绿色策略下的校园废旧工业建筑更新改造——以某高校锅炉房改造为例

曹博，褚作勇

（安徽理工大学 土木建筑学院，安徽淮南 232001）

1 项目背景

20世纪80年代，锅炉房作为一种稳定的热源被广泛运用于各大高校的冬季供热。目前，随着科技的发展、环保要求的不断提高，此类建筑逐渐退出了历史的舞台，现多数被闲置或拆除。

某高校锅炉房（图1）建于2003年，2005年政府集中供暖后，锅炉房被关闭整顿[1]。项目位于该校操场东侧，南侧为学校物业管理中心和教学楼，北侧为研究生公寓，东侧一墙之隔为某医院家属楼。项目用地南北长约215m，东西宽约45m，面积约为9500㎡。在国家采取集中供暖措施后，学校将锅炉房废弃停用，目前只剩下建筑主体部分。一层的部分房间被改为该校建筑学院模型室，其他均已废弃。因长年风吹雨淋，没有修缮，建筑整体破败不堪，内部一片狼藉，但主体结构基本没有受到破坏，为后期改造提供了一定的结构基础。

图1 锅炉房现状手工模型及节点照片

2 改造利用的设计定位

2.1 改造思路

因该校建筑学院缺乏设计空间，计划将该锅炉房改造为设计办公楼。在满足功能要求的前提下，选用经济高效的建筑材料、工艺方法、设备等，运用被动式的节能策略，对建筑进行改造，以使其在校园中焕发出新活力。

2.2 改造条件

锅炉房主体（图2）可分解为四部分：（1）办公辅助用房；（2）机电控制室和运煤廊架；（3）锅炉承台；（4）烟风系统。四部分之间的功能、结构条件各不相同，形体相互脱离或设有变形缝。现状面积约1280㎡。

图2 锅炉房现状模型

有利因素：建筑主体锅炉房现状结构良好，结构平立面规整，荷载的传力线性清晰，承载力高；锅炉承台与烟风系统为钢筋混凝土结构，机电控制室与运煤廊架为钢框架结构，不同结构之间有明显的变形缝，每一层之间高度不尽相同，但又存在着高差联系，使其具备灵活的改造再利用条件；建筑内部空间氛围独特，在阳光下，墙壁会出现大量的光斑阴影，具有厚重的历史感；建筑外部空间具有强烈的纵深感，高耸的体量使其成为场地的独特标志物。

不利因素：锅炉承台处柱网较为密集，空间进深很大，在底部空间压抑感较强，由于原建筑采光要求较低，因此建筑整体开窗面积较小。

2.3 改造原则

2.3.1 实用性

结合场地现状，考虑到改造的难点为：场地南北长，东西窄；入口的选择受限，因锅炉房北边为研究生公寓，西临操场，东边一墙之隔为居民楼，所以入口只能开在南侧；西侧拥有良好景观朝向，但要降低操场噪音干扰；改造后，还要考虑不减少东侧居民楼的日照时长。

2.3.2 功能性

锅炉房改造的首要目的就是满足使用功能。将原有废弃建筑改造成为建筑学院教学楼，要充分考虑师生对教学、实验、创作、学术交流的需求，同时还要关注使用舒适度，将声、光、热、人的心理因素考虑在内[2]。

2.3.3 经济性

经济性包括设计阶段和后期运营阶段的经济性[3]。在设计阶段，要结合现有结构和空间，以较低的造价获得较大的使用面积和高性能的空间，合理利用当地主导风向和太阳辐射热，设置窗户并增加遮阳设施。后期运营阶段，积极开发场地内的太阳能资源，以及地表的浅层地热，进行合理的水资源规划，夏天可利用地道风进行降温。

2.3.4 修旧如旧

绿色改造是以节约能源资源、提升人居舒适感、增加使用功能等为目标，对既有建筑进行改造、更新、修缮等活动[4]。改建后，建筑造型应当使用新的设计元素，配合场地原有的建筑材料，达到与旧建筑形体特征的统一[5]。将改扩建部分与原有建筑的风格融合，还原建筑本身的真实性、可读性。

3 设计策略

3.1 利用Ecotect模拟软件分析

通过分析夏至日、冬至日阴影累积分布及太阳轨迹（图3、图4）可知：建筑南侧部分被遮挡，而西侧几乎无遮挡，太阳直接得热较高，因此需要注意西侧遮阳。通过风频风向（图5）分析可知：冬夏两季的主导风向和风速一致，盛行风向为东北偏东。建筑整体应遵循西或北一侧低、其他三侧高的环状布局形式，且尽可能使建筑成梯状排布，同时，与主导风向呈现为垂直关系。

图3 采光分析

图4 建筑表面热辐射分析

图5 风频风向分析

3.2 建筑功能设计

建筑主体（图6）分为四层：一层公共空间为资料图书室，因地下有人防且地基结构复杂，保留原有柱网，密集的柱网在空间上可以隔离声音和视线；二层为夹层，是资料图书室上的跃层空间，该层室内空气流通性较差，需要借助机械排风；三层为演示汇报空间，可供学生评图；四层为演示汇报空间的上空，站在四层扶手栏杆处，可以与三层进行视线交互，使得左右两个办公区连接在一起，丰富了演示汇报空间的层次感。

图6 各层内部空间解读

3.3 绿色节能设计

3.3.1 自然通风

ECO风频风向分析结果显示，该地冬季主导风向为东北风，夏季主导风向为西南风，房间进行风压通风形成的风压小于10Pa，要在房间内形成良好的穿堂风，其进深应小于14m，所以主要通过热压通风，以解决自然通风问题。

公共空间：采用竖直集热板式和特隆布墙式太阳能烟囱加强室内热压通风（图7），在普通拔风井热压通风的情况下，确定中合面位于二层空间中间偏下，中合面之上温度T1等于室外温度T，中合面下的温度T2小于室外温度T，并且越靠近中合面，T1越接近T2，故拔风井中合面之上的开口不起拔风作用。

加强性太阳能烟囱热压通风（图8）是通过设置太阳能烟囱，玻璃经过太阳照射后升温，使烟囱内温度T3高于室外温度T，让整个拔风井开口都具有拔风作用，增强了拔风效果。且烟囱内的蓄热墙在夜间释放热量，使其在夜间也有通风效果。

办公室：办公室采用竖直集热板和倾斜集热板式屋顶太阳能烟囱（图9）来加强室内的热压通风。首先，将室外空气通过地下室引入室内，室外空气在地下遇冷，温度降低，导致上下空气形成压力差，压力高的下层空气源源不断地向压力高的上层空气流动，形成室内通风。在通风路线上，设置沿走廊方向的拔风井，以解决内走廊通风问题。另外，还可利用楼梯井作为拔风井（因其上下联通，所以是一个天然的拔风井）。

图7 普通效果下公共空间拔风井热压通风

图8 加强性公共空间太阳能烟囱热压通风

图9 办公室整体通风路线

3.3.2 自然采光

通过ECO建筑表面太阳辐射分析数据可知，可采用四种遮阳方式：（1）格栅遮阳：西立面采用格栅式遮阳板，并且将竖向遮阳旋转一定角度，可以防止太阳高度角高时阳光射入室内引起的眩光。建筑南向采用双墙体设计，通过挑檐遮挡南向多余的日照；（2）整体遮阳：基地西晒情况较为严重，在建筑主体位置建两座遮阳墙，可有效解决西晒问题；（3）绿化遮阳：采用斜屋面绿化和垂直绿化，夏季隔热，冬季蓄热保温。同时，改善建筑品质，增加工作者的生活情趣；（4）太阳能遮阳板：在屋顶加设太阳光伏板，可有效利用可持续能源，达到节能目的的同时，还能阻挡太阳光直射。

3.3.3 屋顶绿化和垂直绿化

采用屋顶和墙身绿化（图10）。植被选择适宜当地种植的麦冬草，结合滴灌技术，可实现免维修管理或者少维修。

图10 屋顶绿化、垂直绿化构造图

绿化优点：夏季隔热，冬季储温；延长屋面使用寿命；建筑西面正对操场，绿化可减小噪音；绿色景观可美化校园；一定程度上缓解城市热岛效应，降低区域环境温度。

3.3.4 其他绿色策略

雨水收集系统：结合覆土屋面收集的雨水，经过雨水收集管道，通过双层墙内的落水管，经过中水系统，收集到蓄水池道中。收集的雨水可用作灌溉。

地道风系统：锅炉房烟风系统是该类建筑独特的构图元素和标识。地表以下冬暖夏凉，由于地下气温与室内气温不同而产生压强差，从而促进了空气循环，使室内空间和地道风之间形成对流。夏季可以降低室内温度，冬季将地道风里的暖风排入室内，可有效改善室内热环境。

暖通空调系统：为了降低暖通空调对能源的消耗，在设计空调系统送风管道的时候，应该根据现场环境，尽量使通风管道横平竖直，减少弯曲和总长度，这样可以大大减小冷热负荷在送风管道内的消耗，从而节约成本、节省能源。

3.3.5 建筑防火及疏散

考虑到消防设计要求，在建筑一周留有高度和宽度均大于4m的消防车道。根据《建筑设计防火规范》要求，在疏散宽度上，要求每100人的疏散宽度不能低于1 m，该项目楼道宽度为1.5m，满足要求。室内任意一点至最近安全出口距离不超过37.50m，也满足要求。

4 结语

一个优秀的绿色建筑并不是大量节能技术的“堆砌”，而应坚持具体问题具体分析，通过综合技术经济性比较，合理选择相应技术。

图11 改造后效果图

该项目锅炉房的绿色改造（图11）具有多方面的建设意义：（1）将校内的废弃建筑激活，使其成为校园东侧的新亮点，扩展了校园功能，为校内师生提供了教学、科研、创作设计、演讲汇报的新功能空间，缓解了老校区因用地紧张而造成的功能空间不足问题；（2）对于建筑本身来讲，改造给予了建筑新的活力，使得本来破败不堪的建筑焕然一新；（3）以绿色策略手法对建筑进行更新改造，促进了建筑和场地环境的和谐，并充分考虑到了使用者的需求，为相关案例的改造与研究做出了一定的示范。

图片来源：作者自绘、自摄。