基于熱舒適的嚴(yán)寒地區(qū)老年人照料設(shè)施設(shè)計策略研究＊

魏欣桐 于戈 劉瀅

哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院

黑龍江省寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點實驗室

近年來，老年人照料設(shè)施（Care Facilities for the Elderly，以下簡稱CFE）已成為老年人安度晚年的重要選擇，但其發(fā)展的滯后與我國當(dāng)前老齡社會的迫切需求形成了一定的矛盾。如在嚴(yán)寒地區(qū)，設(shè)計者過多地關(guān)注CFE的保溫和節(jié)能措施而忽視了室內(nèi)熱環(huán)境舒適度，對老年人身心健康十分不利。

研究表明，在CFE內(nèi)，老年人可通過自我調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)環(huán)境以達(dá)到熱舒適的狀態(tài)。Hansen A在南澳大利亞的研究中發(fā)現(xiàn)，在炎熱條件下，老年人通過減少活動、衣著和喝冷飲等適應(yīng)性行為達(dá)到熱平衡狀態(tài)[1]；Magnar Berge的研究發(fā)現(xiàn)不同功能空間內(nèi)，老年人的熱期待有所不同，受訪者希望提升浴室溫度，而臥室獨立于其他房間單獨進(jìn)行溫度控制[2]。

基于上述問題及研究成果，本研究通過對哈爾濱市4所CFE的熱舒適現(xiàn)場調(diào)查，以期達(dá)到以下目標(biāo)：1）分析供暖期間和供暖剛結(jié)束的過渡期間嚴(yán)寒地區(qū)CFE室內(nèi)熱環(huán)境現(xiàn)狀及存在問題；2）探究老年人的室內(nèi)環(huán)境熱舒適偏好；3）提出基于熱舒適的嚴(yán)寒地區(qū)CFE設(shè)計策略。

1 研究方法

哈爾濱市是我國嚴(yán)寒地區(qū)代表性城市之一，而長達(dá)6個月的供暖期和在供暖剛結(jié)束的過渡時期，是具有典型代表性的時間段。研究選取了4所有對比意義的CFE（表1），團(tuán)隊分別于2018年3月上旬和4月下旬進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查。

1.1 室內(nèi)熱環(huán)境實測調(diào)查

除了與熱舒適問卷同時進(jìn)行的熱環(huán)境參數(shù)測量之外，熱環(huán)境數(shù)據(jù)實測還包括老年人高頻使用空間的長時間監(jiān)測和平面物理量分布測量。需要測量的熱環(huán)境參數(shù)有包括室內(nèi)空氣溫度、相對濕度和風(fēng)速，其中測試點的高度坐姿取0.6m、站姿取1.1m[3]。

1.2 熱環(huán)境主觀調(diào)查及數(shù)據(jù)處理

熱舒適調(diào)查問卷包含兩部分內(nèi)容：受訪者個人信息和熱環(huán)境評價。受訪者個人信息又包括穩(wěn)定信息（老年人的性別、年齡等）和現(xiàn)場信息（老年人在現(xiàn)場停留時間、活動狀況等）；室內(nèi)熱環(huán)境評價量表則是根據(jù)ASHRAE Standard 55（現(xiàn)階段熱舒適評價應(yīng)用最廣泛、最權(quán)威的評價標(biāo)準(zhǔn)體系）的7級熱舒適指標(biāo)簡化而成。最后，利用Excel軟件統(tǒng)計室內(nèi)溫濕度長時間變化情況，利用Surfer軟件分析處理測得的CFE室內(nèi)溫濕度平面分布數(shù)據(jù)，并擬合出溫濕度平面分布圖。

表1 被調(diào)研老年人照料設(shè)施區(qū)位概況

1 日間照料室和琴房室內(nèi)空氣溫度變化情況

2 日間照料室和琴房室內(nèi)空氣相對濕度

3 供暖期間入口門廳平面溫濕度及風(fēng)速分布情況

4 過渡期間開敞活動室平面溫濕度及風(fēng)速分布情況

2 調(diào)研結(jié)果分析

2.1 室內(nèi)熱環(huán)境要素時間變化

（1）溫度變化情況

供暖期間，位于撫順社區(qū)老年活動中心三層西側(cè)的日間照料室溫度在19.90℃～22.5℃之間，受供暖系統(tǒng)的影響，夜間溫度持續(xù)降低；位于三層西南側(cè)的琴房溫度在19.65℃～25.23℃之間，受太陽輻射影響，溫度高于日間照料室，且上午升溫明顯。過渡期間，隨著人工熱源的消失，室內(nèi)物理環(huán)境呈動態(tài)變化，但變化幅度較小，照料室和琴房的溫度在分別在20.7℃～22.1℃、21.7℃～23.17℃之間波動（圖1）。

（2）濕度變化情況

供暖期間，照料室和琴房濕度變化平穩(wěn)，且室內(nèi)空氣相對濕度偏低，分別處于22.93%～28.57%、17.95%～24.43%之間；琴房在9:00～15:00之間濕度顯著提升，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，系受到大量使用者進(jìn)入的影響。過渡期間，日間照料室的濕度變化范圍在22.4%～47.8%之間，琴房的濕度變化范圍是22.3%～49.8%，且夜間濕度持續(xù)降低。整體來看室內(nèi)濕度比供暖時間有所改善（圖2）。

2.2 室內(nèi)環(huán)境物理要素空間分布

（1）供暖期間室內(nèi)環(huán)境要素分布情況

哈爾濱市第一社會福利院入口門廳是室內(nèi)外過渡空間，使用頻率較高，面積為75m2。門廳內(nèi)最高溫度17.61℃，位于北側(cè)走廊處；最低17.40℃，位于南側(cè)入口處。借助Surfer軟件，對該門廳溫度平面分布狀況進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，門廳溫度分布呈現(xiàn)從南到北逐漸升高的態(tài)勢。同樣利用Surfer軟件對門廳濕度平面分布情況進(jìn)行擬合，可知門廳整體濕度分布相對均勻，數(shù)值在20.15%～21.2%之間，整體濕度偏低。入口處濕度高、暖氣附近濕度低，是因為分別受到冷熱空氣交換頻繁、室內(nèi)熱源的影響。門廳風(fēng)速均小于0.01m/s，北側(cè)靠近臥室處受到開啟窗扇的影響風(fēng)速較高，約為0.07m/s（圖3）。

（2）過渡期間室內(nèi)環(huán)境要素分布情況

三層活動室與入口門廳位置對應(yīng)，過渡期間其溫度平面擬合分布與供暖期間呈現(xiàn)截然相反的情況。靠近窗戶處溫度最高為21.36℃，走廊處溫度為19.6℃。濕度分布情況上，靠近窗戶處濕度較低，為30.5%；靠近走廊處濕度較高，為42.5%，整體濕度相較于供暖時期提高了約20%。室內(nèi)風(fēng)速在0.05m/s～0.17m/s之間，靠近走廊處風(fēng)速明顯增加。整體來看，過渡時期的室內(nèi)風(fēng)速高于供暖時期，但仍處于較低水平（圖4）。

2.3 熱舒適滿意度與偏好

（1）熱感覺及熱期待

在供暖期間19℃～23.4℃的溫度范圍內(nèi)，分別有74.3%和15.7%的老年人感到適中或稍熱，體現(xiàn)其較寬的熱舒適區(qū)間。過渡期間，室內(nèi)平均溫度由21.0℃上升至21.8℃，但熱感受投票卻偏向“冷”的一側(cè)。有18.9%的受訪者表示感到“稍涼”，表明老年人適應(yīng)了穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境后，對室內(nèi)溫度的波動較為敏感。供暖期間，10%的受訪者感到稍冷，11.4%希望提高室內(nèi)溫度；過渡期間，這一數(shù)值分別為18.9%和8.1%（圖5）。這一結(jié)果表明不論什么季節(jié)，老年人都偏好較熱和穩(wěn)定的熱環(huán)境，這與在一般成年人的研究中發(fā)現(xiàn)相似[4]。

5 熱感覺及熱期待投票

6 空氣濕度感覺及濕期待投票

7 風(fēng)速感覺及風(fēng)期待投票

8 整體熱舒適與熱滿意投票

（2）濕感覺及濕期待

供暖期間，近半成受訪者認(rèn)為室內(nèi)“有點干燥”或“干燥”；過渡期間室內(nèi)濕度有所改善，有70.8%的受訪者認(rèn)為濕度合適。在供暖期間，期望室內(nèi)濕度增加的老年人比例為48.6%，與感到干燥的比例一致；而在過渡期間，期望室內(nèi)濕度保持不變和增加的比例僅占5.4%。這表明哈爾濱當(dāng)?shù)乩夏耆艘呀?jīng)適應(yīng)了干燥的氣候，且由于老年人身體機(jī)能下降，本身更傾向于干燥的空氣（圖6）。

（3）風(fēng)感覺及風(fēng)期待

嚴(yán)寒地區(qū)CFE在供暖期間多為門窗長期密閉的環(huán)境，這使得部分老年人產(chǎn)生“悶”的感覺。相較于供暖期間，過渡期間增加了開窗頻率，室內(nèi)局部風(fēng)速增加，吹風(fēng)感也有所提升。在對室內(nèi)風(fēng)速的期待方面，盡管室內(nèi)風(fēng)速較低，在兩個時期都仍有4.3%和13.5%的老年人期望降低風(fēng)速，說明老年人更傾向于偏低的室內(nèi)風(fēng)速（圖7）。

（4）整體熱舒適與熱滿意度

在整體熱舒適評價中，供暖期間分別有48.6%和44.3%的受訪者感到“一般”和“比較舒適”；在過渡期間，這一比例分別為40.5%和43.3%，而感到“很舒適”的受訪者比例從1.4%上升至10.8%，即過渡期間的熱舒適感受評價上升。對室內(nèi)整體熱環(huán)境的接受程度，在供暖期間分別有5.7%和30.0%的受訪者感到不太滿意和不同程度上的滿意；在過渡期間，該比例值分別為2.7%和37.8%，即雖然過渡期間熱環(huán)境存在動態(tài)變化，但整體熱環(huán)境接受度有所提升（圖8）。

2.4 嚴(yán)寒地區(qū)CFE室內(nèi)熱環(huán)境問題總結(jié)

利用Fluke熱成像儀對撫順社區(qū)老年人活動中心進(jìn)行熱成像記錄，發(fā)現(xiàn)南側(cè)的閱讀室和北側(cè)的樓梯間溫度相差較大、同一空間溫度分布不均等現(xiàn)象。同時，棋牌室缺少通風(fēng)換氣，不少老年人感到“悶”和“困倦無精神”等（圖9）。

從調(diào)研結(jié)果來看，嚴(yán)寒地區(qū)CFE室內(nèi)的溫度、濕度和風(fēng)速表現(xiàn)均存在不足之處，將被調(diào)研的CFE物理環(huán)境問題與老年人的熱感覺和熱偏好匯總，以分析CFE在熱舒適方面存在的具體問題（表2）。

表2 嚴(yán)寒地區(qū)CFE室內(nèi)熱舒適存在的主要問題

9 撫順社區(qū)老年人活動中心室內(nèi)熱環(huán)境問題總結(jié)

3 提升CFE熱舒適感受的設(shè)計策略

基于熱舒適的嚴(yán)寒地區(qū)CFE設(shè)計既要滿足室內(nèi)熱舒適的提升需求，也要保證老年人的身心健康。針對上述問題，我們從建筑方案和物理環(huán)境兩個層面提出設(shè)計改進(jìn)策略（圖10）。

3.1 建筑方案設(shè)計策略

（1）朝向與布局的優(yōu)化設(shè)計

嚴(yán)寒地區(qū)CFE朝向應(yīng)同時保證冬季的充足光照和夏季的自然通風(fēng)。在我國嚴(yán)寒地區(qū)，南偏東15°方向可以最大程度上獲得太陽輻射熱量[6]。如哈爾濱的冬季主導(dǎo)風(fēng)向為西偏南225°，不考慮周邊環(huán)境的情況下，南偏東7.5°的建筑朝向最好[7]。在對建筑群性質(zhì)的CFE進(jìn)行整體布局時，應(yīng)綜合老年人的居住生活、日?；顒印⑿菹⑿蒺B(yǎng)、醫(yī)療康復(fù)等多維度進(jìn)行規(guī)劃，并增加室內(nèi)步行網(wǎng)絡(luò)，通過室內(nèi)連廊串聯(lián)各個建筑。

（2）功能組織的增強(qiáng)設(shè)計

首先，依據(jù)朝向進(jìn)行平面分布。充分考慮太陽輻射的作用，將CFE的主要功能空間如臥室、起居室等老年人高頻使用的空間布置在南向或東南向；而輔助空間，如庫房、樓梯間等布置在北向，并盡量減少北向開窗大小，增強(qiáng)北向外墻的保溫性能。

此外，應(yīng)增強(qiáng)特殊空間的熱舒適性。建筑室內(nèi)外緩沖空間如門廳，由于開閉情況隨機(jī)，溫度不穩(wěn)定，因此入口空間應(yīng)考慮設(shè)置門斗，或在側(cè)方開設(shè)入口，以阻擋寒風(fēng)入侵。衛(wèi)生間也是CFE室內(nèi)熱舒適較差的空間，可增設(shè)浴室加熱供暖設(shè)備，提升老年人在洗浴過程中的熱舒適感。

（3）形體立面的適寒設(shè)計

首先應(yīng)當(dāng)有合理的體形系數(shù)。CFE的體形系數(shù)越低、形體越簡潔、與外界進(jìn)行熱交換越少，越利于建筑的保溫得熱和室內(nèi)老年人熱感受。我國嚴(yán)寒地區(qū)建筑體形系數(shù)規(guī)定：當(dāng)建筑三層及以下取0.55，4層及以上取0.3[8]。緊湊、方正以及表面凹凸較小的布局可有效降低建筑能耗。此外，為保證室內(nèi)溫度，可采取減小CFE進(jìn)深、增加南側(cè)面積的措施[9]。

CFE的立面適寒設(shè)計策略主要包括：1）確定合理的窗墻比，在保證室內(nèi)照度的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計洞口大小和形狀；2）將立面設(shè)計與保溫系統(tǒng)結(jié)合，如結(jié)合陽臺、挑檐等進(jìn)行形態(tài)設(shè)計；3）在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外層尤其是北側(cè)，增設(shè)附加界面，以直接增加建筑的抗寒能力[10]。

3.2 物理環(huán)境設(shè)計策略

除了采用建筑設(shè)計手段改善室內(nèi)熱舒適性之外，還可以從改善CFE圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能著手。主要從以下三個方面進(jìn)行（表3）。

表3 嚴(yán)寒地區(qū)CFE結(jié)構(gòu)設(shè)備改進(jìn)措施

10 基于熱舒適的老年人照料設(shè)施設(shè)計流程

11 墻體外保溫構(gòu)造做法

12 嚴(yán)寒地區(qū)屋面做法

13 對人體健康最佳的濕度區(qū)間值

14 通過衛(wèi)生間增加室內(nèi)濕度

15 被調(diào)研CFE室內(nèi)水景

（1）改善室內(nèi)溫度分布不均

首先解決CFE內(nèi)外表面散熱問題。屋頂散熱是能耗的重要一環(huán)，因此保溫屋面應(yīng)選擇傳熱系數(shù)小、強(qiáng)度高、密度低的材料；而采光屋面應(yīng)保證足夠的熱輻射和南向屋面角度。外墻結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)CFE的實際情況和特點綜合選擇適合的保溫形式。保溫材料應(yīng)選擇保溫性能好、傳熱系數(shù)低、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的材料。通過封堵洞口縫隙和增設(shè)門斗兩種方式增強(qiáng)外門氣密性；窗戶采用中空玻璃或多層玻璃，以加大窗戶熱阻、提升保溫能力（圖11，12）。

除了被動式技術(shù)措施，采暖設(shè)備對于改善室內(nèi)溫度也至關(guān)重要。壁掛式采暖器局部溫度高，溫度受到距散熱片距離的影響，分布并不均衡。而將熱水管置于地板下方的低溫輻射供暖，熱舒適感較佳[11]。此外，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)CFE內(nèi)的采暖設(shè)備處于被動狀態(tài)，供熱時間及強(qiáng)度無法自行調(diào)節(jié)，難以滿足老年人的個體化差異?？稍贑FE內(nèi)的老年人就寢空間內(nèi)增加調(diào)節(jié)閥門，以適應(yīng)個體差異，提高舒適度[12]。

（2）預(yù)防空氣相對濕度過低

雖然濕度不能直接影響人體熱舒適感受，但卻能通過人體表面水分的蒸發(fā)情況間接影響熱舒適感受。Arundel A V研究發(fā)現(xiàn)，適宜的室內(nèi)空氣相對濕度應(yīng)該控制在40%～60%之間（圖13），該區(qū)間能夠抑制細(xì)菌滋生，提升熱舒適感[13]。改善嚴(yán)寒地區(qū)CFE室內(nèi)濕度過低的問題，可通過直接提高水蒸汽蒸發(fā)量和增加室內(nèi)綠植兩種方式?？紤]到老年人身體機(jī)能下降，且對當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)性，應(yīng)溫和地增加室內(nèi)濕度。如將綠植放置在日照充足處，利用“蒸騰作用”在室內(nèi)釋放氧氣和水蒸汽；還可通過在大空間（如陽光房）南側(cè)設(shè)置循環(huán)水景，在臥室等小空間設(shè)置衛(wèi)生間洗手池等方式增加室內(nèi)濕度（圖14，15）。

（3）促進(jìn)冬季室內(nèi)空氣流通

為增強(qiáng)室內(nèi)空氣流通，防止室內(nèi)空氣污染，嚴(yán)寒地區(qū)CFE可協(xié)調(diào)被動式設(shè)施和主動設(shè)備兩種方式提升室內(nèi)風(fēng)速。前者通過增強(qiáng)門窗和墻體的結(jié)合、安裝防寒門斗、密封陽臺保溫的方式控制；后者可利用空調(diào)設(shè)備同時考慮老年人身體機(jī)能，控制風(fēng)速和溫度。換氣時，從較低水平位置引入新鮮、溫度低的空氣，天花板處引出污濁、溫度高的空氣，實現(xiàn)合理的溫度調(diào)節(jié)和空氣置換。

4 結(jié)論

通過對CFE室內(nèi)熱環(huán)境及老年人熱感受的現(xiàn)場調(diào)查，本研究得出以下結(jié)論：

（1）CFE在供暖期間，室內(nèi)溫度變化穩(wěn)定，濕度較低；在過渡期間，濕度改善，室內(nèi)風(fēng)速增加。長期密閉的環(huán)境易導(dǎo)致空氣污染，建議人工干預(yù)增強(qiáng)室內(nèi)換氣。

（2）大多數(shù)老年人適應(yīng)了嚴(yán)寒地區(qū)干燥的室內(nèi)環(huán)境，在偏離熱中性的環(huán)境中，通過心理期望等方式能夠適應(yīng)較寬的溫濕度舒適區(qū)間。

（3）從建筑設(shè)計層面提出提升CFE內(nèi)老年人熱舒適設(shè)計策略，包括從合理的選址、朝向、功能布局等方面提升建筑本身合理性。依據(jù)功能布置朝向，促進(jìn)平面功能的適候設(shè)計；通過合理的體形系數(shù)、結(jié)合保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑立面，提升建筑形態(tài)的寒地適應(yīng)性。

（4）圍護(hù)結(jié)構(gòu)層面的設(shè)計手段包括：通過選擇合理的形式和材料，提升屋面、外墻、外門窗的保溫水平；增加綠植、洗手池等方式創(chuàng)造適宜的濕環(huán)境；減少冷風(fēng)滲透，增強(qiáng)有組織換氣設(shè)計促進(jìn)冬季室內(nèi)空氣流通。