摘要：老旧厂房由于年代久远，各方面均不具备当代相应的节能能力，建筑功能置换后更是对建筑节能提出了新的要求，本文以广州白云区汽修厂改造为例，将汽车维修功能置换为商业休闲功能后，基于气候、现状、成本以及节能之间的充分考虑，探讨旧厂房改造中相应被动式节能设计。
关键词：功能置换；厂房改造；被动式节能；
Abstract:Due to the long history of the old factory buildings, all aspects do not have the contemporary corresponding energy-saving capacity. After the replacement of building functions, new requirements for building energy-saving are put forward. This paper takes the transformation of Baiyun District automobile repair factory in Guangzhou as an example, after the replacement of automobile maintenance function with commercial leisure function, based on the full consideration of climate, current situation, cost and energy saving, discusses the corresponding transformation of the old factory buildings Passive energy saving design.
Keywords: functional replacement; plant reconstruction; passive energy saving;
1引言
当下新建建筑的设计都会充分考虑建筑声光热等能耗节约，老旧厂房在建筑节能上与新建建筑相比，其因为自身时代的局限性，在设计之初可能并无节能这一概念，或者节能设计不足以满足当下要求，加上原始功能往往用于工业，故其对于功能置换后人居环境的相关要求也欠妥当。在一定的成本控制范围内，引入先进的主动式节能技术会大大增加节能成本，因此合理运用被动式节能设计在老旧房屋改造中发挥作用显得尤为重要，本文将以广州市白云区汽修厂改造为例展开论述。
2厂房概况与现状分析
厂房基地位于广州市白云区云城东路，西侧是万达广场，南侧为大片的居民区，东侧靠近白云山公园，区位交通便捷，周边人流量大，地理位置优越。该厂房原为汽车维修厂，由于城市更新功能置换，现将其改造为高端文化创业园，具备商铺、展览、办公、休闲等多种功能。
厂房主体为两栋单体建筑以及周边附属用房，两主体建筑之间保留古树，周边因厂房荒置后存在大量临时建筑，此次改造将全部拆除，为建筑留出临街广场作为与街道的过渡空间。两栋厂房短边均为30米左右，长边为100米，两者相隔20米。厂房为框架结构，建筑层数为3层，层高3.6米到5.4米不等，柱网为10000mm×10000mm，平屋顶，墙体为砖墙。
建筑现状上结构安全良好，无需加固，可利用度高；建筑外墙由于常年弃置而出现多处墙体粉刷脱落，需重新粉刷，可利用度一般；建筑门窗多处破损，无论是节能还是审美都不符合当代要求，可以用度低；建筑屋顶平坦，可配置绿化、座椅等，可利用度高；建筑内部空间依托于框架结构的灵活性，非承重墙在内部空间改造时可自由改变，可利用度高。
厂房所在地广州地处亚热带沿海，属海洋性亚热带季风气候，夏热冬暖，夏长冬短，降雨充沛，光照充足，太阳辐射量大。综合广州的气候特点，可以得知改地区建筑在建筑能耗上主要为保温隔热，建筑设计时应充分考虑通风、遮阳、隔热等因素。遮阳处理的重要性在南方地区的一些实践以证明，有效的遮阳处理可以节省近三分之一的能源消耗[1]，但由于是老旧厂房，建筑外立面并无任何遮阳构建，此次被动式节能改造，门窗遮阳处理是重要环节。建筑原始功能作为汽车维修厂使用，建筑进深长达30米，庞大的空间体量导致室内通风不畅，从使用环境的舒适度出发，改造时应充分改善通风效果。
3被动式节能设计运用
3.1窗墙改造
在建筑屋顶、墙体以及门窗等围护结构中，建筑外窗的热损失占建筑能耗的35~45%，是建筑围护结构中的薄弱部位[2]。基于厂房现状，外窗破旧不堪且玻璃材料并非节能玻璃，防止改造太阳辐射透过外窗对建筑内部过分加热，改造中应合理运用建筑遮阳，并结合现有建筑形式和建筑结构，选择最佳遮阳方式。由太阳光照导致室内升温的热途径主要有两种，一是阳光从窗口直接照射进入房间，二是阳光加热建筑外围护结构导致室内升温。针对两种热量进入室内的途径，建筑遮阳的形式和种类非常多，通过在建筑外部加建建筑构件产生阴影，直接阻断阳光直射给门窗带来的热辐射，此类遮阳设施为永久性遮阳，如岭南民居中的蚝壳墙，传统民居中运用被动式设计的典型，通过将蚝壳密密麻麻的镶嵌在墙体上，利用蚝壳凹凸投下阴影以此来减缓阳光照射下的墙体升温。此外还可在建筑内部设置百叶窗和竹帘等，此类遮阳构件又叫临时性遮阳设施，结构简单拆卸方便，可根据光照强度与使用者意愿手动调节，更具有灵活性，但是对热辐射的减少不如永久性遮阳，因为永久性遮阳在阳光射入室内时就已经阻挡热量。
针对本项目的特殊性，汽修厂地处市区繁华地段，拟改造为高端商业休闲场所，其建筑沿街面为建筑造型重点，由于原始建筑外立面已经完全不符合城市审美且不具备工业遗产价值，此次建筑外窗上的被动式设计将与建筑外立面做统一设计，故而选择永久性遮阳，结合岭南地域特色将遮阳与外立面整合改造。遮阳构件的材料选择应选用质轻、坚固且耐久的材料，同时具备良好的热工性能，装饰色彩以浅色为宜[3]。在此次建筑改造中由于不是新建建筑，建筑现有门洞门窗早以成型，受建筑原有结构、原有墙体等限制，在少拆少改、节省成本又不伤害结构安全的前提下，我们选择在拆除原有破旧窗户，在原有窗洞上做出凸窗造型为遮阳构件，凸出500mm~1000mm用于建筑遮阳。具体遮阳形式视建筑朝向而定，建筑南立面选用水平遮阳与垂直遮阳交错使用丰富立面，东西面选用综合遮阳，最大限度将阳光辐射阻挡在围护结构之外。此做法开窗面积保持不变，由于各个立面遮阳形式不一，需要将立面上同层凸窗连接成一片整体，以水平线条强化建筑的整体性，并在原有立面上做出凹凸变化的立体阴影。同时墙体和结构上变动少，既可以达到遮阳目的又可以丰富立面。在建筑文化上，基于原有汽修厂文化与现代城市文化考虑，立面表现上为了呼应建筑本体的厂房文化，材料上选用表现现代感与科技感的塑钢型材和反射玻璃。门窗材料的选择，应大力推进节能门窗的普及，如选用塑钢门窗、木质门窗和铝合金门窗等作为建筑外窗窗框，玻璃材料的选择上，应尽量选择中空玻璃、吸热玻璃、反射玻璃、Low-E玻璃和中空玻璃等[4]。
除了建筑外部的与立面造型相结合遮阳形式, 建筑内部还可配置活动式可调节的小型遮阳装置，可手动调节，当太阳辐射过大时可通过内部安置的遮阳装置再次调节。
3.2屋顶改造
在屋顶与墙体的改造上，基于经济造价及现状屋顶墙体的可利用度，并没有采用大面积推倒用后用新型构造手段与新型节能材料重建。屋顶和外墙的外表面采用浅色饰面，其现状为较为破旧的蓝色粉刷，改造时运用的白色粉刷进行翻新，增加建筑表皮的阳光反射率以达到隔热效果。
建筑屋顶为平屋顶，利用度高，出于节能考虑，屋顶改造有多种可能。在新建建筑中，屋顶被动式节能措施有种植隔热、蓄水隔热、蓄水种植隔热、反射降温隔热以及通风隔热等多种方法。其中种植屋顶屋顶绿化优越的保温隔热功能是其值得大力推广的，首先，植被的的存在直接遮挡的阳光对屋顶的直射，可以使屋面免于太阳直射带来的增温，其种植土壤的热稳定性是更是影响种植屋顶保温性能的重要因素。其次，植物的光合作用、呼吸作用可以吸收太阳辐射热，从而减少从屋顶进入室内的热流而起到隔热作用。最后，种植屋面具有一定的观赏效果，以及大大改善城市空间景观。蓄水屋面通过划分为若干蓄水区，每区的边长不宜大于10m，蓄水深度在实际使用中以150~200mm为适宜深度。为了保证屋面蓄水深度均匀，蓄水屋面的坡度不可以大于0.5%。蓄水屋面即可隔热又可保温，还能保护防水层，延长防水材料的寿命，如果在其中养殖水浮莲等水生植物，隔热效果将更加理想。蓄水种植屋面综合蓄水屋面和种植屋面的优点，节能性能好，造价偏高[5]。
在本次建筑改造项目中，建筑屋顶已经建成的，上述三种屋顶节能方式纵然节能性能优良，但其构造施工较为复杂且造价不菲，且种植屋顶、蓄水屋顶等对建筑屋顶承载力有较高的要求，若强行使用此类被动式节能设计，必须额外加固建筑结构以及加设防水层防穿刺层等相关保护层，确保建筑结构具备足够的安全性。此做法的建筑成本有所提高，出于施工、造价和结构等多方面考虑，其并不适用于此次厂房改造，综上多种比较，本次屋顶改造采用通风隔热来达到节能效果为最优选择。屋顶通风隔热主要有架空通风隔热间层和顶棚通风隔热，其中架空隔热屋顶在我国夏热冬冷地区广泛地采用，用烧结粘土或混凝土制成的薄型制品，覆盖在屋面防水层上并架设一定高度的空间，一方面直接遮挡阳光, 减少外围护结构的直接照射，另一方面利用空气流动加快散热，风速越大，带走的热量越多，架空层架高度一般180mm~300mm，与四周女儿墙距离不应小于250mm。而顶棚通风隔热通过在顶棚设置一定通风口，使顶棚空气迅速对流带走热量达到隔热降温。此次改造中运用顶棚通风隔热，考虑到屋顶设计为上人屋顶，若采用架空隔热屋顶将增加屋顶面层高度而不得不增加其女儿墙高度；而其室内作为厂房功能，层高达4米，可设置通风层而不影响室内使用，更能减少因室内层高过高而给使用者带来的空旷感，可提高空间舒适度。建筑朝向为南北向，顶棚通风口设置为东南向与建筑朝向成一定夹角，因为广州夏季主导风向为东南风，通风口正对风向可加速对流使通风散热效果更佳。
3.3平面改造
建筑平面上虽然柱网被限定，得益与框架结构，室内隔墙可做灵活分割，改造时应尽量做到通透不闭塞，使空气自然对流。平面功能布置充分利用沿街面和对外立面，争取竟可能多的沿街布局，流线上相互贯通，互成回路。主要入口处搭建直跑楼梯，将正立面广场的人流引入二楼，增加二楼人流量。由于建筑进深长达30米，面宽长达100米，置换后有办公、商业、休闲等功能，若将改造后空间合理利用，将出现内廊式布局。内廊式各房间只有一个朝向，在各自保持私密性的前提下无法通过开门开窗产生穿堂风，此外过长的走廊造成黑暗又将浪费电力用于廊道照明，其采光通风都不利于节能。基于照明采光与建筑通风，在改造过程中以柱距为单位适当拆除南北两端向墙体，以通风廊道的形式促成穿堂风，在夏季东南风的走向下将气流引入室内，既能作为因改造内廊式长廊带来的采光不足，又能解决建筑的通风隔热。
3.4庭院改造
改造后的厂房定位为高端场所，需要绿色植物进行空气调节及视觉美化，庭院的植物对改善厂房的环境起着重要的作用，合理的配置和布局可以使厂房改造后在净化空气、降温、减少噪声等方面发生质的提升，从而优化微气候，优化庭院的生态功能，这对于传统厂区的物理环境优化效果是十分显著的。由于厂房面积大，庭院代表了一个过度的空间和一个缓冲区域，合理利用这一空间可以有效地降低建筑物内空调和通风的能耗。现有厂房若在建筑本体上掏空做出庭院，一则面临较大拆改，二则因为建筑地段处于寸土寸金的市区，用功能面积来换取绿化庭院实为不妥。两座厂房虽然为各自独立的单体建筑，但建筑改造时将两座建筑做成整体设计，通过连廊将两栋建筑连成整体，围合之处即是内庭院，现存的两颗古树更是关键景观节点。两栋建筑的连接，让内部平面上构成回字形交通，在置换上展览、商业和休闲等功能时让使用者不至于走回头路。
4改造中的建筑文化表现
建筑总是存在于一定的文化当中，回归建筑本体，建筑本是一所汽车维修厂，因为城市跟新而进行功能置换，改造为一所集商业、办公、休闲、展览等于一体的多功能建筑。此次改造借鉴永庆坊的一些手段，永庆坊在改造中充分保留老房子的老味道，但是巧妙的运用里大量现代设计手法和现代材料来表现，新旧材料的结合，老砖房子与现代材料现代技术的协调统一，让永庆坊有了新的生命。本改造方案在设计时考虑到作为汽修厂厂房功能的原始意义，通过挖掘厂房文化，以大量钢铁和玻璃来抽象表现，力求塑造具有工业风时代风的特色风味。
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图1建筑改造后效果图（作者自绘）
在建筑色彩的选择上最终选择白色和深蓝色为主色调，白色粉刷墙作为建筑改造后外墙面的主要表现，是基于其隔热性能的选择；而深蓝色玻璃框架则是基于对厂房本身的思考，虽然深色窗框的隔热性能不如浅色窗框，但因为厂房现状为浅蓝色粉刷墙，深蓝色的运用也是暗示着对过去材质表现的一种延续，此外白色与蓝色的结合容易表现出时尚创新的建筑性格，符合建筑改造需要（图1）。
5结语
本文以广州白云区汽车维修厂改造为例，论述了改造过程中窗口、墙体、屋顶、平面布局等一系列被动式节能设计的运用，反复比较后选择最合适的节能手段。城市更新中的旧房改造，其节能设计要因地制宜并基于建筑本体的多方面考虑，作出最合适的选择。
参考文献
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