生态颐养服务中心概念设计策略研究——以泉州市为例

崔艳秋郎冰孙宁晗李思萌朱霖

(1.山东建筑大学建筑城规学院，山东济南250101；2.中铁华铁工程设计集团有限公司，北京100071；3.济南市中山公园服务中心，山东济南250000)

0 引言

我国已经步入了联合国标准下的老龄社会，人们逐渐开始关注在何种建筑中，以何种方式安度晚年，养老服务机构的大量建设与紧张的建筑资源之间的矛盾日益突出，提高居住品质、降低建筑能耗成为养老建筑可持续发展的必然需求[1-5]。过去，部分专家学者对如何将绿色建筑技术应用于方案设计中进行了研究。张弘等[6]以SDC2018国际太阳能设计竞赛方案“The WHAO House”为例，详细介绍了被动式建筑技术与建筑的结合方法；宋晔皓等[7]以岳阳三中风雨操场为例，探讨了在应对环境条件的前提下，建筑功能与建筑技术的整合方法；宋晔皓等[8]以龙湖超低能耗建筑主题馆为例，通过对本土材料及场地环境等因素的研究，探讨了建筑的可持续设计方法；陈凯等[9]通过将绿色生态理念融入住宅建筑，设计出了绿色可持续的住宅方案；崔艳秋等[10]通过对方案当地的气候水土、建筑风貌和传统技术进行分析提取，设计了符合当地地域特点的住宅建筑方案；王崇杰等[11]通过分析太阳能十项全能竞赛中的获奖方案，总结出了被动式太阳能、主动式太阳能等方面的设计策略；谢空等[12]通过对一体化设计理论进行探讨，提出对太阳能与建筑一体化设计的一些思路与看法；杨向群等[13]通过方案设计，阐述了方案中体现出的生物气候学设计策略，太阳能光电、光热系统和太阳能建筑一体化设计方法；仲继寿[14]对中国太阳能建筑设计竞赛中的获奖方案进行研读，总结出各方案所应用的绿色建筑设计理念。目前，将绿色建筑技术与养老建筑结合起来的研究较少，文章结合某生态颐养服务中心项目设计，在提高养老建筑品质的同时，重视生态平衡，降低建筑能耗。方案设计中积极整合适宜的可再生能源技术，探索绿色节能设计理念在传统养老建筑中的应用策略，从而为建筑带来永续的能源，让建筑为老人创造适宜、安全、健康、舒适、绿色的新生活。

1 项目概况与分析

1.1 概况

该生态颐养服务中心位于福建省德化县泉州市瓷都印象生态园内，园区由养老公寓、养老居住小区、休闲公园、温泉公园、植物园、度假村等共同组成。颐养服务中心用地面积为3 400 m2，处于园区西部，主要入口处，交通便利，整体地势由南向北逐渐升高。

1.2 前期分析

对于老年人来说，随着年龄的增长，身体机能逐渐衰退，具有免疫力降低、新陈代谢能力降低的特点，因此老年人对日照及室内环境的舒适度要求较高。充足的日照可以提高老年人的身体机能，提升老年人心理的愉悦感。该设计前期对气候、地形、人文等条件进行分析，以满足老年人的生理、心理健康需求为设计目标与重点，运用多种设计方法与手段来确保其室内居住环境的舒适。

1.2.1 气候分析

泉州市属于中亚热带季风气候，平均气温高达18.2℃，年均无霜期约为260 d。年均降水量约为1 800 mm。夏季主导风向(盛行西南季风)为西南，冬季主导风向为东北(盛行东北季风)。受季风影响，全年气温差异不大，湿度较大。因此，该地区建筑设计应注重夏季防热及通风除湿。此外，当地太阳辐射较强，年日照平均时数达2 780.6 h，为养老建筑中实现太阳能与建筑一体化设计提供了丰富的资源。

1.2.2 地形与人文分析

泉州市德化县全县地势较高，建筑红线内地势平坦、交通便利。德化县素有“世界陶瓷之都的美誉”，人口以汉族为主，畲族为主要的少数民族，著名的传统民居形式为客家土楼。颐养服务中心设计应在顺应地势、符合地域气候特征的前提下，注重传统文化特征的表达。

1.2.3 社会经济因素分析

目前我国老年人口已经超过1.8亿，预计到2020年将达到2.48亿人，老龄化水平将达到18%，已经步入了老龄化社会。另外，由于当今年轻人的工作压力较大，普遍无暇照顾父母长辈，使得老人家庭“空巢”现象日趋明显。随着国民经济的发展，老年人普遍有足够的经济实力进入养老院进行养老。在此社会背景下，为老年人设计生态颐养服务中心符合当下的社会经济发展情况。

2 基于气候适应性的形体空间设计策略

2.1 场地“规划”

颐养服务中心作为养老建筑，其设计旨在为老年人提供健康舒适的居住场所。建筑的空间策略目标是营造舒适便捷的室内外环境同时保证私密性的交往空间。该建筑所处基地无遮挡，利于实现建筑的自然采光与通风，但同时要考虑老人自立性、安全性的心理需求，建筑布局采用集中式布置，这样的布局形式既满足相对独立的需求同时顺应场地条件。项目主体朝向为南北方向，保证建筑采光与通风的同时，尽量简化体型，减小体形系数，为建筑节能提供有利条件。考虑到该地区的冬季风主导方向是东北方向，因此在主要功能的房屋朝向选择上应尽量避免东北朝向。对该地区各方位在全年最热月、最冷月和全年平均的太阳辐射量的分析，确定建筑的最优朝向为南偏东21°，避开了冬季主导风向的同时，符合相关规范中养老建筑物朝向设计接近南北向的规定。

2.2 虚实“过渡”

结合所处地形和建筑类型，结合太阳能可再生能源技术的应用，进一步尝试颐养服务中心空间形制的衍化。建筑的“实”与环境的“虚”，2种属性恰当的转换是空间设计的重点。养老建筑的实体、空间及环境各构成要素互为依存，作为协调统一的整体，围合的院落是联系实体与外部空间良好的“过渡”媒介。方案中建筑单体的设计，融合福建本土典型的建筑类型土楼及院落空间设计，边界通过连廊与退台的方式实现建筑形体与自然环境的过渡，形成‘□’形基础体块，如图1(a)所示。该体块能够最大限度的满足养老建筑对不同功能单元的需求，围合成的相互穿插、尺度宜人、层次丰富的庭院空间，能够有效增加建筑的自然采光，改善场地内自然通风效果，保证空气清新，有助于营造舒适的室内外环境，同时也利于形成良好的交往空间。

2.3 形体“提升”

针对颐养服务中心基地条件和夏季炎热、潮湿的气候特征，在建筑体型及空间设计中应重视室内外通风环境的营造，减少人们对空调等人工设备的依赖，并降低建筑能源消耗。因此通过对不同空间体型的模拟分析，进一步优化设计方案，达到提升养老建筑环境品质和室内舒适度的目的。

基于场地现状，对方案的基础体块进行适当的拉伸，如图1(b)所示。借助计算机软件(Ecotect analysis)对其进行通风环境模拟，分析结果如图2(a)所示，分别读取迎风面、背风面、庭院内的A、B、C、D 4个区域的数据，发现庭院内自然通风效果较差，场地外风影区大；在顺应主导风的前提下，对体块进行剖断与移动，如图1(c)和(d)所示，其模拟结果如图2(b)所示，此时C、D区域平均风速达到1.0 m/s，通风效果得到了明显改善；但考虑进一步提升庭院内通风效果，再对体块进行适当的剖切与退台处理，如图1(f)所示，此时模拟结果如图2(c)所示，读取数据发现，庭院内C、D区域风速均匀，平均风速可达1.2 m/s，因此满足相关规范对自然通风的舒适要求。同时该设计方案，由于体块的北部及南部表面的风压差较大，因此也为该地区在春、秋两个过渡季的非空调时段的风环境营造，提供了非常有利的条件。

另外，基于该地区太阳辐射较强，为有效利用太阳能资源，在体块不变的基础上，将建筑屋顶设计成双层坡屋顶形式，并结合房间功能要求，合理设计屋顶坡度方向，从而实现太阳能与建筑屋顶一体化设计策略，降低建筑能耗，如图1(g)和(h)所示。

图1 模型演化过程图

图2 风环境模拟分析图

3 基于本土适应性的被动式技术策略

湿热是泉州地区典型气候特点，遮阳、隔热、通风和太阳能利用等一系列的被动式技术是适应其气候特征主要节能手段。该项目设计中，借鉴并重新诠释了闽北建筑庭院、围屋和冷巷等空间元素，结合不同类型的围合式的半开敞空间，组成空间序列，探索该地区具有本土适应性的被动式技术应用策略。

3.1 低能耗的适应性空间布局

平面布局是否合理，直接影响建筑的风环境营造和太阳能应用技术的效率[15]。因此，项目的平面设计主要考虑热舒适度需求等级，根据由高到低的序列，将室内功能空间分为居住、生活、办公与设备空间。套间、病房等热舒适度要求高的居住空间布置在建筑南侧；餐厅、健身房等生活用房布置在建筑的东南侧；办公室、储物间和工具间等房间布置在建筑北侧，作为温度阻尼区。这样的平面布局不仅满足养老建筑对热舒适的需求，同时也可以适于建筑的实用功能要求，如图3所示。

为保证建筑围护结构具有较好的保温与隔热性能，在建筑南面设置阳光间，以保证建筑能够有充足采光与得热，满足养老建筑使用特点，而在建筑的东、西、北3侧外墙上，仅开有小面积的外窗，以满足基本采光及夏季自然通风要求。

图3 一层平面图

由所建立方案的采光模型可知，适宜比例的外窗及阳光间的应用为建筑带来了充足的日光，各区域采光系数在2.5%～21.5%之间，而养老建筑采光标准要求采光系数的最低值为2%，因此该空间布局下的自然采光效果较为理想，能够减少建筑在白天因室内照明而产生的建筑能耗。

3.2 与自然共生的庭院设计

借鉴传统闽西建筑充分利用庭院的设计手法，方案中的入口门厅、接待大厅、办公会议区及交通空间均采用与庭院相结合的敞厅形式，活动场地位置宜选择在向阳、避风处。利用庭院和露天楼梯等交通空间形成冷巷，通过冷巷冷却空气并诱导通风，使自然风渗透到与冷巷相连的各个公共开敞空间中，并最终从顶部流出。同时庭院内植物的蒸腾作用和水分的蒸发降低了庭院底部的空气温度；庭院上部的空气受太阳直射，具有较高的温度。通过庭院上下层的空气温差，带动空气流动，实现庭院内部房间的自然通风。借助计算机模拟软件对通风体系进行验证可知，夏季午后静风时段，庭院及廊道区域的空气流速基本在0.3～0.8 m/s之间，对于老年人来说较为适宜。

3.3 多构造层的楼板与屋顶设计

基于热压通风原理，项目中居住、医疗用房楼板均采用带有通风口的双层楼板。实现阳光间与楼板间的冷、热空气流动。在与公共庭院存在高差的侧墙上设置可开启的通风百叶，与室内房间楼板通风口相联通，达到夏季通风排热，冬季保温的效果。

屋顶采用双层坡屋顶，并在屋顶檐口部位和阳光房的下部设置出风口和可开启的进风口，基于热压通风原理，可以满足夏季排出热空气及冬季保温的需求。公共区域平台使用的覆土屋面，与双层屋面相类似，覆土层可以在夏季防止过多热量进入室内，具有隔热作用；冬季减少屋顶的热传递的损失，达到保温效果。屋顶合理设计立体绿化，将部分居住在较高层数的老人引向屋顶平台，丰富了居住环境，如图4所示。

图4 覆土屋面透视及构造图

3.4 太阳能与建筑一体化应用策略

通过建立太阳辐射量分析模型，对场地及建筑体块的太阳辐射进行分析，进一步研究建筑与太阳能技术一体化应用策略。将阳光间、太阳能热水以及光伏发电等主被动式太阳能技术进行优化整合，合理运用到建筑中，使建筑设计与太阳能技术实现有机结合。

(1)可开敞的被动式阳光间

为营造舒适的室内环境，更好的调节不同季节的室内热、光环境，在南向居住房间内设置阳光间，可开敞的被动式阳光间在夏季和冬季可起到明显的节能效果，如图5所示。在夏季，阳光间的窗户及下部的通风口开启，阳光间内空气由于热压力差产生流动，实现通风换热；在冬季，阳光间的窗户和通风口关闭，阳光间内空气由于吸收太阳能而加热，阳光间即成为南向的保温外墙；同时阳光间与双层楼板及屋面相连，其中升高的空气温度使地面和屋面蓄热，起到有效加热各居住空间的作用。

图5 阳光间工作原理图

(2)太阳能构件与立面一体化

项目在坡屋顶与南向立面分别设置集中式太阳能热水系统和壁挂式太阳能板，利用太阳能为建筑提供生活所需热水。为保证太阳能辐射吸收效果，根据建筑屋顶构造及不同月份太阳辐射量变化，通过软件模拟选择集热装置的最佳位置与摆放方位角和倾角值。根据不同月份太阳能高度角的变化，改变集热装置的倾角，使得倾斜面上辐射量最大，得到月最佳倾角值，如图6所示。项目住宿部分的坡屋顶向阳面上，都设计有太阳能集热装置，屋顶的太阳能板作为建筑元素，较好地与建筑形式相融合，在建筑整体形象上突出了太阳能建筑融合设计理念。

图6 不同月份太阳能构件倾角值与日均辐射量图

此外，建筑的南立面也安装了与建筑色彩风格相适应的透明太阳能光电板，既可以高效地将太阳能转化为用于室内照明、设备供给的电能，同时色彩丰富的太阳能板还可改变传统养老建筑冰冷呆板的建筑形象，使颐养服务中心建筑更加温馨美观，同时也利于调解老年人的情绪。该设计进一步体现了太阳能与建筑一体化以及人文关怀的设计理念。

4 结语

绿色建筑设计理念其本质是根据不同的气候、地形特征以及功能需求，因地制宜的提出适宜的节能设计策略。通过生态颐养服务中心“光·栖院”的设计，探索了被动式节能技术及太阳能利用技术在绿色养老建筑中的应用策略，为建筑设计与建筑节能技术相结合提供了一定参考与借鉴。建筑师应根据建筑的具体情况、地理位置、气象特征及资源状况，探索适合本土特点的绿色建筑设计理念和方法，从而推动绿色节能建筑更好、更快地发展。绿色养老建筑已经成为当前节能环保建筑领域的研究热点之一，尤其是对逐渐步入老龄化社会的中国而言，用建筑设计的手法，实现低成本、高效率的建筑节能，具有非常现实的意义。