长春拖拉机厂工业遗产再利用节能设计研究.pdf

NORTHERNARCHITECTURE35第8 卷第2 期2 0 2 3年4月设计与环境艺术方建筑北长春拖拉机厂工业遗产再利用节能设计研究王亮亮，段设然（吉林建筑大学建筑与规划学院，吉林长春130118)摘要：当前，随着产业升级，许多旧工业建筑逐渐退出城市历史舞台，其中不乏一些承载城市历史记忆并具有较高建筑保留价值意义的工业遗产。本文以长春拖拉机厂为例，分析工业遗产可能具备的多重利用价值，提出适用于我国寒地工业遗产再利用节能设计的指导原则，对目前寒地工业遗产再利用节能技术中的难点进行探讨，并提出合理的节能设计方案。以期为我国寒地工业遗产保护再利用的节能设计研究提供一定参考。关键词：寒地；工业遗产；再利用；节能设计中图分类号：TU86文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-2 118(2 0 2 3)0 2-0 0 35-0 5Research on Energy-Saving Design for Industrial Heritage Reusein Changchun Tractor FactoryWANG Liang,DUAN Ran*(School of Architecture and Planning,Jilin Jianzhu University,Changchun Jilin130118,China)Abstract:At present,with the upgrading of industry,many old industrial buildings have withdrawn from the his-torical stage,including some industrial heritage that carries the historical memory of the city and has a highpreservation value.Taking Changchun Tractor Factory as an example,this paper analyzes the multiple values ofindustrial heritage,puts forward the principles of the energy-saving design suitable for industrial heritage reuse inthe cold areas of China,discusses the difficulties in the current energy-saving technology for industrial heritagereuse in the cold land,and proposes a reasonable energy-saving design scheme.In order to provide some refer-ence for the research on energy-saving design for the reuse of Chinas cold areas industrial heritage.Keywords:cold areas;industrial heritage;reuse;energy-saving design长春拖拉机厂位于长春市二道区，始建于19 58年，曾是国内最大的轮式拖拉机生产基地。2 0 0 6 年拖拉机厂宣布破产后一直处于闲置状态，2 0 2 2 年被改建成长春市非遗创意产业园。在长春拖拉机厂再利用项目中，工业遗产的价值保护与节能改造再利用两方面如何寻求平衡函待解决。本文以长春拖拉机厂3号厂房为例，在分析工业遗产价值的基础上，探究适用于寒地工业遗产再利用的节能设计，在挖掘和提升原有工业遗产价值的同时降低建筑能耗!,提高舒适度，使其更好地适应寒地气候。1长春拖拉机厂工业遗产的价值工业遗产对人类社会有着重要的承载记忆与见证功能，长春拖拉机厂工业遗产具有独特的历史、文化、工艺、科技等多重价值，通过挖掘与提升其价值，研究工业遗产应采取保护再利用策略，并确立最终需要应用的具体节能设计方案!。1.1历史文化及社会认识价值新中国成立之后，建立和发展拖拉机产业，成为机械工业部门的一项重要任务。长春拖拉机厂曾是全国最大的轮式拖拉机生产基地，从19 58 年筹划成立到19 6 6 年建成投产，到8 0 年代鼎盛时期，收稿日期：2 0 2 2-0 6-2 1基金项目：寒地建筑综合节能教育部重点实验室开放基金项目（JLZHKF022021008）作者简介：王亮(19 6 5),男,吉林省长春市人,教授，硕士,研究方向：历史建筑保护与利用。*通讯作者：段然(19 8 8 ),女，吉林省长春市人，高级工程师，在读硕士研究生，研究方向：历史建筑保护与利用，E-mail:NORTHERNARCHITECTURE36第8 卷方建筑北再到2 0 0 6 年破产，其孕育成长到衰落，见证了中国工业计划体制下的所有进程。厂区的发展除体现了那一时代工业文化下建筑的特色外，还反映了特殊社会背景下人们居住交往的模式。1.2技术工艺及科学研究价值长春拖拉机厂各大型厂房车间单体平面布局中均存在南北向和东西向空间，遵循排架走向原则，相互抵消端部排架倾覆力，达到整体结构稳定的效果。厂区车间多是采用当时先进的混凝土薄腹梁式排架或混凝土拱形腹杆屋架式排架结构,其材料选用、预制工艺及现场吊装等流程均体现了当时较高的技术水平,对工业建筑的研究具有较高的科学价值。1.3转型发展及经济实用价值长春拖拉机厂作为工业遗产，其所处区域位置、现状交通条件和厂区本身建筑的保存质量共同形成其改造再利用的经济价值。首先，长春拖拉机厂处于二道区核心区，周边居住人口众多，有强大的集聚效应。其次，大部分大型厂房车间建筑保存质量较好，空间高，能够适应不同的使用功能，活化再利用可行性较高。最后，景观保留较好，改造再利用以恢复厂区空间形态的可行性较高。通过再利用和新功能的注入不仅能使长春拖拉机厂工业遗产“留着看”,又能够“留着用”,实现文化价值与经济价值的统一。2长春拖拉机厂工业遗产再利用节能设计原则由于工业遗产建筑原使用功能对保温隔热有着特殊的要求，很难满足其再利用后新的功能需求。而且工业遗产建筑本身层高较高，保温效果差，所以工业遗产再利用的节能设计十分必要。工业遗产再利用节能设计的特殊性是满足文物保护要求的同时还要满足建筑节能的要求。因此，在长春拖拉机厂工业遗产再利用节能设计中，遗产建筑历史特性保存应排在首位，节能材料的选用、项目实施等技术方案的确定排在其后2 。2.1最小干预原则基于对工业遗产价值的保护，首先应遵循最小干预原则，在节能技术的选择上，应根据建筑可改造程度，采用对原建筑立面效果、结构、空间布局等影响较小的改造手法，采取“以留为主，以拆为辅”原则，在具体实施的过程中，保持退让、隐蔽的态度，对遗产建筑原有的建筑形象和场所精神以最大化的保留叫。2.2补充性原则寒地工业遗产再利用节能设计过程中，应以被动式节能技术为主,以主动式节能技术予以补充。以长春拖拉机厂为例，采用增加内保温系统、增加节能窗户、增加新风系统、更换供热系统等节能技术!,同时充分利用可再生资源以降低能耗。2.3可逆性原则寒地工业遗产再利用节能设计应具备可逆性。由于节能技术不断发展，新产品、新材料不断涌现，在最大程度保证工业遗产原貌的同时，可以随时更新与维护建筑围护结构的保温节能部分，也可以随时恢复工业遗产原貌。如必须实施的更改需记录在案，被拆卸的重要元素也应该得到妥善保存。3寒地工业遗产再利用节能设计中的难点建筑的节能性在严寒地区是强制性要求，工业遗产再利用节能设计隶属于建筑节能设计。工业遗产的维护结构热工性能较差，但是目前对于工业遗产再利用项目的节能保温设计没有针对性的设计规范，因此相较普通既有建筑而言，寒地工业遗产建筑节能设计面临更多挑战。3.1建筑立面改造限制寒地工业遗产再利用节能设计不仅要满足节能和舒适度等要求，还需有利于工业遗产价值的保存，一般情况下，不允许对主体结构及外立面进行较大改动，建筑立面限制是寒地工业遗产再利用节能设计的主要技术难点。因此,通常选择内保温系统，相较于外保温系统，内保温系统的节能设计有两个常见问题：由于内墙及楼板原因，内保温无法连续安装，而保温断开处是巨大的热桥，容易出现冷凝结露和保温层与外墙间发霉或潮湿等现象；内保温会占用室内使用面积，且保温层较原墙体结构质地脆弱,不利于室内装修和装饰物的垂挂和装订3。同时工业厂房混凝土牛腿柱嵌人砖墙，为尽量保持墙体与混凝土柱的相对关系，较大面积展示混凝土柱样式，保持工业遗产风貌，更需要控制保温层的厚度。3.2外窗的选择窗是围护结构中最为活跃的部分，对室内外气温变化也最为敏感，虽然占有面积较小，但热量的损失比外墙和屋面严重，因此也是围护结构节能设计的关键部位。寒地工业遗产再利用节能设计需根据现场勘察外窗破损的情况，确定不同的保护再利NORTHERNARCHITECTURE37王亮，等：长春拖拉机厂工业遗产再利用节能设计研究第2 期用策略，采取不同的外窗节能设计方式。通常分为保留原有外窗，外窗贴膜，更换外窗三种方式。由于工业遗产建造年代久远，窗户多出现变形和破损的现象，加之原有窗框与现在的窗扇和玻璃不能实现较好的契合，因此在旧工业厂房再生利用领域更换外窗是最常见的改造方式。其中玻璃与窗框的选择不能一味追求技术的“高、精、尖”,而是强调隔热性，水密性，气密性，抗风压等多项技术之间的整合；寻求经济效益与节能效益的最大化，在最佳单项效益的同时注重多要素间的协调。3.3屋顶节能改造在外围护结构中，屋面是受大气环境影响最严重的部分,对室内温度及舒适度的影响也较大。一般工业厂房由于工业生产的原因，只考虑了防水，未设置保温层。保温隔热效果较差，直接影响到建筑能耗。寒地工业遗产再利用屋面节能改造是一个复杂的综合性工程，要根据现场勘察屋面破损的情况，从实际改造涉及到的各个方面加以综合考虑，确定不同的保护再利用策略，采取不同的屋面节能设计。由于厂房屋面跨度大、荷载大的特点，不宜增加过多荷载，如何设置保温层、防潮层，如何衔接原有梁架与新屋面，如何改善排水等问题，均是屋顶节能设计中的难点。43号厂房建筑围护结构再利用节能设计方案长春拖拉机厂3号厂房再利用项目是在厂房内新增夹层，形成商业文化娱乐一体的公共商业类项目，打造成一个可以玩、吃、买的一站式“博物馆”。其建筑面积159 30 m,建筑高度19.4m，地上3层（含设备夹层），地下1层（见图1），整个建筑按照功能划分成：中央12 m宽室内中庭，东侧主入口门厅、大型主力店，西侧小型商业店铺及配套用房。除了挖掘和提升长春拖拉机厂原有工业遗产价值的设计以外，为满足新的功能需求，还应对室内热舒适度和建筑能耗等全面考虑。寒地工业遗产建筑围护结构节能设计方案主要集中在外墙保温隔热系统、门窗、屋面等要素上，长春拖拉机厂3号厂房再利用节能设计采用建筑内侧保温的做法，结合更换的屋面系统和门窗系统，提升建筑的节能性能。4.1墙体长春拖拉机厂3号厂房外墙原状为37 0 mm厚黏土砖墙，不设保温层（见图2）。由于外墙为清水砖墙，具有风貌控制的要求，采用建筑内侧保温的做局部商业空间项部为设备夹层3F商店商店商业街二层连摩2F中间布置室内商业步行街1F商店朝向未来东侧广场设主人口商业街两侧布置功能空间图1长春拖拉机厂3号厂房业态分布（图片来源：华东建筑设计研究院有限公司）法（见图3）。因工业厂房混凝土牛腿柱部分嵌人砖墙，为尽量保持墙体与混凝土柱的相对关系，较大面积展示混凝土柱样式，需要控制保温层的厚度，因此采用轻钢龙骨铝隔热毯内保温系统。图2 3号厂房立面原状（图片来源：作者自摄）图33号厂房再利用立面图（图片来源：华东建筑设计研究院有限公司）NORTHERNARCHITECTURE38第8 卷方建北筑轻钢龙骨铝隔热毯内保温系统的优点在于高反射率的铝箔层有效地反射隔离热辐射，热阻值R高达3.6 mk/W，辐射反射率高达9 7%，其隔热保温性能极强，防潮不结露，防菌不发霉。材质轻薄，不过多占用室内面积，保温层与内墙面层总厚度约70mm，有效解决了结构热桥及保持住墙体与混凝土牛腿柱的比例关系。外墙保温具体做法（由外至内）：清水红砖墙体（保留修）；首层轻钢龙骨框架（厚度约30 mm作为保温空气间层）；铝隔热毯（钉在轻钢龙骨框架上，相邻隔热毯搭接50 mm）；次层轻钢龙骨框架（厚度约30 mm作为保温空气间层）；石膏板装饰面层。为防止地面返潮，在距地面6 0 0mm范围内用硅钙板作为装饰面层，进一步提升防潮及保温隔热的功能。节能改造后的外墙传热系数由0.6 8 W/(mk）变为0.42 W/(mk）,见表1。4.2外窗长春拖拉机厂3号厂房原木窗均存在不同程度变形，年久收缩出现开裂或接头处受雨水侵袭出现糟朽，绝大多数窗扇玻璃缺失、破损。寒地工业遗产再利用节能设计中，基于对工业遗产立面的保护，窗的朝向，窗墙比等影响窗户节能效率的因素不能改变，只能从窗户本身的性能入手。其中窗户热量流失最大的两方面：一是窗框和玻璃的传热耗热量，二是窗户缝隙的空气渗透耗热量。为此寒地工业遗产再利用窗户节能设计应从这两方面着手，一方面减少窗框和玻璃的导热系数，增强保温性能另一方面改善窗户制作安装精度，加装密封条，减少空气渗透，减少冷风渗透量。表1外墙节能改造对比时间做法层次传热系数K/W(mk)-允许权衡计算的基本要求改造前370mm清水红砖墙体0.68严寒(C)区0.4537 0 m m 清水红砖墙体（保留修）首层轻钢龙骨框架（30 mm作为保温空气间层）改造后铝隔热毯0.42严寒(C)区0.45次层轻钢龙骨框架（30 mm作为保温空气间层）10 m m 石膏装饰面层注：依据暖度日数HDD18范围划分，长春为严寒（C)区。采用铝仿钢材料依据原有木窗样式新做窗扇，窗框浅绿色（同现有木窗漆色）氟碳喷涂，中空玻璃(5 mm low-e+12Ar+5mm+12Ar+5 mm low-e),暖边隔边，传热系数K为1.7 8 W/(mk）,水密性、气密性及抗风压性能均不低于建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级机检测方法GB/T70162008关于门窗水密性3级，气密性4级和抗风压3级的要求(见表2)。表2 夕外窗节能改造对比时间传热系数KW(m?k)-窗墙比 0.6 时，外窗传热系数允许权衡计算的基本要求改造前严寒(C)区2.2改造后1.78严寒(C)区2.24.3屋顶长春拖拉机厂3号厂房原有建筑屋面为混凝土预制板，板缝之间混凝土填实，板上做水泥砂浆找平层，再铺设防水卷材。根据现场勘察，预制板混凝土屋面酥松严重，造成厂房屋面破损，渗水点遍布，水渍透过屋面侵人室内，已对室内环境造成影响（见图4）。基于混凝土预制板屋面破损严重的现状，需对屋面板进行拆除更换。本次再利用节能设计采用轻质、高强、耐久性能优秀的铝镁锰板作为屋面板替换原损坏严重的混凝土预制板（见图5）。镁锰合金材料既有相当的强度，又有很好的柔韧性，特别适合工业遗产建筑再利用项目，现场压型生产方式可以完美配合原有梁架，灵活性高，便于根据施工现场情况调整生产参数，保证工程质量。3号厂房以铝镁锰板作为屋面材料，新增保温和防水构造层，提升建筑防水等级和节能性能。具体做法（由上至下）：直立锁边金属屋面；屋面支架（底部与钢条连接处设通长隔热垫片）；防水垫层；条间嵌填10 0 mm厚岩棉保温隔热层；隔汽层；填充6 0 mm厚吸声棉；防尘布；压型穿孔金属板（由钢条下翼缘承托）；钢条与原屋架通过预埋件焊接；原混凝土屋架（混凝土薄腹NORTHERNARCHITECTURE39岩编辑：刘王亮，等：长春拖拉机厂工业遗产再利用节能设计研究第2 期图43号厂房屋面原状（图片来源：作者自摄）梁）。新的屋面系统较为轻盈，不增加作用于既有结构的荷载；更为美观、现代，整体荷载更小。不仅加图53号厂房屋面再利用（图片来源：作者自摄）强保温功能，还能降低雨雪渗漏对建筑内部结构的影响，降低养护费用（见表3）。表3屋面节能改造对比时间做法层次传热系数K/W(m?k)-允许权衡计算的基本要求防水卷材改造前水泥砂浆找平0.86严寒(c)区0.45原混凝土屋架（混凝土薄腹梁）直立锁边金属屋面；屋面支架（底部与钢条连接处设通长隔热垫片）；防水透气层；条间嵌填10 0 mm岩棉保温隔热层改造后（工字钢擦条）；隔汽层；填充6 0 mm吸声棉；防尘布；压型0.34严寒(C)区0.45穿孔金属板（由钢条下翼缘承托）；钢条与原屋架通过预埋件焊接；原混凝土屋架（混凝土薄腹梁）5结语通过上述对长春拖拉机厂节能设计策略的研究可以看出，寒地工业遗产再利用节能设计是一种“保护”与“再利用”并举的实践。应遵循最小干预、补充性和可逆性原则，选择更适用于寒地工业遗产再利用的节能设计策略及技术方法。在不破坏工业遗产多重价值的基础上，选择对工业遗产影响最小的节能改造方案；加强各项节能技术的结合与联系，顺应当下一体化、综合化的趋势，使寒地工业遗产得以保留并发挥新的作用。参考文献1张萍，于洋，刘君敏，等.基于工业遗产价值的适应性节能改造策略研究J.建筑节能，2 0 19(5）：9 7-10 1.2李长明，杨昌鸣，郭萍.德国遗产建筑节能改造的突出技术问题及其解决方案.中国文化遗产，2 0 2 0(1)：6 5-7 2.3王伟.住宅工程外墙内保温施工工艺与施工技术研究J.工程建设与设计,2 0 2 0(10)：2 0 9-2 13.