低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑設(shè)計探索

張貝貝　雷永輝　孫發(fā)鑫

摘要：隨著我國醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，醫(yī)院的建筑規(guī)模和醫(yī)療設(shè)備都有了很大程度的改善，同時醫(yī)院的能源消耗也在不斷增加，如何降低醫(yī)院建筑能耗的同時又能提高舒適度成為當(dāng)今面臨的重要問題。低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑是“綠色環(huán)?！迸c“以人為本”的理念的綜合體現(xiàn)。首先對低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的內(nèi)涵與特征進(jìn)行了論述，通過實例對低能耗高舒適度醫(yī)療建筑的設(shè)計策略進(jìn)行探索，之后對其能耗和舒適度進(jìn)行評價。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療建筑；低能耗高舒適度；設(shè)計策略

中圖分類號：TU246

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）07-0118-05

1.前言

醫(yī)療建筑是一種有著久遠(yuǎn)歷史與人類的生存繁衍息息相關(guān)的建筑類型，它擔(dān)當(dāng)著維系人類健康，恢復(fù)人體機(jī)能的重要職責(zé)。它的發(fā)展是一個時期社會經(jīng)濟(jì)文化的反應(yīng)。在倡導(dǎo)“低碳節(jié)能”和“以人為本”的今天，醫(yī)療建筑也必然是向低能耗和高舒適度的方向發(fā)展。

2.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的內(nèi)涵及特征

2.1低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的內(nèi)涵

低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑是和諧發(fā)展觀和以人為本的思想下提出的，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，是具有高效率的、規(guī)模合理、運(yùn)作良好、可持續(xù)發(fā)展的醫(yī)院，主要體現(xiàn)在對自然的尊重和對人的關(guān)懷上。所謂低能耗是針對目前醫(yī)療建筑的高能耗現(xiàn)狀提出的。我國大型公共建筑耗電巨大。大量調(diào)查數(shù)據(jù)表明，醫(yī)院作為一種公共建筑，其建筑能耗占醫(yī)院總能耗的27%左右。如在保障醫(yī)療水平前提下，又減少能源消耗已成為醫(yī)院建筑能源管理的重要問題。

醫(yī)療建筑應(yīng)體現(xiàn)“以人為本”思想，充分考慮病人環(huán)境的舒適度問題，所謂高的舒適度包括兩方面內(nèi)涵：一方面是生理的高舒適度，即病房有一個恒溫恒濕恒氧的健康環(huán)境；另一方面是心理的高舒適度，即通過室內(nèi)外環(huán)境設(shè)計，給病人營造一個良好的心理環(huán)境空間，使病人保持心情舒暢，以利于病情康復(fù)。

2.2低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的特征

低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑特征如下：

2.2.1健康空間：醫(yī)療活動中往往會產(chǎn)生大量的醫(yī)療廢棄物和病菌，然而，患者則需要一個潔凈、無污染的治療空間。低能耗高舒適度型醫(yī)院必須通過一定的技術(shù)手段，減少室內(nèi)病菌污染源，實現(xiàn)醫(yī)療廢棄物的“零”排放，來改善室內(nèi)環(huán)境的品質(zhì)。

2.2.2舒適環(huán)境：應(yīng)充分考慮室內(nèi)物理環(huán)境的設(shè)計，使病房中有最適宜的溫度、濕度、通風(fēng)、光照及聲環(huán)境。利用立體化、網(wǎng)絡(luò)化、生態(tài)化等多樣化的綠化配置新技術(shù)，搞好醫(yī)院建筑區(qū)域的綠化，有效防止噪聲污染、光污染及大氣污染，充分改善患者來院就醫(yī)的環(huán)境，滿足大家生理和心理上的需求。

2.2.3低能消耗：低能消耗是低能耗高舒適度型醫(yī)院最重要的特征之一，低能耗技術(shù)主要包括兩個方面：a.節(jié)約，即提高能源效率，減少能源丟失，如利用低能耗的屋頂柔和輻射采暖制冷技術(shù)、墻體保溫技術(shù)、晝光照明技術(shù)等；b.開發(fā)，即利用可再生能源，如太陽能光伏技術(shù)、地源熱泵技術(shù)等。

3.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑設(shè)計策略——以解放軍91醫(yī)院為例

3.1項目概況

解放軍91醫(yī)院位于河南省焦作市，系原解放軍160醫(yī)院。醫(yī)院內(nèi)醫(yī)療區(qū)原有建筑多為4到5層，年代久遠(yuǎn)，為滿足醫(yī)療使用，2007年起院方開始大規(guī)模改造建設(shè)醫(yī)院。

醫(yī)院總用地面積8.8萬m²，其中醫(yī)療工作區(qū)規(guī)劃用地約4.5萬m²。新建建筑面積6.5萬m²，其中綜合樓（包括門診、醫(yī)技、住院）5.5萬m²，精神?？茦?萬m²，在建內(nèi)科樓建筑面積2.5萬m²，全部建成后醫(yī)院日門診接待人數(shù)可達(dá)1500人（見圖1）。

綜合樓地上十六層，地下一層。地下一層為車庫、設(shè)備機(jī)房及附屬用房。一層南面為門診主人口，北側(cè)為出入院口，西側(cè)為兒科及婦科入口，東側(cè)為急診急救入口。門診入口圍繞大廳為掛號、收費(fèi)、取藥大廳，及接待、醫(yī)保、為兵服務(wù)等。門診大廳通過走廊與北側(cè)住院大樓和醫(yī)技樓相通，通過自動扶梯與電梯通向二層診室。三層為麻醉科手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)、病理科、血液科、血透中心及多功能會議室。四層一部分是手術(shù)室上設(shè)備層，一部分是住院部藥房、腎內(nèi)科病房、康復(fù)訓(xùn)練及預(yù)留技術(shù)用房。五層以上為各科病房，通過中間六部電梯到達(dá)住院樓層，每層分兩個護(hù)理單元（見圖2-圖3）。

3.2設(shè)計目標(biāo)

該綜合樓制定的設(shè)計目標(biāo)如下：（1）舒適性：保證良好的室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度和照度等）；（2）健康性：提高建筑室內(nèi)外空氣質(zhì)量，促進(jìn)使用者身心健康，加快病人康復(fù)；（3）低能耗：通過可再生能源的利用及建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，使節(jié)能目標(biāo)達(dá)到70%以上；（4）低運(yùn)行排放：采用先進(jìn)節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化給排水設(shè)計，實現(xiàn)建筑運(yùn)行過程中二氧化碳和廢水的低排放。

為了實現(xiàn)該綜合樓的低能耗高舒適度，該項目通過建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管網(wǎng)、室內(nèi)一體化設(shè)計和施工，使各個工種緊密配合，減少建筑的拆改，減少建筑垃圾的產(chǎn)生。同時可以從各個方面對建筑的能耗和舒適度進(jìn)行技術(shù)整合，充分發(fā)揮技術(shù)集成的優(yōu)勢，實現(xiàn)低能耗高舒適度。

3.3低能耗高舒適度設(shè)計策略

3.3.1建筑布局與體形設(shè)計

3.3.1.1建筑朝向

解放軍91醫(yī)院位于焦作，焦作市位于河南省西北部，該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明：春干多風(fēng)、夏熱多雨、秋高氣爽、冬寒少雪。全市年平均氣溫14.2℃-14.8℃，日照2200-2400h。該地區(qū)建筑朝向?qū)ㄖ牟晒馀c能效有一定的影響，最佳朝向為南偏西、南向、南偏東。該綜合樓借助有利布局使建筑正好位于南偏東，有利于建筑的采光與節(jié)能。

3.3.1.2優(yōu)化體形系數(shù)

為了保證建筑的節(jié)能效果，盡量使建筑的形體簡潔大方，以減少能耗的損失。通過體形系數(shù)計算公式算出醫(yī)院綜合樓的體形系數(shù)約為0.1，遠(yuǎn)小于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，對建筑的節(jié)能起到了很好的作用。

3.3.1.3控制窗地比

窗地比也是影響建筑節(jié)能的一個重要因素，本設(shè)計中在滿足自然通風(fēng)和采光的前提下，并沒有大面積的玻璃幕墻。對于普通病房考慮到病人及家屬對采光及景觀視線的需要，設(shè)計采用了較大的窗口與外界聯(lián)系，由于隱私的考慮不宜過大。對于精神科病房，由于病人的特殊性，在滿足基本采光需求的情況下盡可能減小窗戶面積，同時還要做好安全防護(hù)措施以保證病人的人身安全。

3.3.2外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3.2.1外保溫和干掛式外墻

由于建筑采用天棚式柔和輻射采暖形式，因而最佳的保溫方式應(yīng)該采用外保溫形式。在建筑外墻外側(cè)設(shè)置高密度保溫板，再留出空氣對流層，設(shè)置開放式的干掛外墻。建筑采用的保溫材料為憎水性的保溫材料，中間流動空氣層能帶走保溫板上的凝結(jié)水，有效保證保溫材料的長期干燥，確保其保溫性能持續(xù)有效。空氣層加上干掛的外墻，有很好的遮陽隔熱作用，并有效防止了雨水侵入（見圖4）。

3.3.2.2外遮陽

本建筑采用先進(jìn)的遙控式外遮陽板，可以根據(jù)對采光的不同需求來調(diào)節(jié)遮陽率，同時可以調(diào)節(jié)室內(nèi)的天然采光情況。使用方便健康，與傳統(tǒng)的內(nèi)窗簾遮陽相比有很大優(yōu)勢，避免了不同人推拉窗簾時而產(chǎn)生的灰塵擴(kuò)散和病菌傳染，降低交叉感染率（見圖5）。

3.3.2.3斷橋式保溫窗

對于窗戶的選擇，采用了斷橋優(yōu)質(zhì)鋁合金或塑鋼窗，窗玻璃采用LOW-E中空玻璃，在中空層添加氬氣以增強(qiáng)其保溫隔熱的能力。同時對于門窗的細(xì)節(jié)構(gòu)造給予充分考慮，避免冷橋的產(chǎn)生和冷風(fēng)滲透（見圖6）。

3.3.3剖面與材質(zhì)設(shè)計

3.3.3.1降低層高

為了節(jié)約材料，建筑剖面設(shè)計時，最大限度的降低了層高，為了滿足管線鋪設(shè)的需求，對框架梁采用了預(yù)留管線孔洞的處理。這樣不但節(jié)省了材料，還降低室內(nèi)空間，對建筑的節(jié)能也起到了一定的作用。

3.3.3.2優(yōu)化材料質(zhì)感與色彩設(shè)計

病人對于醫(yī)院建筑不同的材料質(zhì)感與色彩而產(chǎn)生的心理感受是不同的，目前許多醫(yī)院建筑都是采用白色的涂料或粉刷，色彩單調(diào)，雖然會給人以清新的感覺，但不免又會讓人感覺冰冷，而且長期在白色的環(huán)境中生活和工作容易引起視覺疲勞和精神緊張。在解放軍91醫(yī)院的設(shè)計中，墻面大膽的采用了紅色，讓人感覺充滿活力。紅色在色彩心理學(xué)上認(rèn)為能促進(jìn)血液流通，加快呼吸；煥發(fā)精神，加快低血壓病人的康復(fù)，對麻痹、憂郁病患者也有一定刺激緩解作用（見圖1）。

3.3.4生態(tài)景觀與活動空間設(shè)計

醫(yī)院大門的入口廣場景觀設(shè)計精心到位，八棵大銀杏樹形成的人行道美觀大方，不僅觀賞價值高而且人們可以在樹下停留活動。醫(yī)院綜合樓西邊和東北邊留出生態(tài)景觀區(qū)，為患者和家屬提供良好的休養(yǎng)環(huán)境和活動空間?；顒涌臻g結(jié)合園林景觀設(shè)計，假山、亭子、水景等設(shè)計別致有味（見圖7）。

為了留出更多的綠地空間，本設(shè)計將停車場設(shè)置到地下，停車庫上面為綠化帶，停車位100個，加上綜合樓地下100個停車位，基本滿足停車要求。為了對綠化做出更多補(bǔ)償，停車庫的入口空間也做了立體綠化處理。

3.3.5室內(nèi)環(huán)境控制

3.3.5.1通風(fēng)、濕度、除塵一體化控制

醫(yī)院綜合樓采用先進(jìn)的置換式新風(fēng)系統(tǒng)來對室內(nèi)通風(fēng)、濕度與除塵的一體化控制。置換式新風(fēng)系統(tǒng)是將室外的空氣經(jīng)過過濾、除塵、消毒、除濕、加濕等多級處理的新鮮空氣以0.2-0.3M/S的速度從地面踢角或窗下的送風(fēng)口送入室內(nèi)。由于溫度略低于室溫，在地面形成新風(fēng)湖，溢滿房間的每個角落。新風(fēng)隨著人體及室內(nèi)熱源緩慢攀升，并將人體及室內(nèi)的污濁空氣帶往高處，由衛(wèi)生間或走廊頂部的排風(fēng)口排出；新風(fēng)連續(xù)下送上回，形成置換式使用（見圖8-圖10）。

置換式新風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)相比較的優(yōu)點(diǎn)是

①全置換式新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)速度低，無風(fēng)感、無噪音、無塵土攪動，健康衛(wèi)生。

②自下而上的送風(fēng)方式確保人體100%呼吸到新鮮空氣，同時新風(fēng)具備加濕、除濕功能，保證室內(nèi)相對濕度控制在40%-60%的舒適范圍內(nèi)，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和狀態(tài)，故不會因空氣與室內(nèi)界面之間的溫差而產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

③新風(fēng)自成系統(tǒng)、全排放，可以有效避免病毒交叉循環(huán)污染。

④濕度穩(wěn)定，新風(fēng)利用率高；通過能量置換系統(tǒng)減少室內(nèi)能耗損失，設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用低。

3.3.5.2溫度控制

天棚式柔和輻射采暖制冷：通過預(yù)埋在混凝土樓板中的均布水管，夏天通入18-21℃的冷水，冬天通入28-31℃的熱水，對室內(nèi)進(jìn)行20-26℃的低溫差輻射調(diào)節(jié)控制（見圖11-圖12）。

該系統(tǒng)最大特點(diǎn)：A.不再用空氣作為冷熱媒。解決了傳統(tǒng)空調(diào)中空氣既作為冷熱媒循環(huán)使用，又供人呼吸的污潔混合問題。B.自控性強(qiáng)。冬天當(dāng)室內(nèi)接受較多太陽輻射時，室溫會升高，室溫與輻射溫差減小，輻射強(qiáng)度自然降低，所需能耗減少，系統(tǒng)實現(xiàn)同步自我調(diào)控。當(dāng)室溫升至26℃，熱輻射停止，功率降為零。夏天情況原理同上。C.熱損耗很小。良好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，將建筑熱損耗降至最低。D.可利用地下水、土壤等作為冷熱源。由于供水溫度和環(huán)境溫差小，故熱泵工作效率很高。所需電能僅為通常所需電能的1/5-1/7。

3.3.5.3光環(huán)境控制

醫(yī)院采用外遮陽板控制光線，外遮陽板裝有自動遙控系統(tǒng)，可以根據(jù)室內(nèi)光線需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便快捷而且不會有灰塵掉落。外遮陽板是伸縮式的，主要通過上下伸縮來改變遮陽和遮光面積，當(dāng)遮陽板放下時，可以通過遮陽板上的小孔來獲得微量采光。如果不需要任何室外光線，則可以將其完全放下，此時幾乎沒有光線透過（見圖13）。

醫(yī)院內(nèi)部燈具全部采用LED節(jié)能燈具，在滿足采光需要的同時，降低能耗。對于病房內(nèi)部的夜燈，則采用高效節(jié)能的光控式夜燈，晚上光線較暗時，夜燈自動開啟，白天光線通過窗戶射入室內(nèi)，夜燈自動關(guān)閉。

3.3.5.4聲環(huán)境控制

良好的室內(nèi)聲環(huán)境是病人康復(fù)所必須的，對于病房而言，噪聲應(yīng)該控制在40分貝以下，該病房樓采用了高技術(shù)手段未控制噪聲。

A.采用了22cm的加厚樓板，比普通樓板厚7cm，加厚層中選用陶粒混凝土，比普通混凝土的隔音、隔熱效果要強(qiáng)許多，最大限度地隔絕了生活噪聲。樓板由兩種不同的材料構(gòu)成，將兩種不同材質(zhì)的混凝土結(jié)合，對隔絕噪聲更為有利。

B.內(nèi)墻隔聲優(yōu)化：內(nèi)墻采用輕鋼龍骨加石膏板的結(jié)構(gòu)，內(nèi)空的部分填置巖棉和穿走管線，此種隔墻施工標(biāo)準(zhǔn)化成度高、速度快，且隔音效果好。

C.門窗隔聲密閉：對于窗戶的選擇，病房采用了隔聲性能較好的雙層玻璃斷橋塑鋼窗戶，為了提高窗戶的隔音效果，縮小了窗戶的可開啟面積，同時可以有效防止冷風(fēng)滲透。斷橋的構(gòu)造處理對于隔聲也會起到很好的效果。病房門中間添加隔聲材料，有效降低走廊內(nèi)部噪聲對病房的干擾。

D.同層排水降低噪音：醫(yī)院采用同層排水系統(tǒng)可有效降低排水產(chǎn)生的噪聲。排水采用HDPE管材，可大輻降低通過物體傳播的噪音。墻前安裝，假墻可有效隔離衛(wèi)生間內(nèi)的噪音。管道不穿過樓板，可防止噪音對樓下住戶的干擾。同層排水系統(tǒng)采用相應(yīng)的減噪措施后，噪音會從傳統(tǒng)PVC隔層排水系統(tǒng)的65分貝，降至30分貝左右（見圖14）。

4.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑評價

4.1舒適度評價

舒適度評價主要有兩個方面，一方面是醫(yī)院環(huán)境的心理舒適度評價；另一方面是醫(yī)院環(huán)境的生理舒適度評價。對于生理舒適度評價主要是指病人和醫(yī)生在醫(yī)院內(nèi)身體上所感覺到的舒適度，主要包括室內(nèi)環(huán)境的溫濕度和空氣質(zhì)量，可以采用環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計調(diào)查的方法。心理舒適度主要是指醫(yī)院室內(nèi)外環(huán)境對病人和醫(yī)生心理上的影響，對于心理舒適度則采用層次分析法與調(diào)查問卷打分的方法進(jìn)行（見圖15）。舒適度評價主要針對住院部的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行評價（見表1）。

評價方法為根據(jù)層次分析法制作出舒適度評價表，并根據(jù)表格進(jìn)行問卷調(diào)查統(tǒng)計，得出舒適指標(biāo)。本調(diào)查問卷通過對15名住院患者和5名醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行打分，把其優(yōu)良成度分為優(yōu)、良、中、及格、差五等，分別賦予5分、4分、3分、2分、1分。把每個指標(biāo)的各項得分相加得到指標(biāo)的總得分，然后總得分除以最高分值即為該指標(biāo)的得分率。最后把得分率乘以100，就是該項的百分制得分（見表2）。

通過對20份問卷調(diào)查評分進(jìn)行平均計算，得出該醫(yī)院各項舒適度指標(biāo)的平均得分如下：聲環(huán)境平均得分94分，熱環(huán)境平均得分96.6分，光環(huán)境平均得分93分，空氣質(zhì)量平均得分98分，室內(nèi)心理環(huán)境得分96分，室外心理環(huán)境得分92分。能過匯總得出該醫(yī)院生理舒適度平均得分95.4分，心理舒適度得分94分。

4.2健康評價

一個潔凈的環(huán)境，一個恒濕恒濕恒氧的環(huán)境，必然會給患者的康復(fù)具有促進(jìn)作用，同時可以降低因二次污染而引發(fā)的感染。對于低能耗高舒適型醫(yī)院的病房來說，必須具備其應(yīng)有的健康空間的特征，主要包括清除衛(wèi)生死角，減少易滋生細(xì)菌的設(shè)施、清除易掉落粉塵的設(shè)計等。健康評價就是在這種要求下，對病房的健康環(huán)境和因二次污染而引發(fā)感染的控制情況進(jìn)行評價。本醫(yī)院采用的外遮陽就比起傳統(tǒng)布窗簾就有很好的防細(xì)菌滋生的功能，同時采用的同層排水也很好的清除了衛(wèi)生死角（見圖16）。

該醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員對新老病房中，同類病情的感染率做了統(tǒng)計（見表3）。從統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，從新病房樓建成后，同類病情的感染率有了降低，可見該病房樓的室內(nèi)空間環(huán)境的健康性有了較大提高。

4.3節(jié)能評價

醫(yī)院的冬季供暖經(jīng)歷了三次調(diào)整，最早采用自建鍋爐供暖，由于鍋爐能耗大且對環(huán)境污染大，后采用市政統(tǒng)一供暖。市政供暖雖然比鍋爐干凈衛(wèi)生、污染小，但也存在許多缺點(diǎn)，如：不能自由調(diào)控溫度，經(jīng)常出現(xiàn)室內(nèi)溫度過高而造成能源浪費(fèi)，或者是管道內(nèi)水溫不夠而無法達(dá)到舒適溫度。夏季醫(yī)院一直采用空調(diào)制冷，能耗較大。如今醫(yī)院新大樓采用的天棚式柔和采暖制冷系統(tǒng)，不僅能保證室內(nèi)24h處于舒適溫度范圍而且能極大提高能源利用效率，節(jié)約能耗。通過對本醫(yī)院新老綜合樓的能耗對比可以看出新綜合樓在采暖與制冷方面的能耗有明顯變化。新綜合樓因為建筑面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有醫(yī)院樓，總的采暖和制冷費(fèi)用要高于原有醫(yī)院樓，而單位面積的采暖費(fèi)用和制冷費(fèi)用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原有醫(yī)院樓，節(jié)能效果有很大的提高（見表4）。

5.結(jié)語

解放軍91醫(yī)院綜合樓是低能耗高舒適度技術(shù)在醫(yī)療建筑上的一次嘗試，通過對建筑內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境的優(yōu)化考量，達(dá)到建筑、自然和人的平衡，不但有效的降低了建筑能耗，而且大大提高了醫(yī)院的舒適度，同時降低了感染率，可以為其他醫(yī)院改造與設(shè)計提供很好的借鑒意義。