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环境因素制约下的夏热冬冷地区中小学设计
在中国城市化进程飞速发展的时代,伴随着人口增长,尤其是城镇居民的增长,城镇中小学建设也迎来了一批建设高潮。既有学校都面临着校舍和师资紧张,无法容纳新生,于是各类分校、新校如雨后春笋般拔地而起。大规模的校园建设也导致了雷同化、同质化、千校一面。越来越多的设计实践突破既有的鱼骨状校园建筑的固化模式,从更加深刻的层面来剖析校园建筑的本质,但创新无法脱离实际制约。本文阐释了夏热冬冷地区特殊的气候限制条件,梳理技术的加入为解决实际问题带来新的思路和理念,希望能够为中小学设计道路添砖加瓦。
夏热冬冷地区特殊的环境条件塑造了本地区居民的建筑性格及居住习惯,比如坐北朝南,朝东不朝西,与炎热地区和寒冷地区有很大的不同。该地区夏季日照强烈,因南北走向的武夷山脉为主干的群山阻断,夏季海上吹来的东南风无法将大量水汽迅速往西部地区带去,只能降雨在该地区,因此夏季多伴随连月的梅雨天气,闷热潮湿。由于纬度不高,冬季总体气温不低,且中国西部的一些列群山已将西北风拒之门外,冬季仍为东风为主,该气流夹杂着海上吹来的大量湿气造成冬季也有很多降水,造就了湿冷的特点。夏天西侧的房间比东侧房间会高出3、4度,冬天南侧的房间会比北侧的房间暖和3、4度。该地区的中小学校舍基本上为北侧教室南侧敞开式走廊布局,一排教室与一排教室通过风雨连廊串联。随着建筑技术的不断发展及建设投资的加大,越来越多的校园采购了更好更先进更节能的设备从而改善了教室的物理环境,为建筑设计创新打开了突破口。
由于环境因素众多,受制于笔者的知识领域而无法一一分析,本文将从对建筑布局影响比较大的几点切入,讨论中小学建筑光环境、声环境、空气环境。
光环境最大的因素就是太阳,也正是日照规定刻画出千校一面的普遍景象,在《中小学校设计规范》中明确规定“普通教室冬至日满窗日照不应少于2小时”。规范基于学生天接受2小时的紫外线照射以便有效消灭多种病毒促进身体健康发育的出发点毋庸置疑是好的。但在实践中却与规范大相径庭,因为夏热冬冷地区的教室大多在北侧,南面走廊更多的作用是用来遮阳而非引入阳光。日照审核部门在审核中小学建筑日照时,也是将日照计算面投影到走廊南侧的边线上,只要走廊满足日照即可。在使用中南向教室的学生们会将窗帘拉上,因为过强的阳光不仅使黑板、投影等失效,也直接导致学生们无法书写笔记。对于大量书写的人来说,最佳的光环境绝非阳光,而是照度均匀的人工照明。在一些校园建设的内装设计中,室内光环境已经被设计师与供应商们充分讨论,灯具垂直黑板布置,将学生就坐时产生的阴影自遮挡影响最小化;控制灯具距桌高度,小学生桌椅一般620~640mm高,灯具距桌面1.7m~2.1m,这种灯具布置可以让教室内照度均匀,并且保证桌面照度在300lx以上,新型灯具的选择再结合吊顶设计形式美观。学生更多的日照获取是来自室外,每节课间的10分钟、升旗、课间操、体育课等固定在操场进行的户外活动,可以基本保证中小学生的每天的日照时间。突破死板的日照限制,取而代之以更加灵活的使用空间,突出空间的个性色彩将成为未来校园设计的主题。
声环境也是中小学建筑重要的评判因素,教室内相对安静的环境是授课的基础,从选址来说中小学应离铁路300米,高速路及主干道80米,建筑与操场及楼间距25米,一言以蔽之,维持教室外部噪声大约50dB。考虑到声波在空气中的自然衰减值差不多为1dB/米,以操场边缘或者教室读书声为7-80dB计算,间距控制在25米即衰减25-30dB之后,确实可以使教室取得相对安静的声环境。然而随着城市土地资源越来越紧张,教学质量及要求越来越高,建设规模越来越大,有限的学校用地已经无法简单的用传统行列式布局来实现,这就在设计和建设上提出了更高的要求。解决声环境最有效的手段之一就是安装空调,当门窗关闭之后可以大量减少室外噪音,且目前建筑节能中对于玻璃窗全部要求为中空玻璃,空气层的加入有效降低了噪音。在寒冷地区还会选择双层窗来减少热损失,如将此做法用在夏热冬冷地区也不失为好办法,空调的能量损失会更少且隔声水平会大幅提升。对于处在运动场边缘的教室来说,运动场的噪音一方面是学生跑跳呼喊发出的,但这类噪音能量有限,容易衰减,更大的噪音源是广播,随着教学设备的提升完善,广播已经是必备品,且很多学校会选择在课间及下午运动时间播放歌曲、学生节目等。这类声音很难自然衰减到理想水平,必须通过物理隔离措施,双层窗是最有效的且简单的手段。对于独立的完全小学或者完全初中来说,由于学生的坐息时间相对固定,因此运动场与教学楼的噪声干扰并不明显,但对于9年一贯制学校来说,由于小学和初中作息时间不同,上、放学时间不同、每节课时长不同、做操时间不同,午休时间不同,操场与教室的噪音干扰尤为明显。这类学校通常受到用地规模的制约,无法满足每个学校各建一个操场,而选择合建操场共用,更有极端的布局形式,因土地形状的制约,将操场置于初中和小学建筑中间,这种布局对于全年备战中考的初三学生来说苦不堪言。如能将这类教室配备双层窗,在室内加装吸引吊顶,会有效提升室内声环境。经过对大量学校的现状调研,60%的教室不满足《中小学校设计规范》对背景噪声的要求;而安装了吸声天花的新建教室,均可以满足背景噪声及混响时间的要求,声学表现优异。利用空调、双层窗、吸声天花这些技术手段,可以将教室与教室之间、教室与运动场之间的间距大幅缩小,节约出更多的空间进行建筑形体组织。在经济发达的地区,已经有很多学校采用了这类设计手法,将建筑组合成更加丰富、实用的形态。
校园的风环境主要指校园建筑的形体组织有利于夏季通风,由于专业软件已经可以很好的模拟四季变化的风压,在这里不详细展开。由于夏热冬冷地区夏季闷热的特点,在大量的校园建设中一直采用敞开式外走廊的形式,以利于夏季的通风效果。敞开式外廊虽可获得良好的室内空气环境,却也受着梅雨季节地面湿滑,学生摔跤的煎熬。近年来夏季雨量明显增大,暴雨的次数增加,甚至导致有些校舍的敞开楼梯间成为了河流,严重影响了教学质量及学生身体安全。越来越多的学校希望将外廊封闭,但既有建筑受制于楼梯间距的防火要求,很难从正规途径通过图审,如在设计初始阶段就将外廊定义为封闭则可避免此烦恼。另外,大量的旧校舍外廊宽度仅为2米左右,遇到大风,雨水会直接吹进教室。在这里建议新建校舍将外廊宽度设计到3米以上,以防止雨水落进教室,有条件的校舍应尝试宽走廊模式,即局部走廊宽度达到6米以上,一般为南北走向,更大的进深可以保证一般情况下雨水很难打湿中间部分,同时宽敞的走廊可以拓展为学生课间活动空间,为连月的梅雨季节学生活动提供有力的物质空间支撑。如能提供较为充足的课间平台,还能节省学生课间10分钟往返奔波于操场的时间,通过活动平台的设置,完全可以突破4、5层的限制,进一步提高学校用地效率,在深圳的一些校园建设中已有建成案例。封闭走廊阻碍了风雨,如聚焦更细微的建筑室内空气环境,就要求室内设计采用更加精细化的设计来保证空气环境效果。新鲜空气对于学生的健康和听课时集中注意力是必要的保障。因此采用空调的教室应配备新风系统,没有空调的教室,应设气窗及排风扇。气窗以风斗式为宜,避免冬季冷空气直接吹到学生身上引起感冒。另外还可在进风口加装散热器,让新风在冬季经过加热后吹进教室。经过测试,加装了排气扇的教室,即使仅通过课间10分钟来进行换气,也可以有效降低教室内二氧化碳浓度到规定值以下,从而为学生提供良好的新鲜空气以保证上课效果。全天候校园是教育管理部门一贯以来的要求,而这一要求,通过新的技术手段得以真正实施。
环境因素制约着中小学建筑,但人们创造舒适室内环境的本领却越来越强,相信通过建设工作者不停的探索和突破,教室会变得更加舒适实用,校园建筑也会更加有创意,为中小学生的健康成长助力。
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