火車站候車廳夏季熱舒適性研究

徐子龍,狄育慧，江春陽，劉 穎

(1.西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安市西部抗震設(shè)計研究院，陜西 西安 710054)

引言

建筑環(huán)境與人體之間的交互關(guān)系是很復(fù)雜的，人們通過生理、心理以及行為對環(huán)境的刺激性反應(yīng)來維持和改善他們的幸福感[1]。在我國，已廣泛開展了關(guān)于建筑熱濕環(huán)境與人體熱舒適性方面的研究，但大多數(shù)是以住宅建筑和辦公建筑為主[2-5]，對于大型公共建筑尤其是火車站這類大型公共交通建筑的研究相對有限，且主要研究還集中在自然通風(fēng)的舒適性和氣流組織上，很少對火車站的熱舒適性及評價方法進(jìn)行針對性研究。然而此類建筑，由于具有空間跨度大、人員流動性大、設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，特別是室內(nèi)人員短暫停留等特點(diǎn)，使其在熱環(huán)境的研究方面，無法借用簡單民用建筑的研究成果。

西安火車站自1934年建成以來，還未曾有研究人員對其室內(nèi)熱環(huán)境狀況進(jìn)行過實(shí)測研究。但是，從筆者前期的走訪調(diào)查來看，候車大廳在熱舒適方面一直存在著諸多問題尚待解決，那么當(dāng)前候車廳的熱環(huán)境是否仍未達(dá)到乘客的要求呢？為此，筆者于2013年夏天對西安火車站候車大廳的熱環(huán)境進(jìn)行了現(xiàn)場測試和主觀調(diào)查問卷，旨在獲得西安火車站候車廳夏季空調(diào)環(huán)境下的熱舒適狀況，為改善候車廳熱環(huán)境，提高候車場所的舒適性提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方案

1.1 西安市氣候特征

西安屬溫暖帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春秋季時有連續(xù)陰雨。根據(jù)建筑氣候區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)，西安市屬于寒冷地區(qū)，位于關(guān)中平原中部，南依秦嶺山脈，北靠渭北荊山黃土塬。年平均氣溫13.6℃[6]，1月最冷，平均氣溫-0.5～1.3℃，7月最熱，平均氣溫26.3～27℃。

1.2 測試對象與測試時間

測試在西安火車站第一候車大廳內(nèi)進(jìn)行。測試時間為2013年7月至8月上旬，早上8∶00～12∶30，下午13∶00～18∶30，晚上19∶00～21∶30。在測試時間段內(nèi)對室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)進(jìn)行連續(xù)不間斷的測定。

1.3 測量參數(shù)選擇與測量儀器

本次測量的熱環(huán)境參數(shù)包括室外空氣干球溫度、濕球溫度；室內(nèi)空氣溫度、平均輻射溫度、相對濕度、空氣流速。室外空氣溫度與濕球溫度采用Testo174H溫濕度記錄儀測量，精度分別為±0.5℃和±3%。室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)采用SWEMA 3000多功能室內(nèi)氣流測量儀測量，空氣溫度在-10～50℃范圍內(nèi)時，精度±0.5℃；相對濕度在10%～90%范圍內(nèi)時，精度±1.6%；風(fēng)速在0.05～20m/s范圍內(nèi)時，精度±3℃。

1.4 測點(diǎn)選擇

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]，以及火車站人流密度大，儀器移動起來相對困難等問題，測量室內(nèi)空氣干濕球溫度、平均輻射溫度、風(fēng)速的測點(diǎn)選擇在候車大廳中央一點(diǎn)，距地面垂直高度0.6m，該高度代表一般人坐姿候車時的身體高度；室外空氣干濕球溫度的測點(diǎn)布置在無太陽直射、無穿堂風(fēng)影響，距離外墻約1m的地方，且測試儀器的探頭盡量遠(yuǎn)離測試人員以及從此處經(jīng)過的旅客，避免人員對儀器的干擾。

1.5 主觀問卷調(diào)查

在保證不打擾旅客候車的情況下，請受試者填寫問卷調(diào)查表并對候車廳熱環(huán)境進(jìn)行主觀評價，內(nèi)容包括：①受試者的背景信息(如性別、年齡、是否是常住人口等)；②調(diào)查時受試者的衣著情況；③調(diào)查時受試者的熱感覺，熱感覺投票值采用ASHRAE的七級指標(biāo)表示(+3很熱，+2熱、+1較熱、0適中、-1較冷、-2冷、-3很冷)[8]；④調(diào)查時受試者對此時室內(nèi)濕度、風(fēng)速以及對室內(nèi)熱環(huán)境總體滿意度的評價；⑤調(diào)查時受試者對此時熱環(huán)境期望度(以Preference標(biāo)度表示，-1較涼、0不變、1較暖)和接受程度(以接受、不接受表示)的調(diào)查等。

2 調(diào)查結(jié)果與分析

2.1 人員背景

測試期間共發(fā)放調(diào)查問卷570份，收回561份，回收率98.4%，其中有效問卷552份。人員背景統(tǒng)計結(jié)果見表1，受試者中男性348人(占63%)，女性204人(占37%)，男女比例約為7∶4。旅客的著裝情況一般為上身短袖/襯衣；下身短褲/長褲/裙襪+皮鞋/運(yùn)動鞋/涼鞋。每位受試者所穿服裝的熱阻值按照ASHRAE Standard 55-1992標(biāo)準(zhǔn)計算得出。

從表1可知，受試者大多處于坐姿輕微活動狀態(tài)，新陳代謝率取69.78M/W/m2。

2.2 實(shí)測數(shù)據(jù)與調(diào)查統(tǒng)計

2.2.1 室外環(huán)境參數(shù)

西安火車站室外空氣干球溫度、相對濕度的逐時變化測試記錄如圖1所示。由圖1可知，測試期間火車站室外最低氣溫為25.8℃，最高氣溫為36.5℃，差值超過了10℃；室外相對濕度變化幅度較大，最高為82.4%，最低為47.6%，平均值為57.6%。溫度和相對濕度是影響人體熱舒適性的兩個主要因素，乘客處在這種室外環(huán)境中還是可以接受的。

2.2.2 室內(nèi)環(huán)境

候車廳室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計見表2。其中ta為空氣溫度，φ為相對濕度，to為操作溫度，tr為輻射溫度，v為空氣流速。

表1 受試者背景資料統(tǒng)計表

樣本552最小值最大值平均值年齡(歲)男136531.2女216832.9服裝熱阻(clo)0.240.700.51新陳代謝率(M/W/m2)58.193.069.78居住城市本地192(34.8%)外地360(65.2%)活動水平坐姿輕微活動狀態(tài);走動

圖1 西安室外參數(shù)逐時變化圖

2.2.3 人體熱感覺問卷調(diào)查分析

根據(jù)ASHRAE的7級熱指標(biāo)，將現(xiàn)場問卷調(diào)查獲得的熱感覺投票值分為如下7個等級:冷(-3≤TSV≤-2)，比較冷(-2≤TSV≤-1),稍冷(-1≤TSV≤0)，適中(TSV=0)，稍熱(0≤TSV≤1)，比較熱(1≤TSV≤2)和熱(2≤TSV≤3)，再分別對本地與外來人員的熱感覺投票值(TSV)進(jìn)行統(tǒng)計整理，分布結(jié)果如表3所示。

由上表可以看出，夏季候車乘客中分別有35.4%和30%的本地、外地人員對候車環(huán)境有稍熱的感覺，所占比例最大，這與表2所得出的候車廳內(nèi)空氣溫度偏高有關(guān)；認(rèn)為候車廳熱感覺適中的本地和外地乘客分別為24.5%和19.7%；外地乘客有1.1%的人感覺比較冷，6.9%的人感覺稍冷，還有18.6%的人感覺熱；而本地乘客僅有3.1%的人感覺稍冷，14.1%的人感覺熱，并沒有冷和比較冷的感覺出現(xiàn)。總體來說，夏季西安火車站候車廳內(nèi)乘客對環(huán)境的感覺偏熱。在一定程度上也從側(cè)面說明本地乘客相對外地乘客對所處候車環(huán)境的忍耐性要更強(qiáng)一些，這可能是由于本地乘客對當(dāng)?shù)氐臍夂蚓哂辛艘欢ǖ倪m應(yīng)性。

表2 候車廳熱環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計

ta(℃)φ(%)to(℃)tr(℃)v(m/s)最小值24.554.224.524.10.036最大值32.565.832.232.10.292標(biāo)準(zhǔn)偏差1.133.241.131.120.02平均值28.657.528.628.40.132

表3 夏季西安火車站候車廳本地與外地人員熱感覺投票(TSV)分布頻率%

季節(jié)地域性-3～-2 -2～-1 -1～00 0～1 1～2 2～3夏季本地-- 3.124.535.422.9 14.1外地-1.16.919.7 3023.6 18.6

2.3 人體熱舒適性

火車站作為重要的公共建筑場所，具有人員流動性大、疏密反差大等特點(diǎn)，屬于不穩(wěn)定情況下的多變環(huán)境，也是人員短暫停留的過渡空間，因此評價指標(biāo)的選取對結(jié)果會有較大的影響。室內(nèi)操作溫度綜合考慮了環(huán)境空氣溫度和平均輻射溫度對人體熱感覺的影響，能更準(zhǔn)確的反映候車乘客對室內(nèi)環(huán)境的熱感覺，故本文采用室內(nèi)操作溫度作為評價候車環(huán)境的熱舒適指標(biāo)。

2.3.1 中性溫度與期望溫度

中性溫度是人體感覺不冷不熱時所對應(yīng)的溫度，它是表征人體熱舒適性的一個重要參數(shù)。通過對調(diào)查問卷中人們主觀熱感覺投票值的統(tǒng)計，以室內(nèi)操作溫度為自變量，以該溫度對應(yīng)的熱感覺投票值(TSV)為因變量進(jìn)行回歸分析處理，得到夏季火車站候車廳操作溫度與TSV的線性關(guān)系，如圖2所示。令線性回歸方程中的熱感覺投票值為零，得到火車廳夏季實(shí)際中性溫度為27.1℃(以操作溫度表示)。與國內(nèi)研究相比，高于嘉峪關(guān)站夏季候車室內(nèi)的26.9℃(可接受的溫度范圍為24.2～29.5℃)[9]，低于成都北站的27.376℃(可接受的溫度范圍為24.25～30.5℃)[10]，差異性的存在可能與當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?、人們的生活?xí)慣以及建筑的格局有關(guān)。

圖3為統(tǒng)計某一溫度區(qū)間內(nèi)(0.5℃為組距)，通過線性回歸得出的所期望的熱環(huán)境比當(dāng)時狀態(tài)更冷和更暖的人數(shù)的百分?jǐn)?shù)曲線，兩條直線的交點(diǎn)處所對應(yīng)的溫度即為期望溫度[11]。由此可以求出人們所期望的溫度約為27.68℃(以操作溫度表示)，比上述實(shí)測中性溫度高了0.58℃，這說明了中性溫度不一定是最令人們滿意的溫度，相反人若長期處于熱中性環(huán)境下，可能產(chǎn)生乏味、煩躁的心里。但兩者之間的差值并不大，且都低于候車廳的平均操作溫度，說明候車旅客普遍感覺室內(nèi)溫度偏高。

圖2 TSV與操作溫度的線性回歸

圖3 期望溫度的計算

2.3.2 熱接受率

利用熱感覺和熱期望投票值的相互影響考察人們對所處熱環(huán)境的接受情況。從表3可以看出，在(-1～1)區(qū)間的熱感覺投票率占總投票率的56.9%，43.1%的受試者投票值為+2或+3，有28.3%(投票為-1、0、1)的人期望溫度保持不變，而有63.2%的人期望再冷一點(diǎn)，可見本次調(diào)查的受試者所期望的溫度偏向于稍涼的那一側(cè)。適當(dāng)?shù)慕档秃蜍嚟h(huán)境的溫度將會帶來滿意度的提升。

表4 受試者熱感覺標(biāo)度與熱期望值統(tǒng)計

熱感覺標(biāo)度熱期望(%)再熱一點(diǎn)保持不變再冷一點(diǎn)熱(+3)017.982.1暖(+2)7.419.872.8稍暖(+1)1.424.574.1舒適(0)8.819.3 71.9稍涼(-1)23.857.119.1涼(-2) 000冷(-3) 000

統(tǒng)計各溫度下投票值在-1到1區(qū)間內(nèi)的受試者人數(shù)占總投票人數(shù)的百分比，然后將統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行回歸分析，即可估計出80%的人可接受的舒適區(qū)，如圖4所示。

圖4 熱接受率

ISO7730標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定[12]：80%的人員能夠接受的環(huán)境為熱舒適環(huán)境。從圖4中，以80%為界限，可以求出受試者可接受的熱環(huán)境的作用溫度范圍是24.45～30.6℃，比ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定夏季的舒適區(qū)的溫度ET＊的范圍22.8～26.1℃要寬很多，究其原因筆者認(rèn)為主要是旅客對西安火車站候車室熱環(huán)境的常年狀況在心里有了一定的準(zhǔn)備。另外，人們也采取了一些適應(yīng)性手段，包括減少衣服、喝水、扇風(fēng)等。

3 結(jié)論

1)夏季西安火車站候車廳內(nèi)的平均空氣溫度28.4℃，相對偏高?，F(xiàn)場問卷調(diào)查結(jié)果也表明本地和外地受試者普遍都有稍熱的感覺。同時，在對所處環(huán)境的忍耐程度上兩者存在一定的差異性，可見適應(yīng)性對人體熱舒適有著比較大的影響。

2)受試者的期望溫度為27.68℃(稍高于熱中性溫度)，說明熱中性溫度不一定是最舒適的狀態(tài)。其值都低于候車廳的平均操作溫度，且有63.2%的人期望所處環(huán)境能夠再冷一點(diǎn)，說明夏季西安火車站候車廳的室內(nèi)溫度偏高，適當(dāng)降低候車環(huán)境溫度將會帶來滿意度的提升。

3)80%的受試者可接受的作用溫度范圍24.45～30.6℃，比ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的夏季舒適區(qū)的溫度范圍要寬，說明受試者對所處氣候環(huán)境的適應(yīng)性，采取較多的主動調(diào)節(jié)措施來使自身與熱環(huán)境相適應(yīng)。

4)夏季西安火車站候車廳的空調(diào)負(fù)荷不能完全滿足熱舒適的要求，建議根據(jù)客流量的實(shí)際情況，給出不同工況下的空調(diào)負(fù)荷控制策略，以保證候車乘客的舒適性要求。

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