國內外鐵路客站室內環境熱舒適性研究進展綜述

杜曉輝 李曉波

[摘要]在我國，大多數的建筑室內環境熱舒適性研究是關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，通過國內外文獻梳理，從研究方法、研究角度、研究特點等方面進行歸納分析，研究成果為今后針對鐵路客站開展室內環境熱舒適方面的研究提供參考。

[關鍵詞] 鐵路客站；熱舒適性；研究方法；研究進展

[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

[基金項目]本文系北京交通大學基本科研業務費人文社會科學專項基金資助項目“交通建筑太陽能一體化設計研究”（項目編號：2015JBWY015）階段性成果。

我國的高速鐵路發展自2008年京津城際通車運營開始，在過去近十年的時間里得到了快速發展（圖1、2）。“十一五”期間，為了讓我國高速鐵路發展走上自主技術創新之路，科技部聯合鐵道部，開展了《中國高速列車自主創新聯合行動計劃》和“十一五”國家科技計劃項目，建立了從政策、市場、企業等方面的綜合創新發展模式。“十二五”期間，從2011年開始，中國鐵路固定資產投資增長2000多億元，其中高速鐵路領域得到較大比重的扶持，“十二五”是我國鐵路發展步伐最快的五年，全國鐵路營業總里程突破12萬公里，在全球排名僅次于美國；其中高鐵運營里程超過1.9 萬公里，在鐵路運營中的占比已達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，各個省市之間的聯系更加緊密。[1]從“十三五”規劃和最新《中長期鐵路網規劃》可以看到（圖3），到了全面建成小康社會的2020年，一批重大的標志性項目將會落成，鐵路網的總里程實現15萬公里的突破，其中高速鐵路要達到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[2]。

高速鐵路的大快步發展，相應也會帶來高鐵站的大量建設，目前己經通車運行的高鐵站達到500多個[3]。為了更好地展現城市形象，這些鐵路客運站的建設投入了大量財力，室內光環境熱舒適性得到較大提升，但與之相應的建筑能耗也有了很大增加。鐵路客運站作為大跨度建筑的代表，對其進行熱舒適性、節能研究將對大跨建筑類型具有深刻影響。

一、熱舒適基礎性理論研究

海外學者很早就開展了建筑室內熱舒適方面的研究。Leonard hill爵士[4]提出了最早的熱舒適指標，但是該指標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建筑內人體熱舒適影響時，將溫度、濕度、舒適性三者相結合，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所代替。文獻[7-8]中，Fanger[8]在實驗數據的基礎上，發表了熱舒適方程式，隨后，Fanger等人以此為基礎，發表了至今仍然被大家廣泛使用的熱舒適評價指標（PMV），它的科學性在于能夠代表一個環境中絕大多數人的熱感覺（由于人與人之間存在個體差異，因此PMV指標并不一定能夠代表所有個人的感覺），這一指標被廣泛應用于建筑環境熱舒適性評價中[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境所做出的冷熱感覺主觀滿意度評價，主要包括物理方面、生理方面、心理方面三項內容，它是一個綜合作用的結果。現在人們已經意識到，良好的室內熱環境不僅有助于身體健康，而且還能夠提高人們的工作效率，減少建筑空調運行等造成的能耗。因此，在基礎性理論研究的基礎上，國內外針對建筑室內環境熱舒適性開展了廣泛的研究，研究領域包括辦公建筑、居住建筑、商業建筑等。在交通建筑領域，雖然國外熱舒適性研究起步早，但由于國情原因，到目前為止學者對鐵路客站熱舒適的關注并不多。相對國外，我國學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境熱舒適性研究

從研究方法和研究特點上來看，以采用現場客觀物理環境測試和主觀問卷調查相結合的方法居多，但后期分析研究所選用的方法卻表現不同，主要分為兩種類型：現場調查與數理統計方法；現場調查與計算機模擬方法。

（一）現場調查與數理統計相結合

針對鐵路客站熱環境，雖然學者們均基于現場測試和主觀問卷調查收集數據，借助PMV-PPD指標來描述和評價熱環境，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車站進行測試分析，包括空氣溫度、氣流流速、空氣相對濕度、空調現狀以及客流，獲得了231份有效數據，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，需使空調系統的能力加強[11]。Deb C等用半個月的時間現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，旅客表現出很強的適應能力 [12]。

2.客站節能潛力研究

余南陽等首次從氣候分區的角度，研究了不同氣候區鐵路客站候車廳的熱環境，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，建議根據鐵路客站的規模大小等因素設定不同的熱舒適性評價標準，做到建筑差異化對待，達到節能的目的[13]。畢海權等調研測試了漢口鐵路客站候車廳在春季的熱濕環境和乘客對熱感覺的評價，指出了春季實測的適應溫度區域比理論值要寬泛，春季鐵路客站內用自然通風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

文獻[15—21]中，余南陽、雷波、鄧志輝、黨睿、馬衛武等人用同樣方式調查研究了不同氣候分區鐵路客站的熱舒適，得到了PMV模型和TSV模型，旅客的熱中性溫度，發現熱感覺投票（TSV值）和計算預測的熱平均投票（PMV）之間存在一定差異，原因為PMV—PPD指標是從人為與自然隔絕的實驗室環境下得到，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的建筑。

西安工程大學狄育慧團隊調研了西安鐵路客站候車廳室內熱環境舒適度，數據分析得到了旅客可接受的熱舒適溫度范圍，但與ASHRAE標準相比要大一些，并指出原因為受試者采取較多的主動調節措施來使自身與熱環境相適應，說明人的主觀活動對所處環境熱舒適具有很大影響；將建立的適應性模型與之前的國內外學者研究得出的適應性模型做對比，發現由于不同的地理環境、不同氣候特征以及個體本身的不同，其系數和以往的研究成果之間存在差異，證明了鐵路客站的適應性模型不可以采取固定公式的方式去研究；將得到的相應熱環境參數，用RWI和PMV-PPD兩個指標對測試環境的熱舒適性進行分析計算和評價，提出RWI指標更適合評價鐵路客站熱舒適[22—24]。

4.客站使用者主觀感受研究

馬衛武等調查發現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境中也會有不同的熱感覺[21]。黨睿等研究了中國寒冷地區過度季節高鐵站候車廳的熱舒適性，建立了合適的熱舒適模型來預測乘客的熱舒適，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出更強的欲望[19—20]。文獻[25—26]中，程明廣、黃錳等調研測試了嚴寒地區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行了歸納和分類；發現隨著候車時間的增加，旅客的心理焦躁使得對周圍環境舒適性要求提高，說明了熱舒適是人們的瞬時主觀感受，是一個動態的過程；發現了當地人對室內比標準溫度低的溫度的忍受程度高于外地人，說明人在一個地區的適應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）現場調查與計算機模擬方法

該方法是在上述研究方法的基礎上，進一步采用軟件模擬的技術手段，主要集中于室內通風、制冷的主動調節控制與節能關系方面。文獻[27—29]中，余南陽、徐玉黨、狄育慧等人借助軟件模擬從通風氣流的角度研究改善鐵路客站的熱舒適問題。余南陽等運用Fluent軟件模擬改善鐵路客站內部的熱環境，提出了采用頂部機械通風方式的方式來有效改善室內熱舒適的方法。徐玉黨等利用Airpak、Fluent軟件，研究了不同空調送風方案對人體熱舒適的影響，通過對溫度控制、PMV/PPD指標控制及與室內空氣品質相關的CO2濃度和平均空氣齡指標控制方面的比較分析，說明了采用座椅送風方案的優勢，并提出了改變座椅風口的設計位置和送風參數的優化方案，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行了熱舒適研究，提出了一種通過改變回風口位置的方法來提高空調系統效率。

陳焰華等從動態熱舒適的角度出發，應用Designbuilder、Airpak、Fluent軟件，得出了定送風溫差，變送風速度的送風方式所形成的流場熱舒適特性要優于定送風速度、變送風溫差的送風方式的流場熱舒適特性，而且在節能方面也優于后者[30]。雷波等利用EnergyPlus軟件對全國5個氣候分區的相應鐵路客站進行了熱環境能耗模擬分析，結合車站的適應性模型，說明了在一些時段內完全可以采取自然通風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能潛力 [31]。文獻[32-33]利用Energyplus軟件，在保證旅客熱舒適的前提下，論證了適當提高空調溫度來降低夏季高鐵站空調能耗的科學性，指出了熱舒適可以與建筑節能相結合進行研究。

三、目前鐵路客站熱舒適研究存在的問題

（一）設計研究中較少考慮地域氣候性

從以上關于客站熱舒適研究進展可以看出，地域性對建筑的熱舒適具有一定的影響，不同的氣候分區，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之間的一些中小型鐵路客站在設計上卻存在“模塊化”設計，未考慮地域性差異問題，這絕不利于鐵路客站的熱舒適。位于寒冷地區的河北高碑店東站與位于夏熱冬冷地區的安徽無為站，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，很好地適應了哈爾濱的嚴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，有利于嚴寒地區建筑保溫。

（二）缺乏專門針對客站熱舒適的評價指標

從針對鐵路客站開展的熱舒適研究進展發現，由于鐵路客站內人員具有短暫停留，活動量大等特點，PMV-PPD指標不適合用來評估鐵路客運站室內人員的熱舒適性，在今后針對鐵路客站熱舒適的研究中，應當采取更加科學的方法來對鐵路客站這一特殊類型建筑的室內人員熱舒適進行研究，以使研究成果更加科學。因此，尋求更好的方法成為鐵路客站熱舒適研究面臨的關鍵問題。

（三）較少關注使用者的環境自調節性

在鐵路客站熱舒適研究進展梳理中發現，使用者在環境中的影響因素常被忽視。人處在一個環境中，并非被動狀態，一定時間內人們會采取例如增減衣服的方式來調節自己的熱舒適性。因此，對于鐵路客站的熱舒適研究不應該是一個靜止的過程，而應適當考慮使用者的主觀適應能力，對于熱舒適進行動態研究分析，進一步與鐵路客站節能結合。

結語

我國人口眾多，隨著高速鐵路的快速發展，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門檻，其熱舒適問題將會引起更多人的關注。對鐵路客站進行熱舒適研究，將為鐵路建設的長足健康發展奠定堅實基礎。

參考文獻

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