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1、152023.03/Low Carbon Architectural Design 低碳建筑设计随着诸多旧工业建筑改造理论和实践的研究，我国旧工业建筑改造变得多样化、系统化，再利用对象也由工业遗产扩展到普通工业遗存。在高校中，工业建筑因失去原有生产能力而被废弃，形成消极空间，一定程度上造成了建筑资源浪费，这类工业遗存的“去留”问题成为社会和高校关注的问题。针对这一问题，近年来我国学者对高校工业遗存的再利用进行了研究，侧重于空间重塑，奠定了高校工业遗存再利用的基础，如内蒙古工业大学锻造机械厂1、中国矿业大学锅炉房2、大连民族大学锅炉房3等高校工业遗存的再利用。在大力推广绿色建筑的背景下，工业遗存
2、再利用和绿色建筑相结合，成了工业遗存再利用未来发展的新趋势4。本文将选取高校工业遗存为研究对象，在绿色建筑理念下进行再利用设计研究。1 高校工业遗存的发展和再利用现状1.1 高校工业遗存的发展历程高校工业遗存主要指高校中具有校园历史文化的校办工厂、教学实验室、校园附属配套设施等具有工业元素的建筑物或构筑物5。在“以苏联为师”和“向苏联一边倒”政策的影响下，揭开了 1952 年全国院系大调整的序幕，按行业建立单科性高校，大力发展独立建制的工科学校6。这些学校承担了一定的工业生产功能，如今由于高校组织结构的调整而摘要本文总结了高校工业遗存的发展历程和现状，在绿色建筑理念下，以兰州理工大学旧锅炉房再
3、利用设计为例，结合地区气候特征，借助 P K P M绿建节能软件，模拟分析现状室外风热环境和室内自然通风、天然采光及建筑节能等物理性能，针对存在的问题进行设计改进和优化，并模拟分析验证，让消极空间转变为健康、适用、舒适、节能的绿色高效空间，最后提出绿色建筑理念下高校工业遗存再利用的设计策略。关键词绿色建筑理念；高校工业遗存；再利用；设计策略中图分类号T U 2 0 1.5文献标识码ADOI1 0.1 9 8 9 2/j.c n k i.c s j z.2 0 2 3.0 3.0 4Abstract The paper summarizes the development process and
4、 current situation of industrial relics in colleges and universities.Under the concept of green building,it takes the reuse design of old boiler room of Lanzhou University of technology as an example.Combined with regional climate characteristics,the paper simulates and analyzes the physical perform
5、ance of current outdoor air,thermal environment,indoor natural ventilation,natural daylighting,building energy conservation and other physical properties with the help of PKPM green building energy-saving software,improves and optimizes the design according to the existing problems,and then simulate
6、s,analyzes and verifies,so that the negative space can be transformed into a healthy,applicable,comfortable and energy-saving green and efficient space.Finally,it puts forward the design strategy for the reuse of industrial relics in colleges and universities under the concept of green building.Key
7、words the concept of green building;university industrial relics;reuse;design strategy 作者简介：毕晓莉（1971-），女，教授。研究方向：绿色建筑设计及理论。通信作者：王兴伟（1995-），男。研究方向：绿色建筑设计。作者单位：兰州理工大学设计艺术学院绿色建筑理念下高校工业遗存再利用设计研究以兰州理工大学旧锅炉房为例Research on Reuse Design of Industrial Relics in Colleges and Universities Under the Concept of G
8、reen Building:A Case of the Old Boiler Room in Lanzhou University of Technology毕晓莉 王兴伟Bi Xiaoli,Wang Xingwei16城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.03导致遗留了一些失去原有功能的工业遗存7，8。主要有校办工厂、教学实验室等。20 世纪 80 年代，中国各大高校主要通过燃煤锅炉房进行热源供应2。随着国家对于碳排放的重视和清洁能源的出现，高校燃煤锅炉房退出了学校历史的舞台5，成为高校工业遗存的一部分。高校工业遗存也是社会和高校发展的产物，它们不仅是历史记
9、忆的物质载体，还与高校发展共生，是高校发展的见证，传递着历史信息和校园深厚的文化内涵。1.2 高校工业遗存的再利用现状高校工业遗存主要存在于老校区，一部分闲置于校园之中，由于长时间闲置，门窗、屋面破损严重，墙体局部脱落，但是建筑结构基本保持完好；一部分在校园更新过程中被拆除建造新建筑；还有一部分在国内外旧工业建筑再利用理论和实践影响下进行了改造再利用。2 兰州理工大学旧锅炉房再利用设计2.1 兰州理工大学旧锅炉房现状分析2.1.1 所处兰州地区气候特征兰州市中心位于北纬 3603、东经 10340，年平均气温为 10.3，年平均日照时数为 2446h，无霜期为180d，年平均降水量为 327m
10、m。根据民用建筑设计统一标准（GB503522019）中的热工分区，属寒冷地区，建筑物应满足冬季保温、防寒、防冻等要求，夏季兼顾防热。通过 ECOTECT 软件中 WeatherTool 分析得出兰州静风天气居多，主导风向以东风、东南和东北风为主，兰州建筑最佳朝向为北偏东 165。2.1.2 建筑概况兰州理工大学（以下简称“兰理工”）旧锅炉房建成于 20 世纪 70 年代，位于国家重点实验室西北方向。周边建筑还有新建燃气锅炉房和十七号学生公寓。早期主要服务于兰理工本部校区，为学校提供饮用热水、生活热水和供暖，后因学校新建燃气锅炉房，旧锅炉房至今一直闲置。锅炉房建筑朝向为北偏东 137（见图 1
11、），具有良好的建筑朝向。旧锅炉房现状主要空间已经闲置，仅部分办公空间仍在使用。建筑总开间 44.7m，总进深 25.5m，主体为框架结构，内部结构完好，内部生产设施已全部拆除，原煤仓未进行拆除，原有烟囱仍保留。2.1.3 建筑空间分析兰理工旧锅炉房空间由两部分组成，即附属办公空间和生产空间。附属办公空间为三层，现状仍有部分使用。生产空间全部闲置，在原有生产设施拆除后形成空阔的空间，一层和二层局部通高的空间是由于拆除原有设备后形成的，二层为通高大空间，内部仅有少量隔墙及夹层空间（见图 2），为再利用提供了多种改造的可能。2.1.4 建筑物理性能分析结合兰州气候特征，借助 PKPM 绿建节能软件对
12、兰理工四层平面图三层平面图二层平面图首层平面图燃气锅炉房石化学院N国家重点实验室十七号楼旧锅炉房图 1 旧锅炉房位置图（图片来源：作者自绘）图 2 锅炉房现状各层平面图（图片来源：作者自绘）172023.03/Low Carbon Architectural Design 低碳建筑设计旧锅炉房室内外环境进行模拟分析，为再利用改造设计提供科学依据，在再利用过程中对现状存在的问题进行解决并优化。（1）室外风环境根据 PKPM 自带气象数据读取，兰州夏季典型风为东南风，风速为 1.7m/s，过渡季与夏季工况一致，冬季典型风为东风 2.1m/s。通过室外通风模拟得出：冬季工况的风速 5m/s 的面积比
13、例为 100%（见图 3），达到了“建筑周围人行区风速 5m/s”的要求。人行区风速放大系数为 1.2，达到了“室外风速放大系数 2”的要求。建筑迎背风面平均风压压差的最大值为 0.2Pa，建筑满足压差 5Pa 的要求；夏季工况的风速计算人行区未产生无风的面积比为 90.7%。窗口内外表面风压压差达到了“50%可开启外窗室内外表面的风压差0.5Pa”的要求，人行区未产生涡旋的面积比为 100%，达到了“场地内人活动区不出现涡旋”的要求。（2）室外热环境由于现状建筑场地以硬化和闲置空地为主，无种植乔木、设置花架等遮阴措施，道路未种植行道树，同时路面太阳辐射反射系数大、透水性差，屋顶太阳辐射反射系
14、数大，未采取屋面遮阳措施。通过室外热环境模拟分析发现，现状室外热环境均不满足评分控制项，在各个计算工况下平均热岛强度均低于限值要求。（3）室内自然通风通过对现状自然通风情况进行模拟分析，房间总面积为 1801.28m2，换气次数达标面积为 1779.50m2，换气次数达标面积比例为 98.79%（见图 4），满足通风要求。（4）天然采光兰州位于光气候分区区，对采光最不利的一层进行天然采光模拟分析，现状满足绿色建筑评价标准（GB/T503782019）中关于照度达标的平均小时数的面积比例达到 60%的要求（见图 5），而现状内区采光系数达标面积比例为36.1%（见图6），不符合 绿色建筑评价标准
15、中关于内区采光系数的要求。（5）建筑节能经过计算，兰理工旧锅炉房建筑体形系数设计值为0.28，满足体形系数小于等于 0.4 的要求，各立面窗墙比满足窗墙比限定值，但相对偏低。由于建筑年代久远，围护结构性能较差，对其热工性能进行分析均不能满足规定的限值，在再利用设计中围护结构需要进行重点设计处理。2.2 绿色建筑理念下兰理工旧锅炉房再利用设计2.2.1 再利用设计思路根据高校使用功能需求植入功能，针对建筑现状物理性能模拟分析中发现的问题进行设计优化，同时借助PKPM 绿建节能软件对比分析，使建筑满足绿色建筑评价标准中的相关要求。并运用适宜的绿色建筑设计方法使建筑达到良好的性能，营造舒适健康的使用
16、空间。2.2.2 建筑空间设计根据兰理工设计艺术学院展览、办公空间的需求进行10.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00.0采光系数/%10.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00.0照度达标时数/（h/d）图 5 一层照度达标小时数分布图（图片来源：作者自绘）图 6 一层采光系数分布图（图片来源：作者自绘）6.005.404.804.203.603.002.401.801.200.600.00速度/（m/s）1000.00900.00800.00700.00600.00500.00400.00300.00200.00100.000.00airAge/s
17、图 3 冬季工况整个计算域 1.5m 平面高度处风速原始云图（图片来源：作者自绘）图 4 一、二层 1.20m 高度空气龄图（图片来源：作者自绘）18城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.03功能植入，按照空间优先的原则将原有生产空间改造为展览空间，主要对垂直方向的空间分隔重构，创造空间的最大化使用，设置中庭增加建筑采光与通风，增设楼梯解决垂直交通。原有办公空间延续其功能用途，作为设计艺术学院师生办公学习空间（见图 7）。2.2.3 建筑物理性能分析（1）室外热环境对建筑室外闲置空地进行了硬化，采用透水砖，使场地渗透与蒸发指标满足规定指标。场地内种植乔木，满足
18、遮阳覆盖率。在建筑屋面增设太阳能光伏板，在满足屋面遮阳的同时，充分利用太阳能。通过以上措施室外热环境满足了国家现行有关标准，有效降低了热岛强度。（2）室内自然通风改造后房间总面积为 2218.45m2，换气次数达标面积为 1985.43m2。根据标准要求，只评价主要功能房间的达标情况，主要功能房间：房间总面积为 2003.08m2，换气次数达标面积为 1945.34m2，换气次数达标面积比例为 97.12%（见图 8）。（3）天然采光根据现状天然采光存在的问题，在改造设计中，屋顶设置天窗增加建筑的采光，扩大首层通高空间的范围，部分房间采用玻璃隔断增加天然光的渗透。通过以上措施，建筑室内主要功能
19、空间 95.8%面积比例区域的采光照度值不低于采光要求的小时数平均不少于 4h/d（见图 9）；建筑内区采光系数满足采光要求的面积比例为 63.3%（见图10）；主要功能房间眩光指数满足要求。（4）建筑节能针对现状建筑节能分析中存在的问题，在改造中进行了改进和优化。外窗满足窗墙比限值但是偏低，同时外窗可开启面积占房间外墙面积的比例不满足要求，因此对正立面外窗窗洞进行调整，在原有窗洞的基础上增加窗户高度和拆除局部外墙增加外窗面积，满足窗墙比的同时满足四层平面图三层平面图二层平面图首层平面图10.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00.0照度达标时数/（h/d）图 9 改造后首
20、层照度达标小时数分布图（图片来源：作者自绘）图 7 锅炉房改造后各层平面图（图片来源：作者自绘）10.09.08.07.06.05.04.03.02.01.00.0采光系数/%图 10 首层采光系数分布图（内区）（图片来源：作者自绘）1000.00900.00800.00700.00600.00500.00400.00300.00200.00100.000.00airAge/s（a）一层（c）三层（b）二层（d）四层图 8 改造后一至四层 1.2m 空气龄图（图片来源：作者自绘）192023.03/Low Carbon Architectural Design 低碳建筑设计外窗可开启面积占房间
21、面积的限值要求。外窗采用了断桥铝窗框（Low-E 中空玻璃 6mm+12A+6mm），外窗传热系数（K=2.18）、气密性等级（6级）、可见光透射（0.61）、太阳得热系数（0.37）满足限值要求。外墙和外窗进行了保温隔热处理，使满足寒冷地区围护结构热工性能。3 绿色建筑理念下高校旧工业建筑再利用设计策略3.1 功能植入高校工业遗存目前存在状态为废弃、破旧的消极空间，将其打造为校园的积极空间，实现这一目标的关键一步就是功能植入。学校的功能需求是功能植入的先决条件，将围绕学习、工作、展览、实验、交流等方面展开。并按照空间优先的原则，根据其现有的空间特点进行功能布局，将空间最大化利用，满足使用过程
22、中的功能性、体验性、便捷性。综合以上两个条件统筹考虑，以发挥再利用的最大价值，将其转变为高校内的积极空间由功能需求和使用的舒适度共同决定。内部空间设计应根据建筑的内部开阔的空间特性及植入的功能，以最适宜的方法创造空间的最大化使用，主要采用空间重构的设计策略，包括垂直方向和水平方向的空间分隔，在重构过程中还应注意各功能房间的采光和通风，为解决空间内垂直、水平交通和增加空间变化和趣味性，楼梯、连廊、中庭空间等可结合实际情况进行设计。3.2 围护结构围护结构作为满足室内热舒适需求的重要影响因素，现状围护结构的热工性能差，因此在改造设计中要对保温隔热性能做重要处理，为保留原有建筑风貌，外墙应采用内保温
23、形式。窗户开洞根据建筑结构特点、窗墙比限值、外窗可开启面积占房间面积的比例限值等进行优化调整，同时满足建筑节能规定的指标。在处理过程中可对建筑立面造型做进一步设计，使其色彩与校园其他建筑协调。3.3 室外环境设计室外环境改造设计中依据绿色建筑评价标准中室外热环境和风环境的相关要求，兼顾与内部空间的联系和与校园整体环境的有机融合，对建筑边界进行复合化处理。加入适宜的设计元素使原有建筑界面与环境的关系变得更加自然，创造多样性空间1。3.4 节材设计优先使用可再循环利用材料，并对拆除的废旧材料，如钢柱、旧钢板、旧门窗、砌体、构件等，在设计中赋予新的生命力和使用功能。可借鉴内蒙古工业大学建筑系馆改造中
24、，旧钢窗经过加工处理用于栏杆扶手，拆除的旧砖块用于高、矮墙的砌筑或地面铺装，以节约材料。3.5 主动式技术和可再生利用在充分进行被动式设计后，可通过主动式技术和可再生技术进行补充优化。可运用分项计量、节水设备、节能灯等技术进一步降低建筑能源消耗，还可将生活用水收集处理后用作水景补水、绿化和冲厕的中水。4 结语绿色发展已经成为必然趋势，高校工业遗存再利用本身是一种绿色的处理方式，适应了高校绿色校园建设的目标。在绿色建筑理念下的再利用可以向着绿色建筑发展，避免拆除过程中浪费资源和污染环境，让消极空间转变为健康、适用、舒适、绿色节能的高效空间。绿色建筑理念下的再利用要注重与地区气候特征相适应，结合当
25、地的气象数据对建筑现状的室外风、热环境和室内风、光、热环境，以及围护结构热工性能进行分析，找出建筑物理性能方面的问题，科学进行绿色再利用设计，改进现状存在的不足。通过分析建筑所处地区的气候特征和现状建筑的性能，结合高校功能空间的需求进行设计，不仅可以规避现状存在的问题，还可以进一步地优化。绿色建筑理念下的再利用也可以促进高校绿色校园的建设，树立师生绿色意识、节能意识、生态意识与可持续发展意识，推动绿色理念教育，加快绿色建筑的发展。参考文献1张鹏举,苍雁飞从旧厂房到建筑馆：内蒙古工业大学建筑馆改造 J新建筑，2011（05）：52-572黄锦辉，张一兵，顾贤光，等浅析旧工业建筑改造中的非功能空间
26、：矿大锅炉房改造为例 J现代城市研究，2015（07）：77-813包涵彤，张姝悦旧工业建筑改造设计的回顾与思考：以大连民族建筑系馆为例 J中国标准化，2018（22）：23-244田炜，李海峰，罗淑湘，等工业建筑绿色化改造技术研究与工程示范 J建设科技，2018（16）：46-48，525刘君浩高校建筑中工业遗存改造再利用设计研究 D合肥：安徽建筑大学，20206刘火雄，萧且行，宋妮中国高校教育模式的演变 J武汉文史资料，2012（12）：4-117于辉，唐东炎高校旧工业遗存再生的适应性原则探究：以内蒙古工业大学建筑馆为例 J建筑技艺，2018（03）：121-1238张爱莉，蔡静文，王奕凡，等历史逻辑视域下唐山工业遗产的城市意象重构 J家具与室内装饰，2021（10）：66-70