綠色策略下的校園廢舊工業建筑更新改造
——以某高校鍋爐房改造為例

曹博，褚作勇

（安徽理工大學 土木建筑學院，安徽淮南 232001）

1 項目背景

20世紀80年代，鍋爐房作為一種穩定的熱源被廣泛運用于各大高校的冬季供熱。目前，隨著科技的發展、環保要求的不斷提高，此類建筑逐漸退出了歷史的舞臺，現多數被閑置或拆除。

某高校鍋爐房（圖1）建于2003年，2005年政府集中供暖后，鍋爐房被關閉整頓[1]。項目位于該校操場東側，南側為學校物業管理中心和教學樓，北側為研究生公寓，東側一墻之隔為某醫院家屬樓。項目用地南北長約215m，東西寬約45m，面積約為9500㎡。在國家采取集中供暖措施后，學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院模型室，其他均已廢棄。因長年風吹雨淋，沒有修繕，建筑整體破敗不堪，內部一片狼藉，但主體結構基本沒有受到破壞，為后期改造提供了一定的結構基礎。

圖1 鍋爐房現狀手工模型及節點照片

2 改造利用的設計定位

2.1 改造思路

因該校建筑學院缺乏設計空間，計劃將該鍋爐房改造為設計辦公樓。在滿足功能要求的前提下，選用經濟高效的建筑材料、工藝方法、設備等，運用被動式的節能策略，對建筑進行改造，以使其在校園中煥發出新活力。

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）機電控制室和運煤廊架；（3）鍋爐承臺；（4）煙風系統。四部分之間的功能、結構條件各不相同，形體相互脫離或設有變形縫?，F狀面積約1280㎡。

圖2 鍋爐房現狀模型

有利因素：建筑主體鍋爐房現狀結構良好，結構平立面規整，荷載的傳力線性清晰，承載力高；鍋爐承臺與煙風系統為鋼筋混凝土結構，機電控制室與運煤廊架為鋼框架結構，不同結構之間有明顯的變形縫，每一層之間高度不盡相同，但又存在著高差聯系，使其具備靈活的改造再利用條件；建筑內部空間氛圍獨特，在陽光下，墻壁會出現大量的光斑陰影，具有厚重的歷史感；建筑外部空間具有強烈的縱深感，高聳的體量使其成為場地的獨特標志物。

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

2.3 改造原則

2.3.1 實用性

結合場地現狀，考慮到改造的難點為：場地南北長，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，東邊一墻之隔為居民樓，所以入口只能開在南側；西側擁有良好景觀朝向，但要降低操場噪音干擾；改造后，還要考慮不減少東側居民樓的日照時長。

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院教學樓，要充分考慮師生對教學、實驗、創作、學術交流的需求，同時還要關注使用舒適度，將聲、光、熱、人的心理因素考慮在內[2]。

2.3.3 經濟性

經濟性包括設計階段和后期運營階段的經濟性[3]。在設計階段，要結合現有結構和空間，以較低的造價獲得較大的使用面積和高性能的空間，合理利用當地主導風向和太陽輻射熱，設置窗戶并增加遮陽設施。后期運營階段，積極開發場地內的太陽能資源，以及地表的淺層地熱，進行合理的水資源規劃，夏天可利用地道風進行降溫。

2.3.4 修舊如舊

綠色改造是以節約能源資源、提升人居舒適感、增加使用功能等為目標，對既有建筑進行改造、更新、修繕等活動[4]。改建后，建筑造型應當使用新的設計元素，配合場地原有的建筑材料，達到與舊建筑形體特征的統一[5]。將改擴建部分與原有建筑的風格融合，還原建筑本身的真實性、可讀性。

3 設計策略

3.1 利用Ecotect模擬軟件分析

通過分析夏至日、冬至日陰影累積分布及太陽軌跡（圖3、圖4）可知：建筑南側部分被遮擋，而西側幾乎無遮擋，太陽直接得熱較高，因此需要注意西側遮陽。通過風頻風向（圖5）分析可知：冬夏兩季的主導風向和風速一致，盛行風向為東北偏東。建筑整體應遵循西或北一側低、其他三側高的環狀布局形式，且盡可能使建筑成梯狀排布，同時，與主導風向呈現為垂直關系。

圖3 采光分析

圖4 建筑表面熱輻射分析

圖5 風頻風向分析

3.2 建筑功能設計

建筑主體（圖6）分為四層：一層公共空間為資料圖書室，因地下有人防且地基結構復雜，保留原有柱網，密集的柱網在空間上可以隔離聲音和視線；二層為夾層，是資料圖書室上的躍層空間，該層室內空氣流通性較差，需要借助機械排風；三層為演示匯報空間，可供學生評圖；四層為演示匯報空間的上空，站在四層扶手欄桿處，可以與三層進行視線交互，使得左右兩個辦公區連接在一起，豐富了演示匯報空間的層次感。

圖6 各層內部空間解讀

3.3 綠色節能設計

3.3.1 自然通風

ECO風頻風向分析結果顯示，該地冬季主導風向為東北風，夏季主導風向為西南風，房間進行風壓通風形成的風壓小于10Pa，要在房間內形成良好的穿堂風，其進深應小于14m，所以主要通過熱壓通風，以解決自然通風問題。

公共空間：采用豎直集熱板式和特隆布墻式太陽能煙囪加強室內熱壓通風（圖7），在普通拔風井熱壓通風的情況下，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，故拔風井中合面之上的開口不起拔風作用。

加強性太陽能煙囪熱壓通風（圖8）是通過設置太陽能煙囪，玻璃經過太陽照射后升溫，使煙囪內溫度T3高于室外溫度T，讓整個拔風井開口都具有拔風作用，增強了拔風效果。且煙囪內的蓄熱墻在夜間釋放熱量，使其在夜間也有通風效果。

辦公室：辦公室采用豎直集熱板和傾斜集熱板式屋頂太陽能煙囪（圖9）來加強室內的熱壓通風。首先，將室外空氣通過地下室引入室內，室外空氣在地下遇冷，溫度降低，導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，形成室內通風。在通風路線上，設置沿走廊方向的拔風井，以解決內走廊通風問題。另外，還可利用樓梯井作為拔風井（因其上下聯通，所以是一個天然的拔風井）。

圖7 普通效果下公共空間拔風井熱壓通風

圖8 加強性公共空間太陽能煙囪熱壓通風

圖9 辦公室整體通風路線

3.3.2 自然采光

通過ECO建筑表面太陽輻射分析數據可知，可采用四種遮陽方式：（1）格柵遮陽：西立面采用格柵式遮陽板，并且將豎向遮陽旋轉一定角度，可以防止太陽高度角高時陽光射入室內引起的眩光。建筑南向采用雙墻體設計，通過挑檐遮擋南向多余的日照；（2）整體遮陽：基地西曬情況較為嚴重，在建筑主體位置建兩座遮陽墻，可有效解決西曬問題；（3）綠化遮陽：采用斜屋面綠化和垂直綠化，夏季隔熱，冬季蓄熱保溫。同時，改善建筑品質，增加工作者的生活情趣；（4）太陽能遮陽板：在屋頂加設太陽光伏板，可有效利用可持續能源，達到節能目的的同時，還能阻擋太陽光直射。

3.3.3 屋頂綠化和垂直綠化

采用屋頂和墻身綠化（圖10）。植被選擇適宜當地種植的麥冬草，結合滴灌技術，可實現免維修管理或者少維修。

圖10 屋頂綠化、垂直綠化構造圖

綠化優點：夏季隔熱，冬季儲溫；延長屋面使用壽命；建筑西面正對操場，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，降低區域環境溫度。

3.3.4 其他綠色策略

雨水收集系統：結合覆土屋面收集的雨水，經過雨水收集管道，通過雙層墻內的落水管，經過中水系統，收集到蓄水池道中。收集的雨水可用作灌溉。

地道風系統：鍋爐房煙風系統是該類建筑獨特的構圖元素和標識。地表以下冬暖夏涼，由于地下氣溫與室內氣溫不同而產生壓強差，從而促進了空氣循環，使室內空間和地道風之間形成對流。夏季可以降低室內溫度，冬季將地道風里的暖風排入室內，可有效改善室內熱環境。

暖通空調系統：為了降低暖通空調對能源的消耗，在設計空調系統送風管道的時候，應該根據現場環境，盡量使通風管道橫平豎直，減少彎曲和總長度，這樣可以大大減小冷熱負荷在送風管道內的消耗，從而節約成本、節省能源。

3.3.5 建筑防火及疏散

考慮到消防設計要求，在建筑一周留有高度和寬度均大于4m的消防車道。根據《建筑設計防火規范》要求，在疏散寬度上，要求每100人的疏散寬度不能低于1 m，該項目樓道寬度為1.5m，滿足要求。室內任意一點至最近安全出口距離不超過37.50m，也滿足要求。

4 結語

一個優秀的綠色建筑并不是大量節能技術的“堆砌”，而應堅持具體問題具體分析，通過綜合技術經濟性比較，合理選擇相應技術。

圖11 改造后效果圖

該項目鍋爐房的綠色改造（圖11）具有多方面的建設意義：（1）將校內的廢棄建筑激活，使其成為校園東側的新亮點，擴展了校園功能，為校內師生提供了教學、科研、創作設計、演講匯報的新功能空間，緩解了老校區因用地緊張而造成的功能空間不足問題；（2）對于建筑本身來講，改造給予了建筑新的活力，使得本來破敗不堪的建筑煥然一新；（3）以綠色策略手法對建筑進行更新改造，促進了建筑和場地環境的和諧，并充分考慮到了使用者的需求，為相關案例的改造與研究做出了一定的示范。

圖片來源：作者自繪、自攝。