本文是一篇建筑论文，本文从里院建筑围护结构单一要素优化和多要素协同优化两个方面开展研究，并以元善里为例，探究不同改进措施对里院能耗和经济性的影响，结果表明优化措施能够减少能源消耗，获得较为可观的节能效益，对里院建筑进行围护结构节能优化是切实可行的。
第1章绪论
1.1研究的背景、目的和意义
1.1.1研究的背景
青岛作为国家历史文化名城，拥有大量近代建筑遗存，这些殖民时期的建筑已经成为青岛城市文化的一部分，赋予青岛独特的城市韵味。随着城市飞速发展，人们逐渐意识到历史建筑的价值，在政府和学者的推动下，一部分近代建筑被选为青岛优秀历史建筑，经过功能置换等保护性措施改造为展览馆、博物馆等场所，然而许多历史建筑目前仍在使用之中，在城市发展过程中遭到破坏，生存状况堪忧。在保护前提下进行近代历史建筑的再生，是当前社会的重要议题[1]。一方面，历史建筑反映一座城市的时代记忆，具有深厚的文化意义，需要采取措施加以保护；另一方面，历史建筑建设年代久远，存在围护结构热工性能差、能源消耗大、室内舒适度低的问题，对使用者的生活质量产生严重影响。因此在延续建筑历史文脉和城市文化信息的前提下，对历史建筑进行热工性能提升，改善热工环境，有利于延续城市历史文脉，赋予建筑新活力。
进入二十一世纪以来，各行各业均十分关注节能减排工作，根据统计数据，2018年全国能耗总量中，建筑全过程能源消耗占46.5%[2]，建筑节能问题成为解决全国能耗问题的关键。目前建筑节能分为两个领域，一是新建建筑节能，二是既有建筑节能改造。青岛历史建筑遗存丰富，这些建筑需要消耗大量能源才能满足居民日常使用需求，即使对于历史建筑能耗利用效率没有官方标准要求，由于其运行成本高昂，建筑所有者和居民也希望提出解决方案来改善热工环境。虽然我国目前对于既有建筑节能改造具有完善的体系，但历史建筑节能研究较为缺乏，目前历史建筑改造主要关注保护性修缮方面，对节能方面考虑较少，使其仍属于高能耗的建筑类型。
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1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
（1）历史建筑保护与再利用
国外关于历史建筑保护与再利用的研究较早，研究成果较为丰富。《雅典宪章》[7]是最早有关历史建筑保护更新的指导性文件；《威尼斯宪章》[8]是对历史建筑保护影响最为深刻的国际性纲领，是其他保护原则的基础，一直指导着现今的建筑保护工作。该文件制定了历史建筑保护的具体条款和保护原则，完善了历史建筑保护体系；《马丘比丘宪章》[9]明确了历史建筑对于传承历史文化的重要性，强调了在城市发展中历史建筑不可替代的作用，指出应遵循“建筑更新和再利用”的理念，推动了历史建筑保护与再利用的工作进程。
根据《雅典宪章》与《威尼斯宪章》的相关规定，可以将历史建筑保护与再利用原则概括为四类：
真实性原则：真实、完整的保护建筑在历史过程中形成的历史、文化信息，不破坏历史价值，尽量保持和恢复建筑原有风貌。尽量保存和利用原有的材料、工艺和结构，发挥原有功能，避免不必要的拆除和更换。
完整性原则：保护所有能体现历史建筑价值的要素，即不仅要保护历史建筑本身，还要保护相关的历史文化和所处环境等信息。结合周围环境开展整体性保护，保留完整的历史信息。
可识别原则：慎重对待历史建筑改建和加建，经过修复的部分应当可以识别，保护各自的历史信息。添加物要和整体建筑和谐，但同时又要和历史建筑原有的部分有明显区别，不能以假乱真。
可逆性原则：采取科学合理的措施进行保护修缮，对那些必要的改造，应该尽可能可逆，做到拆除而不损害历史建筑本身。
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第2章青岛里院调研与分析
2.1青岛里院的历史与特征
2.1.1青岛里院的历史沿革
青岛里院建筑产生于二十世纪一二十年代，彼时青岛处于殖民时期，城市扩张造成人口迅速膨胀。为了解决越来越紧张的住房问题，德国统治者将大鲍岛地区规划为华人居住区[40]，建造“里院”建筑来安置本地和外来居民，里院居住形态初具雏形。后来经过日据时期、北洋政府和国民政府统治时期、第二次日据时期的发展，青岛里院不断融合东西方建筑文化，逐渐适应本地居民的生活需求，形成了青岛独特的城市肌理。青岛里院建设发展历程如表2.1所示。
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2.2青岛里院建筑保护与再利用工作调研
2.2.1青岛里院保护工作
里院建筑是青岛老城区的特色，据1980年青岛建筑普查数据显示，里院数量多达近800个[44]，近十年间的旧城改造活动拆除了大量里院建筑，严重破坏了青岛老城区历史风貌。2001年，辽宁路附近开始实施旧城改造工程，拆除了大量日据时期的里院建筑；2006年，海关后、东镇、西大森区域的里院惨遭拆除，新建了高层住宅楼和商业街区；2007年，西镇云南路里院大面积拆迁，城市肌理不复存在，如图2.10所示；2010年为建设胶宁高架快速路拆除了市北区李村路、市场三路区域内的里院建筑；2012年中山路改造使里院又一次经历同样命运，对城市肌理带来了严重破坏。到2020年笔者实地调研时为止，仅有四方路片区的里院建筑群保存相对完整，上海路一带零星保留了几处院落。
据青岛市自然资源与规划局了解，《青岛历史文化名城保护规划2011-2020》中共划定了13处历史文化街区，如图2.11，包括四方路、上海路－武定路、馆陶路、中山路、鱼山路、黄台路、观海山、无棣路、奥帆中心、观象山、信号山、八关山、八大关－汇泉角－太平角历史文化街区。里院建筑主要分布在四方路历史文化街区、上海路－武定路历史文化街区和馆陶路历史文化街区。
进入现代社会后，里院建筑日渐老旧，居民对不能满足需求的里院空间自行改造，由于缺乏保护意识和规范限制，建筑原始风貌在此过程中受到严重破坏。经过调研发现，里院原始窗框多为木质，年久失修，大多腐烂变形，现存里院建筑原有的木质窗户基本都已被铝合金或塑料窗替换，虽然窗洞口保存较为完整，但窗户已经失去了历史保护价值。
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第3章青岛里院围护结构节能优化措施分析·················36
3.1青岛里院节能优化原则·····················36
3.1.1改造适度原则····························36
3.1.2功能适宜原则···························37
第4章青岛里院围护结构单一要素优化策略·····················57
4.1围护结构节能优化分析方法·························57
4.1.1围护结构热工性能权衡判断方法·············57
4.1.2经济性分析方法···························57
第5章青岛里院围护结构多要素协同优化策略························80
5.1围护结构多要素协同优化组合方案·····························80
5.1.1正交试验方法·······························80
5.1.2确定因素和水平································81
第5章青岛里院围护结构多要素协同优化策略
5.1围护结构多要素协同优化组合方案
5.1.1正交试验方法
正交试验法由费歇尔（Ronald A.Fisher）于1920年提出，该方法可以将一个多因素问题分解为多个单因素问题，在全面试验中选择部分有代表性的点进行试验，只需要进行少量试验便可以找出最优组合，高效解决科学问题[72]。该方法在国内外推行以来，大幅缩短了试验周期，解决了诸多科学问题。
在正交试验中，对某一结果产生影响的原因被称为因素，每个因素的不同情况被称为水平。正交试验需要依靠正交表完成，以3因素2水平为例，L4（23）为该试验的正交表表示方式，表格设计如表5.1所示：
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正交表中列的个数代表因素的数量，共A、B、C三个因素，每个因素占一列，每个因素设置2个水平；行的个数代表试验次数，L4（23）占4行，表示需进行4次试验。通过正交试验设计，原本需要进行23=8次的全面试验被减少为只需4次，使工作量缩短了一半，可以提高工作效率。
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第6章结论与展望
6.1研究结论
目前里院建筑破损严重，里院建筑街区恢复活力的必要条件是进行保护修缮工程。青岛市正在大力推进里院建筑保护与再利用工作的开展，通过对已经完成修缮的里院进行调研和实测发现，修缮工程本身便是一项有效的节能措施，可以降低冷风渗透带来的热量散失，但修缮后通过围护结构散失的热量仍然较高，在建筑修缮的同时进行围护结构节能优化，可以提升围护结构热工性能和建筑整体热环境，满足使用者需求，减少能源消耗。
本文从里院建筑围护结构单一要素优化和多要素协同优化两个方面开展研究，并以元善里为例，探究不同改进措施对里院能耗和经济性的影响，结果表明优化措施能够减少能源消耗，获得较为可观的节能效益，对里院建筑进行围护结构节能优化是切实可行的。主要研究结论如下：
（1）里院围护结构单一要素节能优化可以提升建筑热工性能。墙体节能优化措施适宜选用内保温构造并增设热桥部位保温措施，当里院建筑面积较为宽裕时，推荐优先选用性价比高的普通保温材料，例如EPS与XPS保温材料；当建筑空间局促且对节能性要求较高时，可以选用传热系数较低的高性能保温材料，例如STP材料。墙体节能优化投资回收期较高，应配合其他围护结构改造措施使用。屋面节能优化形式适宜选用外保温构造，推荐选用性价比高的EPS和XPS保温材料。
屋面节能优化措施的节能率和投资回收期优于墙体和外窗部位的节能优化，里院改造应注重屋面保温。外窗节能优化适宜选用整窗更换形式，推荐选用传热系数小、太阳能得热系数高的外窗形式。更换窗户是一项必备的修缮措施，当建筑气密性满足标准要求时，通过不透明围护结构散失的热量远高于窗户，提升窗户热工性能带来的节能效果并不显著，因此更换外窗同时需要配合其他围护结构改造措施。
参考文献（略）