既有建筑绿色改造设计研究——常州江南护养中心改造实践

徐　莉，张友华

XU Li，ZHANG Youhua

(1.江苏城乡建设职业学院,江苏 常州 213147；2.江苏筑森建筑设计股份有限公司,江苏 常州 213022)

我国既有公共建筑存量大、能耗大、室内环境差,未来大量的既有公共建筑面临着改造及功能提升。既有建筑绿色改造,旨在通过多种绿色技术的合理构筑,达到改善室内外环境,提供健康、舒适的使用空间的目的[1-2]。同时随着老龄化问题的加剧,改善老年人居住环境也成为亟待解决的问题,本文对绿色建筑技术在适老建筑改造中的应用进行了探讨，分析如何将绿色建筑技术与适老改造相结合。

本项目地处老城区中心,在土地资源紧缺、空间升级改善的情况下,改造成老年养护院有着重大的社会意义和现实意义。特别是在大力提倡社区养老和嵌入式养老的背景下,老城区既有建筑改造是一个城市更新的重要课题。改造为真正快速提高养老保障水平提供了投资少,见效快,与原有城市社区紧密结合的有效手段。项目从选址到定位决策,设计实施及运营管理进行统筹安排。设计起点高,理念新,同时符合投资少等实际情况,最终为后续项目起到示范作用,实践了以“被动优先、主动优化”为原则的绿色建筑理念,为低成本绿色改造建筑的创作做出了有益尝试。

1　项目概况

常州江南护养中心是在闲置的老旧建筑基础上实施的绿色改造,基地位于常州市天宁区迎宾路35号,历经数次改建,2005年改造为社区服务中心综合大楼,闲置一段时间后于2010年实施综合改造成KTV、洗浴中心等功能的娱乐场所。见图1。2015年以尊重和关爱老年人为理念,打造为老年人提供生活照料、健康护理、康复娱乐、社会工作等服务的专业照料机构。从老年人的生理、心理及安全需要出发,因地制宜,采用绿色建筑技术,建设满足老年人实际需求的养老服务设施。

项目以GROUP方式组织分配各项功能,布局合理,功能分区简洁清晰,紧凑有序,塑造安静、温馨、亲密的居家氛围,为老人提供一个舒适的生活场所。以居家化的家具布置,紧凑而流动的空间,温暖舒适的色调搭配,在室内最大限度的使用木质表面,给人以舒适、温馨之感,加强FAMILY的概念。项目旨在实现绿色养老、高效护理,营造家庭氛围，提供多样的空间,为生活在这里的老人营造出多彩舒适的氛围和新颖的生活空间,使老人在良好的环境中提升生活品质,有效平衡“老人、建筑、环境”之间的关系。

护养中心1层为大堂区,2、3层以失能、失智老人为主护理单元,设护士站及配套设施(治疗室、处置室、中心浴室、备餐间和布草间),老人活动空间、绿化庭院等,4层设有职工宿舍,5层为餐饮区和办公区,6层设护理培训、公益集会、多功能厅,屋顶层有洗衣晾晒、屋顶机房和屋顶花园。

2　绿色建筑改造

2.1　拆除违建

拆除东侧、南侧临靠违章搭建建筑,保留水泵房和箱式变电站。拆除西、北沿街立面上遮挡住外窗部分的广告牌,拆除入口处玻璃幕墙上的附加物,以及屋顶的装饰构件,露出本体建筑。

2.2　立面改造

1)入口:原建筑入口处的结构柱外露于玻璃幕墙,影响美观、改造时将幕墙拆除,外包于结构柱外侧,并加装门套和雨棚,强化入口空间的可识别性。

2)底层界面:底层外墙采用红砖贴面,室外场地局部设置红砖镂空景墙,使室外空间形成围和布局,也利于室内空间的私密性。

3)加遮阳：空调室外机、外装饰东、南立面加设水平遮阳板,并在其上设置空调室外机位置。西、北立面局部内衬红色涂料。

4)建筑西立面阳台每层种植绿植,起到隔热,降低了室内空调的能耗,同时美化了建筑的外立面。见图2。

2.3　空间改造

建筑东西向进深过大,不利于室内采光与通风,在建筑1～3层局部开挖天井空间,并种植绿化植被,改善室内气候环境。另外,原建筑入口中庭为1～3层通高,尺度过大,在3层处加设楼板层,将中庭改成1～2层通高。见图3、图4。

图3　开挖天井

图4　减小中庭

2.4　屋面改造

3层屋面、顶层屋面改造成可上人的绿化种植屋面，并辅以休憩游览空间,丰富了护养中心的第五立面,同时美化了室外环境,净化空气,有良好的保温隔热效果,补偿了建筑物占用的绿化面积。在南向屋顶构架上设置太阳能板,以降低建筑物的能耗。

2.5　交通机电改造

建筑北立面,靠近入口处加设一部电梯,原有电梯改成医用电梯,同时对不符合设计要求的楼梯进行改造,以满足老年人的无障碍要求。改善原建筑的热水供应等一系列辅助配套系统,保证老年人的正常生活需求。完善原有的消防系统、智能化系统,保证老年人的生命安全。

3　绿色室内设计

一楼服务接待大厅,暖色系背景,无障碍设计,前台接待对面专门设有不同的功能区域,满足不同人群需求。暖色系的活动室,桌子之间空间大,方便轮椅活动,区域划分明显,能满足老人不同类型的活动功能。见图5。

图5　室内效果图

公共空间全面采用了各种无障碍设计,护理站不同功能的设计满足不同人群的需求,护理台专门设有等候卡座。房间内部对收纳功能做了充足的考虑,完全能满足居住者长期居住需求,房间互通功能满足护理人员的相互沟通。房间内部和公共空间一样,都全面采用了暖色系和无障碍设计,整体装修风格偏家庭风格,让老人居住其中更具舒适感。

卫生间采用全副无障碍设计,方便有行动障碍的老人顺利使用,为老人打造舒适安全的洗浴空间。

走道采用全副无障碍设计,房间门采用移门,方便老年人自主开关门。通过公寓优美的环境,同时结合“运动、生命、健康”的概念,旨在打造一个充满生机和活力的新型老年社区。

4　绿建设计技术

常州市地处夏热冬冷地区,对夏季防晒制冷要求高,冬天抗寒要求较高。春末夏初时多有梅雨发生,夏季炎热多雨,冬季空气湿润,气候阴冷。

从老年人的生理、心理及安全需要出发,选址在日照充足、通风良好、噪声干扰小、远离污染的区域。运用有效的绿色养老改造手段,通过对场地环境、围护结构、能源系统、自然通风和采光等方面进行模拟优化与技术经济分析后,应用大量的节能、节水、节材等技术,营造“老人、建筑、环境“之间的和谐关系。

4.1　冬季室外风环境

风向：主要出入口位于建筑的北偏西部,容易在冬季出现大风灌入室内,因此在项目北面种植乔木与灌木,以降低冬季室外人行区域风速,避免冬季主导风向的不利影响,调节室外风的流速与方向。

门斗：在主要出入口设置门斗,可缓冲冬季北风对建筑室内的不利影响,改善人员出入建筑时的舒适度。

风速：冬季周边人行区域1.5m高度处风速最大为4m/s<5m/s,风速放大系数约为1.43<2,在主要出入口处的风速为4m/s,对行人出入建筑无不良影响。见图6。

流场：冬季整个区域内流场分布都比较均匀,未出现大范围无风区、涡流区,空气品质较好。见图7。

图6　冬季室外风速云图

图7　冬季室外风压图

4.2　夏季室外风环境

风向：风从项目的东南部吹过来,由于项目成L形布局,L 凹进部位迎向夏季主导风,有利于通过室外风速促进室内自然通风。

风速：夏季周边人行区域1.5m高度处风速最大为3.6m/s<5m/s,风速放大系数约为1.3<2,在主要出入口处的风速为2.4m/s,有利行人出入活动,并营造良好的室外风环境。

流场：夏季本项目迎风处与背风处压力差大于5Pa,有利于带动整个区域余热余湿以及室外污浊空气,改善室外空气质量。

4.3　室外声环境

项目北侧是迎宾路,为二车道的乡级道路,车流量少,并无重型汽车通过。场地四周布置复层绿化,通过种植乔木与灌木丛,吸收和阻挡外界噪声,并在降低交通噪声对建筑影响的同时,吸附马路灰尘。建筑体型简约,不会在室外噪声的作用下与周边建筑形成共振共鸣。

4.4　室内外绿化

室外场地布置绿化能够改善场地环境的微气候,调控热环境和风环境,维持环境的碳氧平衡,净化空气。场地有效光合辐射小于 3MJ/m2·d的区域种植喜阴植物；介于3～6MJ/m2·d的区域适合种植中性植物；高于6MJ/m2·d的区域适合种植喜阳之物。

将阳光与新鲜空气通过可开启外窗、幕墒中庭等引入室内,配置生态植物等措施,吸收室内挥发性气体,消耗CO2、吸附粉尘、释放氧气。使老人更加接近自然,营造健康、舒适、安全的室内生态环境。

4.5　屋顶绿化

屋顶绿化对场地形成生态补偿,并营造怡人舒适的开敞空间,扩大老人活动休闲场地。种植屋面对建筑屋面起到保温隔热作用,有效降低室内空调能耗。与地面绿色植被共同营造健康、舒适的室外微气候环境。见图8。

4.6　垂直绿化

建筑西侧阳台每层进行绿化种植,对建筑西向外墙起到隔热作用,减少室内空调能耗,稳定室内温湿度。根据植物生长周期与四季气候变换的规律性,阳台植物可在夏季对阳光进行遮挡,而冬季不影响阳光进入室内。营造良好的室外微环境,并改善室内人员视野舒适度,创建生机盎然的生活环境,促进老年人身心健康。

图8　屋顶绿化结构图

4.7　自然通风与采光

建筑裙房进深大,采光与通风效果差。在裙房开挖采光中庭,增加建筑内区的自然采光与自然通风效果。拆除原建筑外围护结构的广告牌等装饰性构建,增强建筑整体的通透性。室外阳光与空气通过外窗与中庭进入室内,使得室内空气、温湿度与室外进行交流置换,调节室内空气品质。在裙房(共3层)开挖的中庭同时具有采光和通风作用。庭院周边均采用可开启外窗,以保证采光和通风效果。拆除外围护结构上的广告牌等装饰性构建,重新设置可开启外窗,合理布置室内各房间门窗位置。在改善外窗通风开口设计和增设中庭后,室内自然通风效果明显的改善,室内空气畅通。例如：2、3层的空气龄由1 300 s降低到900 s,换气次数由 2.8次提升到4次,增加42.80%。5、6层的空气龄均小于1 000 s,换气次数大于3.6次。在裙房(共3层)设置采光中庭后,室内自然光照度得到明显的改善,并且室内光环境分布均匀。1层的平均采光系数由2.87%提升到3.35%,增加16.7%。2层的平均采光系数由3.22% 提升到3.95%,增加22.67%。3层的平均采光系数由3.83%提升到5.09%,增加32.9%。2、3层的平均采光系数由3.83% 提升到了5.09%,增加了32.9%。4层、5层、6层的平均采光系数分别达到4.84%、5.36% 和5.20%。见图9、图10。

图9　改造前2层的采光系数

图10　改造后2层的采光系数

4.8　建筑遮阳

本项目设置固定遮阳与可调节外遮阳,夏季在—定程度上降低了室内温度,改善了室内热环境,起到了良好的隔热和节能效果。在建筑西向,通过设置阳台与竖向格栅,遮挡室外夏季室外阳光,减少建筑室内的热量。在建筑东、南向均结合空调机位挑出的特点设置固定遮阳。并在东、南外窗均采用中置遮阳,将遮阳百叶置于外窗中空玻璃中。在建筑西向设置阳台与竖向格栅后,窗户处的夏天累计太阳辐射由2930.31Wh降到1375.31Wh,下降53.07%。在建筑东向设置固定外遮阳后,窗户处的夏天累计太阳辐射由1560.90Wh降到1166.42Wh,下降25.27%。在建筑东向设置固定外遮阳后,窗户处的夏天累计太阳辐射由2045.85Wh降到1376.64Wh,下降32.71%。

4.9　建筑维护结构热工优化

原建筑未采用保温系统,外窗采用6mm 厚单玻。现对外墙、屋面、外窗进行热工性能优化。外墙上增设30mm厚聚氨酯保温系统,传热系数由1.06降低到0.5,热工性能提高52%。外窗采用断桥铝合lowE6+12A+6中空玻璃外窗。传热系统由6.5降低到2.4,热工性能提高63%。屋面上增设45mm厚聚氨酯保温系统,传热系数由2.98降低到0.53,热工性能提高82%。

4.10　高效空调系统

项目原空调系统不能满足项目现有需求。养老房间现采用高效节能的分体式空调,就地控制,便于满足老人不同的生理需求。会议室、活动室、餐厅等采用多联机加新风系统,设置 CO2监控系统,并与新风系统联动,优化建筑通风效果。各养老房间布置空气净化器,除霾除尘,净化空气。新风系统设置排风热回收装置,减少空调系统热负荷,节省采暖空调系统能耗。

4.11　节水器具

卫生器具均采用节水器具,比如两档节水马桶、加气节水龙头、节水花洒等,以提高水资源的使用效率,减少水资源浪费。其他用水设备也采取节水措施,包括节水洗衣机、节水洗车喷枪等。本项目总体上节约建筑用水24%以上。

4.12　太阳能热水

常州市太阳能资源丰富,建筑屋顶全年日平均太阳辐射达到2529.65Wh,采用太阳能热水系统,既能提供不间断热水,又能减少建筑燃气消耗。本项目日需热水量约为15t,建筑屋顶设置240m2的太阳能集热系统为室内人员提供生活热水,年节约燃气量为61986Nm3。

4.13　LED照明

将项目原有的不节能的白炽灯、金卤灯、荧光灯等灯具替换为 LED节能灯。各房间区域的实际照度、照明功率密度、统一炫光值和显色指数均满足节能要求。以室内自然采光系数为依据,布置室内照明灯具,优化照明控制环路,节省白天室内照明用电量。

4.14　智能化检测平台

改造后增加建筑能耗管理系统,实时监控并采集空调、照明、电梯、燃气、用水等进参数。该建筑能耗管理系统具备以下功能：能耗区域管理，能耗数据采集，能耗信息管理，能耗分项计量，能耗分析评估，能耗系统优化，用能设备管理和能耗信息发布等,实现“管理节能”和“绿色用能”。见图11。

图11　绿色设计技术运用

5　绿色宣传

绿色生活的理念贯穿整个养老改造的规划、设计、运营过程中,为老年人提供舒适健康的社区养老环境。屋顶绿色种植菜园,室内有健康舒适的活动室,室外幽静的休闲活动区，把养老建筑的绿色技术和理念与社会共享,让更多的人通过实地参观和体验，普及绿色理念。在用绿色技术服务大众的同时,也把绿色建筑文化的传播当成—项责任。在大厅进行绿色建筑介绍与展览,使得绿色建筑理论与项目的实际运用形成一个完美的整体。

6　结　语

通过对护养中心运行半年所采集的数据进行估算,改造前建筑电耗为 93.55 kWh/m2,改造后建筑电耗为58.05kWh/m2,相对节能 37.9%。改造前建筑年用水量为 23 447.6 t,改造后建筑年用水量为17 820.18 t,相对节水 24%。采用太阳能热水后,天然气替代量为61 986 Nm3,全年节省标准煤202.34t,全年减少CO2排放504.43t,全年减少SO2排放15.17t，全年减少粉尘排放137.59t。

此次绿色建筑改造,结合既有建筑的现状特点实现了既有公共建筑的可持续利用,并取得了较好的运行效果及环境和社会效益,成为既有建筑绿色改造的示范。绿色建筑改造不仅只是针对改造其中的一个阶段,而更应着眼于建筑的全生命周期,并健全改造后的长效运营。随着国家政策法规的不断完善和理论技术的发展,更加系统、全面、可持续的既有建筑绿色改造体系将逐步形成,这将推动既有建筑改造朝着节能、绿色、健康的方向发展。