舊辦公樓節能綜合改造實踐

劉格爾

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032）

0 引言

隨著城市化進程的加快，社會經濟發展與能源環境承載力的分歧日益突顯。建設“節約型社會”已是全社會持續關注的焦點問題，因此，在城市建筑中必須進行必要的節能規劃。建筑設計的節能措施從大的方面論述分為被動式節能設計和主動式節能設計。被動式節能設計主要通過建筑的場所、平面空間布局、立面造型、建筑材料等方面對整個建筑進行節能設計。本案主要論述被動式節能設計，且從舊建筑改造方面著手，以辦公樓建筑為例，進行研究論述。

1 國內外發展現狀

從國際趨勢來看，自2008年開始，歐盟第七研發框架計劃（FP7）持續增加節能建筑的研發創新投入，尤其強化老建筑綠色節能技術的研發創新；2009年，歐洲委員會通過了在公共性建筑領域首先完成舊建筑節能更新改造的決策。到2020年每年至少更新改造公共性建筑領域3%的舊建筑。

從我國建筑行業的現狀來看，建筑行業是一個公共性建筑耗能高、節能發展潛力大的領域。在我國公共性建筑領域耗費的主要資源是電能，其中中央空調、供暖、照明燈具等機電設備耗費極大，占建筑總能源消耗的80%。而辦公樓建筑在所占的公共建筑能耗占比最大。近些年，我國基建行業已經處于飽和期，環境問題也日漸突出，舊建筑的改造已迫在眉睫，伴隨著“雙碳”政策的推行，預計到2025年，既有建筑節能更新改造總面積將超出3.5億m2。

2 工程概況

此辦公樓位于上海市浦東新區東方路3261號（見圖1），為20世紀70、80年代的房子，屬于夏熱冬冷地區，為2層磚混結構，建筑層高一層3.6m，二層4.0m，坡屋頂，平面形式為單外廊結構，墻體為370mm黏土墻，窗戶及墻體均無保溫措施。現狀建筑為兩棟辦公建筑，呈現內院式布局，南北向及東西向空間均有遮擋，且有古樹需要保留。

圖1 區位

3 節能綜合改造方案

上海地處夏熱冬冷地區，屬于亞熱帶季風氣候，且人口密度大，夏季悶熱，冬天濕冷，夏天冷空調，冬天熱空調（上海不屬于天然氣供暖區域），建筑節能措施必須滿足夏天防熱，適當兼顧冬天防寒需求，故電能是主要能源消耗。本案將從如下3個方面化主動為被動，整體提升舊改建筑的節能效益。第一方面，提升外部空間環境，調節建筑微氣候；第二方面，提升建筑造型及建筑材料，提高建筑本體的節能效率，進而減少建筑能耗；第三方面，優化建筑平面布局，改善內部空間，調節室內溫度，使建筑達到最佳節能狀態。

3.1 外部空間設計

本案整體基地為兩棟辦公建筑，呈現內院式的布局，東側為大園區內的立體停車庫及活動板房，西側為廢棄的臨時建筑廁所（見圖2）。總體空間改造是拆除臨時建筑，打開主體樓棟（A樓、B樓）4個方向的建筑空間，保留原始的內庭院空間，增加盡可能多的綠化，停車部分考慮林蔭式停車，整個場地形成園林式的辦公環境，在調節建筑微氣候的同時，也堅持了以人為本的設計原則，打造宜居的辦公環境（見圖3）。

圖2 改造前

圖3 改造后總平面

3.2 建筑造型設計及建筑材料選型

1）建筑造型設計 本案保留了原有的坡屋頂設計，平屋頂，坡屋頂建筑形式，在建筑節能改造設計中，坡屋頂可與屋頂板形成封閉空氣層，有效提高隔熱效率，同時這樣的設計能保持原有的建筑風貌，達到雙贏的目的。

本案在建筑立面形式上沿用原始建筑的三段式布局，增加原有的窗口尺寸，原有的窗戶尺寸僅為1.2m的洞口，且高1.5m，此次改造增加門窗洞口尺寸。同時在窗戶改造中，增加了窗套，有效阻擋了熱輻射，間接加入了遮陽系統，從而提高了建筑北面的能源效率。

建筑色彩本案以灰白黑為主，局部點綴褐色鋼結構，這樣的設計能夠減少光污染及光輻射，減少建筑能耗（見圖 4）。

圖4 改造后建筑立面及內院

2）建筑材料選型 本案的材料選型充分結合GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》，GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》中關于夏熱冬冷地區外墻、窗戶等相關參數。對建筑各個構造部位選取合適的材料。本案中兩棟辦公建筑均定義為乙類建筑，經計算得出兩棟建筑的體型系數（外表面積/體積）為0.28，當體型系數＜0.3時，屋面傳熱系數≤0.4，外墻傳熱系數≤0.45，另外建筑立面中，主要考慮南北向開窗，山墻面（東西向）開門，但無窗；南北向窗墻比約0.39，當窗墻比≥0.30且≤0.4時，窗戶傳熱系數為2.2，基于以上數據，根據節能計算軟件模擬。

外墻采用外保溫系統，墻體基層材料采用B06級蒸壓砂加氣，墻體保溫材料采用35mm厚泡沫玻璃板（K=0.058W/m·k），表面采用高彈性防水仿石涂料。屋面采用倒置式保溫屋面，鋼筋混凝土屋面板基層，80mm厚擠塑聚苯板（K=0.028W/m·K）。外窗采用低輻射中透光6+12A+6Low-e中空玻璃。主要入口設置門斗，進一步減少人員出入頻繁構造部位的能源損失。

3.3 建筑平面布局與室內設計

多層辦公建筑主要功能包含會議室、辦公室（含特殊要求的辦公室）、交通空間、輔助空間（廁所、茶水間）。大致分為三大類，高頻率空間、中頻率空間、低頻率空間。內部空間節能改造重點是冷暖空調和照明系統，即電能消耗（見表1）。根據GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》相關規定，夏熱冬冷地區室內溫度調節范圍為16℃～22℃。

表1 室內照明關系

基于以上數據基礎（見表2），分別統計室溫，南北向房間室溫差異不大，辦公室南向關系更優，會議室北向關系更優，冬季期間，北向室溫更低。可得出一層南向空間用于辦公，二層北向空間用于會議室，輔助空間位于東西向山墻面。

表2 空調負荷

4 改造難點以及解決方法

該建筑在改造時，碰到兩個客觀難點：①建筑形體難以突破，無法改變建筑體型系數，建筑室內空間布局受限，影響建筑室內通風、采光、照明等空間；②智能辦公水暖電系統布置不順，舊改建筑線路老化，辦公智能化需求增加，管線更加錯綜復雜，新風系統、電纜橋架等系統會占據建筑垂直空間，進而導致建筑層高不夠，增加建筑能耗。

基于以上難點，在設計上進行了以下3方面的調整。

1）提升舊改建筑主體圍護結構的材料性能 在體型系數不變的情況下，主要增加三大圍護結構的保溫隔熱性能，如屋頂、墻體及窗戶，均采用導熱系數較好的材料，如本案中所采用的泡沫玻璃板、擠塑聚苯板、Low-e中空玻璃，在滿足消防的條件下，均是很好的保溫隔熱材料選擇。

2）建筑空間靈活布局 建筑空間根據建筑功能劃分不同空間組合，根據人員密度及人員散熱指標進行空間大小的定性及定量，使合適的空間滿足合適的室內溫度及空氣調節。

3）管線提升 在舊改建筑中，當垂直層高不夠時，可適時采用非標設備來彌補空間不足問題；空調可采用VRV，屋頂改造可為平改坡，進而容納設備的外機，減少管線對空間的影響；會議系統的智能化設備可通過隱蔽工程，如墻體隱蔽、吊頂隱蔽等。設備采用一級能耗產品時，必然對建筑空間產生影響，這些措施都能更大程度綜合性地減少建筑能耗。

5 節能改造綜合效益評估

對比常規的公共辦公建筑改造做法，節能改造增加的成本比較如下：依照節能計算規則，理論上，每年節約電能約為75.7kW·h/m2，可減少175tCO2排放，減排的效果較為顯著（見表3）。

表3 節能經濟分析

總的來說，本次節能改造項目折射出的實際效果十分明顯，可以減少耗能，節省成本，打造愜意的辦公環境。不難想象，在現階段電力能源供求焦慮不安的趨勢下，針對經濟發展迅速、土地資源緊缺的上海市而言，節省電力開支、減輕電力資源緊缺壓力具備實際應用意義。

6 結語

通過以上案例的研究，為舊建筑改造的平面布局及建筑造型提供了新的思路。舊改建筑由于外輪廓的限制，可選擇保溫節能材料，另外可做遮陽處理，在提升建筑節能措施的同時又可增加建筑立面細節。另外，舊改建筑的限制條件眾多，對于建筑環境，可通過綠化設計、透水磚，在優化場地環境的同時調節舊改建筑的微氣候。舊建筑的改造是一個舊貌換新顏的過程，更是今后建筑業發展的重要工作。