基于風(fēng)環(huán)境組織下的綠色醫(yī)院公共空間設(shè)計

李聞瀾

(成都華宇建筑設(shè)計有限公司，四川成都 610023)

我國建筑能耗約占社會總能耗的 33 %；高能耗建筑的比例不斷增加，我國目前有400×108m2以上的高能耗建筑，預(yù)計到 2020 年我國的建筑能耗將達到年耗1 089×108t標(biāo)準(zhǔn)煤。醫(yī)院建筑是高能源消耗的建筑，醫(yī)院的冷負荷、熱負荷、生活用水負荷及用電負荷等都高于一般民用建筑，其能耗是一般公共建筑的 1.6～2倍[1-2]。醫(yī)院建筑作為公共建筑中對環(huán)境衛(wèi)生品質(zhì)要求高，建筑能耗大的建筑類型，其綠色節(jié)能設(shè)計是醫(yī)院建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。

目前研究綠色醫(yī)院建筑設(shè)計的學(xué)者很多。任瑩研究了綠色建筑設(shè)計方法在醫(yī)院建筑中的應(yīng)用[3]；張旻以太原地區(qū)為例研究了風(fēng)環(huán)境組織下的醫(yī)院建筑設(shè)計[4]；陳琛探討了亞熱帶地區(qū)醫(yī)院門診部自然通風(fēng)設(shè)計[5]。這些研究缺少將健康設(shè)計與風(fēng)環(huán)境組織結(jié)合研究成都地區(qū)醫(yī)院建筑的設(shè)計方法，且未針對醫(yī)院公共空間使用特點研究其風(fēng)環(huán)境影響下的綠色設(shè)計策略。

成都是典型的夏熱冬冷地區(qū)，以此地域背景具有一定的代表性。因此本文將“綠色”與“健康”的建筑設(shè)計理念相融合，以成都地區(qū)醫(yī)院建筑風(fēng)環(huán)境組織為核心，結(jié)合實際項目設(shè)計經(jīng)驗，從醫(yī)院建筑外環(huán)境設(shè)計、內(nèi)環(huán)境設(shè)計兩方面探討綠色醫(yī)院公共空間設(shè)計方法。

1 醫(yī)院建筑風(fēng)環(huán)境組織

1.1 成都地區(qū)室外風(fēng)環(huán)境簡述

成都屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均濕度為79 %～84 %，全市大部分地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向為NE和NNE，占全年7 %～11 %，靜風(fēng)頻率占全年32 %～55 %。夏季風(fēng)速平均值為1 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向為北偏東67.5°[6]。成都室外風(fēng)速小于3.33 m/s的小時數(shù)占全年總時間的97.1 %(數(shù)據(jù)來源：DEST氣象數(shù)據(jù)庫)，因此成都地區(qū)室外多為微風(fēng)，人體感覺舒適，對建筑自然通風(fēng)有利。室外風(fēng)速高于7 m/s即人體感覺不舒適風(fēng)速的小時數(shù)占全年0.04 %，為小概率事件，本文研究成都風(fēng)環(huán)境忽略這一現(xiàn)象，故成都地區(qū)不需要刻意考慮防風(fēng)措施。

1.2 醫(yī)院建筑風(fēng)環(huán)境組織

醫(yī)院建筑風(fēng)環(huán)境組織不僅直接影響醫(yī)院活動人群舒適度感受，左右公共空間的品質(zhì)。依據(jù)醫(yī)院建筑公共空間使用特點，設(shè)計組織良好的醫(yī)院建筑風(fēng)環(huán)境還能降低建筑能耗。本文歸納總結(jié)醫(yī)院建筑公共空間風(fēng)環(huán)境組織要點如下：

(1)避免形成復(fù)雜風(fēng)環(huán)境，避免傳染病房等醫(yī)技部門空氣高污染區(qū)域與公共空間的空氣交叉污染。

(2)在門診部等公共互通性強、機械排風(fēng)需求不高的空間使用自然通風(fēng)手段改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、提高熱舒適度。

(3)規(guī)劃醫(yī)院建筑室外氣流路線，院區(qū)內(nèi)部污染物及時排除稀釋，避免形成渦流在醫(yī)院內(nèi)造成污染聚集，增加污染物流場通暢性。

(4)利用水體、綠化等景觀手段改變氣流變化情況，改善外部空間風(fēng)環(huán)境。

2 建筑外部公共空間風(fēng)環(huán)境組織

2.1 綠化規(guī)劃布置

綠化布置是建筑外部空間規(guī)劃的一大要素。病員康復(fù)活動的大部分時間在室外進行，對于醫(yī)院建筑而言良好的綠化外環(huán)境不僅能夠減塵、防噪、滅菌，舒緩病人的心理壓力，對病人的康復(fù)起到積極影響。在建筑風(fēng)環(huán)境組織上能夠改變區(qū)域內(nèi)氣流狀況，影響室內(nèi)通風(fēng)。

對于成都地區(qū)而言利用植物的導(dǎo)風(fēng)作用，將其作為風(fēng)筒，將涼風(fēng)引入建筑或是需要通風(fēng)的區(qū)域進行除濕和夏季降溫是室外綠化規(guī)劃布置的重點。典型的應(yīng)用是在偏東的南北向(主導(dǎo)風(fēng)向)上由落葉喬木構(gòu)成進行導(dǎo)風(fēng),以滿足夏季遮陽和冬季采光的雙重要求，而且能讓秋冬季節(jié)的風(fēng)更容易流通。

醫(yī)院建筑使用空間功能復(fù)雜，對于不同使用功能的區(qū)域需要使用各類植物豎向空間上的不同搭配引導(dǎo)氣流，滿足特定風(fēng)環(huán)境的需求。樹冠濃密的大樹和灌木叢可以起到阻風(fēng)的作用，而上部茂盛下部稀疏的樹木可以減緩風(fēng)速，樹蔭和草坪都是高效的空氣制冷器[4]。具體來說，對于在門診部、衛(wèi)生保健用房等公共互通性強的室外空間，迎風(fēng)面采用灌木+上部茂盛下部稀疏的樹木搭配，引導(dǎo)外部自然風(fēng)進入建筑空間，實現(xiàn)良好自然通風(fēng)(圖1)。對于室內(nèi)空氣較高污染區(qū)外的室外空間，采用上部茂盛下部稀疏的樹木+灌木搭配，引導(dǎo)自然風(fēng)向上部空間流動，減少人行區(qū)域的空氣污染也能一定程度上稀釋內(nèi)部污染物，減少醫(yī)院內(nèi)部的交叉感染(圖2)。傳染病房等醫(yī)技部門，室內(nèi)空氣污染高且有害，不可隨意排出，此種類型的空間外部可使用樹冠濃密的大樹+灌木叢的布置方式，可以起到阻風(fēng)的作用，盡量避免空氣病原擴散，以機械排風(fēng)方式排風(fēng)。成都地區(qū)秋冬陽光資源短缺，樹冠濃密的大樹會對遮擋陽光，影響建筑日照和采光要注意控制建筑與植物的間距、以及植物密度減少陽光遮擋。

圖1 灌木+上部茂盛下部稀疏的樹木搭配導(dǎo)風(fēng)示意

圖2 上部茂盛下部稀疏的樹木+灌木搭配導(dǎo)風(fēng)示意

進入室內(nèi)自然風(fēng)的風(fēng)向是影響室內(nèi)自然通風(fēng)的重要因素，在一些不可變因素的影響下，可能出現(xiàn)與當(dāng)?shù)爻Ｄ觑L(fēng)向夾角過大的情況，若進入室內(nèi)自然風(fēng)的風(fēng)向與入風(fēng)日法線方向夾角過大，會形成禍流區(qū)、造成局部空氣停滯的現(xiàn)象[7]。合理布置室外植物的平面位置可以規(guī)劃醫(yī)院建筑室外氣流路線，避免形成渦流在醫(yī)院內(nèi)造成污染聚集，增加污染物流場通暢性。還可以阻擋污染空氣流向人流密集區(qū)域，減少病菌擴散，預(yù)防交叉感染。

2.2 水體

醫(yī)院設(shè)計規(guī)范中明確指出醫(yī)院內(nèi)不宜建造水系，因為水系容易滋生蚊蟲和傳播病菌，并且大部分城區(qū)醫(yī)院建設(shè)在用地面積等的制約下沒有大面積的理水條件，小面積的水環(huán)境達不到改善室外風(fēng)環(huán)境的作用。本節(jié)所探討的水體環(huán)境為基地周邊大面積水體，如江河、湖泊等自然水環(huán)境。恰當(dāng)處理建筑與建筑的相對位置，利用水體與陸地之間氣流流動特征減少氣流組織過程中的遮擋物可以為醫(yī)院周圍營造良好的通風(fēng)狀況及區(qū)域內(nèi)微氣候環(huán)境條件。

將水體的蒸發(fā)制冷與建筑的風(fēng)環(huán)境組織結(jié)合起來，可在夏季顯著增強建筑降溫效果。建筑、水體、主導(dǎo)風(fēng)向三者之間位置關(guān)系是考慮的重點。在夏季主導(dǎo)風(fēng)向下，當(dāng)水體位于建筑的上風(fēng)向時，醫(yī)院與水體之間存在通風(fēng)廊道，水體上部涼爽的空氣被吹向稀釋、降低建筑周圍空氣溫度，減少空調(diào)能耗，但醫(yī)院設(shè)計時應(yīng)注意此時迎風(fēng)面不宜布置高污染的醫(yī)技空間。在冬季主導(dǎo)風(fēng)向下，水體如果位于上風(fēng)向，則水體的濕冷作用會加大建筑的熱量損失，增加采暖能耗。就成都地區(qū)而言，冬季平均溫度6～8℃，采暖時間不長，且冬季霧霾污染嚴(yán)重，醫(yī)院建筑更加注重空氣質(zhì)量，自然通風(fēng)仍然是冬季醫(yī)院風(fēng)環(huán)境組織的主要矛盾。所以當(dāng)大面積水體位于建筑的上風(fēng)向時，將公共互通性強、機械排風(fēng)需求不高的空間安排在迎風(fēng)面，利用風(fēng)的流體特征將市郊的新鮮空氣導(dǎo)入醫(yī)院，既能促進自然通風(fēng)、改善空氣品質(zhì)，又能一定程度上降低空調(diào)能耗。自然風(fēng)的滲透作用加之成都地區(qū)空氣濕度大，在潮濕地區(qū)地區(qū)組織自然通風(fēng),應(yīng)該防止建筑“泛潮”。

3 醫(yī)院建筑內(nèi)部公共空間風(fēng)環(huán)境組織

3.1 入口設(shè)計

醫(yī)院入口、門廳空間屬于全時開放空間，是人員聚集流動區(qū)域。此類空間熱量聚集、能耗大，排熱要求高，但并無大量有害氣體，機械排風(fēng)必要性弱，且存在大量共同性空間，通過自然通風(fēng)手段改善空氣質(zhì)量、除熱、節(jié)能是必要手段。

傳統(tǒng)民居中常常通過“八字墻”來引風(fēng)，醫(yī)院建筑在入口區(qū)域也可借鑒這種方式。當(dāng)醫(yī)院建筑入口區(qū)域位于偏東的南北向(主導(dǎo)風(fēng)向)時宜做入口捕風(fēng)設(shè)計。設(shè)計結(jié)合建筑形體實現(xiàn)功能與形式相結(jié)合，建筑形體呈現(xiàn)“八字”或外凸弧形，利用風(fēng)壓通風(fēng)原理捕獲自然風(fēng)(圖3)。引導(dǎo)氣流進入醫(yī)院內(nèi)部，利用縮小的通風(fēng)截面積加快風(fēng)速，從而得到較好的通風(fēng)效果。形體布置起到捕風(fēng)漏斗的作用，前段開口大，增大了捕風(fēng)面積，后端縮小，增強了穿越狹窄巷道通風(fēng)的風(fēng)壓，對于成都等常年風(fēng)速較小的地區(qū)，捕風(fēng)效果很好[8](圖4)。

圖3 彭山區(qū)人民醫(yī)院住院部

圖4 彭山區(qū)人民醫(yī)院住院部入口捕風(fēng)

3.2 架空設(shè)計

成都地區(qū)全年風(fēng)速較小，在高密度城市區(qū)域，自然風(fēng)的流速更容易受到周邊建筑的遮擋而減弱，不利于醫(yī)院建筑的風(fēng)環(huán)境組織。建筑底層架空的設(shè)計手法建筑底層架空的設(shè)計手法特別適合這種環(huán)境特征。一方面，來流風(fēng)速是單棟建筑周圍水平風(fēng)速的決定因素，建筑底部架空建筑底部架空對來流風(fēng)速的提速可以達到 2 倍左右[9]。另一方面，底層架空的形式使得空間內(nèi)部與外部形成氣壓差值，加快氣流流通，加大通風(fēng)量，良好的通風(fēng)能夠帶走空間中的熱量和濕氣，可以緩解成都夏日悶熱的人體感受，并且能起到結(jié)構(gòu)降溫作用，減少能耗。

由于醫(yī)院建筑的功能要求，門診空間等人員聚集流動區(qū)域要求直達性高，不適宜做首層全架空設(shè)計，可使用局部面狀架空設(shè)計手法。在建筑迎風(fēng)面做局部式的首層架空，架空部分遮陰、涼爽，在架空部分局部風(fēng)速較大處布置供病患休息的座椅以及問詢等功能設(shè)施，能在一定程度上分散室內(nèi)候診人員，帶走熱量。架空處氣流流速快，結(jié)合醫(yī)院室外氣流規(guī)劃能將院區(qū)內(nèi)廢氣、有污染氣體稀釋。結(jié)合室內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計，還能將新鮮空氣引導(dǎo)進入各個功能空間，增強室內(nèi)通風(fēng)效果(圖5)。

圖5 瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院新外科大樓面狀局部架空通風(fēng)

3.3 空中花園與通風(fēng)廊道

傳統(tǒng)醫(yī)院較高層的建筑空間布局比較緊促，病員活動空間有限，缺少自由空間，會讓人感到壓抑與煩悶。相比較外界環(huán)境，大量帶菌病人的聚集流動與病患者本身抵抗力的減弱使得醫(yī)院內(nèi)部具更大的傳染可能性，減少醫(yī)院內(nèi)部公共空間的交叉感染是設(shè)計中不可忽視的要點[10]。綠色醫(yī)院可考慮采用空中花園的設(shè)計手法，增大室內(nèi)外活動空間，結(jié)合自然景觀，打造小尺度的空中休憩花園，清新空氣、舒緩病人的心理壓力，對病人的康復(fù)起到積極影響。

在建筑平面端頭打造空中花園在功能上不僅可以作為處在高層的病員活動休憩的場所，形式上可以為建筑外面增加綠植亮點(圖6)，對建筑風(fēng)環(huán)境也有影響。因其與室外空間相同，如果將平面形狀與空中花園位置結(jié)合考慮，還能起到捕風(fēng)作用。當(dāng)平面布置形式是內(nèi)廊式設(shè)計時，由于走廊空間的連續(xù)性，最好能保持走廊盡端通透，設(shè)置可開閉的門窗。走廊可以對建筑室外氣流起到導(dǎo)風(fēng)作用，形成通風(fēng)廊道，更有效的加強自然通風(fēng)(圖7)。

圖6 瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院新外科大樓立面效果

圖7 瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院新外科大樓空中花園及通風(fēng)廊道

4 結(jié)束語

“治病救人、衛(wèi)生保健”的特殊性決定了衛(wèi)生意識成為醫(yī)院建筑設(shè)計的核心[10]，風(fēng)環(huán)境不僅左右醫(yī)院建筑的衛(wèi)生環(huán)境品質(zhì)，合理的風(fēng)環(huán)境組織還能降低建筑能耗。依據(jù)不同地區(qū)氣候特征，從建筑設(shè)計角度積極規(guī)劃組織醫(yī)院建筑公共空間的風(fēng)環(huán)境，減少公共空間的交叉感染，營造舒適的環(huán)境是醫(yī)院建筑設(shè)計者需要關(guān)注的重點。

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[3] 任瑩. 綠色建筑設(shè)計方法在醫(yī)院建筑中的應(yīng)用研究[D].濟南： 山東大學(xué),2015.

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