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简议冬冷夏热地区夏季养老机构居住空间的低能耗热环境设计

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2021年8月下作者：陈慧宇

[导读] 冬冷夏热地区夏季老年人居住空间，在室内热工方面，需要满足老年人喜暖、惧直吹风、忌过湿和过干等生理特征，通过自降温达到热舒适，实现低能耗。养老机构通常为低层独立建筑或高层的低层，因而在自降温的处理上有容易实现的手段。

武汉轻工大学陈慧宇 430023

摘要：冬冷夏热地区夏季老年人居住空间，在室内热工方面，需要满足老年人喜暖、惧直吹风、忌过湿和过干等生理特征，通过自降温达到热舒适，实现低能耗。养老机构通常为低层独立建筑或高层的低层，因而在自降温的处理上有容易实现的手段。具体手段包括：外部环境设计改善外部小气候；建筑外墙、屋顶和窗口的遮阳处理，既满足日晒要求又能尽可能地降低直射热进入室内；建筑门窗洞口的引风和导风设计等。
关键词：冬冷夏热地区养老机构低能耗   自降温
        1 引言
        低能耗建筑指建筑少用或不用一次性能源，尽可能地使用可再生能源，建筑能耗远远低于其他建筑。低能耗建不仅节能，同时依然能达到要求的热舒适性指标。
        室内的热环境通常从四个方面判断，即温度、湿度、气流速度和热辐射，这四个因素相互关联，只有相对平衡，才能保证良好的热环境。许多学者尝试用单值指标去判断热环境的舒适性，如Houghton等人通过试验，将四个因素综合起来，提出有效温度。Fanger加入衣着和活动代谢率，提出了热舒适性方程，随后又提出PMV指标值。1998年，De Deer提出了适应性热舒适模型，用于描述人体热感觉和热环境之间的关联性。
        行动不便的老年人一天中90%的时间均在室内度过，因而室内的热舒适性直接影响着其身心健康。人进入老年人，生理机制发生了重大变化。体温调节中枢功能减退，对温度改变的敏感性减弱。2010年，L.Schellen等人研宄发现老年人普遍喜欢偏暖和的环境。一般湿度以30%-50%为宜。在空调房中，人体最舒服的风速大约在0.3m/s，若自然通风，因室内温度高，风速也要比较大，但不宜大于1m/s，以不吹动纸张为限。
        我国冬冷夏热地区气候极端，夏季炎热，最热月室外平均温度达到25~30℃。白天在自然通风下，室内和室外的气温相差不大，而夜间，室外温度急剧下降，围护结构蓄积的热量向外释放，若通风不畅，室内常常会异常闷热，高温常伴随高湿，此种热环境对人体考验很大。
        结合气候环境和老年人自身的特征，老年人居住建筑在夏季以建筑自降温和抗温为主，以机械调节为辅。建筑自降温需要从建筑本身着手，进行设计。
        2 老年人居住空间与热环境
        2.1建筑的遮阳处理
        夏季太阳辐射热对室内温度影响很大，根据公式

        室外综合温度由室外气温、太阳辐射热和外围护结构表面对太阳热的反射能力及长波辐射能力组成，需要从这几个方面降低其对室内的影响。
        2.1.1窗口遮阳
        老年居住空间的窗口遮阳既要基本的照度、良好的视野又要良好的通风。同时从老年人健康角度看，还需要适当的直射光线进入室内。我国冬冷夏热地区一般处在北纬25°到35°之间，通常窗口朝南。采用可调节的水平遮阳构件或内外部百叶遮阳。在正午时分，遮住直射光，在早上和下午则打开部分，让光线进入室内。遮阳构件的高度宜在视平线以上或以下，保证视野不受遮挡。常见的水平遮阳板的样式见图1所示：

       图1：水平遮阳板的形式
        2.1.2 屋顶遮阳
        屋顶接受的太阳直射热最大，对顶层住户影响最大，对整个建筑的低能耗目标影响最大。
        建筑以坡顶为优。坡顶通过顶部设计通风间层，降低室温，资料显示：通风屋顶和实砌屋顶，室内平均温度可相差1°C~2°C。若设计的是上人屋面，则必须在面层材料上做处理，面层材料宜采用浅色，浅色能大量地反射太阳的短波辐射热。或者通过种植，降低屋面温度。若不设置上人的平屋面，也可设计通风屋面，如图2所示。

       图2：屋面通风示意
        2.1.3 外墙遮阳
        独立的或复合式养老机构一般为低层独屋或多高层底楼，其外墙除了选择浅色表面外，还可以采取种植爬藤植物，如爬山虎，既美观，又能大幅度地降低表面的温度，是一种简单易行的办法。
        2.2建筑的自然通风处理
        研究发现，绝大多数老年不喜欢空调，希望能有温和的自然风。自然风频率、风向和风速多变，一般认为吹入室内的风速在0.8m/s较为舒适，此时可以补偿因气温高带来的不适感。因而老年建筑的通风设计不仅需引风入室，还需要调节风速，避免过大的风速带来的不舒适感觉。不仅如此，因自然风的风向多变，还需采取适当的建筑措施，能灵活地改变调节室内风向。
        2.2.1自然通风与窗口设计
        在设计时，需要查看当地的风玫瑰图，依据本地夏季主导风向设计窗口，黄琳瑜、廖航進等人研究发现，风向与窗口法线控制在45°角对室内风速效果是最好的，若超过60°，则会大大减少进风量。
        2.2.2自然通风与室内布局
        室内的门洞除了满足设计要求之外，在通风方面还需要与窗口相一致，最好是可开启的窗口和门洞相对应，在室内形成穿堂风。建筑的进深控制在10米以内，中间避免受到过多的阻拦，尽量地设计开阔的空间，使风进入室内后不受阻。如图所示，在风的流经之处设置床铺等，同时确保风速在舒适的范围之内，如图3所示。

        图3：室内风向示意
        2.2.3 夜间通风
        夜间通风是一种不错的自降温方式，以往的研究主要在办公建筑夜间通风上，在住宅方面涉及较少。白天建筑外围护结构蓄积了大量的热量，避免了室内温度在太阳辐射热的作用下上升。到了晚间，外面的气温下降，利用室内和室外的温差加快通风，带走热量。而从健康角度而言，老年人入睡后又不能直接受稍大的风，因此夜间通风还需要跟机械通风相配合。因而夜间通风重在降低室内空调或者机械通风的能耗，并不能带来人体的舒适感。
        3总结
        冬冷夏热地区养老机构老年人居住建筑要在舒适的前提下达到低能耗的目的，建筑必须从环境设计及建筑设计角度做好通风和遮阳，减弱太阳辐射热的影响，通过夜间通风降低室温，达到节能的目的。
参考资料
[1]刘加平等.建筑物理第四版.建筑工业出版社，2009