天津市既有居住建筑绿色化改造被动式设计研究

天津市既有居住建筑绿色化改造被动式设计研究

高楠

天津城市建设管理职业技术学院 300134

摘要：最新的《绿色建筑评价标准》(GB50378-2019)中明确指出，绿色建筑重在全寿命周期内的资源节约、环境保护，为人们提供建筑、舒适、高效的使用空间，即要建筑设计要在“四节一环保”的基础上尽可能的向人与自然和谐共生的高质量建筑设计发展。本文以天津市上世纪80-90年代的建筑为例，从太阳能综合利用、围护结构节能、自然采光节能、绿植降噪等多个方面探讨了天津市既有居住建筑绿色化被动式设计及改造设计的创新要点。被动式设计基于被动式改造技术的继承与优化，旨在为我国既有建筑的绿色节能改造设计与既有建筑的节能改造推广提供一些参考。

关键词：天津市；既有建筑；绿色化改造；被动式设计；节能

引言：我国存在大量的建筑结构功能良好，但建筑舒适度低、节能效果低、布局不合理的既有建筑，其中部分既有建筑文化意义重大，代表着一个城市的历史和发展痕迹，保留这些既有建筑无论对于文化保护，还是节约建筑资源，都有其重大的意义。既有住宅建筑在功能上与现代住宅建筑相差甚远，居民居住舒适度差，建筑运营能耗大。如何高效的解决这些问题，并提升这些结构性能仍然良好的既有建筑性能是亟待解决的问题。天津市作为我国首批沿海开放城市，既有建筑存量大，老旧既有建筑功能绿色化改造迫在眉睫。研究天津市既有建筑绿色化被动式设计及改造实施对推广既有建筑绿色化、节能化改造有着重要的意义。

1改造背景

天津市存有上世纪80-90年代的既有居住建筑约，9000万㎡，具有相当规模。这些建筑普遍存在着节能率低、热舒适度欠佳、天然采光不足，布局不合理、环境噪声干扰等问题。2018年3月至5月期间对其制冷环境进行调研，6月至8月第七采暖环境进行调研，结果显示这些具有居住建筑对机械设备智能及采暖的依赖较大，而自然光天然采暖及天然降温的效果极差。根据天津市2018年3月发布的《天津绿色建筑管理规定》，天津市将全面落实对既有居住建筑绿色化改造行动计划，进一步的做好太阳能、浅层地热能等清洁可再生能源在建筑建设及改造中的推广应用，全面推进建筑节能工作。本年度改造的机油居住建筑投资1.5个亿，旨在打造舒适健康的居民居住环境^[1]。

2改造目标

本次项目被动式改造以天津既有居住建筑解放南路片区为示例，要求基于被动式设计理念，以保障和改善民生、全面提升既有居住建筑的环境质量作为项目为目的。要求实现具有居住建筑被动式绿色化改造关键技术的继承应用，形成能实行、能复制、能推广的机油居住建筑绿色化改造技术指标及设计体系，作为推广既有居住建筑绿色化改造被动式设计的参考。

3改造设计思路

3.1设计总思路

天津市既有居住建筑空间功能的改造东东是优化设计整体思路在于借助自然采光、自然通风、内外声环境的改变、被动式太阳能及围护结构等技术，提高建筑冬暖夏凉的功能，降低建筑结构依靠机械设备取暖降温的能耗，从而实现建筑空间健康舒适、节能减耗、高效环保的目标。

3.2设计的关键技术

3.2.1生命周期耗能计算

建筑生命周期能耗包括建材及运输、施工、建筑运行、拆除、肥料回收与处理五个阶段，计算生命周期的还能是既有居住建筑绿色化改造被动式设计的基础。计算公式参考式1。

式1：Q_life-cycle=Q_prod+Q_erect+(Q_occup+Q_renov)+Q_demol+Q_remov

Q_life-cycle表示建筑生命周期能耗；Q_prod表示建筑蕴能；Q_erect表示建筑施工能耗；Q_occup+Q_renov表示建筑运行能耗；Q_demol表示建筑拆除能耗；Q_remov表示建筑废料回收和废物处理能耗。

3.2.2自然采光被动式设计

在自然采光设计上，采用Ecotect对室内光环境进行分析，并模拟室内馆在围护结构壁面上的发射系数、玻璃光透比参数、天空全阴天状态下光线的参数，改造了起居室窗户的比例，并应用了水平入光式导光板。起居室的采光系数设计为3.75%，卧室的采光系数设计为3.16%，较之改造前得到大幅提升^[2]。

3.2.3室内风环境被动式设计

借助PHOENICS软件分析了室内自然通风条件，根据既有居住建筑的风向位置，在客厅增设规格约为1.8米×1.5米的外窗，来提升自然通风条件，增加室内的换气次数。

3.2.4周边绿色环境被动式设计

结合既有居住建筑室外自然通风条件，在建筑环境外部种植一大片乔木灌木，提高小区的绿色率，环节小区域环境内的热岛效应。

3.2.5围护结构保温隔热性能优化设计

围护结构采用新型材料增设保温墙，提高建筑墙体冬季保温和夏季隔热的功能，墙体玻璃采用Low-E三玻两腔中空玻璃，增强了外墙一体化保温隔热的功能。

3.2.6可再生能源的利用设计

节能改造上，每户增设太阳能系统、太阳能-地热能系统，用于建筑内热水、冬季供热的能源。地层建筑采用屋顶式太阳能系统，高层建筑采用挂壁式太阳能系统。

4被动式设计的关键技术及创新要点

4.1节能集成技术的应用

既有建筑的最大缺陷在于布局结构设计不合理、天然采光不足、冷热舒适度欠佳、噪声污染严重等。技能集成技术集被动是太阳能利用技术、自然采光与自然通风关键技术、围护结构节能、绿植降噪技术等为一体，通过采用新型的建筑结构材料对建筑外墙、窗户等进行改造，并增设太阳能系统、地热能-太阳能循环系统等，来提高建筑系统化的节能效果，实现节能减排的目的^[3]。

4.2实尺模型的应用

为了确保改造被动式设计方案的可行性，本项目应用实尺模型，与既有建筑原户型的环境参数进行仿真对比，检测实尺模型的实验环境参数，来了环境限度情况，科学的确定被动是设计的环境参数，使改造户型的设计方案参数更加接近真实环境。

4.3水平导光技术的应用

水平入光式导光板具有较好的光学性能，具有将室内外的光线转化为光源的作用。水平导光板的发射性能能够将光线放射到室内外的各个角落，通过导光电进行发光。它可以将较弱的光线转化为较强的光线，其发光率较高，能耗非常低，符合绿色建筑节能减耗的要求。本项目改造被动式设计中应用水平导光技术，优化了建筑室内自然采光的问题，还降低了能耗，可谓一举两得。

4.4绿植降噪技术的应用

建筑环境绿化是绿色建筑改造的必然要求，通过营造室内外与环境相协调的自然环境，种植绿植来减低环境噪音，充分体现了绿色改造的特征。

5结语

既有建筑的绿色化改造是一项利国利民的大事，它对促进我国绿色建筑的发展意义重大。在对既有居住建筑绿色化改造被动式设计中，要遵循绿色、高效、节能、环保、舒适的设计原则，结合地域性气候条件及其区域性特征集成被动式太阳能、围护结构节能、自然采光与通风、绿植降噪等被动式建筑技术，在此基础上进行被动式设计。被动式设计方案在实施之前，要对既有居住建筑户型与改造实尺模型进行对比，检测实尺模型的环境参数，了解其优化效果是否与设想的一致，从而确保既有居住建筑改造对居住环境优化的有效性。

参考文献：

[1]江祯蓉.基于夏热冬冷地区的既有居住建筑绿色化改造设计策略研究——以某绿色化改造工程示范项目为例[J].建筑节能,2016(08):114-118+123.

[2]康熙,赵士永,白佳慧,郝雨杭.既有居住建筑被动式超低能耗绿色化改造实践研究[J].建筑节能,2020(08):18-23.

[3]高源,刘丛红.基于生命周期评价的居住建筑被动式节能设计研究——以天津市高层点式住宅设计为例[J].建筑节能,2013(09):32-37.

基金项目：

1、天津能源集团2019年重点科技项目《天津既有居住建筑绿色化改造被动式关键技术研究》项目编号：(2019)34(20).

2、2019中国建设教育协会教育教学科研项目《基于“金课”标准的高职工学类MOOC质量评价体系研究》（2019287.

作者简介：高楠，女，1980—，硕士研究生，讲师.