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养老建筑室内建筑环境的构建
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摘要： 养老地产在我国是一项新兴产业，作为该类建筑中的一个重要组成部分――供暖、通风与空气调节工程，其设计合理与否，对于居住环境和老年人身体健康的影响至关重要。设计人员为了力求打造一个更为适合老年人居住的建筑环境，结合具体工程，做了较为细致的探讨。文章对工程设计方案，包括采暖、空调方式，室内空气质量的控制，气流组织，工程材料选择，振动噪声控制，共五大方面，逐一作了介绍。
关键词：养老建筑;室内空气质量;气流组织;隔声减振;建筑环境
引言
养老建筑以为老年人生活起居提供服务为主，老年人体质相对较弱，抵抗力较差，尤其畏寒怕风，对温度变化反应敏感，所以对室内建筑环境和空气质量的要求比较高，另外对振动、噪音影响的反应也比较敏感，容易睡眠不好，以上特点为传统建筑所不具备的，也是传统暖通空调系统所不能完全解决的。山东省北部某市，作为全国首批42个养老服务业综合改革试点城市之一，设施建设方面，2014年将市社会养老服务中心作为重点工作之一加快推进。该社会养老服务中心共由9个单体建筑及其附属配套建、构筑物组成，包括接待大厅、综合服务中心、医疗保健楼、办公培训楼、介助/介护休养楼、健康休养楼、后勤保障楼，共7种使用功能，9个楼座，总建筑面积49000平方米，最高建筑物9层，建筑高度31.9米。本工程中，设计人员结合上述老年人生理特点，力求打造一个适合老年人居住的建筑环境。
1、采暖、空调方式
该中心所采用的采暖、空调方式包括低温热水地面辐射供暖系统、冷暖型直流变频多联式中央空调系统。
这种选择主要基于以下几点考虑：①本工程中近九成的建筑采用了落地窗或玻璃幕墙，且侧墙布置了床位和老年人居室配套设施，从而不具备设置散热器的条件;②目前地板辐射采暖系统已经普遍得到采用，技术比较成熟，工程造价可以控制在约50元/m2左右，与一般散热器供暖系统相比增加的费用不高;③老年人腿脚不便，散热器等突出物对其活动不利，且地暖系统暖气从脚下上升，符合老年人生理要求;④本工程冬季供暖热源为城市集中供热，供暖起止日期全市统一，但老年人相对更为畏寒，如果有条件的话最好能够适当延长供暖期，所以冷暖型中央空调系统在供暖前和停暖后可作为供暖系统的有效补充，使室内温度的变化有一个较长的缓冲期，有利于降低季节多发性老年疾病的发病率。
对于空调系统，建设单位也曾提出用房间空调器来解决，而设计人员坚持采用了中央空调系统。房间空调器多为壁挂式或落地柜机式，出风口高度相对较低且参数固定，极其容易造成冷风直吹人体的情况发生，增加老年人受凉感冒的几率，而中央空调系统的气流组织则好得多，相关参数可由设计人员适当掌握，室内风速低且气流均匀，尽量使得人员处在气流回流区，大大提高了舒适度，也降低了发病率。相对于房间空调器来说，直流变频多联式中央空调系统造价较高，但在整个建筑中所占比例较低，究竟采用何种形式影响甚微，作为养老服务业综合改革试点城市的示范工程，其效果方面的利明显大于造价方面的弊。
2、室内空气质量的控制
2.1 新风
2.1.1 新风的解决措施 室内空气的新鲜度是室内空气质量的一个重要方面，其最直接的解决方式当然是勤开窗通风，但对于对外界环境变化抵抗力较弱的老年人来说，这项措施并非随时都合适。山东地处寒冷地区，寒冷季节，室内外温差较大，冷风侵入容易受凉，即使是在夏季，室内有空调系统在运行时，开窗造成大量的冷量损失，且造成室内温度波动较大，无论是从节能还是运行效果来讲，都算不上可取之举，唯有在早晨和晚上适当时间，开窗通风才能达到令人满意的效果，另外在过渡季节可以勤开窗通风。那么在上述之外的时间，要解决新风问题，唯有专门设置一套新风系统，且这套系统的设置参数要有据可依。
2.1.2 新风量指标的确定 对于居住建筑，目前的国家标准中无法查到其具体的新风量指标，但国标《公共建筑节能设计标准》中有一系列的新风量指标，其中包括旅游旅馆建筑和旅店建筑等，旅游旅馆建筑分为3星级、4星级、5星级3档标准，旅店建筑分为1～3级和4级两档标准，其中3星级旅游旅馆和1～3级旅店新风量指标为30m3/h・p，4级旅店新风量指标为20m3/h・p[1]，笔者认为该养老中心尚达不到3星级旅游旅馆的标准，套用上述两项新风量指标的折中值较为合适，故将新风量指标确定为25m3/h・p，另外还列有：办公建筑，30m3/h・p;餐厅，20m3/h・p等等。由于均是为老年人生活提供服务，另外为便于计算和设备选型，统一按照25m3/h・p的标准选取。
2.1.3 新风机组的选择 《全国民用建筑设计技术措施》暖通空调・动力分册(以下简称《技术措施》)介绍，当一般空调系统的新风量大于或等于4000m3/h，且新风、排风之间的设计温差大于8℃，宜设置热回收装置[2]。该市夏季空气调节设计室外计算干球温度34℃，供暖室外计算干球温度为-7.6℃[3]，与夏季空调室内设计温度26℃和冬季采暖室内设计温度20℃之差为8℃和27.6℃，需设置排风热回收装置。由于新风冷热负荷较大，设计人员选用了热泵型热回收新风机组，其基本原理如图1。
另外对于热回收效率，《技术措施》要求热回收装置的性能系数[即COP，回收的热量(kW)与附加的风机、水泵等耗电量(kW)的比值]大于5。以该工程中出现几率最高的HPR-D10XBN02型号的热泵热回收新风机组为例，其技术参数如表1。
冬季，COP=13.95/(0.4+0.45+1.55)=5.81;夏季，COP=14.67/(0.4+0.45+.63)=5.92;COP值均符合《技术措施》的规定。
2.2 室内空气的除尘和杀菌 人员密集及有较高空气质量要求的建筑，设置空气净化装置有利于提高室内空气质量，防止病菌交叉污染。近年来，PM2.5细颗粒物污染问题日益受到人们重视，空气净化装置在大型公共建筑中被广泛应用。养老建筑人员密度较高，且老年人体质较弱，属疾病易感人群，需特别注意室内空气的除尘和杀菌问题。
2.2.1 空气净化装置类型的确定 目前，工程常用的空气净化装置有高压静电、光催化、吸附反应等三大类。高压静电式空气净化装置，对颗粒物净化效率良好，对细菌有一定去除作用，对有机气体污染物效果不明显;光催化型空气净化装置，对细菌等达到较好的净化效果，但易受到颗粒物污染造成失效，所以最好有高压静电式空气净化装置配合使用[3]。以上两种空气净化装置均有可能产生臭氧，设计选型时需特别注意产品有关臭氧指标的检测报告。吸附反应型空气净化装置，对有机气体污染物效果最好，对颗粒物等也有一定效果[3]，由于本工程不涉及有机气体污染问题，故不适合本工程。鉴于以上特点，本工程选用了高压静电、光催化两种空气净化装置的组合。
2.2.2 空气净化装置产品的选择 管道型静电电子空气净化机属高压静电式空气净化装置，是性能优良的风管型电子净化器，处理风量可根据管道风量定制，模块化组合，外形尺寸可按实际条件确定。在新风吸入口处设置了管道型静电电子空气净化机，以去除新风中的细颗粒物，同时辅以光氢离子净化装置，以净化细菌。安全性方面，应有自动断电保护功能和可靠的接地。
实际工程中，有空气净化装置达不到理想效果的情况出现，其中一个原因是系统设计风速超过空气净化装置的额定风速，据有关资料介绍，该风速应不超过2.5～3m/s，所以在安装本装置的风管上，采取了局部放大风管截面的处理措施，以杜绝装置效果降低，处理方式如图2。
据市场上出现的产品情况，提出了如下技术参数要求：净化效率≥99%，除菌率≥99.9%，标配风机联动、清洗提示、活性炭滤网、安装法兰及空气质量传感器，风阻<20Pa，工作噪声<30dB(A)，配电参数为220V、50Hz。
光催化类空气净化装置选用了高能纳米光氢离子空气净化器，安装在风管送风式多联机室内机的送风口或者回风口、天花嵌入机的新风预留管道，为整体式紧凑结构，安装维护较容易，微电脑加风感应智能芯片控制。高能纳米光氢离子空气净化技术的效率是单独使用臭氧或紫外线光的几百倍，具有在短时间内极速杀灭99%以上空气中所含病菌的能力;分解全面，可以快速分解化学有害气体及异味，沉降悬浮颗粒，杀死细菌、病毒、霉菌、等微生物污染物;安全性高，对环境无二次污染，对人体无毒副作用，在净化过程中臭氧含量被严格控制在美国联邦标准0.02ppm以下，净化完成后净化气体被迅速还原成二氧化碳和水，无化学残留物质;经济节能，无需更换耗材，大大降低了运行成本，并且能耗超低，每台电子空气净化器的能耗仅相当于一盏小功率节能灯;内部静音设计，无噪音，风阻低。据市场上出现的产品，结合本工程实际情况，提出了如下技术参数要求：处理风量300～1000m3/h，风阻<6Pa，配电参数为220V、50Hz，功率4W。
3、气流组织
3.1 风口形式的选择 根据建筑内部房间布局形式，新风和空调送风均采用了双层可调百叶侧送下回和散流器顶送顶回的送风方式，布置方式如图3所示。
对于散流器送风，由于比重因素，工程中有送热风时送不到地面的情况出现，导致房间上热下冷，正好与人体的生理需求相反，鉴于此种情况，设计人员选用了按钮式方圆盘散流器风口，通过按盘中央，可分上、中、下三段调节水平或垂直送风。该风口实验工况如图4所示。
3.2 新风量的控制 本工程新风系统为同楼层共用一套系统，每个房间新风量根据房间人数确定，所以新风系统的风量平衡非常重要，设计人员选用了定风量阀，安装在每个新风支管和排风支管上，以保证为每个房间送入预期的新风量和保持房间压力平衡。定风量阀由带风量设定和压力补偿机构的控制单元组成，风量控制精度较高，相对于阀体额定风量，可达≤±10%，风量调节比>5：1，可多档细调，且带有机械式自动补偿功能。
4、工程材料选择
材料选择方面，在遵守现行相关规范的基础上，积极推行节能环保的新型材料，如新风系统的送排风管道和空调送风管道，选用了纤维增强镁质风管，这种风管为板材供应式，现场专用胶粘剂粘接组装，其板材和专用胶粘剂均为A类环保材料，不生锈，不发霉，不积尘，不繁殖细菌、真菌，无粉尘及纤维，不产生粒状、气状污染物及生物性气胶，能提高室内空气品质;导热系数低，板材生产直接复合了保温材料，不需要二次保温;漏风率为1%，是铁皮风管的1/10，且表面光滑平整，风阻小，减少摩擦能耗，是替代无机玻璃钢风管和镀锌铁皮风管的新一代环保节能型风管。施工方面，不需要大型设备，现场切割制作，调整灵活，由于无二次保温，还可有效节省施工周期。
5、振动、噪声控制
该类工程中，属暖通空调范畴的振动设备主要是有：安装在屋面上空调室外主机、部分容量较大的空调室内机及吊顶式热泵型新风换气机组。设备振动通常会带来如下危害：振动会直接影响设备的使用寿命，甚至受到破坏;干扰居民的正常生活，甚至引起人体的功能器官疾病;振动长期施与建筑物，会使得建筑物的某些结构受到破坏。另外，国家标准《声环境质量标准》(GB3096-2008)中也有明确规定，1类声环境功能区(指以居住、医疗卫生、科研设计、文化教育、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域)环境噪声限制为，昼间55dB(A)，夜间45dB(A)，所以应对该工程中出现的振动设备进行隔声、降噪处理。
对于空调室外主机，选用了FSA型顶升式低频弹簧减振器，该减振器由壳体、弹簧、高效橡胶垫组成，采用低自然频率值设计，防振效果好，并经防腐及烤漆处理，壳体采用防锈喷塑工艺处理，底部有防滑及防侧倾螺栓设计，弹簧全部选用65Mn或62Si2Mn，橡胶组件均使用优良橡胶，安全性高，安装简单;对于空调室内机和吊顶式热泵型新风换气机组，选用了ASH型双阻尼弹簧减振器，其组成与FSA型顶升式低频弹簧减振器相似，只是结构形式上适用于吊式安装，其固有频率低，隔振效果好，荷载范围宽，能有效降低动力设备的振动向楼板、墙体等结构上的传递。
以工程中出现的GMV-Pd600W/Na型空调室外主机为例，计算隔振率：①机组净重560kg，压缩机转速2950r/min。②运行重量一般乘以1.3，则为560×1.3=728kg，根据设备的尺寸，选用8个支撑点，则每个支撑点重量：728/8=91kg，此重量作为选择减震器型号的参数之一。③FSA型顶升式低频弹簧减振器的自振频率为2.23-2.88Hz，空调主机振动频率为2950/60=49.17Hz。④传导率=1/[(振动频率/自振频率)2-1]=1/[(49.17/2.5)2-1]=0.26%。⑤隔振率=100%-0.26%=99.74%。
单独从理论数据方面看，所选隔振器效果良好。
6、结论
通过本工程的设计方案，从理论角度来说，养老建筑中的多数问题得到了解决，但具体运行效果，还需经过一段运营期后实践验证，但也还存在一系列问题以待研究：
①对于多联机中央空调配地板辐射采暖的组合方式，其它类型建筑中多有应用的先例，冬夏舒适度均较好，但该方式存在重复投资问题，期待从业人员能够提出更好的解决方案;②新风系统采用了热回收式新风机组，未采用全新风式空调机组，以免能量浪费，同时也符合国家相关节能标准的要求，但有相关人员提出热回收机组存在新、回风混合的可能性，有可能造成交叉感染，笔者认为只要所采购设备质量合格，可杜绝这种可能性;③振动、噪声控制，计算方法偏于安全，其结果需要在工程建成后进行实测验证。另外，养老地产作为我国的一项新兴产业，其工程技术方面，系统化的文献资料尚不多见，期待从业人员进行更加深入的研究。
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