歷史建筑中的暖通專業(yè)設(shè)計(jì)及應(yīng)用
——中美歷史建筑保護(hù)技術(shù)及設(shè)計(jì)理念的比較和思考

■ 蔡穎佶 Cai Yinji

1 歷史建筑保護(hù)修繕與暖通設(shè)計(jì)

1.1 歷史建筑的保護(hù)修繕

歷史建筑是具有一定保護(hù)價(jià)值，能夠反映歷史風(fēng)貌和地方特色的建筑，體現(xiàn)了一定時(shí)期的歷史人文特征，也是當(dāng)時(shí)先進(jìn)建筑技術(shù)及材料的集大成者，現(xiàn)今仍具有傳承文化的物質(zhì)基礎(chǔ)和繼續(xù)利用的空間。進(jìn)行保護(hù)修繕可以提高其安全性和耐久性，有效延長(zhǎng)其生命周期；選擇恰當(dāng)?shù)挠猛緛?lái)活化內(nèi)部空間，則可有效提升環(huán)境舒適度，使其延續(xù)歷史、文化、科學(xué)價(jià)值并更好地得以利用。

在遵循真實(shí)性、完整性原則的前提下，功能的提升和室內(nèi)重要保護(hù)部位的限制對(duì)機(jī)電設(shè)備的更新措施形成了很大的限制。尤其是暖通工程，因系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備和風(fēng)管尺度較大等原因，往往對(duì)建筑重點(diǎn)保護(hù)部位產(chǎn)生較大的影響。如何合理解決這一沖突，是設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中需要多學(xué)科綜合解決的問(wèn)題。

1.2 暖通設(shè)計(jì)

上世紀(jì)中葉，歷史建筑保護(hù)意識(shí)首先在西方國(guó)家普及。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的理論研究和保護(hù)實(shí)踐，已取得較為豐碩的學(xué)術(shù)成果。我國(guó)對(duì)近現(xiàn)代歷史建筑的保護(hù)實(shí)踐起步則相對(duì)較晚。早期對(duì)歷史建筑缺乏重視，建筑功能變更不甚合理，維修措施簡(jiǎn)單或者采用過(guò)度裝飾。暖通設(shè)計(jì)往往實(shí)用主義勝于保護(hù)理念。隨著科技的進(jìn)步，暖通設(shè)備系統(tǒng)不斷發(fā)展，暖通設(shè)計(jì)也在不停地推陳出新以適應(yīng)時(shí)代的進(jìn)步。對(duì)歷史建筑而言，用能設(shè)備老化則需要更新維護(hù)。

近年來(lái)，歷史建筑保護(hù)與修繕得到國(guó)家與社會(huì)公眾的高度重視，對(duì)歷史建筑的功能定位和再利用有了更高要求，如慎重確定修繕技藝及材料、優(yōu)化比選機(jī)電設(shè)備和安裝等。同時(shí)，國(guó)外大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料被翻譯介紹到我國(guó)，部分保護(hù)理念和技術(shù)很有借鑒意義。本文將結(jié)合《美國(guó)國(guó)家歷史建筑保護(hù)技術(shù)指南》一書，探討中美兩國(guó)對(duì)歷史建筑暖通設(shè)計(jì)理念、案例應(yīng)用的異同，以期學(xué)習(xí)先進(jìn)理念并改進(jìn)技術(shù)舉措。

2 美國(guó)歷史建筑保護(hù)理念及暖通設(shè)計(jì)案例分析

2.1 設(shè)計(jì)理念

《美國(guó)國(guó)家歷史建筑保護(hù)技術(shù)指南》中，對(duì)歷史建筑保護(hù)工程暖通設(shè)計(jì)全過(guò)程的合理步驟做出了詳細(xì)規(guī)定。

2.1.1 合理化建議

（1）確定使用功能并采用相匹配的暖通設(shè)計(jì)，并根據(jù)使用功能決定安裝的系統(tǒng)類型、建筑舒適度。

（2）重要建筑空間不應(yīng)作重大改變。

（3）不得徹底地改變其使用功能。

（4）組建由熟悉相關(guān)法律法規(guī)和當(dāng)?shù)匾?guī)范的保護(hù)建筑師、設(shè)備工程師、結(jié)構(gòu)工程師和保護(hù)顧問(wèn)等專業(yè)人員組成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。

（5）對(duì)既有暖通、節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)估，如評(píng)估材料和設(shè)備現(xiàn)狀和重復(fù)利用度、提高能效的可能性等。

（6）勘察和評(píng)估具有重要價(jià)值的空間、飾面及特征元素；確定建筑的次要空間，考慮放置設(shè)備及布置水平向和垂直向的設(shè)備管道。

（7）熟悉當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能及防火規(guī)范，考慮在維持建筑物歷史特征的情況下滿足規(guī)范要求。

（8）評(píng)估設(shè)備型號(hào)及規(guī)格。建立表格模型以比較不同系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并從系統(tǒng)性能、設(shè)備安裝條件、成本及系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)更換升級(jí)的可操作性等方面進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。

2.1.2 注意事項(xiàng)

（1）如非必要，盡量不要安裝新系統(tǒng)，除非有足夠的空間或非常適合的區(qū)域來(lái)安放。

（2）新系統(tǒng)不宜設(shè)計(jì)過(guò)多功能。

（3）不可損壞原始飾面，不遮蓋歷史性特征元素或在安裝新系統(tǒng)時(shí)改變歷史性空間。

（4）不封閉可開啟的窗戶，除非內(nèi)部空間有控制空氣污染物和粉塵的需要。

（5）不在屋頂可見(jiàn)部分或場(chǎng)地重要區(qū)域安裝冷凝器、太陽(yáng)能電池板、高煙囪、通風(fēng)口或其他設(shè)備。

（6）控制新設(shè)備的重量，以免建筑結(jié)構(gòu)超負(fù)荷，特別是在閣樓部分。

（7）不因新設(shè)備的振動(dòng)而對(duì)歷史建筑的材料造成破壞。

2.2 設(shè)計(jì)案例分析

2.2.1 案例一

某學(xué)校約建于1900年。入口一側(cè)原先設(shè)有明裝散熱器，后改造為隱藏式雙管風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)（圖1）。設(shè)計(jì)充分考慮了室內(nèi)空間布局和實(shí)用功能，將通風(fēng)管道鋪設(shè)在窗邊長(zhǎng)椅下，沒(méi)有破壞天花等歷史元素。

2.2.2 案例二

圖2和圖3分別為華盛頓審計(jì)大樓會(huì)議室和開放式工作區(qū)。

（1）會(huì)議室內(nèi)具有歷史價(jià)值的蒸汽散熱器被保留并繼續(xù)使用；吊頂上的鑄鐵散熱器被用作裝飾元素而保留，但不再使用，體現(xiàn)了原有裝飾風(fēng)格細(xì)節(jié)在保留和利用上的功能權(quán)衡。

（2）工作區(qū)修繕時(shí)，拆除了后加吊頂和隔墻，恢復(fù)了開放式工作空間；新增帶有圓形雙殼外露管道的變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)，延續(xù)了建筑空間的工業(yè)特征。設(shè)備布置結(jié)合原有建筑結(jié)構(gòu)造型，毫無(wú)違和地融入歷史風(fēng)格中。

2.2.3 案例三

圖1 學(xué)校入口改造前后

馬里蘭州巴爾的摩的霍姆伍德博物館建成于1806年，原為住宅，現(xiàn)作為住宅博物館使用（圖4）。其加壓送風(fēng)系統(tǒng)的出風(fēng)口被漆成木紋色，從而與原護(hù)壁板相協(xié)調(diào)。該案例通過(guò)細(xì)部的裝飾設(shè)計(jì)，與歷史風(fēng)格完美結(jié)合。

圖2 華盛頓審計(jì)大樓會(huì)議室

圖3 華盛頓審計(jì)大樓的開放式工作區(qū)

圖4 馬里蘭州巴爾的摩的霍姆伍德博物館

3 我國(guó)歷史建筑保護(hù)理念及暖通設(shè)計(jì)案例分析

3.1 設(shè)計(jì)原則和理念

我國(guó)歷史建筑保護(hù)修繕設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)整體保護(hù)歷史建筑與環(huán)境，注重功能合理性和技術(shù)先進(jìn)性。采用適當(dāng)技術(shù)使結(jié)構(gòu)及設(shè)備安全適用，并提升耐久性，使歷史建筑在有效保護(hù)的前提下可持續(xù)發(fā)展。

3.1.1 我國(guó)歷史建筑暖通設(shè)計(jì)的合理化建議

（1）評(píng)估歷史建筑價(jià)值，進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)檢測(cè)。選擇合適的功能，達(dá)到保護(hù)傳承與再利用的平衡。

（2）分析原始資料、原有結(jié)構(gòu)體系，使暖通設(shè)計(jì)的風(fēng)管走向、設(shè)備的安裝敷設(shè)位置要避開保護(hù)區(qū)域和結(jié)構(gòu)承重薄弱區(qū)域。

（3）現(xiàn)場(chǎng)查勘、方案比選、優(yōu)化布局，新增的設(shè)施設(shè)備應(yīng)避開重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，尊重建筑形式、空間尺度、材質(zhì)色澤、構(gòu)筑細(xì)部。

（4）新設(shè)備系統(tǒng)和措施應(yīng)做到簡(jiǎn)潔高效、美觀經(jīng)濟(jì)、技術(shù)適用。

（5）結(jié)合立面、地坪、天花修繕統(tǒng)一設(shè)計(jì)。設(shè)備盡量隱蔽安裝，合理利用壁爐、壁柜、原有管井、板條墻、熱水汀設(shè)備空間等。

（6）設(shè)備盡量不與歷史建筑室內(nèi)外環(huán)境尚存的歷史空間特征相沖突。室外機(jī)盡可能減少對(duì)外墻的損害并合理考慮機(jī)位，外觀可采取與建筑風(fēng)格統(tǒng)一的遮蔽罩。

（7）住宅類建筑或有局部供冷供熱需求的歷史建筑場(chǎng)所，可采用能效比較高的分體空調(diào)。管線可利用護(hù)套布置在墻角的消極空間。

（8）按照可逆性原則，宜采用體積小、管道細(xì)、歷史建筑外觀影響小、空間適應(yīng)性大的變制冷劑流量多聯(lián)分體式空調(diào)系統(tǒng)。

（1）尊重歷史建筑原貌，設(shè)備更新不得對(duì)歷史建筑風(fēng)貌或結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

（2）根據(jù)建筑自身特征，妥善安置新更換的設(shè)備空間及管道走向。不具備條件的，寧可考慮不進(jìn)行改善添置。

（3）機(jī)電設(shè)備設(shè)施的安裝，盡量以避免對(duì)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域的干預(yù)為前提，應(yīng)少擾動(dòng)、少變更空間格局。

（4）一般空調(diào)根據(jù)新的使用功能設(shè)計(jì)計(jì)算。頂部送風(fēng)設(shè)備對(duì)室內(nèi)特色裝飾原物的保護(hù)極其不利，應(yīng)妥善采取措施避開需保護(hù)的天花平頂線腳等。

3.2 設(shè)計(jì)案例分析

與美國(guó)歷史建筑的暖通設(shè)計(jì)相比，我國(guó)的許多歷史建筑在理念上大同小異，有很多匠心之作，也有反面例子。

3.2.1 案例一

上?？倳?huì)（東風(fēng)飯店）[1]是現(xiàn)存的原上海租界地俱樂(lè)部建筑的典型代表，具有英國(guó)新古典式風(fēng)格特征和巴洛克裝飾。裝飾標(biāo)準(zhǔn)高，對(duì)暖通設(shè)計(jì)及室內(nèi)專業(yè)協(xié)作提出了較高要求。

（1）底層大堂的空調(diào)送回風(fēng)口利用回廊圓弧頂后部的消極空間，隱蔽安裝了送回風(fēng)管、噴淋管等管道（圖5）?；乩忍巹t緊貼弧形頂棚浮雕花飾的兩側(cè)，設(shè)置定制的條縫送風(fēng)口。底層采用側(cè)墻噴口送風(fēng)，外裝鏤空裝飾花板（圖6），盡量弱化視覺(jué)感受。采取減量化處理，將4個(gè)空調(diào)系統(tǒng)分散設(shè)計(jì)，既可充分利用不連貫的、有限的非保護(hù)空間，又可有效減少風(fēng)管在吊頂中占有的尺寸。

呂溫的文學(xué)作品，涵括了其一生的重大事件。呂溫極具特色的詩(shī)文，在唐代浩瀚如煙的文學(xué)作品中留下了濃墨重彩的一筆。筆者在對(duì)呂溫文學(xué)作品的體裁進(jìn)行分類分析的基礎(chǔ)上，觀照其政治思想及詩(shī)人情懷，探究呂溫作品的文學(xué)成就。

（2）長(zhǎng)吧處結(jié)合側(cè)送風(fēng)的需求，以超薄定制的送風(fēng)管貼著壁柱安置，隱蔽在酒柜的花飾之中?？照{(diào)主管自正下方的地下室引入，在高酒柜上方的裝飾鏤空花板后布置送風(fēng)口，回風(fēng)口則設(shè)置于吧臺(tái)內(nèi)側(cè)?？照{(diào)送回風(fēng)口的設(shè)置與室內(nèi)裝飾結(jié)合，上送下回較為合理化，同時(shí)又尊重了原有歷史空間（圖7、8）。

3.2.2 案例二

徐家匯觀象臺(tái)在140年的歷程中多次改擴(kuò)建，樓層關(guān)系錯(cuò)落復(fù)雜。因地制宜地采用頂藏風(fēng)口及落地式室內(nèi)機(jī)的空調(diào)形式，以滿足層高要求。

（1）入口大廳原為豎向交通空間，周圍墻厚均超1m且入口空間較小。設(shè)計(jì)采用冷媒管從底層樓板上送的方式，直接接入落地空調(diào)機(jī)，解決了管道穿越、保持層高、避免管道井的問(wèn)題(圖9）。

圖6 底層大堂修繕后效果

圖7 長(zhǎng)吧送回風(fēng)剖面圖

圖5 上海總會(huì)底層大堂空調(diào)平面圖

圖8 長(zhǎng)吧復(fù)原后效果圖

（2）在坡屋頂空間及塔樓挑空空間均采用落地式室內(nèi)機(jī)，外部裝飾與空間家具樣式協(xié)調(diào)（圖10、11）。

（3）走廊空間等非保護(hù)空間則在與窗洞、門洞對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置內(nèi)發(fā)光圓吊頂。采用風(fēng)管內(nèi)藏的方式，與燈具共同內(nèi)置于吊頂（圖12）。

圖9 入口門廳頂出風(fēng)式落地室外機(jī)

圖10 三層坡頂大空間室內(nèi)機(jī)與家具統(tǒng)一設(shè)置

圖11 塔樓三層觀察室家具式室內(nèi)機(jī)

（4）觀象臺(tái)均為坡屋頂，塔樓上部均放置氣象觀測(cè)裝置。為了不影響屋頂“第五立面”的風(fēng)貌及氣象觀測(cè)設(shè)備，室外空調(diào)機(jī)設(shè)置于場(chǎng)地的消極空間，用灰白色格柵圍擋（圖13～15）。

3.2.3 案例三

建于1953年的同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓是我國(guó)唯一具有Bauhaus風(fēng)格的建筑，室內(nèi)少有裝飾，體現(xiàn)了“形式追隨功能”的現(xiàn)代主義簡(jiǎn)約風(fēng)。因此，暖通設(shè)計(jì)針對(duì)不同的空間需求采用了熱源空調(diào)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)：中間展廳及教室采用地源熱泵加輻射吊頂；報(bào)告廳采用燃?xì)怛?qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱泵加余熱除濕；階梯教室采用太陽(yáng)能燃?xì)庋a(bǔ)燃和吸收式熱泵。文遠(yuǎn)樓的節(jié)能效率和技術(shù)水平也是歷史建筑更新改造的典型案例。

3.2.4 案例四

某磚木結(jié)構(gòu)建筑，由于建筑的現(xiàn)實(shí)使用情況、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、保護(hù)級(jí)別等因素，暖通設(shè)計(jì)并未納入整體修繕設(shè)計(jì)當(dāng)中。業(yè)主方從實(shí)用角度考慮，依然沿用分體式空調(diào)的方案。在施工結(jié)束后，修繕過(guò)的清水磚外立面又裝設(shè)了空調(diào)室外掛機(jī)，影響了建筑外觀效果；而安裝室外機(jī)架的孔洞又對(duì)新修復(fù)的清水磚墻造成了新的滲漏隱患。這種現(xiàn)象在諸多歷史建筑保護(hù)修繕項(xiàng)目中不是個(gè)例，應(yīng)當(dāng)引起重視。

圖12 走廊吊頂內(nèi)藏風(fēng)口

圖13 氣象臺(tái)外側(cè)室外機(jī)組位置

圖14 一層空調(diào)冷媒管布置圖[2]

圖15 一層空調(diào)平面布置圖[2]

4 設(shè)計(jì)理念的差異性分析

中美歷史建筑保護(hù)修繕技術(shù)通過(guò)交流、學(xué)習(xí)、引進(jìn)等手段都可互通，但由于保護(hù)理念的不同，使得兩國(guó)對(duì)歷史建筑的保護(hù)效果呈現(xiàn)出一定差異性。

4.1 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程的制定

美國(guó)針對(duì)歷史建筑的保護(hù)、修繕技術(shù)的運(yùn)用都有整套的理論指導(dǎo)和技術(shù)規(guī)程要求，使得歷史建筑保護(hù)工程的設(shè)計(jì)方法、施工工藝能夠形成科學(xué)合理的流程。我國(guó)在歷史建筑的保護(hù)規(guī)劃方面有較為系統(tǒng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，但歷史建筑保護(hù)修繕等技術(shù)規(guī)程尚待完善，先進(jìn)正確的設(shè)計(jì)理念和工藝措施在逐漸成型。

4.2 歷史建筑保護(hù)等級(jí)與保護(hù)工程設(shè)計(jì)的關(guān)系

美國(guó)歷史建筑的保護(hù)雖按等級(jí)劃分，但同樣重視從設(shè)計(jì)理念的教學(xué)引領(lǐng)到設(shè)計(jì)資格準(zhǔn)入和設(shè)計(jì)審查機(jī)制等方面的不斷完善，不同保護(hù)等級(jí)的項(xiàng)目能得到相同保護(hù)理念的設(shè)計(jì)。我國(guó)項(xiàng)目的保護(hù)等級(jí)不同，則往往意味著政府保護(hù)資金投入的不同、職能部門監(jiān)管力度的不同、設(shè)計(jì)單位改造程度的不同等諸多變化，這都會(huì)影響整體保護(hù)修繕工程的最終效果。

4.3 設(shè)計(jì)對(duì)歷史建筑保護(hù)修繕設(shè)計(jì)的理解

美國(guó)歷史建筑的暖通設(shè)計(jì)主要是為了滿足空間使用的舒適度需求，在對(duì)建筑做出冬季、夏季熱舒適度評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，確定原有措施如自然通風(fēng)、屋面墻體保溫等是否滿足現(xiàn)今需求；對(duì)于不滿足的部分則通過(guò)有限的、不影響歷史建筑保護(hù)的手段來(lái)改善。我國(guó)的設(shè)備專業(yè)在歷史建筑方案前期參與度較少，僅考慮設(shè)計(jì)說(shuō)明或系統(tǒng)圖。

上述案例都證明：建筑、機(jī)電室內(nèi)、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)應(yīng)反復(fù)溝通，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，充分進(jìn)行多方案的比選，才能安全、隱蔽、合理地解決歷史建筑暖通設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

暖通系統(tǒng)只是保護(hù)建筑修繕工作的一個(gè)組成部分，具體的設(shè)計(jì)手法和技術(shù)措施都是再利用工程中值得不斷摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的。我國(guó)歷史建筑保護(hù)修繕工程的暖通設(shè)計(jì)也不乏細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的具體案例值得借鑒。

他山之石可以攻玉，保護(hù)工作應(yīng)多方借鑒國(guó)內(nèi)外成熟經(jīng)驗(yàn)，盡早形成明確的設(shè)計(jì)理念，形成主導(dǎo)力量和示范效應(yīng)。科學(xué)、合理、適度地使用是對(duì)歷史建筑最大的保護(hù)，將具有較好成效及普遍意義的技術(shù)進(jìn)行歸納，可以切實(shí)從技術(shù)層面上保護(hù)和利用好這些歷史建筑，提升建筑使用壽命，達(dá)到更高層次的保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐玉恩主編．上海外灘東風(fēng)飯店保護(hù)與利用．中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013．

[2] 王小池,應(yīng)伊瓊,張磊．上海徐家匯觀象臺(tái)修繕設(shè)計(jì)有關(guān)資料 ．2014．