基于风环境组织下的绿色医院公共空间设计

李闻澜

(成都华宇建筑设计有限公司，四川成都 610023)

我国建筑能耗约占社会总能耗的 33 %；高能耗建筑的比例不断增加，我国目前有400×108m2以上的高能耗建筑，预计到 2020 年我国的建筑能耗将达到年耗1 089×108t标准煤。医院建筑是高能源消耗的建筑，医院的冷负荷、热负荷、生活用水负荷及用电负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]。医院建筑作为公共建筑中对环境卫生品质要求高，建筑能耗大的建筑类型，其绿色节能设计是医院建设发展的必然趋势。

目前研究绿色医院建筑设计的学者很多。任莹研究了绿色建筑设计方法在医院建筑中的应用[3]；张旻以太原地区为例研究了风环境组织下的医院建筑设计[4]；陈琛探讨了亚热带地区医院门诊部自然通风设计[5]。这些研究缺少将健康设计与风环境组织结合研究成都地区医院建筑的设计方法，且未针对医院公共空间使用特点研究其风环境影响下的绿色设计策略。

成都是典型的夏热冬冷地区，以此地域背景具有一定的代表性。因此本文将“绿色”与“健康”的建筑设计理念相融合，以成都地区医院建筑风环境组织为核心，结合实际项目设计经验，从医院建筑外环境设计、内环境设计两方面探讨绿色医院公共空间设计方法。

1 医院建筑风环境组织

1.1 成都地区室外风环境简述

成都属于亚热带湿润季风气候，年平均湿度为79 %～84 %，全市大部分地区主导风向为NE和NNE，占全年7 %～11 %，静风频率占全年32 %～55 %。夏季风速平均值为1 m/s，主导风向为北偏东67.5°[6]。成都室外风速小于3.33 m/s的小时数占全年总时间的97.1 %(数据来源：DEST气象数据库)，因此成都地区室外多为微风，人体感觉舒适，对建筑自然通风有利。室外风速高于7 m/s即人体感觉不舒适风速的小时数占全年0.04 %，为小概率事件，本文研究成都风环境忽略这一现象，故成都地区不需要刻意考虑防风措施。

1.2 医院建筑风环境组织

医院建筑风环境组织不仅直接影响医院活动人群舒适度感受，左右公共空间的品质。依据医院建筑公共空间使用特点，设计组织良好的医院建筑风环境还能降低建筑能耗。本文归纳总结医院建筑公共空间风环境组织要点如下：

(1)避免形成复杂风环境，避免传染病房等医技部门空气高污染区域与公共空间的空气交叉污染。

(2)在门诊部等公共互通性强、机械排风需求不高的空间使用自然通风手段改善室内空气品质、提高热舒适度。

(3)规划医院建筑室外气流路线，院区内部污染物及时排除稀释，避免形成涡流在医院内造成污染聚集，增加污染物流场通畅性。

(4)利用水体、绿化等景观手段改变气流变化情况，改善外部空间风环境。

2 建筑外部公共空间风环境组织

2.1 绿化规划布置

绿化布置是建筑外部空间规划的一大要素。病员康复活动的大部分时间在室外进行，对于医院建筑而言良好的绿化外环境不仅能够减尘、防噪、灭菌，舒缓病人的心理压力，对病人的康复起到积极影响。在建筑风环境组织上能够改变区域内气流状况，影响室内通风。

对于成都地区而言利用植物的导风作用，将其作为风筒，将凉风引入建筑或是需要通风的区域进行除湿和夏季降温是室外绿化规划布置的重点。典型的应用是在偏东的南北向(主导风向)上由落叶乔木构成进行导风,以满足夏季遮阳和冬季采光的双重要求，而且能让秋冬季节的风更容易流通。

医院建筑使用空间功能复杂，对于不同使用功能的区域需要使用各类植物竖向空间上的不同搭配引导气流，满足特定风环境的需求。树冠浓密的大树和灌木丛可以起到阻风的作用，而上部茂盛下部稀疏的树木可以减缓风速，树荫和草坪都是高效的空气制冷器[4]。具体来说，对于在门诊部、卫生保健用房等公共互通性强的室外空间，迎风面采用灌木+上部茂盛下部稀疏的树木搭配，引导外部自然风进入建筑空间，实现良好自然通风(图1)。对于室内空气较高污染区外的室外空间，采用上部茂盛下部稀疏的树木+灌木搭配，引导自然风向上部空间流动，减少人行区域的空气污染也能一定程度上稀释内部污染物，减少医院内部的交叉感染(图2)。传染病房等医技部门，室内空气污染高且有害，不可随意排出，此种类型的空间外部可使用树冠浓密的大树+灌木丛的布置方式，可以起到阻风的作用，尽量避免空气病原扩散，以机械排风方式排风。成都地区秋冬阳光资源短缺，树冠浓密的大树会对遮挡阳光，影响建筑日照和采光要注意控制建筑与植物的间距、以及植物密度减少阳光遮挡。

图1 灌木+上部茂盛下部稀疏的树木搭配导风示意

图2 上部茂盛下部稀疏的树木+灌木搭配导风示意

进入室内自然风的风向是影响室内自然通风的重要因素，在一些不可变因素的影响下，可能出现与当地常年风向夹角过大的情况，若进入室内自然风的风向与入风日法线方向夹角过大，会形成祸流区、造成局部空气停滞的现象[7]。合理布置室外植物的平面位置可以规划医院建筑室外气流路线，避免形成涡流在医院内造成污染聚集，增加污染物流场通畅性。还可以阻挡污染空气流向人流密集区域，减少病菌扩散，预防交叉感染。

2.2 水体

医院设计规范中明确指出医院内不宜建造水系，因为水系容易滋生蚊虫和传播病菌，并且大部分城区医院建设在用地面积等的制约下没有大面积的理水条件，小面积的水环境达不到改善室外风环境的作用。本节所探讨的水体环境为基地周边大面积水体，如江河、湖泊等自然水环境。恰当处理建筑与建筑的相对位置，利用水体与陆地之间气流流动特征减少气流组织过程中的遮挡物可以为医院周围营造良好的通风状况及区域内微气候环境条件。

将水体的蒸发制冷与建筑的风环境组织结合起来，可在夏季显著增强建筑降温效果。建筑、水体、主导风向三者之间位置关系是考虑的重点。在夏季主导风向下，当水体位于建筑的上风向时，医院与水体之间存在通风廊道，水体上部凉爽的空气被吹向稀释、降低建筑周围空气温度，减少空调能耗，但医院设计时应注意此时迎风面不宜布置高污染的医技空间。在冬季主导风向下，水体如果位于上风向，则水体的湿冷作用会加大建筑的热量损失，增加采暖能耗。就成都地区而言，冬季平均温度6～8℃，采暖时间不长，且冬季雾霾污染严重，医院建筑更加注重空气质量，自然通风仍然是冬季医院风环境组织的主要矛盾。所以当大面积水体位于建筑的上风向时，将公共互通性强、机械排风需求不高的空间安排在迎风面，利用风的流体特征将市郊的新鲜空气导入医院，既能促进自然通风、改善空气品质，又能一定程度上降低空调能耗。自然风的渗透作用加之成都地区空气湿度大，在潮湿地区地区组织自然通风,应该防止建筑“泛潮”。

3 医院建筑内部公共空间风环境组织

3.1 入口设计

医院入口、门厅空间属于全时开放空间，是人员聚集流动区域。此类空间热量聚集、能耗大，排热要求高，但并无大量有害气体，机械排风必要性弱，且存在大量共同性空间，通过自然通风手段改善空气质量、除热、节能是必要手段。

传统民居中常常通过“八字墙”来引风，医院建筑在入口区域也可借鉴这种方式。当医院建筑入口区域位于偏东的南北向(主导风向)时宜做入口捕风设计。设计结合建筑形体实现功能与形式相结合，建筑形体呈现“八字”或外凸弧形，利用风压通风原理捕获自然风(图3)。引导气流进入医院内部，利用缩小的通风截面积加快风速，从而得到较好的通风效果。形体布置起到捕风漏斗的作用，前段开口大，增大了捕风面积，后端缩小，增强了穿越狭窄巷道通风的风压，对于成都等常年风速较小的地区，捕风效果很好[8](图4)。

图3 彭山区人民医院住院部

图4 彭山区人民医院住院部入口捕风

3.2 架空设计

成都地区全年风速较小，在高密度城市区域，自然风的流速更容易受到周边建筑的遮挡而减弱，不利于医院建筑的风环境组织。建筑底层架空的设计手法建筑底层架空的设计手法特别适合这种环境特征。一方面，来流风速是单栋建筑周围水平风速的决定因素，建筑底部架空建筑底部架空对来流风速的提速可以达到 2 倍左右[9]。另一方面，底层架空的形式使得空间内部与外部形成气压差值，加快气流流通，加大通风量，良好的通风能够带走空间中的热量和湿气，可以缓解成都夏日闷热的人体感受，并且能起到结构降温作用，减少能耗。

由于医院建筑的功能要求，门诊空间等人员聚集流动区域要求直达性高，不适宜做首层全架空设计，可使用局部面状架空设计手法。在建筑迎风面做局部式的首层架空，架空部分遮阴、凉爽，在架空部分局部风速较大处布置供病患休息的座椅以及问询等功能设施，能在一定程度上分散室内候诊人员，带走热量。架空处气流流速快，结合医院室外气流规划能将院区内废气、有污染气体稀释。结合室内自然通风设计，还能将新鲜空气引导进入各个功能空间，增强室内通风效果(图5)。

图5 泸州医学院附属医院新外科大楼面状局部架空通风

3.3 空中花园与通风廊道

传统医院较高层的建筑空间布局比较紧促，病员活动空间有限，缺少自由空间，会让人感到压抑与烦闷。相比较外界环境，大量带菌病人的聚集流动与病患者本身抵抗力的减弱使得医院内部具更大的传染可能性，减少医院内部公共空间的交叉感染是设计中不可忽视的要点[10]。绿色医院可考虑采用空中花园的设计手法，增大室内外活动空间，结合自然景观，打造小尺度的空中休憩花园，清新空气、舒缓病人的心理压力，对病人的康复起到积极影响。

在建筑平面端头打造空中花园在功能上不仅可以作为处在高层的病员活动休憩的场所，形式上可以为建筑外面增加绿植亮点(图6)，对建筑风环境也有影响。因其与室外空间相同，如果将平面形状与空中花园位置结合考虑，还能起到捕风作用。当平面布置形式是内廊式设计时，由于走廊空间的连续性，最好能保持走廊尽端通透，设置可开闭的门窗。走廊可以对建筑室外气流起到导风作用，形成通风廊道，更有效的加强自然通风(图7)。

图6 泸州医学院附属医院新外科大楼立面效果

图7 泸州医学院附属医院新外科大楼空中花园及通风廊道

4 结束语

“治病救人、卫生保健”的特殊性决定了卫生意识成为医院建筑设计的核心[10]，风环境不仅左右医院建筑的卫生环境品质，合理的风环境组织还能降低建筑能耗。依据不同地区气候特征，从建筑设计角度积极规划组织医院建筑公共空间的风环境，减少公共空间的交叉感染，营造舒适的环境是医院建筑设计者需要关注的重点。

[1] 黄锡缪．医院的节能[J]．中国医院，2006(10)：6-8.

[2] 刘慧敏．医院建筑节能设计探讨[J]．中国医院管理，2006(10)：13.

[3] 任莹. 绿色建筑设计方法在医院建筑中的应用研究[D].济南： 山东大学,2015.

[4] 张旻. 基于建筑风环境理念下的太原地区绿色医院建筑设计研究[D].太原：太原理工大学,2016.

[5] 陈琛. 亚热带地区医院门诊部自然通风设计探讨[D]. 广州： 华南理工大学,2012.

[6] 中国建筑科学研究院. GB 50019-2012 民用建筑采暖通风与空气调节设计规范[S].

[7] 刘睿豪. 成都住宅建筑群微环境特性及被动式设计方法研究[D].西南石油大学,2016.

[8] 徐金泉,陈国义.《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》实施指南[M].北京.中国计划出版社，2005.

[9] 钱杰. 建筑底部架空周围风环境特性研究[D].重庆：重庆大学,2010.

[10] 程壮,吕富珣. 健康设计观在医院建筑设计中的体现[J]. 中国医院管理,2004(7):58-60.