孫鳳明 郭嘉鈺,2 劉家韋華,2

(1.河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038; 2.天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 300072)

0 引言

黨中央在2015年的“十三五”規(guī)劃中提出了以“提高人民健康水平為核心”的“健康中國”理念，隨后出臺的《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》將其提升至國家戰(zhàn)略層面[1]。其中，建設(shè)健康建筑，促進(jìn)健康老齡化為“健康中國”理念中的重要內(nèi)容。于建筑設(shè)計(jì)師而言，在健康中國理念下，如何利用綠色建筑設(shè)計(jì)策略為老齡群體構(gòu)筑健康建筑成為亟待解決的問題。

1 總體設(shè)計(jì)策略及項(xiàng)目概況

1.1 老齡化背景與健康建筑設(shè)計(jì)

我國65周歲以上人口的比例將在2030年超過25%，成為世界老齡化程度最高的國家[2]，養(yǎng)老建筑將成為常見的建筑類型。養(yǎng)老建筑為一種長期運(yùn)行的綜合類公共服務(wù)設(shè)施，其單位面積能耗為普通建筑兩倍，具有較高的節(jié)能潛力?；诮】抵袊砟畹囊?，養(yǎng)老建筑應(yīng)設(shè)計(jì)為具有健康性和適老性的綠色建筑。

1.2 項(xiàng)目概況

2017年臺達(dá)杯國際太陽能建筑設(shè)計(jì)競賽以“陽光·頤養(yǎng)”為主題，在健康中國的背景下，針對生態(tài)頤養(yǎng)服務(wù)中心征集建筑設(shè)計(jì)方案。競賽要求將建筑設(shè)計(jì)手段與綠色建筑技術(shù)進(jìn)行整合應(yīng)用，使用可再生能源，為老齡群體設(shè)計(jì)安全、健康、舒適、便利、綠色的新型養(yǎng)老建筑。

2 建筑方案設(shè)計(jì)

2.1 前期氣候分析

項(xiàng)目用地位于福建省泉州市近郊的德化縣雷峰鎮(zhèn)瓷都印象生態(tài)園項(xiàng)目內(nèi)，北緯25°56′，東經(jīng)118°32′，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水量1 800 mm左右。泉州地區(qū)夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，年平均風(fēng)速為4.8 m/s。基于氣候條件對當(dāng)?shù)亟ㄖ淖罴殉蜻M(jìn)行模擬研究，可得泉州地區(qū)建筑最佳朝向?yàn)槟掀珫|10°的結(jié)論。

2.2 建筑方案概況

獲獎(jiǎng)作品“光之寓”，針對閩南地區(qū)的熱濕氣候，從健康中國理念的要求出發(fā)，運(yùn)用綠色建筑設(shè)計(jì)策略，建設(shè)健康的養(yǎng)老建筑。

根據(jù)項(xiàng)目要求將單體設(shè)計(jì)為3層(見圖1)，建筑面積為3 360 m2，容積率0.68。方案整體平面呈類“工”字形，南、北樓與東側(cè)建筑圍合形成內(nèi)庭院。南樓為養(yǎng)護(hù)單元，是該建筑的主要使用部分；北樓為餐飲、活動和醫(yī)療，是該建筑的輔助空間；東側(cè)建筑為活動和交往空間。基于生態(tài)園內(nèi)已建成的建筑和當(dāng)?shù)孛窬犹厣紤]，結(jié)合光伏技術(shù)的應(yīng)用，南樓第五立面設(shè)計(jì)為坡頂形式，以求在最大程度的接收太陽輻射的同時(shí)謀求與環(huán)境的協(xié)調(diào)。北樓頂層設(shè)計(jì)為屋頂花園，構(gòu)筑有一定傾角的植物架，同南樓的坡屋頂進(jìn)行對話。

3 療養(yǎng)環(huán)境的健康設(shè)計(jì)

3.1 老年人的需求及養(yǎng)老建筑的環(huán)境特點(diǎn)

健康中國理念要求養(yǎng)老建筑應(yīng)積極的影響老齡群體的生理、心理和社會三個(gè)方面的狀態(tài)，使老齡群體達(dá)到“整體健康”的水平[3]。老齡群體的活動范圍在身體機(jī)能不斷衰退的影響下逐漸縮小，故其活動范圍多局限于所居住的內(nèi)部或建筑庭院和周邊。因此，養(yǎng)老建筑的室內(nèi)外空間設(shè)計(jì)更應(yīng)得到重視。當(dāng)代新的醫(yī)學(xué)觀倡導(dǎo)療養(yǎng)建筑應(yīng)重視環(huán)境對于心理和情緒的治療作用，減輕老年人的心理壓力[4]。

3.2 室內(nèi)活動空間的健康設(shè)計(jì)

“光之寓”在南樓東側(cè)為每層的養(yǎng)護(hù)單元配建陽光廳，為老年人創(chuàng)造舒適易達(dá)的室內(nèi)交往活動空間。該空間創(chuàng)新性的使用了動態(tài)循環(huán)式水體幕墻，底層與三層分設(shè)蓄水池，整體呈現(xiàn)動態(tài)流水的藝術(shù)效果。無雨天氣利用光伏供能的水泵將水由底層蓄水池泵出，利用建筑物落差制造跌水景觀。該幕墻為建筑最外側(cè)動態(tài)表皮，隔熱降溫作用明顯，可顯著降低建筑在夏季的制冷能耗(見圖2)。

3.3 室外療養(yǎng)環(huán)境的健康設(shè)計(jì)

結(jié)合該地區(qū)氣象數(shù)據(jù)對建筑體塊進(jìn)行控制，將室外環(huán)境規(guī)劃為內(nèi)外兩個(gè)半圍合庭院：外庭院組織交通，內(nèi)庭院服務(wù)于養(yǎng)護(hù)單元，形成老年人室外交往與活動鍛煉的空間。通過運(yùn)用Phoenics等CFD流體分析軟件，對本方案建筑形態(tài)和庭院空間設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。夏季西南風(fēng)可吹入庭院，并以適宜的風(fēng)速穿過，起到降溫防潮的作用；冬季東北風(fēng)多被阻擋于庭院之外，為冬季室外活動營造舒適的微環(huán)境(見圖3)。

在圍合內(nèi)庭院的立面上設(shè)置立體綠化，為建筑隔熱遮陽的同時(shí)，將自然環(huán)境要素介入老年人的療養(yǎng)與恢復(fù)，對其情緒起到積極作用[5]。

4 光環(huán)境的健康設(shè)計(jì)

4.1 老齡群體的光環(huán)境健康需求

健康中國理念要求改善老齡群體的生活和生命質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)健康老齡化。室內(nèi)光環(huán)境對老齡群體的生活質(zhì)量影響較大[6]。老齡群體的視覺感知調(diào)節(jié)能力隨著身體機(jī)能的退行性變化而減弱，眼部結(jié)構(gòu)的變化使老齡群體對眩光更加敏感。老齡群體的瞳孔直徑的變化使其對光的反應(yīng)靈敏度也會下降,75周歲的老年人僅能達(dá)到20周歲時(shí)瞳孔直徑變化靈敏度的12%[7]。同時(shí)，老齡群體明、暗視力降低和顏色辨別能力下降也對室內(nèi)光環(huán)境提出了更高的要求。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，光環(huán)境可作用于人體的生理與心理的應(yīng)激機(jī)制，與睡眠障礙和心血管疾病等老齡群體常見病存在較高相關(guān)性。由于受到視覺能力的退行性變化的影響，老齡群體患心理疾病的幾率增大，易出現(xiàn)孤獨(dú)、焦慮或抑郁等情緒[7]。舒適的室內(nèi)光環(huán)境可提供柔和且穩(wěn)定變化的光線，有利于老齡群體的日常生活和心理健康。

老齡群體居住建筑的主要功能房間應(yīng)保證至少75%的面積滿足采光系數(shù)不低于2%、側(cè)面采光均勻度不低于0.4的要求；同時(shí)，天然光照度值高于300 lx的平均時(shí)數(shù)不少于4 h/d規(guī)范[8]。

4.2 天然采光的循證設(shè)計(jì)

循證設(shè)計(jì)是一種基于時(shí)代發(fā)展背景將建筑藝術(shù)創(chuàng)造同科學(xué)調(diào)研分析相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，即根據(jù)當(dāng)前依據(jù)和合理假設(shè)對每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)[9]。為使“光之寓”頤養(yǎng)中心達(dá)到健康建筑的要求，在方案過程中設(shè)計(jì)者對療養(yǎng)空間的天然采光條件進(jìn)行了多次循證設(shè)計(jì)[10]。

從該頤養(yǎng)中心的老年人居室中選取相鄰的兩間典型房間作為模擬對象，在Desktop Radiance中對其在CIE全陰天天空下的采光系數(shù)進(jìn)行模擬(見圖4)。建筑南立面采取水平固定遮陽和活動遮陽相結(jié)合的方式，協(xié)同保障室內(nèi)光環(huán)境舒適度。基于日照條件進(jìn)行計(jì)算，對屋檐出挑長度做合理設(shè)計(jì)，以同時(shí)滿足室內(nèi)冬季采光和夏季遮陽的需求(見圖5)。

4.2.1初步選型

結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，確定了開敞通透的建筑體型，采用外廊和開放式陽臺，建筑朝向?yàn)槟掀珫|12°。設(shè)計(jì)者依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合立面的藝術(shù)造型確定房間合理的窗地比。

4.2.2構(gòu)造調(diào)整

基于初步設(shè)計(jì)的模擬進(jìn)行分析可知，居室內(nèi)靠近北側(cè)區(qū)域采光系數(shù)偏低，單側(cè)采光致使照度均勻度較差。針對上述問題，在北側(cè)墻體上打開高400 mm、離地2 000 mm的連續(xù)條形高窗。該高窗既可補(bǔ)充光線、組織通風(fēng)，又可保證面向內(nèi)庭院開窗時(shí)的私密性。

4.2.3材料調(diào)整

模擬結(jié)果顯示，居室內(nèi)照度值及照度均勻度均有所提高，但南側(cè)近窗口極易出現(xiàn)眩光。選用Low-E玻璃以提升可見光透過率同時(shí)降低熱輻射[11]。窗扇中部安裝可活動的反射板，在照度過高時(shí)打開反射板即可將直射光反射到天花板上，轉(zhuǎn)化為柔和的漫反射光。

通過多次循證設(shè)計(jì)，本方案中老年人居室模型的照度和采光系數(shù)可營造出舒適度較高的室內(nèi)環(huán)境。

5 環(huán)境效應(yīng)的健康設(shè)計(jì)

5.1 養(yǎng)老建筑的能耗特點(diǎn)

健康中國理念要求建設(shè)節(jié)能環(huán)保、對環(huán)境友好的健康建筑。我國的養(yǎng)老建筑為高能耗、高節(jié)能潛力的公共服務(wù)設(shè)施建筑。針對養(yǎng)老建筑進(jìn)行太陽能綜合利用設(shè)計(jì)，可在保障老齡群體居住環(huán)境高舒適度的同時(shí)有效降低養(yǎng)老建筑運(yùn)營能耗，降低其對生態(tài)環(huán)境的不利影響[12]。

5.2 綠色能源利用設(shè)計(jì)

“光之寓”通過設(shè)計(jì)居住區(qū)域坡屋頂?shù)南蜿柮婕皟A角以期提高太陽輻射接收量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定屋面為雙坡形式，同時(shí)將坡屋頂正脊向北側(cè)平移，使接收太陽輻射的南向面積增大。根據(jù)擬定的建筑風(fēng)格，選用更為貼合設(shè)計(jì)的光伏瓦作為屋面光伏設(shè)備。在屋面布置太陽能集熱系統(tǒng)，可以提供老年人生活用熱水(見圖6)。

光伏陶瓷瓦的主要原料為陶土，生產(chǎn)工藝綠色健康，具有強(qiáng)度高、散熱性能好和質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目選用單晶硅太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換效率大于18%，瓦片(包括邊框面積)轉(zhuǎn)換率大于13%[13]。運(yùn)用PVsyst軟件對屋面光伏系統(tǒng)在不同傾角下的發(fā)電量進(jìn)行模擬，得到出屋面最佳傾角為20°的結(jié)論。此時(shí)的屋面光伏設(shè)備年發(fā)電量為82 683 kWh。

南向陽臺設(shè)計(jì)為有利于通風(fēng)組織的露天陽臺，選擇低透過率的光伏鋼化玻璃作為陽臺欄桿，在保證一定的通透性的同時(shí)提高光伏玻璃的光電轉(zhuǎn)化率。選用的組件為雙玻光伏組件，形式為4 mm玻璃+2.28 mm PVB及電池片+8 mm玻璃。超白壓花鋼化玻璃的太陽光透過率可達(dá)91%，電池片類型為單晶硅，顏色為灰色，光電轉(zhuǎn)換效率15%，PVsyst模擬得到陽臺光伏玻璃年發(fā)電量3 379 kWh。

以單位建筑面積年綜合電耗為60 kWh/(m·年)計(jì)算，“光之寓”年綜合電耗為201 600 kWh/(m·年)。光伏瓦和光伏玻璃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)電量總和為86 062 kWh，占年綜合能耗的43%左右。結(jié)合太陽能路燈、太陽能熱水系統(tǒng)、光導(dǎo)照明等太陽能綜合利用手段，將建筑能耗降至最低，成為近零能耗的健康建筑，力求環(huán)境效應(yīng)的健康。

6 結(jié)語

以2017年“臺達(dá)杯”獲獎(jiǎng)作品為例，從建設(shè)健康建筑、促進(jìn)健康老齡化的理念出發(fā)，對養(yǎng)老建筑設(shè)計(jì)策略進(jìn)行研究。闡述了面向老齡群體的心理變化，運(yùn)用軟件分析等手段，結(jié)合水體幕墻等綠色建筑技術(shù)，營造健康適老的室內(nèi)外活動空間的設(shè)計(jì)過程。結(jié)合老齡群體對光環(huán)境的要求，運(yùn)用循證設(shè)計(jì)方法，結(jié)合活動遮陽等技術(shù)手段，為老齡群體營造高舒適度的居住空間。運(yùn)用太陽能綜合利用手段，營建綠色節(jié)能的健康建筑。

參考文獻(xiàn):

[1] 曾 釗,劉 娟.中共中央、國務(wù)院印發(fā)《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》[J].中華人民共和國國務(wù)院公報(bào),2016(32):5-20.

[2] 李峰清,黃 璜.我國邁向老齡社會的兩次結(jié)構(gòu)變化及城市規(guī)劃對策的若干探討[J].現(xiàn)代城市研究,2010,25(7):85-92.

[3] 唐 岱.長沙養(yǎng)老機(jī)構(gòu)室內(nèi)外空間環(huán)境設(shè)計(jì)研究[D].長沙：湖南大學(xué),2015.

[4] 張文英,巫盈盈,肖大威.設(shè)計(jì)結(jié)合醫(yī)療——醫(yī)療花園和康復(fù)景觀[J].中國園林,2009,25(8):7-11.

[5] 晁 軍,劉德明.趨近自然的醫(yī)院建筑康復(fù)環(huán)境設(shè)計(jì)[J].建筑學(xué)報(bào),2008(5):83-85.

[6] 趙寶華.老齡工作:新范式的探索[M].北京：華齡出版社,2004.

[7] 崔 哲,陳堯東,郝洛西.基于老年人視覺特征的人居空間健康光環(huán)境研究動態(tài)綜述[J].照明工程學(xué)報(bào),2016,27(5):21-26.

[8] T/ASC 02—2016，健康建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9] Regnier V.Assisted Living Housing for the Elderly:Design Innovations from the U.S. and Europe[M].New York:Van Nostrand Reinhold,1994.

[10] 陳 冰,張 華,尹金秋,等.循證設(shè)計(jì)原理及其在綠色建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].動感:生態(tài)城市與綠色建筑,2016(2):35-41.

[11] 彭 軍,趙壽柏,朱云瑾,等.節(jié)能玻璃的光譜測試[J].光學(xué)儀器,2010,32(3):14-17.

[12] 付幫升,王 硯.我國建筑節(jié)能狀況分析與探討[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2011(22)：21-25.

[13] Ruiz M A，Correa E N．Adaptive model for outdoor thermalcomfort assessment in an Oasis city of arid climate[J]．Building and Environment，2015(85):40-51.