历史建筑中的暖通专业设计及应用——中美历史建筑保护技术及设计理念的比较和思考

■ 蔡颖佶 Cai Yinji

1 历史建筑保护修缮与暖通设计

1.1 历史建筑的保护修缮

历史建筑是具有一定保护价值，能够反映历史风貌和地方特色的建筑，体现了一定时期的历史人文特征，也是当时先进建筑技术及材料的集大成者，现今仍具有传承文化的物质基础和继续利用的空间。进行保护修缮可以提高其安全性和耐久性，有效延长其生命周期；选择恰当的用途来活化内部空间，则可有效提升环境舒适度，使其延续历史、文化、科学价值并更好地得以利用。

在遵循真实性、完整性原则的前提下，功能的提升和室内重要保护部位的限制对机电设备的更新措施形成了很大的限制。尤其是暖通工程，因系统复杂、设备和风管尺度较大等原因，往往对建筑重点保护部位产生较大的影响。如何合理解决这一冲突，是设计和施工过程中需要多学科综合解决的问题。

1.2 暖通设计

上世纪中叶，历史建筑保护意识首先在西方国家普及。经过数十年的理论研究和保护实践，已取得较为丰硕的学术成果。我国对近现代历史建筑的保护实践起步则相对较晚。早期对历史建筑缺乏重视，建筑功能变更不甚合理，维修措施简单或者采用过度装饰。暖通设计往往实用主义胜于保护理念。随着科技的进步，暖通设备系统不断发展，暖通设计也在不停地推陈出新以适应时代的进步。对历史建筑而言，用能设备老化则需要更新维护。

近年来，历史建筑保护与修缮得到国家与社会公众的高度重视，对历史建筑的功能定位和再利用有了更高要求，如慎重确定修缮技艺及材料、优化比选机电设备和安装等。同时，国外大量的相关文献资料被翻译介绍到我国，部分保护理念和技术很有借鉴意义。本文将结合《美国国家历史建筑保护技术指南》一书，探讨中美两国对历史建筑暖通设计理念、案例应用的异同，以期学习先进理念并改进技术举措。

2 美国历史建筑保护理念及暖通设计案例分析

2.1 设计理念

《美国国家历史建筑保护技术指南》中，对历史建筑保护工程暖通设计全过程的合理步骤做出了详细规定。

2.1.1 合理化建议

（1）确定使用功能并采用相匹配的暖通设计，并根据使用功能决定安装的系统类型、建筑舒适度。

（2）重要建筑空间不应作重大改变。

（3）不得彻底地改变其使用功能。

（4）组建由熟悉相关法律法规和当地规范的保护建筑师、设备工程师、结构工程师和保护顾问等专业人员组成的设计团队。

（5）对既有暖通、节能系统进行现状评估，如评估材料和设备现状和重复利用度、提高能效的可能性等。

（6）勘察和评估具有重要价值的空间、饰面及特征元素；确定建筑的次要空间，考虑放置设备及布置水平向和垂直向的设备管道。

（7）熟悉当地建筑节能及防火规范，考虑在维持建筑物历史特征的情况下满足规范要求。

（8）评估设备型号及规格。建立表格模型以比较不同系统的优缺点，并从系统性能、设备安装条件、成本及系统维护、系统更换升级的可操作性等方面进行详细评估。

2.1.2 注意事项

（1）如非必要，尽量不要安装新系统，除非有足够的空间或非常适合的区域来安放。

（2）新系统不宜设计过多功能。

（3）不可损坏原始饰面，不遮盖历史性特征元素或在安装新系统时改变历史性空间。

（4）不封闭可开启的窗户，除非内部空间有控制空气污染物和粉尘的需要。

（5）不在屋顶可见部分或场地重要区域安装冷凝器、太阳能电池板、高烟囱、通风口或其他设备。

（6）控制新设备的重量，以免建筑结构超负荷，特别是在阁楼部分。

（7）不因新设备的振动而对历史建筑的材料造成破坏。

2.2 设计案例分析

2.2.1 案例一

某学校约建于1900年。入口一侧原先设有明装散热器，后改造为隐藏式双管风机盘管系统（图1）。设计充分考虑了室内空间布局和实用功能，将通风管道铺设在窗边长椅下，没有破坏天花等历史元素。

2.2.2 案例二

图2和图3分别为华盛顿审计大楼会议室和开放式工作区。

（1）会议室内具有历史价值的蒸汽散热器被保留并继续使用；吊顶上的铸铁散热器被用作装饰元素而保留，但不再使用，体现了原有装饰风格细节在保留和利用上的功能权衡。

（2）工作区修缮时，拆除了后加吊顶和隔墙，恢复了开放式工作空间；新增带有圆形双壳外露管道的变风量(VAV)系统，延续了建筑空间的工业特征。设备布置结合原有建筑结构造型，毫无违和地融入历史风格中。

2.2.3 案例三

图1 学校入口改造前后

马里兰州巴尔的摩的霍姆伍德博物馆建成于1806年，原为住宅，现作为住宅博物馆使用（图4）。其加压送风系统的出风口被漆成木纹色，从而与原护壁板相协调。该案例通过细部的装饰设计，与历史风格完美结合。

图2 华盛顿审计大楼会议室

图3 华盛顿审计大楼的开放式工作区

图4 马里兰州巴尔的摩的霍姆伍德博物馆

3 我国历史建筑保护理念及暖通设计案例分析

3.1 设计原则和理念

我国历史建筑保护修缮设计强调整体保护历史建筑与环境，注重功能合理性和技术先进性。采用适当技术使结构及设备安全适用，并提升耐久性，使历史建筑在有效保护的前提下可持续发展。

3.1.1 我国历史建筑暖通设计的合理化建议

（1）评估历史建筑价值，进行科学严谨的结构检测。选择合适的功能，达到保护传承与再利用的平衡。

（2）分析原始资料、原有结构体系，使暖通设计的风管走向、设备的安装敷设位置要避开保护区域和结构承重薄弱区域。

（3）现场查勘、方案比选、优化布局，新增的设施设备应避开重点保护区域，尊重建筑形式、空间尺度、材质色泽、构筑细部。

（4）新设备系统和措施应做到简洁高效、美观经济、技术适用。

（5）结合立面、地坪、天花修缮统一设计。设备尽量隐蔽安装，合理利用壁炉、壁柜、原有管井、板条墙、热水汀设备空间等。

（6）设备尽量不与历史建筑室内外环境尚存的历史空间特征相冲突。室外机尽可能减少对外墙的损害并合理考虑机位，外观可采取与建筑风格统一的遮蔽罩。

（7）住宅类建筑或有局部供冷供热需求的历史建筑场所，可采用能效比较高的分体空调。管线可利用护套布置在墙角的消极空间。

（8）按照可逆性原则，宜采用体积小、管道细、历史建筑外观影响小、空间适应性大的变制冷剂流量多联分体式空调系统。

（1）尊重历史建筑原貌，设备更新不得对历史建筑风貌或结构体系产生不可逆转的破坏。

（2）根据建筑自身特征，妥善安置新更换的设备空间及管道走向。不具备条件的，宁可考虑不进行改善添置。

（3）机电设备设施的安装，尽量以避免对重点保护区域的干预为前提，应少扰动、少变更空间格局。

（4）一般空调根据新的使用功能设计计算。顶部送风设备对室内特色装饰原物的保护极其不利，应妥善采取措施避开需保护的天花平顶线脚等。

3.2 设计案例分析

与美国历史建筑的暖通设计相比，我国的许多历史建筑在理念上大同小异，有很多匠心之作，也有反面例子。

3.2.1 案例一

上海总会（东风饭店）[1]是现存的原上海租界地俱乐部建筑的典型代表，具有英国新古典式风格特征和巴洛克装饰。装饰标准高，对暖通设计及室内专业协作提出了较高要求。

（1）底层大堂的空调送回风口利用回廊圆弧顶后部的消极空间，隐蔽安装了送回风管、喷淋管等管道（图5）。回廊处则紧贴弧形顶棚浮雕花饰的两侧，设置定制的条缝送风口。底层采用侧墙喷口送风，外装镂空装饰花板（图6），尽量弱化视觉感受。采取减量化处理，将4个空调系统分散设计，既可充分利用不连贯的、有限的非保护空间，又可有效减少风管在吊顶中占有的尺寸。

吕温的文学作品，涵括了其一生的重大事件。吕温极具特色的诗文，在唐代浩瀚如烟的文学作品中留下了浓墨重彩的一笔。笔者在对吕温文学作品的体裁进行分类分析的基础上，观照其政治思想及诗人情怀，探究吕温作品的文学成就。

（2）长吧处结合侧送风的需求，以超薄定制的送风管贴着壁柱安置，隐蔽在酒柜的花饰之中。空调主管自正下方的地下室引入，在高酒柜上方的装饰镂空花板后布置送风口，回风口则设置于吧台内侧。空调送回风口的设置与室内装饰结合，上送下回较为合理化，同时又尊重了原有历史空间（图7、8）。

3.2.2 案例二

徐家汇观象台在140年的历程中多次改扩建，楼层关系错落复杂。因地制宜地采用顶藏风口及落地式室内机的空调形式，以满足层高要求。

（1）入口大厅原为竖向交通空间，周围墙厚均超1m且入口空间较小。设计采用冷媒管从底层楼板上送的方式，直接接入落地空调机，解决了管道穿越、保持层高、避免管道井的问题(图9）。

图6 底层大堂修缮后效果

图7 长吧送回风剖面图

图5 上海总会底层大堂空调平面图

图8 长吧复原后效果图

（2）在坡屋顶空间及塔楼挑空空间均采用落地式室内机，外部装饰与空间家具样式协调（图10、11）。

（3）走廊空间等非保护空间则在与窗洞、门洞对应的位置设置内发光圆吊顶。采用风管内藏的方式，与灯具共同内置于吊顶（图12）。

图9 入口门厅顶出风式落地室外机

图10 三层坡顶大空间室内机与家具统一设置

图11 塔楼三层观察室家具式室内机

（4）观象台均为坡屋顶，塔楼上部均放置气象观测装置。为了不影响屋顶“第五立面”的风貌及气象观测设备，室外空调机设置于场地的消极空间，用灰白色格栅围挡（图13～15）。

3.2.3 案例三

建于1953年的同济大学文远楼是我国唯一具有Bauhaus风格的建筑，室内少有装饰，体现了“形式追随功能”的现代主义简约风。因此，暖通设计针对不同的空间需求采用了热源空调联动系统：中间展厅及教室采用地源热泵加辐射吊顶；报告厅采用燃气驱动发动机热泵加余热除湿；阶梯教室采用太阳能燃气补燃和吸收式热泵。文远楼的节能效率和技术水平也是历史建筑更新改造的典型案例。

3.2.4 案例四

某砖木结构建筑，由于建筑的现实使用情况、项目经费、保护级别等因素，暖通设计并未纳入整体修缮设计当中。业主方从实用角度考虑，依然沿用分体式空调的方案。在施工结束后，修缮过的清水砖外立面又装设了空调室外挂机，影响了建筑外观效果；而安装室外机架的孔洞又对新修复的清水砖墙造成了新的渗漏隐患。这种现象在诸多历史建筑保护修缮项目中不是个例，应当引起重视。

图12 走廊吊顶内藏风口

图13 气象台外侧室外机组位置

图14 一层空调冷媒管布置图[2]

图15 一层空调平面布置图[2]

4 设计理念的差异性分析

中美历史建筑保护修缮技术通过交流、学习、引进等手段都可互通，但由于保护理念的不同，使得两国对历史建筑的保护效果呈现出一定差异性。

4.1 法规标准和技术规程的制定

美国针对历史建筑的保护、修缮技术的运用都有整套的理论指导和技术规程要求，使得历史建筑保护工程的设计方法、施工工艺能够形成科学合理的流程。我国在历史建筑的保护规划方面有较为系统的法规标准，但历史建筑保护修缮等技术规程尚待完善，先进正确的设计理念和工艺措施在逐渐成型。

4.2 历史建筑保护等级与保护工程设计的关系

美国历史建筑的保护虽按等级划分，但同样重视从设计理念的教学引领到设计资格准入和设计审查机制等方面的不断完善，不同保护等级的项目能得到相同保护理念的设计。我国项目的保护等级不同，则往往意味着政府保护资金投入的不同、职能部门监管力度的不同、设计单位改造程度的不同等诸多变化，这都会影响整体保护修缮工程的最终效果。

4.3 设计对历史建筑保护修缮设计的理解

美国历史建筑的暖通设计主要是为了满足空间使用的舒适度需求，在对建筑做出冬季、夏季热舒适度评价的基础上，确定原有措施如自然通风、屋面墙体保温等是否满足现今需求；对于不满足的部分则通过有限的、不影响历史建筑保护的手段来改善。我国的设备专业在历史建筑方案前期参与度较少，仅考虑设计说明或系统图。

上述案例都证明：建筑、机电室内、结构等各专业应反复沟通，统筹协调，充分进行多方案的比选，才能安全、隐蔽、合理地解决历史建筑暖通设计的问题。

5 结语

暖通系统只是保护建筑修缮工作的一个组成部分，具体的设计手法和技术措施都是再利用工程中值得不断摸索总结经验的。我国历史建筑保护修缮工程的暖通设计也不乏细致严谨、精益求精的具体案例值得借鉴。

他山之石可以攻玉，保护工作应多方借鉴国内外成熟经验，尽早形成明确的设计理念，形成主导力量和示范效应。科学、合理、适度地使用是对历史建筑最大的保护，将具有较好成效及普遍意义的技术进行归纳，可以切实从技术层面上保护和利用好这些历史建筑，提升建筑使用寿命，达到更高层次的保护。

参考文献：

[1]唐玉恩主编．上海外滩东风饭店保护与利用．中国建筑工业出版社,2013．

[2] 王小池,应伊琼,张磊．上海徐家汇观象台修缮设计有关资料 ．2014．