建筑改造的绿色实践

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1 、背景介绍在中国加速城市化进程中，许多区域由于交通条件改善和区位的提升，原有产业须进行产业结构调整，原有建筑需要转化使用功能，为适应这种转变，原有建筑面临着形式、热工性能和设备等方面改造。本项目是一个南方实际的既有建筑改造绿色实践项目，在保留有城市记忆的城市环境的基础上，本项目将在既有建筑改造中实现资源的循环利用，将绿色建筑技术有机运用于既有建筑改造中。本项目也是国家发改委、财政部、建设部可再生能源建筑应用示范项目，国家科技部太阳能光电与建筑一体化研究示范项目，深圳市发改局、建设局循环经济建筑示范项目。2 、项目概况本项目位于改革开放的前沿城市深圳市，上世纪 80 年代初，深圳特区内开始大量兴建工业厂房以吸引境外投资者开展三来一补业务，建于 1980年的深圳蛇口日资三洋厂房是最早的多层通用厂房之一。原占地面积44125平方米，建筑面积 95816 平方米，容积率2.17，为6 栋工业建筑，框架结构，每栋标准层面积约4000 平方米。3 、现状思考 深圳经过30 年的发展，经历了几次重大的产业结构调整，成功的转型为蛇口的发展带来了新的生机，但也留下了约80 万平方米80 年代初建设的工业厂区（见图一）。在这种转型下，在土地资源稀缺，房价高涨的市场环境下，拆除重建，可以为企业带来很高的商业利润。然而，数十万平方米、仅仅使用了二十年的厂房就需要在这种转型中被拆掉，不仅仅是对环境的破坏，更是对资源的浪费。我们面临的问题，恰恰是整个深圳及珠三角地区的一个缩影，仅深圳特区内，面临改造的厂房就有约500 多万平方米，深圳全市的类似厂房面积，就达 2 5 0 0 万平方米之多。在珠三角地区，面临改造的工业厂房也在数亿平方米之众。经济高速发展、城市快速扩大的南方地区，在短短二十多年的时间里，大量的既有建筑就要面对重建、改造的选择，既向世人展现了改革开放的速度，也流露出快速发展背后的尴尬。如果工业厂房能够成功改造成适应新功能的写字楼，且可以达到绿色建筑的节能标准，这就能给南方地区乃至全国的旧厂房改造提供示范性的案例。 4 、绿色技术的运用与整合我们决定保留旧厂房并对其进行功能改造使其重新焕发新时代建筑的活力，当年的三洋厂房已更名为蛇口南海意库，我们期望它成为代表新世纪创意产业的科技园区，其中的3 号厂房作为该园区最先启动的示范项目采用了大量的绿色建筑技术，在节能、节材、节水、保护环境等方面做了许多尝试。本文将从既有建筑改造设计、围护结构、自然通风系统、太阳能应用、温湿度独立控制空调系统、环保材料、原有设备利用、绿化与植栽、雨污水处理与回用、智能化技术等方面作系统介绍。主要的技术指标：A 、招商三洋厂房改造后将超过《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005 节能50% 的要求。本项目提出目标为建筑节能率 6 5 % ，为目前南方既有建筑改造中节能率最高的项目。B 、可再生能源的规模化应用技术 。C 、非传统水源利用率超过 3 0 % ，为目前南方既有建筑改造中非传统水源利用率最高的项目。4.1 建筑改造设计多方案比较本项目方案设计共邀请境内外８家设计公司（清华苑、加拿大毕路德、都市实践、深圳建研院、法国欧博、澳大利亚伍兹贝格等）进行设计方案投标和多个方案的比较；邀请境内外大学（深圳大学、东南大学、维也纳技术大学）国际学生设计竞赛。在方案设计的前期，就把绿色环保技术作为建筑改造设计的前提条件提出来，还相应提出了保存有城市记忆的建筑符号作为改造设计语言的一个重要部分。 4.2 绿色技术的整合4.2.1 区域通风研究本项目地处城区，南侧和东侧都是建筑高度高、密度大的住宅区，深圳的过渡季节的主导风向是东南偏东风，由于东侧和南侧的既有建筑的阻挡，使得本项目的室内自然通风条件一般。经计算，区域的通风能够满足基本的要求（如图三所示）。 4.2.2太阳能拔风烟囱研究深圳市全年空气温度低于 2 8 ℃的累计小时数占全年总时数的 6 0 % ，尤其是在过渡季节里只要合理组织自然通风；就完全有可能不开空调而满足较为舒适的室内环境 。 改造厂房拟采用六个截面为 3000-3000 的屋面热压拔风烟囱；在过渡季节实现自然通风，以 4 月份（过渡季节）为例来分析被动式太阳能通风烟囱的通风效果，假设太阳能烟囱内的集热装置可以把30% 左右的太阳辐射吸收并加热空气，并设置室外环境温度为28℃，室内热负荷为50W/ m2。模拟结果显示，三个高 10 米的太阳能通风烟囱，能产生约为 5pa 的热压，太阳能烟囱的断面风速为1.8m/s，相应的通风量为:311040m3/h，相当于室内5次/h 的换气量。太阳能拔风系统可以延长过渡期近两个月，按 15～20 度／ m2月计算，每年可以节约电耗约60～80 万度，图四所示是利用计算机模拟技术完成的室内热压、温度、风速和空气龄效果分析图 。4.3.3内天井日照模拟对比的研究公共建筑进深一般较大，人工照明与室外光照在窗口附近区域形成重叠，造成能源浪费。在本项目中充分考虑了上述影响，中庭顶部为玻璃棚且布满太阳能光伏电池板，该顶棚具有良好的遮阳效果，又有一定的透光率 。室内照明灯具按照内区与外区进行配置，且外区灯具可以实现控制。利用计算机模拟技术对3 号厂房中庭自然采光效果进行了评估，其平均采光强度为 2 . 5 1（流明），换算成照度值为100.4lx（勒克司），基本满足室内公共区域的照度要求。此时，对应的顶层玻璃透光率为0.282。在全阴天不利情况下，整个楼层工作面约有2000m2 的面积照度高于300lx，白天基本可以不开灯。相对未加天井的情况，约 1000 m2 的面积得到改善，按照平均10W/m2 的照明耗电功率计算，可减少 1 0 k W 的照明用电功率（如图五、六）。 就全大楼而言，每层功能不尽相同，但采光天井贡献率相差不大，则全楼累计可减少约 40kW 的照明用电功率。按照每天工作 1 0 h 计算，每天可以减少约400kWh/d，按每年工作时间250天计算，每年可节约照明用电约10万度 。4.3.4水平和垂直遮阳设计项目位于东经113°54′43″，北纬22°29′24″，全年空调季约为每年的5 月初至9 月底；其中6 月中下旬日照太阳可达最大角，并使建筑北面也可有强烈的直射光。通过分析比较，东面建筑采用固定百叶遮阳为主，局部采用自控活动百叶。固定百叶可通过精确计算出百叶的截面尺寸和水平夹角（如图七）。 在西立面生态绿化墙，生态绿化墙的附着植被可以随季节的繁茂和衰减，使遮挡阳光的效果在夏秋季节比冬春季节要多，适应深圳气候变化对建筑的影响。东立面采用垂直 + 水平遮阳，通过日照方位角计算固定式垂直遮阳角度，优化遮阳的降低辐射效率。室内遮阳也可以改善室内自然光照，防止眩光的影响。经计算，节能率为 4%，每年节约电耗约10-11 万度。4.3.5 温湿度独立控制空调新风系统本项目采用温湿度独立控制空调系统，显热负荷的排热采用高温热泵型制冷系统（如图八），其主要功能包括两个方面，其一，生产 18 ℃的高温冷水为干式风机盘管提供冷源，由于高温冷水的温度高于室内空气的露点温度，消除了传统风机盘管表冷器结露现象，根本改善了室内空气品质，设备的卡诺制冷机效率可以达到8，而传统方式下设备的效率最大也不超过5。其二，在需要进行空气除湿的季节中生产提供70℃的高温热水，为溶液除湿系统的浓缩再生提供蒸发热源。此外，在不需要对空气进行除湿的季节中，热泵的冷凝水温度可以降低到 40 ℃，以提高系统运行效率 。 潜热负荷的除湿采用新风溶液除湿系统，其主要功能包括以下三个方面，其一，对室外新风进行除湿处理，室外新风先经过热回收装置进行全热交换降低初始温度，然后进入溶液除湿装置与高浓度溴化锂溶液进行接触热湿交换，新风通过除湿后进一步降温，最后新风在翘板式换热装置中与制冷系统提供的18 ℃高温冷水进行热交换后送入室内。其二，溶液浓缩再生，溴化锂溶液经过吸湿后浓度降低，成为稀溶液，被送入再生装置中进行浓缩再生。该装置的主要部件是通入70℃的高温热水的板式换热器，稀溶液中的水分在此被加热蒸发分离，溶液由此而浓缩再生并重新具备了除湿能力。其三，化学蓄能装置，经过新风除湿装置和溶液再生装置分别收集的稀溶液和再生后的浓溶液被分别储藏在稀溶液罐和浓溶液罐内，由于溴化锂浓溶液具有很高的除湿能力，即排除潜热负荷的能力。因此，这种不需要采取任何保温措施的浓溶液就被视为高温冰块，在高温湿热季节中随时提取用以处理室外新风。与传统空调制冷设备比较，采用温湿度独立控制空调系统的节能率可达30% 左右，属国际先进水平，具有空气品质好、舒适度高、高效节能等优点。本项目如获成功，将在深圳乃至华南地区公共建筑节能应用中具有重要的示范作用。经计算，节能率达30%，每年节电约 110-118 万度。