杜曉輝 李曉波

[摘要]在我國(guó)，大多數(shù)的建筑室內(nèi)環(huán)境熱舒適性研究是關(guān)于住宅和辦公建筑的，針對(duì)大型公共建筑的研究很有限。本文以鐵路客站這一類型公共建筑為例，通過國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)梳理，從研究方法、研究角度、研究特點(diǎn)等方面進(jìn)行歸納分析，研究成果為今后針對(duì)鐵路客站開展室內(nèi)環(huán)境熱舒適方面的研究提供參考。

[關(guān)鍵詞] 鐵路客站；熱舒適性；研究方法；研究進(jìn)展

[Abstract]In our country， most indoor architectural thermal comfortableness research is about residential and office bu-ildings， while similar research for large public buildings is quite limited. This article will take the railway stations as an example， by sorting out relevant domestic and foreign documentation， analyzing and summing up from the aspects of research method， research view and research char-acteristics， providing a reference for afterward research on indoor thermal comfortableness in railway stations.

[Key words] Railway stations； Thermal comfortableness；Research method； Research progress

[基金項(xiàng)目]本文系北京交通大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)人文社會(huì)科學(xué)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目“交通建筑太陽能一體化設(shè)計(jì)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2015JBWY015）階段性成果。

我國(guó)的高速鐵路發(fā)展自2008年京津城際通車運(yùn)營(yíng)開始，在過去近十年的時(shí)間里得到了快速發(fā)展（圖1、2）?！笆晃濉逼陂g，為了讓我國(guó)高速鐵路發(fā)展走上自主技術(shù)創(chuàng)新之路，科技部聯(lián)合鐵道部，開展了《中國(guó)高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃》和“十一五”國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目，建立了從政策、市場(chǎng)、企業(yè)等方面的綜合創(chuàng)新發(fā)展模式?！笆濉逼陂g，從2011年開始，中國(guó)鐵路固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)2000多億元，其中高速鐵路領(lǐng)域得到較大比重的扶持，“十二五”是我國(guó)鐵路發(fā)展步伐最快的五年，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)總里程突破12萬公里，在全球排名僅次于美國(guó)；其中高鐵運(yùn)營(yíng)里程超過1.9 萬公里，在鐵路運(yùn)營(yíng)中的占比已達(dá)15.70%，至此，我國(guó)的“四縱四橫”高鐵主骨架基本建成，使得我國(guó)的各大城市，各個(gè)省市之間的聯(lián)系更加緊密。[1]從“十三五”規(guī)劃和最新《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》可以看到（圖3），到了全面建成小康社會(huì)的2020年，一批重大的標(biāo)志性項(xiàng)目將會(huì)落成，鐵路網(wǎng)的總里程實(shí)現(xiàn)15萬公里的突破，其中高速鐵路要達(dá)到3萬公里，覆蓋全國(guó)80%以上的大城市，升級(jí)成為“八縱八橫”的高鐵骨架網(wǎng)[2]。

高速鐵路的大快步發(fā)展，相應(yīng)也會(huì)帶來高鐵站的大量建設(shè)，目前己經(jīng)通車運(yùn)行的高鐵站達(dá)到500多個(gè)[3]。為了更好地展現(xiàn)城市形象，這些鐵路客運(yùn)站的建設(shè)投入了大量財(cái)力，室內(nèi)光環(huán)境熱舒適性得到較大提升，但與之相應(yīng)的建筑能耗也有了很大增加。鐵路客運(yùn)站作為大跨度建筑的代表，對(duì)其進(jìn)行熱舒適性、節(jié)能研究將對(duì)大跨建筑類型具有深刻影響。

一、熱舒適基礎(chǔ)性理論研究

海外學(xué)者很早就開展了建筑室內(nèi)熱舒適方面的研究。Leonard hill爵士[4]提出了最早的熱舒適指標(biāo)，但是該指標(biāo)未考慮空氣濕度的影響，有其局限性。1923年，Houghton[5]和Yaglou[6]等人在研究濕度對(duì)空調(diào)建筑內(nèi)人體熱舒適影響時(shí)，將溫度、濕度、舒適性三者相結(jié)合，提出了有效溫度ET（Effective Temperature） ，但在低溫條件下，濕度對(duì)人的熱舒適性影響有效溫度存在偏差，且未考慮皮膚濕潤(rùn)度的影響，后被新的有效溫度指標(biāo)所代替。文獻(xiàn)[7-8]中，F(xiàn)anger[8]在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，發(fā)表了熱舒適方程式，隨后，F(xiàn)anger等人以此為基礎(chǔ)，發(fā)表了至今仍然被大家廣泛使用的熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)（PMV），它的科學(xué)性在于能夠代表一個(gè)環(huán)境中絕大多數(shù)人的熱感覺（由于人與人之間存在個(gè)體差異，因此PMV指標(biāo)并不一定能夠代表所有個(gè)人的感覺），這一指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于建筑環(huán)境熱舒適性評(píng)價(jià)中[7]。Gagge[9-10]等人在有效溫度里加入皮膚濕潤(rùn)度這一因素，得到了新有效溫度ET，使得有效溫度的概念更加科學(xué)化。

至此，對(duì)于熱舒適有了全新的理解：一般是指人們對(duì)所處的周圍環(huán)境所做出的冷熱感覺主觀滿意度評(píng)價(jià)，主要包括物理方面、生理方面、心理方面三項(xiàng)內(nèi)容，它是一個(gè)綜合作用的結(jié)果?，F(xiàn)在人們已經(jīng)意識(shí)到，良好的室內(nèi)熱環(huán)境不僅有助于身體健康，而且還能夠提高人們的工作效率，減少建筑空調(diào)運(yùn)行等造成的能耗。因此，在基礎(chǔ)性理論研究的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外針對(duì)建筑室內(nèi)環(huán)境熱舒適性開展了廣泛的研究，研究領(lǐng)域包括辦公建筑、居住建筑、商業(yè)建筑等。在交通建筑領(lǐng)域，雖然國(guó)外熱舒適性研究起步早，但由于國(guó)情原因，到目前為止學(xué)者對(duì)鐵路客站熱舒適的關(guān)注并不多。相對(duì)國(guó)外，我國(guó)學(xué)者對(duì)鐵路客站的熱舒適問題開展了較多的研究。

二、針對(duì)鐵路客站開展的環(huán)境熱舒適性研究

從研究方法和研究特點(diǎn)上來看，以采用現(xiàn)場(chǎng)客觀物理環(huán)境測(cè)試和主觀問卷調(diào)查相結(jié)合的方法居多，但后期分析研究所選用的方法卻表現(xiàn)不同，主要分為兩種類型：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與計(jì)算機(jī)模擬方法。

（一）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合

針對(duì)鐵路客站熱環(huán)境，雖然學(xué)者們均基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和主觀問卷調(diào)查收集數(shù)據(jù)，借助PMV-PPD指標(biāo)來描述和評(píng)價(jià)熱環(huán)境，但研究角度各不相同，主要分為四個(gè)方面：

1.客站熱舒適性研究

Abbaspour M等人對(duì)德黑蘭不同地區(qū)車站進(jìn)行測(cè)試分析，包括空氣溫度、氣流流速、空氣相對(duì)濕度、空調(diào)現(xiàn)狀以及客流，獲得了231份有效數(shù)據(jù)，指出了德黑蘭地鐵站的熱舒適滿足人們的要求，但如果要讓乘客的熱舒適性更好，需使空調(diào)系統(tǒng)的能力加強(qiáng)[11]。Deb C等用半個(gè)月的時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了南印度夏天某大型鐵路客站候車乘客的熱舒適情況，通過主觀問卷與客觀熱環(huán)境的測(cè)試，得出了中性溫度，提出增加空氣流動(dòng)可以放大中性溫度范圍，在熱感覺舒適性上，旅客表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)能力 [12]。

2.客站節(jié)能潛力研究

余南陽等首次從氣候分區(qū)的角度，研究了不同氣候區(qū)鐵路客站候車廳的熱環(huán)境，指出乘客候車時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)車站熱舒適性的高低有一定的影響，建議根據(jù)鐵路客站的規(guī)模大小等因素設(shè)定不同的熱舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，做到建筑差異化對(duì)待，達(dá)到節(jié)能的目的[13]。畢海權(quán)等調(diào)研測(cè)試了漢口鐵路客站候車廳在春季的熱濕環(huán)境和乘客對(duì)熱感覺的評(píng)價(jià)，指出了春季實(shí)測(cè)的適應(yīng)溫度區(qū)域比理論值要寬泛，春季鐵路客站內(nèi)用自然通風(fēng)完全能滿足旅客的熱舒適性要求，這將大大降低鐵路客站的能耗[14]。

3.客站熱舒適指標(biāo)

文獻(xiàn)[15—21]中，余南陽、雷波、鄧志輝、黨睿、馬衛(wèi)武等人用同樣方式調(diào)查研究了不同氣候分區(qū)鐵路客站的熱舒適，得到了PMV模型和TSV模型，旅客的熱中性溫度，發(fā)現(xiàn)熱感覺投票（TSV值）和計(jì)算預(yù)測(cè)的熱平均投票（PMV）之間存在一定差異，原因?yàn)镻MV—PPD指標(biāo)是從人為與自然隔絕的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下得到，不適合用于鐵路客站這類停留短暫、人員年齡差異大等特點(diǎn)的建筑。

西安工程大學(xué)狄育慧團(tuán)隊(duì)調(diào)研了西安鐵路客站候車廳室內(nèi)熱環(huán)境舒適度，數(shù)據(jù)分析得到了旅客可接受的熱舒適溫度范圍，但與ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)相比要大一些，并指出原因?yàn)槭茉囌卟扇≥^多的主動(dòng)調(diào)節(jié)措施來使自身與熱環(huán)境相適應(yīng)，說明人的主觀活動(dòng)對(duì)所處環(huán)境熱舒適具有很大影響；將建立的適應(yīng)性模型與之前的國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得出的適應(yīng)性模型做對(duì)比，發(fā)現(xiàn)由于不同的地理環(huán)境、不同氣候特征以及個(gè)體本身的不同，其系數(shù)和以往的研究成果之間存在差異，證明了鐵路客站的適應(yīng)性模型不可以采取固定公式的方式去研究；將得到的相應(yīng)熱環(huán)境參數(shù)，用RWI和PMV-PPD兩個(gè)指標(biāo)對(duì)測(cè)試環(huán)境的熱舒適性進(jìn)行分析計(jì)算和評(píng)價(jià)，提出RWI指標(biāo)更適合評(píng)價(jià)鐵路客站熱舒適[22—24]。

4.客站使用者主觀感受研究

馬衛(wèi)武等調(diào)查發(fā)現(xiàn)旅客的最大及最小熱感覺投票（TSV值）存在較大差異，說明了不同的人即使在同一熱環(huán)境中也會(huì)有不同的熱感覺[21]。黨睿等研究了中國(guó)寒冷地區(qū)過度季節(jié)高鐵站候車廳的熱舒適性，建立了合適的熱舒適模型來預(yù)測(cè)乘客的熱舒適，同時(shí)研究了旅客等候時(shí)間與熱舒適性的關(guān)系，指出了隨著等候時(shí)間的增加，在熱舒適性的要求上旅客表現(xiàn)出更強(qiáng)的欲望[19—20]。文獻(xiàn)[25—26]中，程明廣、黃錳等調(diào)研測(cè)試了嚴(yán)寒地區(qū)鐵路客站候車廳的熱舒適性，對(duì)候車室冬季熱舒適的影響因素進(jìn)行了歸納和分類；發(fā)現(xiàn)隨著候車時(shí)間的增加，旅客的心理焦躁使得對(duì)周圍環(huán)境舒適性要求提高，說明了熱舒適是人們的瞬時(shí)主觀感受，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程；發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)厝藢?duì)室內(nèi)比標(biāo)準(zhǔn)溫度低的溫度的忍受程度高于外地人，說明人在一個(gè)地區(qū)的適應(yīng)性也會(huì)影響對(duì)熱舒適的感覺，老人和小孩對(duì)熱舒適的要求要高于其他年齡段的人。

（二）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與計(jì)算機(jī)模擬方法

該方法是在上述研究方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用軟件模擬的技術(shù)手段，主要集中于室內(nèi)通風(fēng)、制冷的主動(dòng)調(diào)節(jié)控制與節(jié)能關(guān)系方面。文獻(xiàn)[27—29]中，余南陽、徐玉黨、狄育慧等人借助軟件模擬從通風(fēng)氣流的角度研究改善鐵路客站的熱舒適問題。余南陽等運(yùn)用Fluent軟件模擬改善鐵路客站內(nèi)部的熱環(huán)境，提出了采用頂部機(jī)械通風(fēng)方式的方式來有效改善室內(nèi)熱舒適的方法。徐玉黨等利用Airpak、Fluent軟件，研究了不同空調(diào)送風(fēng)方案對(duì)人體熱舒適的影響，通過對(duì)溫度控制、PMV/PPD指標(biāo)控制及與室內(nèi)空氣品質(zhì)相關(guān)的CO2濃度和平均空氣齡指標(biāo)控制方面的比較分析，說明了采用座椅送風(fēng)方案的優(yōu)勢(shì)，并提出了改變座椅風(fēng)口的設(shè)計(jì)位置和送風(fēng)參數(shù)的優(yōu)化方案，以使人們的熱舒適要求得到最好的保證。狄育慧等利用Airpak、DeST軟件對(duì)西安鐵路客站這一建成時(shí)間較早的建筑進(jìn)行了熱舒適研究，提出了一種通過改變回風(fēng)口位置的方法來提高空調(diào)系統(tǒng)效率。

陳焰華等從動(dòng)態(tài)熱舒適的角度出發(fā)，應(yīng)用Designbuilder、Airpak、Fluent軟件，得出了定送風(fēng)溫差，變送風(fēng)速度的送風(fēng)方式所形成的流場(chǎng)熱舒適特性要優(yōu)于定送風(fēng)速度、變送風(fēng)溫差的送風(fēng)方式的流場(chǎng)熱舒適特性，而且在節(jié)能方面也優(yōu)于后者[30]。雷波等利用EnergyPlus軟件對(duì)全國(guó)5個(gè)氣候分區(qū)的相應(yīng)鐵路客站進(jìn)行了熱環(huán)境能耗模擬分析，結(jié)合車站的適應(yīng)性模型，說明了在一些時(shí)段內(nèi)完全可以采取自然通風(fēng)的方式來滿足乘客的熱舒適要求，這大大說明了鐵路客站具有很大的節(jié)能潛力 [31]。文獻(xiàn)[32-33]利用Energyplus軟件，在保證旅客熱舒適的前提下，論證了適當(dāng)提高空調(diào)溫度來降低夏季高鐵站空調(diào)能耗的科學(xué)性，指出了熱舒適可以與建筑節(jié)能相結(jié)合進(jìn)行研究。

三、目前鐵路客站熱舒適研究存在的問題

（一）設(shè)計(jì)研究中較少考慮地域氣候性

從以上關(guān)于客站熱舒適研究進(jìn)展可以看出，地域性對(duì)建筑的熱舒適具有一定的影響，不同的氣候分區(qū)，人們的熱舒適溫度范圍、熱中性溫度等方面有差異。但是，我國(guó)不同的氣候分區(qū)之間的一些中小型鐵路客站在設(shè)計(jì)上卻存在“模塊化”設(shè)計(jì)，未考慮地域性差異問題，這絕不利于鐵路客站的熱舒適。位于寒冷地區(qū)的河北高碑店東站與位于夏熱冬冷地區(qū)的安徽無為站，雖然在地域氣候的熱工方面有很大差異，但從建筑立面上，卻體現(xiàn)不出太大的差別。相反，哈爾濱西站（圖4）和拉薩站充分考慮了地域性氣候特點(diǎn)，很好地適應(yīng)了哈爾濱的嚴(yán)寒氣候和拉薩的寒冷氣候。哈爾濱西站及北京南站頂部采光做了條狀的處理，既滿足了白天采光要求，又減少了玻璃面積，有利于嚴(yán)寒地區(qū)建筑保溫。

（二）缺乏專門針對(duì)客站熱舒適的評(píng)價(jià)指標(biāo)

從針對(duì)鐵路客站開展的熱舒適研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，由于鐵路客站內(nèi)人員具有短暫停留，活動(dòng)量大等特點(diǎn)，PMV-PPD指標(biāo)不適合用來評(píng)估鐵路客運(yùn)站室內(nèi)人員的熱舒適性，在今后針對(duì)鐵路客站熱舒適的研究中，應(yīng)當(dāng)采取更加科學(xué)的方法來對(duì)鐵路客站這一特殊類型建筑的室內(nèi)人員熱舒適進(jìn)行研究，以使研究成果更加科學(xué)。因此，尋求更好的方法成為鐵路客站熱舒適研究面臨的關(guān)鍵問題。

（三）較少關(guān)注使用者的環(huán)境自調(diào)節(jié)性

在鐵路客站熱舒適研究進(jìn)展梳理中發(fā)現(xiàn)，使用者在環(huán)境中的影響因素常被忽視。人處在一個(gè)環(huán)境中，并非被動(dòng)狀態(tài)，一定時(shí)間內(nèi)人們會(huì)采取例如增減衣服的方式來調(diào)節(jié)自己的熱舒適性。因此，對(duì)于鐵路客站的熱舒適研究不應(yīng)該是一個(gè)靜止的過程，而應(yīng)適當(dāng)考慮使用者的主觀適應(yīng)能力，對(duì)于熱舒適進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究分析，進(jìn)一步與鐵路客站節(jié)能結(jié)合。

結(jié)語

我國(guó)人口眾多，隨著高速鐵路的快速發(fā)展，越來越多的人將鐵路作為出行的首選，鐵路客站作為人們出行的必經(jīng)門檻，其熱舒適問題將會(huì)引起更多人的關(guān)注。對(duì)鐵路客站進(jìn)行熱舒適研究，將為鐵路建設(shè)的長(zhǎng)足健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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