基于热舒适的严寒地区老年人照料设施设计策略研究＊

2019-03-07魏欣桐于戈刘滢

建筑技艺 2019年12期

魏欣桐于戈刘滢

哈尔滨工业大学建筑学院

黑龙江省寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室

近年来，老年人照料设施（Care Facilities for the Elderly，以下简称CFE）已成为老年人安度晚年的重要选择，但其发展的滞后与我国当前老龄社会的迫切需求形成了一定的矛盾。如在严寒地区，设计者过多地关注CFE的保温和节能措施而忽视了室内热环境舒适度，对老年人身心健康十分不利。

研究表明，在CFE内，老年人可通过自我调节或调节环境以达到热舒适的状态。Hansen A在南澳大利亚的研究中发现，在炎热条件下，老年人通过减少活动、衣着和喝冷饮等适应性行为达到热平衡状态[1]；Magnar Berge的研究发现不同功能空间内，老年人的热期待有所不同，受访者希望提升浴室温度，而卧室独立于其他房间单独进行温度控制[2]。

基于上述问题及研究成果，本研究通过对哈尔滨市4所CFE的热舒适现场调查，以期达到以下目标：1）分析供暖期间和供暖刚结束的过渡期间严寒地区CFE室内热环境现状及存在问题；2）探究老年人的室内环境热舒适偏好；3）提出基于热舒适的严寒地区CFE设计策略。

1 研究方法

哈尔滨市是我国严寒地区代表性城市之一，而长达6个月的供暖期和在供暖刚结束的过渡时期，是具有典型代表性的时间段。研究选取了4所有对比意义的CFE（表1），团队分别于2018年3月上旬和4月下旬进行现场调查。

1.1 室内热环境实测调查

除了与热舒适问卷同时进行的热环境参数测量之外，热环境数据实测还包括老年人高频使用空间的长时间监测和平面物理量分布测量。需要测量的热环境参数有包括室内空气温度、相对湿度和风速，其中测试点的高度坐姿取0.6m、站姿取1.1m[3]。

1.2 热环境主观调查及数据处理

热舒适调查问卷包含两部分内容：受访者个人信息和热环境评价。受访者个人信息又包括稳定信息（老年人的性别、年龄等）和现场信息（老年人在现场停留时间、活动状况等）；室内热环境评价量表则是根据ASHRAE Standard 55（现阶段热舒适评价应用最广泛、最权威的评价标准体系）的7级热舒适指标简化而成。最后，利用Excel软件统计室内温湿度长时间变化情况，利用Surfer软件分析处理测得的CFE室内温湿度平面分布数据，并拟合出温湿度平面分布图。

表1 被调研老年人照料设施区位概况

1 日间照料室和琴房室内空气温度变化情况

2 日间照料室和琴房室内空气相对湿度

3 供暖期间入口门厅平面温湿度及风速分布情况

4 过渡期间开敞活动室平面温湿度及风速分布情况

2 调研结果分析

2.1 室内热环境要素时间变化

（1）温度变化情况

供暖期间，位于抚顺社区老年活动中心三层西侧的日间照料室温度在19.90℃～22.5℃之间，受供暖系统的影响，夜间温度持续降低；位于三层西南侧的琴房温度在19.65℃～25.23℃之间，受太阳辐射影响，温度高于日间照料室，且上午升温明显。过渡期间，随着人工热源的消失，室内物理环境呈动态变化，但变化幅度较小，照料室和琴房的温度在分别在20.7℃～22.1℃、21.7℃～23.17℃之间波动（图1）。

（2）湿度变化情况

供暖期间，照料室和琴房湿度变化平稳，且室内空气相对湿度偏低，分别处于22.93%～28.57%、17.95%～24.43%之间；琴房在9:00～15:00之间湿度显著提升，结合现场调查，系受到大量使用者进入的影响。过渡期间，日间照料室的湿度变化范围在22.4%～47.8%之间，琴房的湿度变化范围是22.3%～49.8%，且夜间湿度持续降低。整体来看室内湿度比供暖时间有所改善（图2）。

2.2 室内环境物理要素空间分布

（1）供暖期间室内环境要素分布情况

哈尔滨市第一社会福利院入口门厅是室内外过渡空间，使用频率较高，面积为75m2。门厅内最高温度17.61℃，位于北侧走廊处；最低17.40℃，位于南侧入口处。借助Surfer软件，对该门厅温度平面分布状况进行拟合发现，门厅温度分布呈现从南到北逐渐升高的态势。同样利用Surfer软件对门厅湿度平面分布情况进行拟合，可知门厅整体湿度分布相对均匀，数值在20.15%～21.2%之间，整体湿度偏低。入口处湿度高、暖气附近湿度低，是因为分别受到冷热空气交换频繁、室内热源的影响。门厅风速均小于0.01m/s，北侧靠近卧室处受到开启窗扇的影响风速较高，约为0.07m/s（图3）。

（2）过渡期间室内环境要素分布情况

三层活动室与入口门厅位置对应，过渡期间其温度平面拟合分布与供暖期间呈现截然相反的情况。靠近窗户处温度最高为21.36℃，走廊处温度为19.6℃。湿度分布情况上，靠近窗户处湿度较低，为30.5%；靠近走廊处湿度较高，为42.5%，整体湿度相较于供暖时期提高了约20%。室内风速在0.05m/s～0.17m/s之间，靠近走廊处风速明显增加。整体来看，过渡时期的室内风速高于供暖时期，但仍处于较低水平（图4）。

2.3 热舒适满意度与偏好

（1）热感觉及热期待

在供暖期间19℃～23.4℃的温度范围内，分别有74.3%和15.7%的老年人感到适中或稍热，体现其较宽的热舒适区间。过渡期间，室内平均温度由21.0℃上升至21.8℃，但热感受投票却偏向“冷”的一侧。有18.9%的受访者表示感到“稍凉”，表明老年人适应了稳定的室内环境后，对室内温度的波动较为敏感。供暖期间，10%的受访者感到稍冷，11.4%希望提高室内温度；过渡期间，这一数值分别为18.9%和8.1%（图5）。这一结果表明不论什么季节，老年人都偏好较热和稳定的热环境，这与在一般成年人的研究中发现相似[4]。

5 热感觉及热期待投票

6 空气湿度感觉及湿期待投票

7 风速感觉及风期待投票

8 整体热舒适与热满意投票

（2）湿感觉及湿期待

供暖期间，近半成受访者认为室内“有点干燥”或“干燥”；过渡期间室内湿度有所改善，有70.8%的受访者认为湿度合适。在供暖期间，期望室内湿度增加的老年人比例为48.6%，与感到干燥的比例一致；而在过渡期间，期望室内湿度保持不变和增加的比例仅占5.4%。这表明哈尔滨当地老年人已经适应了干燥的气候，且由于老年人身体机能下降，本身更倾向于干燥的空气（图6）。

（3）风感觉及风期待

严寒地区CFE在供暖期间多为门窗长期密闭的环境，这使得部分老年人产生“闷”的感觉。相较于供暖期间，过渡期间增加了开窗频率，室内局部风速增加，吹风感也有所提升。在对室内风速的期待方面，尽管室内风速较低，在两个时期都仍有4.3%和13.5%的老年人期望降低风速，说明老年人更倾向于偏低的室内风速（图7）。

（4）整体热舒适与热满意度

在整体热舒适评价中，供暖期间分别有48.6%和44.3%的受访者感到“一般”和“比较舒适”；在过渡期间，这一比例分别为40.5%和43.3%，而感到“很舒适”的受访者比例从1.4%上升至10.8%，即过渡期间的热舒适感受评价上升。对室内整体热环境的接受程度，在供暖期间分别有5.7%和30.0%的受访者感到不太满意和不同程度上的满意；在过渡期间，该比例值分别为2.7%和37.8%，即虽然过渡期间热环境存在动态变化，但整体热环境接受度有所提升（图8）。

2.4 严寒地区CFE室内热环境问题总结

利用Fluke热成像仪对抚顺社区老年人活动中心进行热成像记录，发现南侧的阅读室和北侧的楼梯间温度相差较大、同一空间温度分布不均等现象。同时，棋牌室缺少通风换气，不少老年人感到“闷”和“困倦无精神”等（图9）。

从调研结果来看，严寒地区CFE室内的温度、湿度和风速表现均存在不足之处，将被调研的CFE物理环境问题与老年人的热感觉和热偏好汇总，以分析CFE在热舒适方面存在的具体问题（表2）。

表2 严寒地区CFE室内热舒适存在的主要问题

9 抚顺社区老年人活动中心室内热环境问题总结

3 提升CFE热舒适感受的设计策略

基于热舒适的严寒地区CFE设计既要满足室内热舒适的提升需求，也要保证老年人的身心健康。针对上述问题，我们从建筑方案和物理环境两个层面提出设计改进策略（图10）。

3.1 建筑方案设计策略

（1）朝向与布局的优化设计

严寒地区CFE朝向应同时保证冬季的充足光照和夏季的自然通风。在我国严寒地区，南偏东15°方向可以最大程度上获得太阳辐射热量[6]。如哈尔滨的冬季主导风向为西偏南225°，不考虑周边环境的情况下，南偏东7.5°的建筑朝向最好[7]。在对建筑群性质的CFE进行整体布局时，应综合老年人的居住生活、日常活动、休息休养、医疗康复等多维度进行规划，并增加室内步行网络，通过室内连廊串联各个建筑。

（2）功能组织的增强设计

首先，依据朝向进行平面分布。充分考虑太阳辐射的作用，将CFE的主要功能空间如卧室、起居室等老年人高频使用的空间布置在南向或东南向；而辅助空间，如库房、楼梯间等布置在北向，并尽量减少北向开窗大小，增强北向外墙的保温性能。

此外，应增强特殊空间的热舒适性。建筑室内外缓冲空间如门厅，由于开闭情况随机，温度不稳定，因此入口空间应考虑设置门斗，或在侧方开设入口，以阻挡寒风入侵。卫生间也是CFE室内热舒适较差的空间，可增设浴室加热供暖设备，提升老年人在洗浴过程中的热舒适感。

（3）形体立面的适寒设计

首先应当有合理的体形系数。CFE的体形系数越低、形体越简洁、与外界进行热交换越少，越利于建筑的保温得热和室内老年人热感受。我国严寒地区建筑体形系数规定：当建筑三层及以下取0.55，4层及以上取0.3[8]。紧凑、方正以及表面凹凸较小的布局可有效降低建筑能耗。此外，为保证室内温度，可采取减小CFE进深、增加南侧面积的措施[9]。

CFE的立面适寒设计策略主要包括：1）确定合理的窗墙比，在保证室内照度的基础上，合理设计洞口大小和形状；2）将立面设计与保温系统结合，如结合阳台、挑檐等进行形态设计；3）在围护结构外层尤其是北侧，增设附加界面，以直接增加建筑的抗寒能力[10]。

3.2 物理环境设计策略

除了采用建筑设计手段改善室内热舒适性之外，还可以从改善CFE围护结构的热工性能着手。主要从以下三个方面进行（表3）。

表3 严寒地区CFE结构设备改进措施

10 基于热舒适的老年人照料设施设计流程

11 墙体外保温构造做法

12 严寒地区屋面做法

13 对人体健康最佳的湿度区间值

14 通过卫生间增加室内湿度

15 被调研CFE室内水景

（1）改善室内温度分布不均

首先解决CFE内外表面散热问题。屋顶散热是能耗的重要一环，因此保温屋面应选择传热系数小、强度高、密度低的材料；而采光屋面应保证足够的热辐射和南向屋面角度。外墙结构应根据CFE的实际情况和特点综合选择适合的保温形式。保温材料应选择保温性能好、传热系数低、结构强度高的材料。通过封堵洞口缝隙和增设门斗两种方式增强外门气密性；窗户采用中空玻璃或多层玻璃，以加大窗户热阻、提升保温能力（图11，12）。

除了被动式技术措施，采暖设备对于改善室内温度也至关重要。壁挂式采暖器局部温度高，温度受到距散热片距离的影响，分布并不均衡。而将热水管置于地板下方的低温辐射供暖，热舒适感较佳[11]。此外，调研中发现大多数CFE内的采暖设备处于被动状态，供热时间及强度无法自行调节，难以满足老年人的个体化差异。可在CFE内的老年人就寝空间内增加调节阀门，以适应个体差异，提高舒适度[12]。

（2）预防空气相对湿度过低

虽然湿度不能直接影响人体热舒适感受，但却能通过人体表面水分的蒸发情况间接影响热舒适感受。Arundel A V研究发现，适宜的室内空气相对湿度应该控制在40%～60%之间（图13），该区间能够抑制细菌滋生，提升热舒适感[13]。改善严寒地区CFE室内湿度过低的问题，可通过直接提高水蒸汽蒸发量和增加室内绿植两种方式。考虑到老年人身体机能下降，且对当地气候的适应性，应温和地增加室内湿度。如将绿植放置在日照充足处，利用“蒸腾作用”在室内释放氧气和水蒸汽；还可通过在大空间（如阳光房）南侧设置循环水景，在卧室等小空间设置卫生间洗手池等方式增加室内湿度（图14，15）。

（3）促进冬季室内空气流通

为增强室内空气流通，防止室内空气污染，严寒地区CFE可协调被动式设施和主动设备两种方式提升室内风速。前者通过增强门窗和墙体的结合、安装防寒门斗、密封阳台保温的方式控制；后者可利用空调设备同时考虑老年人身体机能，控制风速和温度。换气时，从较低水平位置引入新鲜、温度低的空气，天花板处引出污浊、温度高的空气，实现合理的温度调节和空气置换。