旧办公楼节能综合改造实践

刘格尔

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

0 引言

随着城市化进程的加快，社会经济发展与能源环境承载力的分歧日益突显。建设“节约型社会”已是全社会持续关注的焦点问题，因此，在城市建筑中必须进行必要的节能规划。建筑设计的节能措施从大的方面论述分为被动式节能设计和主动式节能设计。被动式节能设计主要通过建筑的场所、平面空间布局、立面造型、建筑材料等方面对整个建筑进行节能设计。本案主要论述被动式节能设计，且从旧建筑改造方面着手，以办公楼建筑为例，进行研究论述。

1 国内外发展现状

从国际趋势来看，自2008年开始，欧盟第七研发框架计划（FP7）持续增加节能建筑的研发创新投入，尤其强化老建筑绿色节能技术的研发创新；2009年，欧洲委员会通过了在公共性建筑领域首先完成旧建筑节能更新改造的决策。到2020年每年至少更新改造公共性建筑领域3%的旧建筑。

从我国建筑行业的现状来看，建筑行业是一个公共性建筑耗能高、节能发展潜力大的领域。在我国公共性建筑领域耗费的主要资源是电能，其中中央空调、供暖、照明灯具等机电设备耗费极大，占建筑总能源消耗的80%。而办公楼建筑在所占的公共建筑能耗占比最大。近些年，我国基建行业已经处于饱和期，环境问题也日渐突出，旧建筑的改造已迫在眉睫，伴随着“双碳”政策的推行，预计到2025年，既有建筑节能更新改造总面积将超出3.5亿m2。

2 工程概况

此办公楼位于上海市浦东新区东方路3261号（见图1），为20世纪70、80年代的房子，属于夏热冬冷地区，为2层砖混结构，建筑层高一层3.6m，二层4.0m，坡屋顶，平面形式为单外廊结构，墙体为370mm黏土墙，窗户及墙体均无保温措施。现状建筑为两栋办公建筑，呈现内院式布局，南北向及东西向空间均有遮挡，且有古树需要保留。

图1 区位

3 节能综合改造方案

上海地处夏热冬冷地区，属于亚热带季风气候，且人口密度大，夏季闷热，冬天湿冷，夏天冷空调，冬天热空调（上海不属于天然气供暖区域），建筑节能措施必须满足夏天防热，适当兼顾冬天防寒需求，故电能是主要能源消耗。本案将从如下3个方面化主动为被动，整体提升旧改建筑的节能效益。第一方面，提升外部空间环境，调节建筑微气候；第二方面，提升建筑造型及建筑材料，提高建筑本体的节能效率，进而减少建筑能耗；第三方面，优化建筑平面布局，改善内部空间，调节室内温度，使建筑达到最佳节能状态。

3.1 外部空间设计

本案整体基地为两栋办公建筑，呈现内院式的布局，东侧为大园区内的立体停车库及活动板房，西侧为废弃的临时建筑厕所（见图2）。总体空间改造是拆除临时建筑，打开主体楼栋（A楼、B楼）4个方向的建筑空间，保留原始的内庭院空间，增加尽可能多的绿化，停车部分考虑林荫式停车，整个场地形成园林式的办公环境，在调节建筑微气候的同时，也坚持了以人为本的设计原则，打造宜居的办公环境（见图3）。

图2 改造前

图3 改造后总平面

3.2 建筑造型设计及建筑材料选型

1）建筑造型设计 本案保留了原有的坡屋顶设计，平屋顶，坡屋顶建筑形式，在建筑节能改造设计中，坡屋顶可与屋顶板形成封闭空气层，有效提高隔热效率，同时这样的设计能保持原有的建筑风貌，达到双赢的目的。

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，原有的窗户尺寸仅为1.2m的洞口，且高1.5m，此次改造增加门窗洞口尺寸。同时在窗户改造中，增加了窗套，有效阻挡了热辐射，间接加入了遮阳系统，从而提高了建筑北面的能源效率。

建筑色彩本案以灰白黑为主，局部点缀褐色钢结构，这样的设计能够减少光污染及光辐射，减少建筑能耗（见图 4）。

图4 改造后建筑立面及内院

2）建筑材料选型 本案的材料选型充分结合GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》，GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》中关于夏热冬冷地区外墙、窗户等相关参数。对建筑各个构造部位选取合适的材料。本案中两栋办公建筑均定义为乙类建筑，经计算得出两栋建筑的体型系数（外表面积/体积）为0.28，当体型系数＜0.3时，屋面传热系数≤0.4，外墙传热系数≤0.45，另外建筑立面中，主要考虑南北向开窗，山墙面（东西向）开门，但无窗；南北向窗墙比约0.39，当窗墙比≥0.30且≤0.4时，窗户传热系数为2.2，基于以上数据，根据节能计算软件模拟。

外墙采用外保温系统，墙体基层材料采用B06级蒸压砂加气，墙体保温材料采用35mm厚泡沫玻璃板（K=0.058W/m·k），表面采用高弹性防水仿石涂料。屋面采用倒置式保温屋面，钢筋混凝土屋面板基层，80mm厚挤塑聚苯板（K=0.028W/m·K）。外窗采用低辐射中透光6+12A+6Low-e中空玻璃。主要入口设置门斗，进一步减少人员出入频繁构造部位的能源损失。

3.3 建筑平面布局与室内设计

多层办公建筑主要功能包含会议室、办公室（含特殊要求的办公室）、交通空间、辅助空间（厕所、茶水间）。大致分为三大类，高频率空间、中频率空间、低频率空间。内部空间节能改造重点是冷暖空调和照明系统，即电能消耗（见表1）。根据GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》相关规定，夏热冬冷地区室内温度调节范围为16℃～22℃。

表1 室内照明关系

基于以上数据基础（见表2），分别统计室温，南北向房间室温差异不大，办公室南向关系更优，会议室北向关系更优，冬季期间，北向室温更低。可得出一层南向空间用于办公，二层北向空间用于会议室，辅助空间位于东西向山墙面。

表2 空调负荷

4 改造难点以及解决方法

该建筑在改造时，碰到两个客观难点：①建筑形体难以突破，无法改变建筑体型系数，建筑室内空间布局受限，影响建筑室内通风、采光、照明等空间；②智能办公水暖电系统布置不顺，旧改建筑线路老化，办公智能化需求增加，管线更加错综复杂，新风系统、电缆桥架等系统会占据建筑垂直空间，进而导致建筑层高不够，增加建筑能耗。

基于以上难点，在设计上进行了以下3方面的调整。

1）提升旧改建筑主体围护结构的材料性能 在体型系数不变的情况下，主要增加三大围护结构的保温隔热性能，如屋顶、墙体及窗户，均采用导热系数较好的材料，如本案中所采用的泡沫玻璃板、挤塑聚苯板、Low-e中空玻璃，在满足消防的条件下，均是很好的保温隔热材料选择。

2）建筑空间灵活布局 建筑空间根据建筑功能划分不同空间组合，根据人员密度及人员散热指标进行空间大小的定性及定量，使合适的空间满足合适的室内温度及空气调节。

3）管线提升 在旧改建筑中，当垂直层高不够时，可适时采用非标设备来弥补空间不足问题；空调可采用VRV，屋顶改造可为平改坡，进而容纳设备的外机，减少管线对空间的影响；会议系统的智能化设备可通过隐蔽工程，如墙体隐蔽、吊顶隐蔽等。设备采用一级能耗产品时，必然对建筑空间产生影响，这些措施都能更大程度综合性地减少建筑能耗。

5 节能改造综合效益评估

对比常规的公共办公建筑改造做法，节能改造增加的成本比较如下：依照节能计算规则，理论上，每年节约电能约为75.7kW·h/m2，可减少175tCO2排放，减排的效果较为显著（见表3）。

表3 节能经济分析

总的来说，本次节能改造项目折射出的实际效果十分明显，可以减少耗能，节省成本，打造惬意的办公环境。不难想象，在现阶段电力能源供求焦虑不安的趋势下，针对经济发展迅速、土地资源紧缺的上海市而言，节省电力开支、减轻电力资源紧缺压力具备实际应用意义。

6 结语

通过以上案例的研究，为旧建筑改造的平面布局及建筑造型提供了新的思路。旧改建筑由于外轮廓的限制，可选择保温节能材料，另外可做遮阳处理，在提升建筑节能措施的同时又可增加建筑立面细节。另外，旧改建筑的限制条件众多，对于建筑环境，可通过绿化设计、透水砖，在优化场地环境的同时调节旧改建筑的微气候。旧建筑的改造是一个旧貌换新颜的过程，更是今后建筑业发展的重要工作。