上海市优秀历史建筑——普益大楼绿色建筑实践介绍

王坐中，褚庆翔

（上海电气建筑节能有限公司）

上海市优秀历史建筑
——普益大楼绿色建筑实践介绍

王坐中，褚庆翔

（上海电气建筑节能有限公司）

上海市现存历史建筑占地面积约为430万平方米，由于历史建筑的特殊性，针对历史建筑的节能改造项目难以推进。此文通过介绍普益大楼（上海电气总部大楼）打造绿色节能建筑的实践活动，以期对上海地区历史建筑节能改造工程的推进工作进行探索研究。

历史建筑；既有建筑；绿色建筑；节能改造

1 引言

上海市现存大量优秀历史建筑，市政府于1989、1994、1999、2005年分别公布的四批优秀历史建筑共有632处（2138栋），总计建筑面积约为430万平方米。其中，属市级文物保护单位的有61处，约为40万平方米；属上海市优秀历史建筑的约为390万平方米。

优秀历史建筑由于建筑年代久远，普遍存在设备老化、系统运行效率低下、环境舒适度较差等问题。但由于其特殊的历史价值、科学价值和艺术价值，针对优秀历史建筑的修缮和改造管理工作则更为严格、施工难度更大，因此，针对优秀历史建筑的节能改造工程往往难以推进。

本文通过介绍普益大楼（现上海电气总部大楼）打造绿色建筑项目的工程实例，以期对适合上海地区优秀历史建筑节能改造工程的推进做些探索。

2 项目概况

普益大楼坐落于毗邻上海外滩的四川中路110号，大楼于1921年由美商普益地产公司投资兴建，由英商亨利·雷士德的德和洋行设计，并于1922年建成，占地面积约为820m2，总建筑面积为6884.16m2。

1999年，普益大楼被上海市人民政府列为第三批优秀历史建筑；2004年，被列为不可移动文物保护建筑。该大楼现为上海电气集团总部办公大楼。2012年，上海电气集团研究决定对普益大楼进行绿色建筑改造，目标是将普益大楼打造成为上海外滩区域第一座通过绿色建筑认证标识和LEED金级双认证的历史保护建筑，让它在重新焕发青春活力的同时，体现绿色环保的理念。

普益大楼的绿色建筑改造工程，面临诸多挑战：

1）普益大楼是仍在正常使用的建筑，是有生命的建筑，需要在保持原有建筑风格的同时满足现有功能需求。

2）需要按照“修旧如旧”的原则进行修缮和改造。

3）需要满足绿色建筑设计要求，同时利用各种先进的技术手段，实现建筑高效、舒适、健康、节能运行。

普益大楼改造项目设计和施工团队因地制宜，结合上海市气候人文状况进行项目技术体系设计。参照《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）的要求，在节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理6大方面充分应用新理念、新技术，成功获得绿色建筑二星认证，目前进入申请LEED金级认证阶段。

3 绿色节能技术措施应用

3.1 建筑围护结构

3.1.1 外墙

普益大楼为优秀历史建筑，此次项目改造在保护历史建筑的前提下，拟对大楼进行整体修缮及功能的再升级利用，以满足大楼作为公司总部办公的功能需求。按照历史建筑保护规定，修缮改造需满足以下要求：

1）大楼建筑立面及结构体系不得改变。

2）外部重点保护部位（东立面、南外面、西立面、北立面）不得改变。

3）内部重点保护部位（底层大厅、天花线脚、门窗套、空间格局以及其他特色装饰）不得更改。

根据相关研究资料显示，上海地区历史建筑承载墙体的厚度主要为一砖、一砖半、二砖及以上，相应的传热系数值一般在1.33～2.22W/（m2·K）之间。经测定，普益大楼外墙的传热系数为1.2 W/（m2·K），地面热阻为0.63m2·K/W，由于历史建筑保护的要求无法通过改造外立面来降低传热性能，后决定将改造重点放在屋面和窗。之后，按照公共建筑节能标准中规定的计算方法进行核算，并通过能耗模拟确认其围护结构整体是否符合相关要求。

3.1.2 外窗

上海地区历史建筑的外窗大部分为单层玻璃木窗和单层玻璃钢窗，大部分历史建筑外窗热工性能较差。普益大楼外窗为单层玻璃钢窗，热工性能差，为改善其热工性能进行如下改造：

1）原单层玻璃钢窗窗框厚度较薄，无法安装双层玻璃，而文物保护要求必须保留原钢窗。故考虑建筑风格一致、美观及实用性要求，采用定制加工，与原外窗同开/关的双层钢窗。

2）在原钢窗内部新做一扇同规格钢窗，采用连体式扣件将内窗和外窗进行连接，使其能够同时开启/关闭，两扇钢窗间隔50mm，可以起到隔热效果。

3）原外窗采用5mm普通玻璃，内窗采用双层玻璃，靠外窗一侧为5mm low-E玻璃，内侧为5mm普通玻璃，两层玻璃间隔为9mm，具有良好的隔热效果。

3.1.3 屋面

上海地区历史建筑屋面类型主要为坡屋面和平屋面，少量为坡屋面和平屋面组合屋面，由于建造年代久远，大部分屋面缺乏合理的屋面保温材料，热工性能较差。普益大楼的屋顶为平屋面，此次改造实施如下措施：

1）屋顶可利用面积为697m2；屋顶绿化面积为492m2；屋顶绿化面积占屋顶可利用面积比例为70.6%。

2）屋面采用轻质保温材料进行保温处理。

3）景观植物配植以上海乡土植物为主，实现屋顶绿化，改善屋顶保温效果。

4）在布局上采用可游可息的回游式布局，出入口及四个角以小面积硬质铺装作为休息和过渡，休息过渡平台通过木地板连接，中间以大草坪为主，边缘及角落采用低矮灌木及时令鲜花点缀，以达到边缘饱满中间空旷的视觉效果。

3.2 节能、节水、节材技术应用

3.2.1 主要节能技术

1）采用高效空调机组

根据建筑特点，空调系统采用变频多联机结合新风机组的模式。变频多联机组优先选用性能系数高的设备，本项目所选机组的综合IPLV可达3.7。普益大楼所用机组型号及性能参数如表1所示。

表1 变频多联机组型号

2）采用带全热交换器新风机组

普益大楼室内空气处理装置根据装修要求选用天花板内藏风管式室内机或落地式风管机，为解决多联机系统的新风采集问题，本项目采用了带有全热交换器的新风机组，换热效率不低于65%。使用全热交换机向房间补充新风的同时，利用室内排风的冷量（热量）来预冷（预热）新风，大大降低新风负荷，实现节能目标。热交换原理如图1所示。

图1 热交换原理

实际使用时按照如下方式进行控制：

（1）平常工作时间按照季节预先设定时间表，并根据时间表控制风机启/停。

（2）室内设置空气品质探测器，根据预先设置的不同限值控制风机的高、中、低三档风速。

（3）在会议室等人流比较密集的部分区域增设CO2传感器，并对送风阀进行自动控制，当检测到CO2浓度超限时，自动增加风阀开度以加大供给新风量。

带全热交换器的新风机组单位风量能耗如表2所示。

表2 新风机组单位风量能耗

3）照明节能

本项目室内节能照明系统在充分利用自然光的同时，采用节能高效的LED光源，经计算各个功能区域的照明功率密度值均低于《建筑照明设计规范》中的相关要求。计算值如表3所示：

表3 照明功率密度值

除了采用节能高效的LED光源外，普益大楼的照明控制也采取诸多措施：

（1）设立专业的基于C-BUS总线智能灯光控制系统。

（2）公共照明通过设定时间表进行定时开关控制。

（3）外区办公区域对靠窗和靠走廊照明设置独立供电回路，靠窗回路通过照度传感器根据感应照度进行自动控制。

（4）在储藏间、打印间、卫生间等区域设置红外占用传感器，探测到人员时开启照明。

（5）会议室、会客厅等场所设置照明场景控制。

4）光导管技术应用

光导管技术是太阳能光利用的一种方式，属于绿色照明技术，该技术为光能的高效传输提供了可能的途径。光导管技术可以把室外的太阳光传输到室内来而不产生过多的热。光导管技术可以为办公室、商品陈列室、会议室、接待室、地下室、走廊等建筑提供良好的光环境。普益大楼改造设计时充分考虑对室外自然光的有效利用，在大楼辅助用房内设置光导管装置，将室外光引入室内，全年可利用采光照明的时间约为3000h，每套光导管约相当于1套含3只T8荧光灯管格栅灯的光量输出。

5）节能电梯

本项目采用新型节能电梯，自带能量反馈装置，节能率可达35%。能量回馈装置采用矢量控制技术，利用电梯轻载上行或重载下行两种情况所产生的机械动能和机械势能，通过检测电梯变频器母线直流电压Vdc，当电压大于一定的限值时，将原本储存在变频器电容或消耗在制动电阻上的能量，经过32位DSP的坐标变换，通过瞬时矢量运算，经过大功率IGBT将直流电转换成交流电回馈到交流电网中，供其他用电设备使用，大幅度降低用户的电费支出，同时对电梯运行不造成任何负面影响，做到“节能、环保、循环利用”。电梯能量回馈原理如图2所示。

3.2.2 主要节水措施

1）给排水系统变频恒压供水

建筑生活用水采用恒压变频供水方式，在地下室泵房内设置有效容积10m3不锈钢箱式泵站（内含2台生活变频加压泵）。地下一层采用市政给水管网直接供水的方式，一层到八层卫生间及茶水间均采用变频泵供水。

2）使用节水器具

本项目所有的用水设备及卫生洁具均采用节水型器具，所有器具满足现行国家标准要求。

3）非传统水源使用

本项目采用雨水收集回用技术，经处理后用于屋顶绿化、道路喷洒。屋顶绿化总面积为49m2，超出调蓄和渗透能力的雨水溢流排入市政雨水管。

经济效益分析：本项目年总用水量为2210.54t，建筑非传统水源利用为雨水利用，年利用量为245.66t，根据《绿色建筑评价标准》5.3.11条计算非传统水源利用率为11.11%。

4）节水灌溉

本项目灌溉方式采用滴灌和喷灌方式，灌溉水源优先采用雨水回用水。

5）用水分项计量

用水系统根据用途单独设置水表计量，雨水系统自来水补水管上设计量水表。

3.2.3 主要节材措施

现浇混凝土全部采用预拌混凝土，商品砂浆的使用量占砂浆总量的比例为100%。

图2 电梯能量回馈原理

建筑设计选材时可再循环材料使用重量为567.45t，所有建筑材料总重量为3622.37t，可再循环材料使用重量占所有建筑材料总重量比例为15.67%。

土建与装修工程一体化设计施工，不破坏和拆除已有的建筑构件及设施，避免重复装修。

3.3 室内环境质量

设置室内空气质量监控系统，保证健康舒适的室内环境。

本项目设计室内参数监控系统，对室内主要功能空间的CO2、空气污染物的浓度进行数据采集和分析。

同时实现室内空气质量超标实时报警，系统能够检测送风、排风设备的工作状态，并与室内空气质量监测系统关联，实现自动通风调节作用。

采用合理措施改善室内或地下空间的自然采光效果。

大楼功能房间布局合理，优选外窗采光，使本项目近80%主要空间的最小采光系数达到国标《建筑采光设计标准》（GB/T 50033-2001）要求。

对裙房值班室采用光导管技术，全年可利用采光照明的时间约为3000h，每套光导管约相当于1套含3只T8荧光灯管格栅灯的光量输出。

3.4 运营管理

建筑智能化系统定位合理，信息网络系统功能完善。本项目建筑智能化系统包含楼宇自动化系统、智能照明系统、视频监控系统、门禁管理系统、火灾报警系统、远程能源管理系统、建筑集成管理系统。

项目中楼宇自控系统实现对全热交换新风系统、送排风系统、给排水系统、室内环境监控系统、VRV空调系统、雨水回收处理系统、屋顶绿化灌溉系统、变配电系统、电梯系统等机电系统和设备的监控。

能源管理系统实现实时的能源监测，主要体现在EMS系统对用电进行分项计量，实现基础的用电管理；建立关键能耗指标（KPI），指标体系采用分级的原则建立，按照整幢楼、不同楼层和公共设备层面建立考核指标；可通过各类移动客户端，如手机、PDA等访问能源管理系统，查看实时能耗情况；通过地图导航的方式，快速选定建筑坐标，展示建筑同期能耗对比，节能潜力以及碳排放情况；根据外界温湿度气候变化与整栋建筑总能耗相关性进行对比，找出能耗异常日，以制定有针对性的节能整改行动。

建筑集成管理系统实现在一个平台对所有智能化系统的统一管理，主要体现在通过能效管理平台集成消防报警系统、防盗报警系统、一卡通系统、电子巡更系统、门禁管理系统、视频监控系统、电子公告系统、能效管理系统、智能照明控制系统、楼宇设备自动控制系统、电梯系统、变配电系统、VRV空调系统、雨水回收处理系统、屋顶绿化灌溉系统；将不同厂家的产品放到一个工作平台上实现数据共享；最大程度提高大楼管理者的工作效率，降低设备运行成本，实现最佳的物业管理模式，为入住者提供一个优化的工作、生活环境。

4 绿色建筑评价

2006年，我国住房和城乡建设部颁布《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）。2007年8月，又出台了《绿色建筑评价技术细则（试行）》和《绿色建筑评价标识管理办法》（建科[2007]206号)，由此从住宅和公共建筑全寿命周期出发，展开对绿色建筑的综合评价。

普益大楼从修缮改造立项开始就以打造绿色建筑为目标，从而在以下几方面提升整个大楼的品质：

1）打造绿色地标、增强与同类建筑的差异，提升建筑价值。

2）通过节水、节电、节材、节地，最大限度降低运营成本。

3）提高业主及使用方的企业形象。

4）减少垃圾数量、降低温室气体排放，体现环境友好。

5）对员工、客户及业主体现出企业的关怀和社会责任。

参照《绿色建筑评价标准》的相关要求，普益大楼在规划设计阶段控制项全部达标，一般项与优选项项数达标数量与二星标准对比如表4所示。

2013年9月经过绿色建筑评价标识专家委员会的评审，普益大楼顺利通过国家绿色建筑二星认证，实现打造绿色节能建筑的初衷，同时为历史建筑的节能改造做有益探索，期望今后有更多的节能、环保、绿色的历史建筑出现。

5 结束语

普益大楼节能改造项目参照《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）的要求，在节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理6大方面充分应用新理念新技术，既保持优秀历史建筑的原有风貌，又提升建筑品质；既提高建筑环境的舒适性，又保持建筑低耗高效运行。与同类型项目在相同工况运行相比，普益大楼建筑综合能耗降低40%以上。普益大楼打造绿色建筑的实践是历史建筑节能改造的一次有益尝试，并且成功获得GBL绿色建筑二星认证，为今后此类项目的推进开创先河。

【1】中华人民共和国住房和城乡建设部.（JGJ176-2009）公共建筑节能改造技术规范.

【2】中华人民共和国住房和城乡建设部.（GB50189-2005）公共建筑节能设计标准.

【3】王沁芳，许鸣，芮爱军.既有大型公共建筑节能改造可行性研究[J].砖瓦世界.2011（8）.

【4】黄玉林，薛永申.历史保护建筑全方位改造技术的研究及应用[J].上海建设科技.2011（6）.

【5】程大章.绿色建筑运行管理.中国建设信息.2013（8）.

10.13655/j.cnki.ibci.2014.06.016

表4 绿色建筑认证评价表