基于風環境組織下的綠色醫院公共空間設計

李聞瀾

(成都華宇建筑設計有限公司，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，預計到 2020 年我國的建筑能耗將達到年耗1 089×108t標準煤。醫院建筑是高能源消耗的建筑，醫院的冷負荷、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]。醫院建筑作為公共建筑中對環境衛生品質要求高，建筑能耗大的建筑類型，其綠色節能設計是醫院建設發展的必然趨勢。

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

成都是典型的夏熱冬冷地區，以此地域背景具有一定的代表性。因此本文將“綠色”與“健康”的建筑設計理念相融合，以成都地區醫院建筑風環境組織為核心，結合實際項目設計經驗，從醫院建筑外環境設計、內環境設計兩方面探討綠色醫院公共空間設計方法。

1 醫院建筑風環境組織

1.1 成都地區室外風環境簡述

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

1.2 醫院建筑風環境組織

醫院建筑風環境組織不僅直接影響醫院活動人群舒適度感受，左右公共空間的品質。依據醫院建筑公共空間使用特點，設計組織良好的醫院建筑風環境還能降低建筑能耗。本文歸納總結醫院建筑公共空間風環境組織要點如下：

(1)避免形成復雜風環境，避免傳染病房等醫技部門空氣高污染區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、機械排風需求不高的空間使用自然通風手段改善室內空氣品質、提高熱舒適度。

(3)規劃醫院建筑室外氣流路線，院區內部污染物及時排除稀釋，避免形成渦流在醫院內造成污染聚集，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，改善外部空間風環境。

2 建筑外部公共空間風環境組織

2.1 綠化規劃布置

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

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

醫院建筑使用空間功能復雜，對于不同使用功能的區域需要使用各類植物豎向空間上的不同搭配引導氣流，滿足特定風環境的需求。樹冠濃密的大樹和灌木叢可以起到阻風的作用，而上部茂盛下部稀疏的樹木可以減緩風速，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、衛生保健用房等公共互通性強的室外空間，迎風面采用灌木+上部茂盛下部稀疏的樹木搭配，引導外部自然風進入建筑空間，實現良好自然通風(圖1)。對于室內空氣較高污染區外的室外空間，采用上部茂盛下部稀疏的樹木+灌木搭配，引導自然風向上部空間流動，減少人行區域的空氣污染也能一定程度上稀釋內部污染物，減少醫院內部的交叉感染(圖2)。傳染病房等醫技部門，室內空氣污染高且有害，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，可以起到阻風的作用，盡量避免空氣病原擴散，以機械排風方式排風。成都地區秋冬陽光資源短缺，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風示意

圖2 上部茂盛下部稀疏的樹木+灌木搭配導風示意

進入室內自然風的風向是影響室內自然通風的重要因素，在一些不可變因素的影響下，可能出現與當地常年風向夾角過大的情況，若進入室內自然風的風向與入風日法線方向夾角過大，會形成禍流區、造成局部空氣停滯的現象[7]。合理布置室外植物的平面位置可以規劃醫院建筑室外氣流路線，避免形成渦流在醫院內造成污染聚集，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域，減少病菌擴散，預防交叉感染。

2.2 水體

醫院設計規范中明確指出醫院內不宜建造水系，因為水系容易滋生蚊蟲和傳播病菌，并且大部分城區醫院建設在用地面積等的制約下沒有大面積的理水條件，小面積的水環境達不到改善室外風環境的作用。本節所探討的水體環境為基地周邊大面積水體，如江河、湖泊等自然水環境。恰當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院周圍營造良好的通風狀況及區域內微氣候環境條件。

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

3 醫院建筑內部公共空間風環境組織

3.1 入口設計

醫院入口、門廳空間屬于全時開放空間，是人員聚集流動區域。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，機械排風必要性弱，且存在大量共同性空間，通過自然通風手段改善空氣質量、除熱、節能是必要手段。

傳統民居中常常通過“八字墻”來引風，醫院建筑在入口區域也可借鑒這種方式。當醫院建筑入口區域位于偏東的南北向(主導風向)時宜做入口捕風設計。設計結合建筑形體實現功能與形式相結合，建筑形體呈現“八字”或外凸弧形，利用風壓通風原理捕獲自然風(圖3)。引導氣流進入醫院內部，利用縮小的通風截面積加快風速，從而得到較好的通風效果。形體布置起到捕風漏斗的作用，前段開口大，增大了捕風面積，后端縮小，增強了穿越狹窄巷道通風的風壓，對于成都等常年風速較小的地區，捕風效果很好[8](圖4)。

圖3 彭山區人民醫院住院部

圖4 彭山區人民醫院住院部入口捕風

3.2 架空設計

成都地區全年風速較小，在高密度城市區域，自然風的流速更容易受到周邊建筑的遮擋而減弱，不利于醫院建筑的風環境組織。建筑底層架空的設計手法建筑底層架空的設計手法特別適合這種環境特征。一方面，來流風速是單棟建筑周圍水平風速的決定因素，建筑底部架空建筑底部架空對來流風速的提速可以達到 2 倍左右[9]。另一方面，底層架空的形式使得空間內部與外部形成氣壓差值，加快氣流流通，加大通風量，良好的通風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，并且能起到結構降溫作用，減少能耗。

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

圖5 瀘州醫學院附屬醫院新外科大樓面狀局部架空通風

3.3 空中花園與通風廊道

傳統醫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院內部具更大的傳染可能性，減少醫院內部公共空間的交叉感染是設計中不可忽視的要點[10]。綠色醫院可考慮采用空中花園的設計手法，增大室內外活動空間，結合自然景觀，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)，對建筑風環境也有影響。因其與室外空間相同，如果將平面形狀與空中花園位置結合考慮，還能起到捕風作用。當平面布置形式是內廊式設計時，由于走廊空間的連續性，最好能保持走廊盡端通透，設置可開閉的門窗。走廊可以對建筑室外氣流起到導風作用，形成通風廊道，更有效的加強自然通風(圖7)。

圖6 瀘州醫學院附屬醫院新外科大樓立面效果

圖7 瀘州醫學院附屬醫院新外科大樓空中花園及通風廊道

4 結束語

“治病救人、衛生保健”的特殊性決定了衛生意識成為醫院建筑設計的核心[10]，風環境不僅左右醫院建筑的衛生環境品質，合理的風環境組織還能降低建筑能耗。依據不同地區氣候特征，從建筑設計角度積極規劃組織醫院建筑公共空間的風環境，減少公共空間的交叉感染，營造舒適的環境是醫院建筑設計者需要關注的重點。

[1] 黃錫繆．醫院的節能[J]．中國醫院，2006(10)：6-8.

[2] 劉慧敏．醫院建筑節能設計探討[J]．中國醫院管理，2006(10)：13.

[3] 任瑩. 綠色建筑設計方法在醫院建筑中的應用研究[D].濟南： 山東大學,2015.

[4] 張旻. 基于建筑風環境理念下的太原地區綠色醫院建筑設計研究[D].太原：太原理工大學,2016.

[5] 陳琛. 亞熱帶地區醫院門診部自然通風設計探討[D]. 廣州： 華南理工大學,2012.

[6] 中國建筑科學研究院. GB 50019-2012 民用建筑采暖通風與空氣調節設計規范[S].

[7] 劉睿豪. 成都住宅建筑群微環境特性及被動式設計方法研究[D].西南石油大學,2016.

[8] 徐金泉,陳國義.《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》實施指南[M].北京.中國計劃出版社，2005.

[9] 錢杰. 建筑底部架空周圍風環境特性研究[D].重慶：重慶大學,2010.

[10] 程壯,呂富珣. 健康設計觀在醫院建筑設計中的體現[J]. 中國醫院管理,2004(7):58-60.