基于熱舒適理論的幼兒園建筑設(shè)計研究

文／孫冰珂、高子斌 山東恒信建筑設(shè)計有限公司 山東濟南 250000

引言：

建筑是幼兒園環(huán)境的重要組成部分，建筑設(shè)計與兒童熱舒適度關(guān)系緊密，傳統(tǒng)設(shè)計理念難以滿足幼兒熱舒適度需求，限制幼兒園發(fā)展。因此，設(shè)計人員要注意熱舒適理論的應(yīng)用，考慮幼兒生活習慣，優(yōu)化幼兒園建筑的設(shè)計策略，維護建筑內(nèi)環(huán)境溫度舒適，使設(shè)計的建筑滿足幼兒成長需要，幼兒在環(huán)境中可健康成長，凸顯幼兒教育的作用。

1.影響幼兒熱舒適度的因素

1.1 空氣溫度

建筑內(nèi)空氣的溫度，是影響人體熱舒適度的主要因素，建筑內(nèi)積累熱量總和的直觀體現(xiàn)，受建筑圍墻、內(nèi)部機械設(shè)備與人類活動的影響，溫度過高或過低，都會使人陷入不舒適狀態(tài)。當建筑內(nèi)溫度升高時，人皮膚溫度會同步上升，表面排出汗液，同時心跳速度加快，體液血液快速流動，長期處于高溫環(huán)境中，人可能會出現(xiàn)脫水、中暑等問題，甚至誘發(fā)心腦血管疾病，身體健康受到威脅。溫度降低時，皮膚溫度隨之降低，毛孔處于收縮狀態(tài)，且在低溫環(huán)境中，活力酶數(shù)量減少，人體新陳代謝速率下降，容易出現(xiàn)疲勞感，人在該環(huán)境中生活舒適感受到影響，不利于保證良好的身體狀態(tài)[1]。

1.2 空氣濕度

排汗散熱效率受到空氣濕度的影響，因此空氣濕度也會影響熱舒適度，空氣濕度在合適范圍內(nèi)時，環(huán)境的熱舒適度最高，低于或高于標準，都會使人產(chǎn)生不適感。當空氣濕度過高時，人體排出的汗液無法蒸發(fā)，附著在皮膚表面，熱量難以散失，人處于該環(huán)境會陷入無精打采的狀態(tài)，且濕度過高的環(huán)境，細菌滋生可能性較大，不僅影響環(huán)境的舒適性，還會威脅人的健康。降低人的抵抗力。假如空氣濕度過低，空氣較為干燥，人體內(nèi)水分會快速流失，長期處于低濕度環(huán)境中，人體內(nèi)水分流失速度快，皮膚容易出現(xiàn)干裂，且感到咽喉疼痛，舒適感大幅度下降。

1.3 新陳代謝

幼兒與成年人身體狀態(tài)不同，且每天參與大量活動，幼兒新陳代謝速度較快，當處于同樣環(huán)境中，幼兒皮膚溫度高于成年人，呼吸頻率與產(chǎn)生熱量也比成人高，因此幼兒的熱舒適感知與成年人不同?；顒訝顟B(tài)下，幼兒身體溫度比成年人高1℃，同樣處于靜止狀態(tài)，幼兒的體溫也高于成年人0.5℃，是幼兒園建筑設(shè)計中需考慮的影響因素。建筑設(shè)計中，務(wù)必要考慮新產(chǎn)代謝速率的影響，改進熱舒適度指標值的預(yù)測方法，修正幼兒的代謝率，準確評價幼兒熱舒適性標準，作為建筑設(shè)計的參考資料，通過科學的設(shè)計，營造舒適的學習與活動空間[2]。

1.4 服裝熱阻

幼兒穿著的服裝，大多由幼兒家長、幼師決定，不同季節(jié)幼兒的穿著不同，服裝的熱阻值也存在差異，在設(shè)計建筑時，要考慮溫度對服裝熱阻值的影響，不可盲目取平均值，以便準確判斷不同季節(jié)適宜幼兒活動的舒適溫度。外部條件相同的情況下，幼兒與成年人穿同樣的衣服，溫度感知無明顯差異，判斷服裝熱阻時，依據(jù)成年人服裝熱阻計算標準即可。夏天由于幼兒可參與的活動較多，幼兒的熱舒適度需求隨之下降，但下降幅度不明顯，冬季熱舒適要求高，設(shè)計中要尤其關(guān)注寒冷季節(jié)建筑的內(nèi)部溫度。

2.基于熱舒適度的理論幼兒園建筑設(shè)計優(yōu)化

2.1 優(yōu)化平面布局

2.1.1 科學選址

選址是幼兒園建筑設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學的選址可降低建筑設(shè)計難度，保證建筑內(nèi)溫度適宜，保證幼兒可健康成長，建成幼兒園滿足幼兒的熱舒適需求，深受社會的信賴，招生難度小。

第一，調(diào)查區(qū)域地質(zhì)條件與氣候條件，避免在自然災(zāi)害高發(fā)區(qū)建設(shè)幼兒園，建筑設(shè)計難度大，不僅無法保證熱舒適度符合要求，還會威脅幼兒的人身安全，即使建成熱舒適性良好的建筑，也存在被破壞的可能。

第二，盡量選擇無其他建筑遮擋的區(qū)域建設(shè)幼兒園，保證幼兒園光照充足，降低建筑設(shè)計難度，如無法避免周邊建筑的遮擋，需分析周邊建筑產(chǎn)生陰影的變化，合理設(shè)計幼兒園的布局，調(diào)節(jié)幼兒園建設(shè)區(qū)域的微氣候，控制幼兒園溫度始終處于舒適范圍。例如某幼兒園在設(shè)計建筑布局時，考慮區(qū)域內(nèi)各位置的光照情況，將室外活動區(qū)域布設(shè)在南側(cè)，作為幼兒晨練活動場所，幼兒晨練期間不會感到寒冷，身體處于舒適的狀態(tài)，北側(cè)建設(shè)幼兒園的教室，借助墻壁維持室內(nèi)的溫度。

第三，幼兒園選址避開工業(yè)基地，此類場所運營過程中，不僅會產(chǎn)生噪聲，還會排放廢氣、廢物，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)溫度升高，增加建筑設(shè)計難度，很難保證建筑內(nèi)部的舒適度，還會威脅幼兒的身體健康，降低家長選擇該幼兒園的意愿[3]。

第四，幼兒園要靠近居民區(qū)與治安機構(gòu)，并避開娛樂場所，消除幼兒園外部環(huán)境的不穩(wěn)定因素，確認選址后，與地區(qū)派出所取得聯(lián)系，使派出所明確幼兒園所在位置，一旦發(fā)生緊急事件，可迅速趕往現(xiàn)場。

2.1.2 綠化場地布置

幼兒園布局優(yōu)化中，綠地場地的布置至關(guān)重要，科學的布置方案，不僅能提升幼兒園的環(huán)境美觀性，縮短幼兒與大自然之間的距離，還可以吸收熱輻射，改變幼兒園周邊的氣溫，使幼兒園內(nèi)溫度更舒適，環(huán)境綠化分為平面綠化、立體綠化。按照相關(guān)建筑設(shè)計規(guī)范，幼兒園內(nèi)綠化面積占比需超過總面積的30%，適應(yīng)當?shù)氐臍夂蛱攸c，確定幼兒園不同綠化區(qū)域種植植物的種類，在幼兒園內(nèi)構(gòu)建完整的小型生態(tài)系統(tǒng)，確保建筑內(nèi)部的溫度全年處于舒適的狀態(tài)。條件好的幼兒園，也可單獨布設(shè)空余綠化場地，作為幼兒的種植園，幼兒參與到植物種植活動中，既能夠調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候，又可以幫助幼兒感受自然之美。幼兒園建筑東側(cè)與南側(cè)，通常種植落葉類植物，該類型植物夏天枝葉茂盛，能夠為幼兒遮擋烈日，冬季落葉后，不會影響陽光進入室內(nèi)。而建筑的西側(cè)與北側(cè)，可種植常綠植物，起到抵擋強光與寒風的作用，充分發(fā)揮綠化植物的溫度調(diào)節(jié)作用，保證建筑內(nèi)部溫度的舒適性。幼兒園建筑大門，通常種植攀緣類植物，引導(dǎo)植物沿門框生長，起到美化環(huán)境的作用，也能增添幼兒園建筑的趣味性。綠化場地布置中，還要重視綠化植物的選擇，優(yōu)先選擇生命力強的植物作為幼兒園的綠化植物，即便幼兒折斷植物的枝葉，植物也能夠自行愈合，切忌將帶刺、有毒、飛絮植物用于綠化，以免幼兒因綠化植物選擇不當，而在活動的過程中受到傷害。

2.2 單體建筑設(shè)計

2.2.1 通風系統(tǒng)

通風是維持室內(nèi)溫度舒適的重要途徑，單體建筑設(shè)計要尤其重視通風系統(tǒng)的設(shè)計，盡管使用空調(diào)可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，但緊閉的門窗會使室內(nèi)空氣質(zhì)量下降，溫度雖有所降低，但幼兒園在室內(nèi)會感覺到悶，舒適度一般。設(shè)計幼兒園建筑的通風系統(tǒng)時，要調(diào)查周邊的環(huán)境，分析環(huán)境與風向的關(guān)系，適應(yīng)周邊環(huán)境特點，確定建筑門窗的朝向，實現(xiàn)建筑內(nèi)部自然通風，室內(nèi)空氣始終處于流動狀態(tài)，溫度與空氣質(zhì)量得到控制，幼兒在該環(huán)境中活動更為舒適。根據(jù)幼兒的熱舒適需求，合理設(shè)計建筑門窗的尺寸，設(shè)計靈活的門窗控制方式，幼兒與幼師可根據(jù)室內(nèi)溫度，主動調(diào)整門窗的敞開面積，維持室內(nèi)溫度適宜。當門窗朝向設(shè)計受到限制時，應(yīng)用機械設(shè)備提升通風系統(tǒng)的性能，促進建筑室內(nèi)空氣流動，實現(xiàn)室內(nèi)外氣流的交換，減少室內(nèi)積聚的熱量，降低幼兒園室內(nèi)的溫度，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量良好，不會使幼兒產(chǎn)生不適感。某幼兒園在建筑設(shè)計過程中，結(jié)合該地區(qū)氣候特征，確定幼兒園建筑門窗的朝向，并設(shè)計尺寸適宜的門窗，充分利用幼兒園建設(shè)區(qū)域的外部條件，提高建筑的自然通風能力，基于該設(shè)計方案建成的建筑投入使用后，室內(nèi)溫度適宜，無需借助空調(diào)也可實現(xiàn)溫度控制，室內(nèi)溫度滿足幼兒園的熱舒適需求[4]。

2.2.2 增加中介空間

幼兒園建筑室內(nèi)外溫差較大，嚴重時可達到8 攝氏度以上，該溫度差異無法被幼兒所接受，可能導(dǎo)致幼兒患病，中介空間的設(shè)計有助于解決該問題，縮小室內(nèi)外溫差，寒冷地區(qū)幼兒園設(shè)計需重視中介空間的設(shè)計。中介空間設(shè)置于過渡空間與室內(nèi)空間之間，當過渡空間為陽光間時，適合設(shè)置中介空間，能夠起到縮小溫差的作用，否則該空間無法形成介于室內(nèi)與過渡空間之間的溫度。為充分發(fā)揮中介空間的作用，幼兒園建筑設(shè)計中，要將中介空間設(shè)計為正方形，這種形狀的中介空間，能夠?qū)⒏鱾€區(qū)域的溫差降至最低，使幼兒行動經(jīng)過的各個空間，溫差呈現(xiàn)階梯式變化，更容易被幼兒所接受，同時依據(jù)幼兒的興趣，優(yōu)化中介空間的形式設(shè)計，延長幼兒的停留時間。且中間空間的設(shè)置，也能夠用于調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，因此在設(shè)計中介空間時，要考慮幼兒園所處地區(qū)的環(huán)境特征，適當調(diào)整中介空間的進深，氣候較為惡劣的地區(qū)，應(yīng)設(shè)計長進深的中介空間。某幼兒園位于寒冷地區(qū)，為在建筑設(shè)計中踐行熱舒適理論，在建筑中增加中介空間，并適當加長中介空間的進深，建筑建成后，測量各區(qū)域的溫度，發(fā)現(xiàn)各區(qū)域溫差合理，緩解溫差造成的沖擊，幼兒在幼兒園內(nèi)活動，因溫度變化出現(xiàn)不適感的可能性明顯下降。

2.2.3 擴大走廊外墻范圍

走廊外墻的設(shè)計，也會影響建筑室內(nèi)溫度，基于熱舒適度理論的建筑設(shè)計中，設(shè)計人員更要關(guān)注走廊外墻的設(shè)計，借助科學的外墻設(shè)計，改變幼兒園走廊的溫度，達到控制各空間區(qū)域溫差的目標，為幼兒創(chuàng)造最舒適的活動空間。設(shè)計人員需關(guān)注幼兒園建筑其他空間區(qū)域的溫度，確定走廊的溫度控制標準，使幼兒進入幼兒園室內(nèi)經(jīng)過的空間，溫度以階梯形式變化，且各空間區(qū)域溫差較小。如幼兒園所在區(qū)域外界氣溫溫和，可將室內(nèi)樓梯設(shè)計為敞開式，既控制走廊溫度在合適范圍內(nèi)，又保證建筑室內(nèi)通風良好，寒冷區(qū)域的幼兒園，應(yīng)將走廊設(shè)置為內(nèi)廊，隔離活動室與室外，在各區(qū)域形成合適的溫差，幫助幼兒適應(yīng)室內(nèi)外的溫度變化，各個季節(jié)進入幼兒園建筑，都不會出現(xiàn)身體不適的感覺。室內(nèi)走廊需設(shè)置窗戶，用于走廊通風，維持幼兒園走廊內(nèi)的空氣質(zhì)量，加速空氣流動，維持走廊溫度穩(wěn)定。例如，能夠幼兒園建筑設(shè)計中，利用軟件模擬不同形式走廊建設(shè)的建筑，室內(nèi)的熱環(huán)境，該幼兒園所在地區(qū)室外最低溫度為2 攝氏度，過渡空間為9 攝氏度左右，模擬中發(fā)現(xiàn)，將內(nèi)廊設(shè)計為外廊形式，走廊區(qū)域溫度也可達到16 攝氏度，已經(jīng)符合幼兒活動的溫度需要，并與過渡空間、活動室形成溫差，提升幼兒活動的舒適性[5]。

2.2.4 衛(wèi)生間位置設(shè)計

衛(wèi)生間是幼兒園建筑的重要組成，大多數(shù)幼兒園為方便管理，通常將衛(wèi)生間設(shè)計在教室進門處，且多設(shè)計為敞開式，即便衛(wèi)生間設(shè)置外窗，依舊會影響教室內(nèi)空氣，并提高教室空氣濕度，影響幼兒的舒適感。為實現(xiàn)控制教室溫度的目標，幼兒園建筑設(shè)計中，要保持衛(wèi)生間的獨立性，盡量避免將衛(wèi)生間可活動門、窗，設(shè)置在與走廊相連一側(cè)，確需在教室側(cè)設(shè)置門窗用于采光，應(yīng)將其設(shè)置為不可打開的形式。如無法改變衛(wèi)生間門窗位置，也可在衛(wèi)生間與教室之間增設(shè)風幕系統(tǒng)或其他隔離裝置，形成無形門簾，該裝置需具備隔離水汽的能力，并阻止污濁空氣進入教室，風幕的安裝形式依據(jù)幼兒園衛(wèi)生間門洞寬度確定，門洞窄于1 米時，安裝單側(cè)風幕即可。還要在衛(wèi)生間內(nèi)增設(shè)通風裝置，增加衛(wèi)生間的通風時間，及時將衛(wèi)生間內(nèi)污濁空氣排出，維持衛(wèi)生間內(nèi)空氣質(zhì)量良好。衛(wèi)生間盥洗區(qū)與如廁區(qū)應(yīng)分離，適應(yīng)幼兒的身高，盥洗區(qū)設(shè)計在靠近教室的位置，設(shè)計水池的高度在0.5 米左右，各區(qū)域交接處設(shè)置可開閉的門，用于阻隔水汽外溢，確保教室內(nèi)濕度不會受到衛(wèi)生間的影響。某幼兒園在衛(wèi)生間設(shè)計中，改變衛(wèi)生間門、窗設(shè)置位置，避免衛(wèi)生間與教室空氣流通，教室內(nèi)濕度與溫度相對穩(wěn)定，且不會增加幼兒去衛(wèi)生間的難度，熱舒適度符合幼兒需要。

2.3 活動空間設(shè)計

2.3.1 光照優(yōu)化

幼兒園活動場地的光照面積需高于1/2，因此設(shè)計人員在設(shè)計活動場地時，要關(guān)注周邊建筑的影響，觀察幼兒園被遮擋面積的變化，確定幼兒園活動空間的布設(shè)位置，以保證幼兒活動期間，能夠感受陽光。設(shè)計開始前，前往幼兒園建設(shè)現(xiàn)場，記錄幼兒園不同時間段被遮擋的區(qū)域，分析幼兒的活動規(guī)律，依據(jù)幼兒展開室外活動的時間，完成活動空間位置與面積的設(shè)計。為保證活動空間光照充足，設(shè)計人員還要調(diào)整幼兒園綠化方案，在需要保持光照的區(qū)域種植矮小植物，而在光照強烈區(qū)域種植高大樹木，保證光照的同時，也要避免光照過于強烈，導(dǎo)致幼兒出現(xiàn)中暑等問題，影響幼兒的舒適度。全天光照良好區(qū)域，設(shè)計大面積的活動空間，劃分功能區(qū)，結(jié)合不同區(qū)域的功能特點，布設(shè)綠化景觀，預(yù)留搭建休息區(qū)空間，夏季氣溫過高時，要在活動空間架設(shè)遮陽棚，用于為幼兒創(chuàng)造陰涼區(qū)域，并設(shè)置椅子、桌子等，幫助幼兒恢復(fù)體力，即便炎熱的天氣，也能保持良好的精神狀態(tài)，方便幼兒休息，以免幼兒身體出現(xiàn)不適。以某幼兒園為例，該幼兒園位于小區(qū)內(nèi)，周邊居民樓影響光照，為保證活動空間的光照充足，該幼兒園將活動空間設(shè)計在西側(cè)，幼兒活動時間，該區(qū)域被遮擋面積小，同時觀察到樓頂光照充足，在樓頂設(shè)計活動空間，四周加設(shè)圍欄，保證幼兒的安全，活動空間的溫度符合幼兒熱舒適需求。

2.3.2 融入傳統(tǒng)民居元素

各幼兒園所處區(qū)域不同，感受的季節(jié)變化存在差異，依據(jù)熱舒適理論，人可以適應(yīng)一定程度的溫度變化，基于該理論設(shè)計的幼兒園建筑，也要結(jié)合所在地區(qū)的文化特色，優(yōu)化活動空間的設(shè)計方案，滿足幼兒熱舒適需求的同時，真切感受該地區(qū)的氣候變化。設(shè)計人員要關(guān)注當?shù)鼐用窠ㄖ奶攸c，在活動空間設(shè)計中融入傳統(tǒng)民居元素，借鑒傳統(tǒng)建筑的設(shè)計理念，設(shè)計可應(yīng)對季節(jié)變化的建筑，并通過文化元素的引入，培養(yǎng)幼兒的文化素養(yǎng)，既保證幼兒園活動空間溫度適宜，又豐富幼兒的感官體驗。同時在活動空間內(nèi)種植極具地區(qū)特色的植物，綠化植物可隨季節(jié)變化，狀態(tài)發(fā)生變化，充分發(fā)揮綠化植物的作用，調(diào)節(jié)幼兒園活動空間的微氣候，并為幼兒創(chuàng)造接觸自然的機會，引導(dǎo)幼兒感受家鄉(xiāng)的四季之美。某幼兒園在建筑設(shè)計中融入傳統(tǒng)民居元素時，借鑒國外的設(shè)計經(jīng)驗，提取地方民居的特色元素，優(yōu)化幼兒園建筑設(shè)計方案，建筑風格極具特色，繼承該地區(qū)傳統(tǒng)建筑的性能優(yōu)勢，更適應(yīng)當?shù)氐臍夂蜃兓?guī)律，室內(nèi)溫度受氣候影響較小，設(shè)計的建筑室內(nèi)溫度更為舒適，且有助于加強幼兒情感教育效果。

2.3.3 設(shè)計半封閉式教室

教室是建筑的主要組成部分，也是幼兒活動時間最久的場所，基于熱舒適理論的建筑設(shè)計中，設(shè)計人員可突破傳統(tǒng)設(shè)計理念的限制，改變教室的形式，打造半封閉式教室，實現(xiàn)教室與室外環(huán)境的直接相連，擴展幼兒的活動區(qū)域。半封閉式教室設(shè)計，即為班級設(shè)計兩扇門，一側(cè)與走廊相連，一側(cè)與室外活動區(qū)域相連。與教室連接的室外活動區(qū)域，通常設(shè)計為花園或庭院，具有較高的觀賞價值，且不會遮擋進入教室的陽光，建筑內(nèi)部熱舒適度不會受到影響，庭院與花園的設(shè)計風格，要凸顯地區(qū)自然環(huán)境特點，增進幼兒與自然之間的關(guān)系。按照該模式設(shè)計的教室，排放的二氧化碳被植物吸收，窗外空氣質(zhì)量良好，流入教室內(nèi)空氣質(zhì)量好，空氣流動的過程中，教室內(nèi)熱量散失，溫度維持穩(wěn)定。印度某早教中心建筑設(shè)計中，設(shè)計人員便順應(yīng)地區(qū)的氣候特點，將教室設(shè)計為半封閉的形式，教室外部為花園，有效解決教室的通風問題，并阻隔風沙的侵襲，教室內(nèi)溫度與幼兒舒適需求相符，且花園的設(shè)計增添教室的美觀性，幼兒接觸自然機會增多，始終保持愉悅的心情，在該教室內(nèi)學習舒適感強。

結(jié)語：

綜上所述，熱舒適理論在幼兒園建筑設(shè)計中，具有較高的應(yīng)用價值，基于該理論設(shè)計的幼兒園建筑，能夠為幼兒創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境。相關(guān)人員要關(guān)注行業(yè)發(fā)展趨勢，學習先進的幼兒園建筑設(shè)計理念，明確幼兒行為與環(huán)境的舒適度的關(guān)系，調(diào)整建筑設(shè)計目標，探索更為科學的建筑設(shè)計思路，制定切實可行的建筑設(shè)計方案。