歷史建筑中的暖通專業設計及應用
——中美歷史建筑保護技術及設計理念的比較和思考

■ 蔡穎佶 Cai Yinji

1 歷史建筑保護修繕與暖通設計

1.1 歷史建筑的保護修繕

歷史建筑是具有一定保護價值，能夠反映歷史風貌和地方特色的建筑，體現了一定時期的歷史人文特征，也是當時先進建筑技術及材料的集大成者，現今仍具有傳承文化的物質基礎和繼續利用的空間。進行保護修繕可以提高其安全性和耐久性，有效延長其生命周期；選擇恰當的用途來活化內部空間，則可有效提升環境舒適度，使其延續歷史、文化、科學價值并更好地得以利用。

在遵循真實性、完整性原則的前提下，功能的提升和室內重要保護部位的限制對機電設備的更新措施形成了很大的限制。尤其是暖通工程，因系統復雜、設備和風管尺度較大等原因，往往對建筑重點保護部位產生較大的影響。如何合理解決這一沖突，是設計和施工過程中需要多學科綜合解決的問題。

1.2 暖通設計

上世紀中葉，歷史建筑保護意識首先在西方國家普及。經過數十年的理論研究和保護實踐，已取得較為豐碩的學術成果。我國對近現代歷史建筑的保護實踐起步則相對較晚。早期對歷史建筑缺乏重視，建筑功能變更不甚合理，維修措施簡單或者采用過度裝飾。暖通設計往往實用主義勝于保護理念。隨著科技的進步，暖通設備系統不斷發展，暖通設計也在不停地推陳出新以適應時代的進步。對歷史建筑而言，用能設備老化則需要更新維護。

近年來，歷史建筑保護與修繕得到國家與社會公眾的高度重視，對歷史建筑的功能定位和再利用有了更高要求，如慎重確定修繕技藝及材料、優化比選機電設備和安裝等。同時，國外大量的相關文獻資料被翻譯介紹到我國，部分保護理念和技術很有借鑒意義。本文將結合《美國國家歷史建筑保護技術指南》一書，探討中美兩國對歷史建筑暖通設計理念、案例應用的異同，以期學習先進理念并改進技術舉措。

2 美國歷史建筑保護理念及暖通設計案例分析

2.1 設計理念

《美國國家歷史建筑保護技術指南》中，對歷史建筑保護工程暖通設計全過程的合理步驟做出了詳細規定。

2.1.1 合理化建議

（1）確定使用功能并采用相匹配的暖通設計，并根據使用功能決定安裝的系統類型、建筑舒適度。

（2）重要建筑空間不應作重大改變。

（3）不得徹底地改變其使用功能。

（4）組建由熟悉相關法律法規和當地規范的保護建筑師、設備工程師、結構工程師和保護顧問等專業人員組成的設計團隊。

（5）對既有暖通、節能系統進行現狀評估，如評估材料和設備現狀和重復利用度、提高能效的可能性等。

（6）勘察和評估具有重要價值的空間、飾面及特征元素；確定建筑的次要空間，考慮放置設備及布置水平向和垂直向的設備管道。

（7）熟悉當地建筑節能及防火規范，考慮在維持建筑物歷史特征的情況下滿足規范要求。

（8）評估設備型號及規格。建立表格模型以比較不同系統的優缺點，并從系統性能、設備安裝條件、成本及系統維護、系統更換升級的可操作性等方面進行詳細評估。

2.1.2 注意事項

（1）如非必要，盡量不要安裝新系統，除非有足夠的空間或非常適合的區域來安放。

（2）新系統不宜設計過多功能。

（3）不可損壞原始飾面，不遮蓋歷史性特征元素或在安裝新系統時改變歷史性空間。

（4）不封閉可開啟的窗戶，除非內部空間有控制空氣污染物和粉塵的需要。

（5）不在屋頂可見部分或場地重要區域安裝冷凝器、太陽能電池板、高煙囪、通風口或其他設備。

（6）控制新設備的重量，以免建筑結構超負荷，特別是在閣樓部分。

（7）不因新設備的振動而對歷史建筑的材料造成破壞。

2.2 設計案例分析

2.2.1 案例一

某學校約建于1900年。入口一側原先設有明裝散熱器，后改造為隱藏式雙管風機盤管系統（圖1）。設計充分考慮了室內空間布局和實用功能，將通風管道鋪設在窗邊長椅下，沒有破壞天花等歷史元素。

2.2.2 案例二

圖2和圖3分別為華盛頓審計大樓會議室和開放式工作區。

（1）會議室內具有歷史價值的蒸汽散熱器被保留并繼續使用；吊頂上的鑄鐵散熱器被用作裝飾元素而保留，但不再使用，體現了原有裝飾風格細節在保留和利用上的功能權衡。

（2）工作區修繕時，拆除了后加吊頂和隔墻，恢復了開放式工作空間；新增帶有圓形雙殼外露管道的變風量(VAV)系統，延續了建筑空間的工業特征。設備布置結合原有建筑結構造型，毫無違和地融入歷史風格中。

2.2.3 案例三

圖1 學校入口改造前后

馬里蘭州巴爾的摩的霍姆伍德博物館建成于1806年，原為住宅，現作為住宅博物館使用（圖4）。其加壓送風系統的出風口被漆成木紋色，從而與原護壁板相協調。該案例通過細部的裝飾設計，與歷史風格完美結合。

圖2 華盛頓審計大樓會議室

圖3 華盛頓審計大樓的開放式工作區

圖4 馬里蘭州巴爾的摩的霍姆伍德博物館

3 我國歷史建筑保護理念及暖通設計案例分析

3.1 設計原則和理念

我國歷史建筑保護修繕設計強調整體保護歷史建筑與環境，注重功能合理性和技術先進性。采用適當技術使結構及設備安全適用，并提升耐久性，使歷史建筑在有效保護的前提下可持續發展。

3.1.1 我國歷史建筑暖通設計的合理化建議

（1）評估歷史建筑價值，進行科學嚴謹的結構檢測。選擇合適的功能，達到保護傳承與再利用的平衡。

（2）分析原始資料、原有結構體系，使暖通設計的風管走向、設備的安裝敷設位置要避開保護區域和結構承重薄弱區域。

（3）現場查勘、方案比選、優化布局，新增的設施設備應避開重點保護區域，尊重建筑形式、空間尺度、材質色澤、構筑細部。

（4）新設備系統和措施應做到簡潔高效、美觀經濟、技術適用。

（5）結合立面、地坪、天花修繕統一設計。設備盡量隱蔽安裝，合理利用壁爐、壁柜、原有管井、板條墻、熱水汀設備空間等。

（6）設備盡量不與歷史建筑室內外環境尚存的歷史空間特征相沖突。室外機盡可能減少對外墻的損害并合理考慮機位，外觀可采取與建筑風格統一的遮蔽罩。

（7）住宅類建筑或有局部供冷供熱需求的歷史建筑場所，可采用能效比較高的分體空調。管線可利用護套布置在墻角的消極空間。

（8）按照可逆性原則，宜采用體積小、管道細、歷史建筑外觀影響小、空間適應性大的變制冷劑流量多聯分體式空調系統。

（1）尊重歷史建筑原貌，設備更新不得對歷史建筑風貌或結構體系產生不可逆轉的破壞。

（2）根據建筑自身特征，妥善安置新更換的設備空間及管道走向。不具備條件的，寧可考慮不進行改善添置。

（3）機電設備設施的安裝，盡量以避免對重點保護區域的干預為前提，應少擾動、少變更空間格局。

（4）一般空調根據新的使用功能設計計算。頂部送風設備對室內特色裝飾原物的保護極其不利，應妥善采取措施避開需保護的天花平頂線腳等。

3.2 設計案例分析

與美國歷史建筑的暖通設計相比，我國的許多歷史建筑在理念上大同小異，有很多匠心之作，也有反面例子。

3.2.1 案例一

上海總會（東風飯店）[1]是現存的原上海租界地俱樂部建筑的典型代表，具有英國新古典式風格特征和巴洛克裝飾。裝飾標準高，對暖通設計及室內專業協作提出了較高要求。

（1）底層大堂的空調送回風口利用回廊圓弧頂后部的消極空間，隱蔽安裝了送回風管、噴淋管等管道（圖5）。回廊處則緊貼弧形頂棚浮雕花飾的兩側，設置定制的條縫送風口。底層采用側墻噴口送風，外裝鏤空裝飾花板（圖6），盡量弱化視覺感受。采取減量化處理，將4個空調系統分散設計，既可充分利用不連貫的、有限的非保護空間，又可有效減少風管在吊頂中占有的尺寸。

呂溫的文學作品，涵括了其一生的重大事件。呂溫極具特色的詩文，在唐代浩瀚如煙的文學作品中留下了濃墨重彩的一筆。筆者在對呂溫文學作品的體裁進行分類分析的基礎上，觀照其政治思想及詩人情懷，探究呂溫作品的文學成就。

（2）長吧處結合側送風的需求，以超薄定制的送風管貼著壁柱安置，隱蔽在酒柜的花飾之中。空調主管自正下方的地下室引入，在高酒柜上方的裝飾鏤空花板后布置送風口，回風口則設置于吧臺內側。空調送回風口的設置與室內裝飾結合，上送下回較為合理化，同時又尊重了原有歷史空間（圖7、8）。

3.2.2 案例二

徐家匯觀象臺在140年的歷程中多次改擴建，樓層關系錯落復雜。因地制宜地采用頂藏風口及落地式室內機的空調形式，以滿足層高要求。

（1）入口大廳原為豎向交通空間，周圍墻厚均超1m且入口空間較小。設計采用冷媒管從底層樓板上送的方式，直接接入落地空調機，解決了管道穿越、保持層高、避免管道井的問題(圖9）。

圖6 底層大堂修繕后效果

圖7 長吧送回風剖面圖

圖5 上海總會底層大堂空調平面圖

圖8 長吧復原后效果圖

（2）在坡屋頂空間及塔樓挑空空間均采用落地式室內機，外部裝飾與空間家具樣式協調（圖10、11）。

（3）走廊空間等非保護空間則在與窗洞、門洞對應的位置設置內發光圓吊頂。采用風管內藏的方式，與燈具共同內置于吊頂（圖12）。

圖9 入口門廳頂出風式落地室外機

圖10 三層坡頂大空間室內機與家具統一設置

圖11 塔樓三層觀察室家具式室內機

（4）觀象臺均為坡屋頂，塔樓上部均放置氣象觀測裝置。為了不影響屋頂“第五立面”的風貌及氣象觀測設備，室外空調機設置于場地的消極空間，用灰白色格柵圍擋（圖13～15）。

3.2.3 案例三

建于1953年的同濟大學文遠樓是我國唯一具有Bauhaus風格的建筑，室內少有裝飾，體現了“形式追隨功能”的現代主義簡約風。因此，暖通設計針對不同的空間需求采用了熱源空調聯動系統：中間展廳及教室采用地源熱泵加輻射吊頂；報告廳采用燃氣驅動發動機熱泵加余熱除濕；階梯教室采用太陽能燃氣補燃和吸收式熱泵。文遠樓的節能效率和技術水平也是歷史建筑更新改造的典型案例。

3.2.4 案例四

某磚木結構建筑，由于建筑的現實使用情況、項目經費、保護級別等因素，暖通設計并未納入整體修繕設計當中。業主方從實用角度考慮，依然沿用分體式空調的方案。在施工結束后，修繕過的清水磚外立面又裝設了空調室外掛機，影響了建筑外觀效果；而安裝室外機架的孔洞又對新修復的清水磚墻造成了新的滲漏隱患。這種現象在諸多歷史建筑保護修繕項目中不是個例，應當引起重視。

圖12 走廊吊頂內藏風口

圖13 氣象臺外側室外機組位置

圖14 一層空調冷媒管布置圖[2]

圖15 一層空調平面布置圖[2]

4 設計理念的差異性分析

中美歷史建筑保護修繕技術通過交流、學習、引進等手段都可互通，但由于保護理念的不同，使得兩國對歷史建筑的保護效果呈現出一定差異性。

4.1 法規標準和技術規程的制定

美國針對歷史建筑的保護、修繕技術的運用都有整套的理論指導和技術規程要求，使得歷史建筑保護工程的設計方法、施工工藝能夠形成科學合理的流程。我國在歷史建筑的保護規劃方面有較為系統的法規標準，但歷史建筑保護修繕等技術規程尚待完善，先進正確的設計理念和工藝措施在逐漸成型。

4.2 歷史建筑保護等級與保護工程設計的關系

美國歷史建筑的保護雖按等級劃分，但同樣重視從設計理念的教學引領到設計資格準入和設計審查機制等方面的不斷完善，不同保護等級的項目能得到相同保護理念的設計。我國項目的保護等級不同，則往往意味著政府保護資金投入的不同、職能部門監管力度的不同、設計單位改造程度的不同等諸多變化，這都會影響整體保護修繕工程的最終效果。

4.3 設計對歷史建筑保護修繕設計的理解

美國歷史建筑的暖通設計主要是為了滿足空間使用的舒適度需求，在對建筑做出冬季、夏季熱舒適度評價的基礎上，確定原有措施如自然通風、屋面墻體保溫等是否滿足現今需求；對于不滿足的部分則通過有限的、不影響歷史建筑保護的手段來改善。我國的設備專業在歷史建筑方案前期參與度較少，僅考慮設計說明或系統圖。

上述案例都證明：建筑、機電室內、結構等各專業應反復溝通，統籌協調，充分進行多方案的比選，才能安全、隱蔽、合理地解決歷史建筑暖通設計的問題。

5 結語

暖通系統只是保護建筑修繕工作的一個組成部分，具體的設計手法和技術措施都是再利用工程中值得不斷摸索總結經驗的。我國歷史建筑保護修繕工程的暖通設計也不乏細致嚴謹、精益求精的具體案例值得借鑒。

他山之石可以攻玉，保護工作應多方借鑒國內外成熟經驗，盡早形成明確的設計理念，形成主導力量和示范效應。科學、合理、適度地使用是對歷史建筑最大的保護，將具有較好成效及普遍意義的技術進行歸納，可以切實從技術層面上保護和利用好這些歷史建筑，提升建筑使用壽命，達到更高層次的保護。

參考文獻：

[1]唐玉恩主編．上海外灘東風飯店保護與利用．中國建筑工業出版社,2013．

[2] 王小池,應伊瓊,張磊．上海徐家匯觀象臺修繕設計有關資料 ．2014．