病房楼自然通风优化设计策略研究

病房楼自然通风优化设计策略研究

乔建明

沈阳建筑大学  辽宁 沈阳  110168

摘要：建筑业的碳减排和碳中和的发展程度对我国实现双碳目标有着重大的影响，推广绿色建筑刻不容缓，而医院建筑全年能耗水平是普通公共建筑的两倍以上，病房楼24小时的连续用能模式使其能耗问题突出，同时，目前中国医院病房空气质量差热舒适环境不佳，对病人的康复有着不利影响。针对以上问题，为解决医院病房楼病房窗户利用率低病人不愿开窗通风等实际情况，本文从病房楼的廊道通风模式、开口界面形式两个方面提出适宜病房自然通风的优化设计策略。

关键词：病房楼；空气质量；自然通风；能耗

引言

医院建筑是一个具有重要意义的特殊性公共服务场所。医院通过治疗和隔离等措施，在预防微生物气溶胶造成的呼吸道传染性疾病的传播上起着很重要的作用。然而病人以及病原菌携带者等污染源增加了病人之间和病人与医护人员之间的疾病传播的风险。在COVID-19背景下，世卫组织在室内通风路线图中再一次强调了卫生保健设施中自然通风策略的重要性。自然通风在特定条件下能提供远大于机械通风的通风量并且相应的能耗几乎为零，因此，自然通风不仅能有效改善室内空气品质，也能有效降低医院病房楼的能耗。

1背景

1.1流行病的频繁出现

从2003年非典型性肺炎SARS病毒在国内的迅速传播，到2009年甲型H1N1流感病毒，再到2019年新冠病毒肺炎（COVID-19）在全球爆发并流行，每一次的快速传播都是在医院内首先爆发。在SARS流行病中，全世界感染人员的20%是医护人员[1]，在COVID-19的确诊住院患者中，最高41%的患者是在医疗卫生环境中感染的。根据不同的研究，卫生工作者的感染率从0.4%到49.6%不等[2][3]，由此得知患者接受治疗的医疗卫生机构仍然是一个高风险的传播环境。因此，我们必须合理利用自然通风来降低感染风险。

1.2医院的高质量发展要求

在近十年，我国医院建筑从“十二五”（2011~2015）“深化医药卫生体制改革”开始，跨到当前的“十四五”（2021~2025年）“全面推进健康中国建设”[4]，各类数据成倍增长。据国家统计局国民经济和社会发展统计公报2023年医院数量由2.16万家增至3.7万家，约为2011年的1.7倍，医院总床位数由368万张增至748万张约为2011年的2倍[5]。由此增长的还有医院的能耗问题，《公立医院高质量发展促进行动（2021-2025年）》中将万元收入能耗占比作为新的评价指标，来推动医院万元能耗收入占比逐步降低，以此来鼓励医院建筑在运行阶段做到节能减排。

2现状问题

2.1病房楼热舒适环境较差

通过对多家医院的实地调研发现，病房的平均温度范围在19.5℃~26.5℃范围之间内浮动，病房平均湿度25.6％~42.8％范围之间波动，[6]规定的病房温度的舒适区间为21-24℃病房湿度的舒适区间为30％~60％[6]，对比标准范围区间发现，温度有57％不在舒适区范围内，湿度虽只有28％不在舒适区间内，但其多数近下限值30％，由此可见沈阳市医院病房的室内热舒适环境较差，偏冷偏热的热环境影响病人的生理和心理健康，由于护士站基本都临走廊布置，两者在温湿度数据上相差不大。对比病房与走廊和护士站的温湿度数据发现：走廊和护士站的温度值明显低于病房，同时湿度平均值也基本低于病房。

2.2病房空气质量不达标

本次测量结果发现，全天二氧化碳浓度值主要在1000ppm~2500ppm范围内波动，浓度超标较明显，在下午15：00-20：00期间，病人活动频率和出入病房次数为一天中最大，成为一天中二氧化碳浓度最低的时段，在晚上的20：00-24：00室内二氧化碳浓度升高最为明显，同时在这一时段最易形成全天的最高峰值，造成这一现象的原因是晚睡期间门窗紧闭。总结全天的二氧化碳浓度变化规律发现，全天有三个浓度上升时间段和两个浓度下降时间段，以下午二氧化碳浓度最低，除了病房人员活动带来的开门开窗行为，下午15点以后的探视高峰也是原因之一。但不论全天二氧化碳浓度变法趋势如何，病房A测量期内二氧化碳的天平均浓度值基本都保持在1500ppm左右，而在整个测量期内二氧化碳浓度在700ppm~3500ppm之间波动。

3自然通风优化策略

3.1廊道通风优化设计策略

通过改变走廊的组合方式来影响新鲜空气进入室内的传播路径，模拟参数的控制恒定室内进风主要依靠走廊窗口风压进风，走廊无其他遮挡物，保证廊道自然风的均匀通畅，病房室内风的气流场受廊道风的影响，往往东西方向上廊道进深长，将东西两条廊道打通并开窗能够有效改善南北两侧房间内的风速和空气龄，而对于南北两条廊道则无需全部打开就能获得较好成效，对于南北的两条廊道可根据自然风盛行方向确定哪一条走廊全通全开窗或半通开一侧的窗，例：季节盛行风向为东南风或东北风，则将东侧廊道全打通而西侧廊道半通即可，反之亦然，对于廊道的组织形式调整非常简单，可以将廊道尽头的房间布置为开水间等其他辅助功能空间，然后开窗与廊道连结，形成如上所诉的廊道组织形式来提高对自然风的利用率。

3.2病房开口设计策略

病房的开窗形式多样，通过实地调研和相关资料了解，病房开口主要有三种开窗模式，即平开窗、推拉窗和悬窗，三种窗户各有优缺点，需根据病房类型酌情选择适合的窗户开启形式，在设计时需考虑病人的热舒适情况以及病房污染物的传播路径，以此来创造合理的自然通风模式，从而实现对通风量的控制和室内的流方向的限制，从而做到对自然风真实且有效的利用，以此来改变先在病房有窗不能开的现状。平开窗和推拉窗在自然通风条件下能为病房提供更多的通风量，不仅可以改善室内热舒适，还能稀释病房内污染物浓度从而降低感染风险。悬窗的优势在于能够控制进入病房内的气流路径，在自然风设计时需尽量保持自然风向下或斜向下吹风，从而把病毒拍到地面上，以此让病毒离开0.5m-2m的呼吸区域，不仅降低了病人感染风险，同时也提高了室内空气质量。

4总结

在全部建筑类别中，医院建筑能耗名列前茅。医院正常运营时的电力能耗占到全部能耗的64%，而自然通风的利用可以有效减少夏季以及过渡季的空调能耗，除此之外自然通风是一种长期的预防疾病感染的控制手段，在病毒的扩散和吸入阶段合理改变气流组织模式能够避免医院中的交叉感染，以自然通风增加病房内部的通风量能够稀释室内病原体浓度降低感染风险，从而改善室内的空气品质，给予患者一个良好的治愈和康复环境。平开窗能为病房提供更大的风速和更小空气龄，而一个好的廊道通风能为过渡季和冬季稍暖时间段提供足量的新鲜空气。

参考文献：

[1]李永，黄霞，“在香港最大的医院爆发期间，空气分布在SARS传播中的作用。室内空气，15：83-95.https://doi.org/10.1111/j.1600-0668.2004.00317.x

[2]彭杰，徐磊，王明，祁勇，医院抗击新冠肺炎防控策略实践经验，中国医学杂志113

[3]李建华，高锐，武汉市急诊手术患者感染2019冠状病毒病(COVID-19)肺炎的临床特征分析，外科168(3)(2020)398-403,https://doi.org/10.1016/j.surg.2020.05.007。

[4]高焱.医院住院部平面形式对室内自然通风的影响研究[D].北京建筑大学,2015.

[5]张旻.基于建筑风环境理念下的太原地区绿色医院建筑设计研究[D].太原理工大学,2016.

[6]Agdasarian,N.,Mathews,I.,Ng,A.J.Y.,Liu,E.H.,Sin,C.,Mahadevan,M.,&Fisher,D.A.(2021).