生態頤養服務中心概念設計策略研究
——以泉州市為例

崔艷秋郎冰孫寧晗李思萌朱霖

(1.山東建筑大學建筑城規學院，山東濟南250101；2.中鐵華鐵工程設計集團有限公司，北京100071；3.濟南市中山公園服務中心，山東濟南250000)

0 引言

我國已經步入了聯合國標準下的老齡社會，人們逐漸開始關注在何種建筑中，以何種方式安度晚年，養老服務機構的大量建設與緊張的建筑資源之間的矛盾日益突出，提高居住品質、降低建筑能耗成為養老建筑可持續發展的必然需求[1-5]。過去，部分專家學者對如何將綠色建筑技術應用于方案設計中進行了研究。張弘等[6]以SDC2018國際太陽能設計競賽方案“The WHAO House”為例，詳細介紹了被動式建筑技術與建筑的結合方法；宋曄皓等[7]以岳陽三中風雨操場為例，探討了在應對環境條件的前提下，建筑功能與建筑技術的整合方法；宋曄皓等[8]以龍湖超低能耗建筑主題館為例，通過對本土材料及場地環境等因素的研究，探討了建筑的可持續設計方法；陳凱等[9]通過將綠色生態理念融入住宅建筑，設計出了綠色可持續的住宅方案；崔艷秋等[10]通過對方案當地的氣候水土、建筑風貌和傳統技術進行分析提取，設計了符合當地地域特點的住宅建筑方案；王崇杰等[11]通過分析太陽能十項全能競賽中的獲獎方案，總結出了被動式太陽能、主動式太陽能等方面的設計策略；謝空等[12]通過對一體化設計理論進行探討，提出對太陽能與建筑一體化設計的一些思路與看法；楊向群等[13]通過方案設計，闡述了方案中體現出的生物氣候學設計策略，太陽能光電、光熱系統和太陽能建筑一體化設計方法；仲繼壽[14]對中國太陽能建筑設計競賽中的獲獎方案進行研讀，總結出各方案所應用的綠色建筑設計理念。目前，將綠色建筑技術與養老建筑結合起來的研究較少，文章結合某生態頤養服務中心項目設計，在提高養老建筑品質的同時，重視生態平衡，降低建筑能耗。方案設計中積極整合適宜的可再生能源技術，探索綠色節能設計理念在傳統養老建筑中的應用策略，從而為建筑帶來永續的能源，讓建筑為老人創造適宜、安全、健康、舒適、綠色的新生活。

1 項目概況與分析

1.1 概況

該生態頤養服務中心位于福建省德化縣泉州市瓷都印象生態園內，園區由養老公寓、養老居住小區、休閑公園、溫泉公園、植物園、度假村等共同組成。頤養服務中心用地面積為3 400 m2，處于園區西部，主要入口處，交通便利，整體地勢由南向北逐漸升高。

1.2 前期分析

對于老年人來說，隨著年齡的增長，身體機能逐漸衰退，具有免疫力降低、新陳代謝能力降低的特點，因此老年人對日照及室內環境的舒適度要求較高。充足的日照可以提高老年人的身體機能，提升老年人心理的愉悅感。該設計前期對氣候、地形、人文等條件進行分析，以滿足老年人的生理、心理健康需求為設計目標與重點，運用多種設計方法與手段來確保其室內居住環境的舒適。

1.2.1 氣候分析

泉州市屬于中亞熱帶季風氣候，平均氣溫高達18.2℃，年均無霜期約為260 d。年均降水量約為1 800 mm。夏季主導風向(盛行西南季風)為西南，冬季主導風向為東北(盛行東北季風)。受季風影響，全年氣溫差異不大，濕度較大。因此，該地區建筑設計應注重夏季防熱及通風除濕。此外，當地太陽輻射較強，年日照平均時數達2 780.6 h，為養老建筑中實現太陽能與建筑一體化設計提供了豐富的資源。

1.2.2 地形與人文分析

泉州市德化縣全縣地勢較高，建筑紅線內地勢平坦、交通便利。德化縣素有“世界陶瓷之都的美譽”，人口以漢族為主，畬族為主要的少數民族，著名的傳統民居形式為客家土樓。頤養服務中心設計應在順應地勢、符合地域氣候特征的前提下，注重傳統文化特征的表達。

1.2.3 社會經濟因素分析

目前我國老年人口已經超過1.8億，預計到2020年將達到2.48億人，老齡化水平將達到18%，已經步入了老齡化社會。另外，由于當今年輕人的工作壓力較大，普遍無暇照顧父母長輩，使得老人家庭“空巢”現象日趨明顯。隨著國民經濟的發展，老年人普遍有足夠的經濟實力進入養老院進行養老。在此社會背景下，為老年人設計生態頤養服務中心符合當下的社會經濟發展情況。

2 基于氣候適應性的形體空間設計策略

2.1 場地“規劃”

頤養服務中心作為養老建筑，其設計旨在為老年人提供健康舒適的居住場所。建筑的空間策略目標是營造舒適便捷的室內外環境同時保證私密性的交往空間。該建筑所處基地無遮擋，利于實現建筑的自然采光與通風，但同時要考慮老人自立性、安全性的心理需求，建筑布局采用集中式布置，這樣的布局形式既滿足相對獨立的需求同時順應場地條件。項目主體朝向為南北方向，保證建筑采光與通風的同時，盡量簡化體型，減小體形系數，為建筑節能提供有利條件。考慮到該地區的冬季風主導方向是東北方向，因此在主要功能的房屋朝向選擇上應盡量避免東北朝向。對該地區各方位在全年最熱月、最冷月和全年平均的太陽輻射量的分析，確定建筑的最優朝向為南偏東21°，避開了冬季主導風向的同時，符合相關規范中養老建筑物朝向設計接近南北向的規定。

2.2 虛實“過渡”

結合所處地形和建筑類型，結合太陽能可再生能源技術的應用，進一步嘗試頤養服務中心空間形制的衍化。建筑的“實”與環境的“虛”，2種屬性恰當的轉換是空間設計的重點。養老建筑的實體、空間及環境各構成要素互為依存，作為協調統一的整體，圍合的院落是聯系實體與外部空間良好的“過渡”媒介。方案中建筑單體的設計，融合福建本土典型的建筑類型土樓及院落空間設計，邊界通過連廊與退臺的方式實現建筑形體與自然環境的過渡，形成‘□’形基礎體塊，如圖1(a)所示。該體塊能夠最大限度的滿足養老建筑對不同功能單元的需求，圍合成的相互穿插、尺度宜人、層次豐富的庭院空間，能夠有效增加建筑的自然采光，改善場地內自然通風效果，保證空氣清新，有助于營造舒適的室內外環境，同時也利于形成良好的交往空間。

2.3 形體“提升”

針對頤養服務中心基地條件和夏季炎熱、潮濕的氣候特征，在建筑體型及空間設計中應重視室內外通風環境的營造，減少人們對空調等人工設備的依賴，并降低建筑能源消耗。因此通過對不同空間體型的模擬分析，進一步優化設計方案，達到提升養老建筑環境品質和室內舒適度的目的。

基于場地現狀，對方案的基礎體塊進行適當的拉伸，如圖1(b)所示。借助計算機軟件(Ecotect analysis)對其進行通風環境模擬，分析結果如圖2(a)所示，分別讀取迎風面、背風面、庭院內的A、B、C、D 4個區域的數據，發現庭院內自然通風效果較差，場地外風影區大；在順應主導風的前提下，對體塊進行剖斷與移動，如圖1(c)和(d)所示，其模擬結果如圖2(b)所示，此時C、D區域平均風速達到1.0 m/s，通風效果得到了明顯改善；但考慮進一步提升庭院內通風效果，再對體塊進行適當的剖切與退臺處理，如圖1(f)所示，此時模擬結果如圖2(c)所示，讀取數據發現，庭院內C、D區域風速均勻，平均風速可達1.2 m/s，因此滿足相關規范對自然通風的舒適要求。同時該設計方案，由于體塊的北部及南部表面的風壓差較大，因此也為該地區在春、秋兩個過渡季的非空調時段的風環境營造，提供了非常有利的條件。

另外，基于該地區太陽輻射較強，為有效利用太陽能資源，在體塊不變的基礎上，將建筑屋頂設計成雙層坡屋頂形式，并結合房間功能要求，合理設計屋頂坡度方向，從而實現太陽能與建筑屋頂一體化設計策略，降低建筑能耗，如圖1(g)和(h)所示。

圖1 模型演化過程圖

圖2 風環境模擬分析圖

3 基于本土適應性的被動式技術策略

濕熱是泉州地區典型氣候特點，遮陽、隔熱、通風和太陽能利用等一系列的被動式技術是適應其氣候特征主要節能手段。該項目設計中，借鑒并重新詮釋了閩北建筑庭院、圍屋和冷巷等空間元素，結合不同類型的圍合式的半開敞空間，組成空間序列，探索該地區具有本土適應性的被動式技術應用策略。

3.1 低能耗的適應性空間布局

平面布局是否合理，直接影響建筑的風環境營造和太陽能應用技術的效率[15]。因此，項目的平面設計主要考慮熱舒適度需求等級，根據由高到低的序列，將室內功能空間分為居住、生活、辦公與設備空間。套間、病房等熱舒適度要求高的居住空間布置在建筑南側；餐廳、健身房等生活用房布置在建筑的東南側；辦公室、儲物間和工具間等房間布置在建筑北側，作為溫度阻尼區。這樣的平面布局不僅滿足養老建筑對熱舒適的需求，同時也可以適于建筑的實用功能要求，如圖3所示。

為保證建筑圍護結構具有較好的保溫與隔熱性能，在建筑南面設置陽光間，以保證建筑能夠有充足采光與得熱，滿足養老建筑使用特點，而在建筑的東、西、北3側外墻上，僅開有小面積的外窗，以滿足基本采光及夏季自然通風要求。

圖3 一層平面圖

由所建立方案的采光模型可知，適宜比例的外窗及陽光間的應用為建筑帶來了充足的日光，各區域采光系數在2.5%～21.5%之間，而養老建筑采光標準要求采光系數的最低值為2%，因此該空間布局下的自然采光效果較為理想，能夠減少建筑在白天因室內照明而產生的建筑能耗。

3.2 與自然共生的庭院設計

借鑒傳統閩西建筑充分利用庭院的設計手法，方案中的入口門廳、接待大廳、辦公會議區及交通空間均采用與庭院相結合的敞廳形式，活動場地位置宜選擇在向陽、避風處。利用庭院和露天樓梯等交通空間形成冷巷，通過冷巷冷卻空氣并誘導通風，使自然風滲透到與冷巷相連的各個公共開敞空間中，并最終從頂部流出。同時庭院內植物的蒸騰作用和水分的蒸發降低了庭院底部的空氣溫度；庭院上部的空氣受太陽直射，具有較高的溫度。通過庭院上下層的空氣溫差，帶動空氣流動，實現庭院內部房間的自然通風。借助計算機模擬軟件對通風體系進行驗證可知，夏季午后靜風時段，庭院及廊道區域的空氣流速基本在0.3～0.8 m/s之間，對于老年人來說較為適宜。

3.3 多構造層的樓板與屋頂設計

基于熱壓通風原理，項目中居住、醫療用房樓板均采用帶有通風口的雙層樓板。實現陽光間與樓板間的冷、熱空氣流動。在與公共庭院存在高差的側墻上設置可開啟的通風百葉，與室內房間樓板通風口相聯通，達到夏季通風排熱，冬季保溫的效果。

屋頂采用雙層坡屋頂，并在屋頂檐口部位和陽光房的下部設置出風口和可開啟的進風口，基于熱壓通風原理，可以滿足夏季排出熱空氣及冬季保溫的需求。公共區域平臺使用的覆土屋面，與雙層屋面相類似，覆土層可以在夏季防止過多熱量進入室內，具有隔熱作用；冬季減少屋頂的熱傳遞的損失，達到保溫效果。屋頂合理設計立體綠化，將部分居住在較高層數的老人引向屋頂平臺，豐富了居住環境，如圖4所示。

圖4 覆土屋面透視及構造圖

3.4 太陽能與建筑一體化應用策略

通過建立太陽輻射量分析模型，對場地及建筑體塊的太陽輻射進行分析，進一步研究建筑與太陽能技術一體化應用策略。將陽光間、太陽能熱水以及光伏發電等主被動式太陽能技術進行優化整合，合理運用到建筑中，使建筑設計與太陽能技術實現有機結合。

(1)可開敞的被動式陽光間

為營造舒適的室內環境，更好的調節不同季節的室內熱、光環境，在南向居住房間內設置陽光間，可開敞的被動式陽光間在夏季和冬季可起到明顯的節能效果，如圖5所示。在夏季，陽光間的窗戶及下部的通風口開啟，陽光間內空氣由于熱壓力差產生流動，實現通風換熱；在冬季，陽光間的窗戶和通風口關閉，陽光間內空氣由于吸收太陽能而加熱，陽光間即成為南向的保溫外墻；同時陽光間與雙層樓板及屋面相連，其中升高的空氣溫度使地面和屋面蓄熱，起到有效加熱各居住空間的作用。

圖5 陽光間工作原理圖

(2)太陽能構件與立面一體化

項目在坡屋頂與南向立面分別設置集中式太陽能熱水系統和壁掛式太陽能板，利用太陽能為建筑提供生活所需熱水。為保證太陽能輻射吸收效果，根據建筑屋頂構造及不同月份太陽輻射量變化，通過軟件模擬選擇集熱裝置的最佳位置與擺放方位角和傾角值。根據不同月份太陽能高度角的變化，改變集熱裝置的傾角，使得傾斜面上輻射量最大，得到月最佳傾角值，如圖6所示。項目住宿部分的坡屋頂向陽面上，都設計有太陽能集熱裝置，屋頂的太陽能板作為建筑元素，較好地與建筑形式相融合，在建筑整體形象上突出了太陽能建筑融合設計理念。

圖6 不同月份太陽能構件傾角值與日均輻射量圖

此外，建筑的南立面也安裝了與建筑色彩風格相適應的透明太陽能光電板，既可以高效地將太陽能轉化為用于室內照明、設備供給的電能，同時色彩豐富的太陽能板還可改變傳統養老建筑冰冷呆板的建筑形象，使頤養服務中心建筑更加溫馨美觀，同時也利于調解老年人的情緒。該設計進一步體現了太陽能與建筑一體化以及人文關懷的設計理念。

4 結語

綠色建筑設計理念其本質是根據不同的氣候、地形特征以及功能需求，因地制宜的提出適宜的節能設計策略。通過生態頤養服務中心“光·棲院”的設計，探索了被動式節能技術及太陽能利用技術在綠色養老建筑中的應用策略，為建筑設計與建筑節能技術相結合提供了一定參考與借鑒。建筑師應根據建筑的具體情況、地理位置、氣象特征及資源狀況，探索適合本土特點的綠色建筑設計理念和方法，從而推動綠色節能建筑更好、更快地發展。綠色養老建筑已經成為當前節能環保建筑領域的研究熱點之一，尤其是對逐漸步入老齡化社會的中國而言，用建筑設計的手法，實現低成本、高效率的建筑節能，具有非常現實的意義。