國內(nèi)外鐵路客站室內(nèi)環(huán)境熱舒適性研究進(jìn)展綜述

杜曉輝 李曉波

[摘要]在我國，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：2015JBWY015）階段性成果。

我國的高速鐵路發(fā)展自2008年京津城際通車運(yùn)營開始，在過去近十年的時間里得到了快速發(fā)展（圖1、2）。“十一五”期間，為了讓我國高速鐵路發(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《中國高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動計(jì)劃》和“十一五”國家科技計(jì)劃項(xiàng)目，建立了從政策、市場、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，中國鐵路固定資產(chǎn)投資增長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”是我國鐵路發(fā)展步伐最快的五年，全國鐵路營業(yè)總里程突破12萬公里，在全球排名僅次于美國；其中高鐵運(yùn)營里程超過1.9 萬公里，在鐵路運(yùn)營中的占比已達(dá)15.70%，至此，我國的“四縱四橫”高鐵主骨架基本建成，使得我國的各大城市，各個省市之間的聯(lián)系更加緊密。[1]從“十三五”規(guī)劃和最新《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》可以看到（圖3），到了全面建成小康社會的2020年，一批重大的標(biāo)志性項(xiàng)目將會落成，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80%以上的大城市，升級成為“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[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，對其進(jìn)行熱舒適性、節(jié)能研究將對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]等人在研究濕度對空調(diào)建筑內(nèi)人體熱舒適影響時，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，濕度對人的熱舒適性影響有效溫度存在偏差，且未考慮皮膚濕潤度的影響，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價(jià)指標(biāo)（PMV），它的科學(xué)性在于能夠代表一個環(huán)境中絕大多數(shù)人的熱感覺（由于人與人之間存在個體差異，因此PMV指標(biāo)并不一定能夠代表所有個人的感覺），這一指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于建筑環(huán)境熱舒適性評價(jià)中[7]。Gagge[9-10]等人在有效溫度里加入皮膚濕潤度這一因素，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，對于熱舒適有了全新的理解：一般是指人們對所處的周圍環(huán)境所做出的冷熱感覺主觀滿意度評價(jià)，主要包括物理方面、生理方面、心理方面三項(xiàng)內(nèi)容，它是一個綜合作用的結(jié)果?，F(xiàn)在人們已經(jīng)意識到，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，國內(nèi)外針對建筑室內(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，雖然國外熱舒適性研究起步早，但由于國情原因，到目前為止學(xué)者對鐵路客站熱舒適的關(guān)注并不多。相對國外，我國學(xué)者對鐵路客站的熱舒適問題開展了較多的研究。

二、針對鐵路客站開展的環(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)場客觀物理環(huán)境測試和主觀問卷調(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)場調(diào)查與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法；現(xiàn)場調(diào)查與計(jì)算機(jī)模擬方法。

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

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

1.客站熱舒適性研究

Abbaspour M等人對德黑蘭不同地區(qū)車站進(jìn)行測試分析，包括空氣溫度、氣流流速、空氣相對濕度、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等用半個月的時間現(xiàn)場測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)境的測試，得出了中性溫度，提出增加空氣流動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，指出乘客候車時間的長短對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價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，做到建筑差異化對待，達(dá)到節(jié)能的目的[13]。畢海權(quán)等調(diào)研測試了漢口鐵路客站候車廳在春季的熱濕環(huán)境和乘客對熱感覺的評價(jià)，指出了春季實(shí)測的適應(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)，說明人的主觀活動對所處環(huán)境熱舒適具有很大影響；將建立的適應(yīng)性模型與之前的國內(nèi)外學(xué)者研究得出的適應(yīng)性模型做對比，發(fā)現(xiàn)由于不同的地理環(huán)境、不同氣候特征以及個體本身的不同，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兩個指標(biāo)對測試環(huán)境的熱舒適性進(jìn)行分析計(jì)算和評價(jià)，提出RWI指標(biāo)更適合評價(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)境中也會有不同的熱感覺[21]。黨睿等研究了中國寒冷地區(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)測乘客的熱舒適，同時研究了旅客等候時間與熱舒適性的關(guān)系，指出了隨著等候時間的增加，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)研測試了嚴(yán)寒地區(qū)鐵路客站候車廳的熱舒適性，對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)隨著候車時間的增加，旅客的心理焦躁使得對周圍環(huán)境舒適性要求提高，說明了熱舒適是人們的瞬時主觀感受，是一個動態(tài)的過程；發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)厝藢κ覂?nèi)比標(biāo)準(zhǔn)溫度低的溫度的忍受程度高于外地人，說明人在一個地區(qū)的適應(yīng)性也會影響對熱舒適的感覺，老人和小孩對熱舒適的要求要高于其他年齡段的人。

（二）現(xiàn)場調(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)方案對人體熱舒適的影響，通過對溫度控制、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，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軟件對西安鐵路客站這一建成時間較早的建筑進(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軟件對全國5個氣候分區(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）缺乏專門針對客站熱舒適的評價(jià)指標(biāo)

從針對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，活動量大等特點(diǎn)，PMV-PPD指標(biāo)不適合用來評估鐵路客運(yùn)站室內(nèi)人員的熱舒適性，在今后針對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。人處在一個環(huán)境中，并非被動狀態(tài)，一定時間內(nèi)人們會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，對于鐵路客站的熱舒適研究不應(yīng)該是一個靜止的過程，而應(yīng)適當(dāng)考慮使用者的主觀適應(yīng)能力，對于熱舒適進(jìn)行動態(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，其熱舒適問題將會引起更多人的關(guān)注。對鐵路客站進(jìn)行熱舒適研究，將為鐵路建設(shè)的長足健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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