历史保护建筑的生态节能更新_同济大学文远楼改造工程_曲翠松

历史保护建筑的生态节能更新——同济大学文远楼改造工程

Preserved Building Renovation with New Energy Efficient Concept

——Wenyuan Building Renovation Project

■ 曲翠松 ■ Qu Cuisong

[摘 要] 具有包豪斯建筑风格的同济大学文远楼是我国现代保护建筑的典范之一，2005年同济大学与德国节能技术专家合作，运用当代最新的建筑节能技术，建立一套综合节能技术系统，为我国保护建筑的节能更新改造提供了范例，本文重点介绍一些改造技术的实践情况。

[关键词] 建筑节能 建筑隔热 地热桩 太阳能制冷制热 智能照明 建筑设备控制

[Abstract] With its remarkable Bauhaus Style, the Wen Yuan Building on the Campus of Tongji University is one of the most significant preserved buildings of modern architecture in China. Tongji University, cooperating with German experts, decided to renovate it with the latest energy saving technologies and to set up a complex energy saving system in 2005, which established an example for building preservation as well as energy efficiency of building renovation. Several technical issues will be introduced in this paper.

[Key words] Architecture energy-saving, Building Heat Insulation, Geothermal stake, Solar Energy cooling and heating, Intelligent lighting, Building equipment control

一、项目背景

坐落于同济大学校园东北角的文远楼（建筑师为哈雄文、黄毓麟，图1）建于1953年，总建筑面积5 050m²。这幢混凝土框架结构的建筑属于包豪斯风格，平面布局自由、功能流线合理、立面简洁平整，是“现代主义建筑在中国的第一栋”，也是同济建筑规划设计的一座精神财富圣殿。1993年文远楼获得“中国建筑学会优秀建筑创作奖”，1994年被列为上海市市级保护建筑，1999年10月入选“新中国50年上海经典建筑”。文远楼建成至今一直作为教学楼使用，由于受建造时的技术以及建筑标准所限，文远楼未做室内空调设计，单层黏土砖填充外墙、较大面积的单层玻璃钢窗使得建筑的保温性能极低。从上世纪90年代初开始，学校陆续对文远楼进行过装修——包括内部装修和外立面粉刷，个别教室改为办公室使用，并安装单体空调机，严重影响建筑的外观。2005年底文远楼划归建筑城规学院使用，学院决定对其进行彻底修缮。

基于保护建筑的改造与生态节能技术相结合在我国尚无先例，文远楼的生态节能更新将开创此领域的先河。同济大学与德国生态节能建筑技术专家合作，组建了包括建筑、结构、机电、水暖、智控等强大的专业技术梯队，运用国际最先进的节能建筑设计方法并结合摸索创新，承担起生态世博的铺路先锋，为最新的生态节能技术和产品提供展示的平台，为专业技术人员建立讨论和发展的空间，也为同济大学一百周年校庆树立一个精心打造的建筑品牌。

1 改造后的文远楼

行编号，对所有的面积指标进行统计（按空间和层分类平面、立面、屋面、窗）以及进行细部测绘。结构梯队则根据上海市房屋质量检测中心对上海市优秀历史建筑的检测要求，首先提出房屋质量检测方案，并对文远楼结构实际情况进行全面检查，检查梁、板、柱以及承重墙体是否有裂缝、变形以及局部损伤情况，观测和测试混凝土保护层厚度；采用钻芯法与回弹综合法，对该结构梁、板、柱的混凝土强度进行现场测试；采用回弹法和实验室试验数据相结合，检测承重砌体墙的砖与砂浆的强度；采用经纬仪、水准仪对文远楼的楼体倾斜以及不均匀沉降进行现场检测，对现场检测数据进行室内处理；将现场采集的混凝土芯样送实验室测试，然后综合评定混凝土的实际强度等级，初步评估结构的质量情况。改建准备工作中极为重要的环节是对建筑物理性能的检测和现状描述，主要是针对外墙和大面积玻璃窗的测试和处理。

文远楼改建的关键步骤是如何处理钢窗。大面积钢框外窗的保温性能极低，如果不加以改善，就谈不上节能，但纤细的钢窗线条又是现代主义建筑

二、改建方案的制定

文远楼改建梯队成立以后立即着手制定改建工作计划，与德国专家一起定期召开项目讨论会，寻找可参照的案例，制定工作进度计划，探讨方案。建筑保护梯队首先进行档案调查研究（包括官方或设计方的图纸、照片、批文、检测报告），调查历次空

作者单位：同济大学建筑与城市规划学院（上海 · 200092）

收稿日期：2007-07-10

风格的主要特征，因此在改造方案制定过程中建筑保护和节能出现了矛盾。综观国内外现代主义保护建筑的更新，未改变原立面的风格和材料的先例当属德骚包豪斯建筑（建筑师为Walter Gropius）。但该建筑为世界文化遗产，其保护等级远远高于文远楼，其外观具有不可更改的优先权，即便如此，对于德骚包豪斯建筑的改建策略仍具有争议（该建筑改建历时5年，已于2006年10月正式举行完工庆

间使用改变以及外墙修补情况（表面、颜色等）。设计梯队则着手参考德方提供的样本对所有的空间进

城市建筑|建筑诠释|URBANISM AND ARCHITECTURE|ARCHITECTURE REVIEW

2 三百人大报告厅能源利用方案 来源：IGS Braunschweig3 文远楼中央采用地源热泵加辐射吊顶系统部分的控制

典）。在文远楼改建方案制定的初期，专家梯队经反复比较推敲决定借鉴法古斯工厂更新的经验，将已经破旧无法使用的钢窗更换为新的保温节能窗。

2．改善外维护结构的保温隔热性能 由于文远楼是保护建筑，所以改善外墙保温状况的措施是在改建的同时进行内墙保温，以最大限度维持立面式样与风格，提高建筑整体围护结构的

新风温度，根据送风温度和回风温度的比较，串级控制再冷段的阀门开度，从而控制整个报告厅的温度；根据回风中CO2的浓度和室外温湿度来调节新风量，通过摄像机系统监测送风机、排风机、换热转轮和除湿机的运行状态和故障报警。

采用地源热泵加辐射吊顶系统的展厅和教室是根据送风温度控制水阀的开度，控制系统还可监测风机的故障和运行状态及手动、自动开关和变频，通过过滤网报警，使新风风门和新风机连锁。房间新风系统采用VAV控制，当房间没有人的时候，自动将新风风阀调到最小新风量，减少不必要的浪费。房间风阀关闭后，送风管内的压力提高，通过安装在送风管上的压力传感器可调节新风机的频率，从而减少送风量，也减少风机的耗能。当房间的窗被非法打开时，系统将自动关闭相关的设备（图3）。

除以上几点特别介绍的技术以外，文远楼改建还综合应用了屋顶花园、太阳能发电和雨水收集等技术，预计可达到建筑运营综合节能65%。2007年5月20日值同济大学建校百年之际，在文远楼里举行了隆重的竣工典礼。这并不意味着文远楼项目的结束，正相反，作为一个生态节能建筑的实验型基地，作为绿色世博的先驱，文远楼项目才刚刚开始。目前文远楼正处于调试和测试阶段，各项技术运行正常，其实时能耗数据、信息、使用状况即将在大屏幕终端展示。■

三、生态节能技术特点

1．量身订制的能源方案

由于文远楼是上海市级保护建筑，它的特殊性决定了其改建方案必须量身订制。文远楼的建筑布局可以分为三部分：中间展厅和教室部分、300人报告厅和4个160人阶梯教室。由于空间特征不同，我们针对三部分功能分别进行了能量使用设计：中间展厅和教室部分——地源热泵+辐射吊顶；300人报告厅——燃气驱动发动机热泵+余热除湿；4个160人阶梯教室——太阳能（燃气补燃）吸收式热泵。其中值得一提的是300人报告厅的能源利用方案，计划采用动态制冷和制热，通过座椅送风，将不必要的能量消耗降至最低，而拟采用的燃气发动机驱动热泵与余热除湿复合系统（GEHPS），是由燃气发动机驱动空调压缩机实现机组制冷与制热，空调系统采用除湿设备承担湿负荷，利用发动机余热实现除湿设备再生功能的复合系统，该方法被认为是建筑物空调系统的最佳解决方案之一（图2）。

最终得以实施的地源热泵加辐射吊顶系统被应用于三楼的展厅和教室部分。土壤热泵系统是利用土壤的蓄热性能，通过埋入地下的换热器，冬季输出土壤中的热量供室内采暖，此时土壤作为“热源”；夏季则将室内热量释放到土壤中，此时土壤作为“冷源”。该系统的优点是运行费用低，比传统空调系统节能25%～50%；低噪声，运行安静；不受室外温度波动影响，高效、运行稳定；对环境影响小，绿色环保；提供优秀的室内热舒适环境；维护费用低，是传统空调系统的1/3；结构紧凑，无外挂设备，不影响建筑外观。

保温隔热性能。墙身、屋面和地坪使用K值极佳的保温材料，窗体更换成双层隔热真空玻璃和断热型材外窗，使用可调节智能化内遮阳系统。在改善外墙的保温隔热性能上充分体现了文远楼的作为生态节能实验型建筑的实践性，在不同的建筑部位分别采用目前保温性能最好的PUR材料、XPS材料（保温性能虽略次于PUR，但其表面易于加工）以及喷塑型保温材料。为满足文远楼作为生态节能建筑教学基地的功能，在大楼内相应部位分别将建筑的保温构造进行展示，便于参观者了解保温层的做法。

3．智能灯光控制及设计

在教学建筑中如何节约照明用电、进行智能灯光设计是此类建筑节能设计的一个重点。文远楼照明设计梯队将高光效荧光灯系统用于教室及办公空间，以紧凑型节能荧光灯替代卤钨灯及白炽灯，将直管型荧光灯升级换代（相同照度）；高强度气体放电灯应用于室内公共及交通空间，半导体照明（LED）应用于景观性照明、应急照明及辅助空间，并分别组成节能照明控制系统（光、红外、声传感器）。力图达到灯具使用寿命延长一倍、维护费用低廉、节省电力33%，虽然投入增加1.5倍，但通过智能感应控制使得建筑更加节电、视觉更加舒适。

4．楼宇设备控制系统

系统先进的楼宇设备控制系统是建筑节能的必要和有效手段，在此领域内具有丰富经验的德国西门子公司给予文远楼改建项目极大的支援，设计并捐助了楼宇设备控制系统，包括空调控制系统和照明控制系统。其中300座报告厅是通过预冷段安装的温、湿度传感器来调节预冷阀的开度，从而控制

参考文献

1 Easibility Study WenYuan Building ——Refurbishment under Sustainable and Preservational Aspects of the WENYUAN–Building, German-Chinese Collaborative Project. IGS