,高宽比7∶3的狭长冷巷,即可获得适量日照又可保证天井内较低温度,后又将其推广至2∶1比照广州和重庆太阳高度角差值,其结论可以借鉴。为了验证相关结论,也为了获得最终中庭的自然通风效果,设计组通过FLUENT软件,对不同高宽比的中庭进行了流体力学(ComputerFluidDynamic,简称CFD)模拟,模拟了中庭高宽比1∶1、4∶3、2∶1时的建筑夏季自然通风效果,模拟的流场结果如图5所示。如图5所示,当高宽比为2∶1时,建筑南侧和北侧的房间均能获得较好的自然通风效果,是更加值得推荐的取值。以模拟结果和他人研究结果为基础,结合内部功能需求,在设计中植入了A,B,C,D四个高宽比不同的冷巷,以加强建筑内部的通风和采光效果。

2.3立面风格设计与节能改造由图书馆标志之一的书架作为建筑外表皮创造的起点,书架是存储知识的象征,符合图书馆的风格。调查发现,原有厂房的结构体系并未因年久失修而失去其功能作用,同时这种牛腿柱极具工业时代的特征。设计结合老厂房的结构体系,将书架表皮和原有结构体系两者融合,不仅保留了工业时代的特色,而且节约了大量重建结构的经济成本。书架表皮不仅是对传统图书馆文化的一种诠释与对话,同时在新的背景下赋予其节能的新功能。伸出的书架表皮能起到遮阳板的作用,在局部尤其是西晒的外立面书架表皮上种植绿色植物,能有效阻隔紫外线,净化室内空气。实现了创意与节能相结合。由书架作为建筑表皮形态创作的起点,结合老厂房结构构思,在新的背景下赋予其节能新功能:能伸出的格架可起到遮阳板的作用,同时,为防西晒,格架上通过设计的种植构造层,来种植绿色攀爬植物,达到隔热、降温、净化空气的效果。同时,为使方案更加的细化和深入,对各个立面的书架遮阳板的出挑宽度进行了量化计算。根据功能要求与建筑常用设定,取夏至日为计算日期,窗高设为1.8m通过上述公式计算,可得出建筑书架表皮在南立面的出挑宽度为1.5m,西立面的出挑宽度为1.7m,书架表皮出挑宽度如图8所示。

3结语

旧工业建筑改造在当今是一个很时兴的话题,不同的旧建筑改造也要有不同的改造策略。建筑生态化改造与利用的设计手法和技术手段多种多样,应定位于规划、建筑本体和生态技术三个维度进行优化组合,努力提高旧建筑生态化改造与利用的综合效果,形成旧建筑的可持续改造一种发展趋势。作为建筑设计者,运用生态学方法有天然的直接性,但生态观点带来的更重要的则是深刻的思想进步。最后,引用麦克哈格在经典著作中的结语:“在探索生存、成功和臻于完善的过程中,生态观点提供了非常宝贵的洞察力。它为人指明了道路,应成为生物界的酶:生物界的管理工作人员,提高人和环境之间的创造的适应能力,实现人的设计与自然相结合”。

作者:解明镜周春员李鑫单位:中南大学建筑与艺术学院

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