既有城市軌道交通地上線站臺(tái)空間熱舒適優(yōu)化策略研究

李翔宇 劉一漩 李斯文 李然東

摘要：針對(duì)軌道交通地上站人群舒適度差的問(wèn)題，通過(guò)研究城市軌道交通地上站熱環(huán)境和熱舒適性情況，在節(jié)能的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的建筑熱工性能改造措施。以北京市地上站為例，著重選取其中五個(gè)典型的地上站，進(jìn)行人體熱舒適度滿意率問(wèn)卷調(diào)查和熱環(huán)境參數(shù)測(cè)試。調(diào)查顯示，導(dǎo)致地上站熱舒適度較差的最主要原因包括站臺(tái)截面尺度設(shè)計(jì)不當(dāng)、開(kāi)窗通風(fēng)設(shè)計(jì)不合理及圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺失遮陽(yáng)構(gòu)件等。進(jìn)而通過(guò)軟件模擬等方法，驗(yàn)證通過(guò)采取合理改造站臺(tái)截面尺度、天窗加置遮陽(yáng)構(gòu)件及改變側(cè)窗開(kāi)啟率等措施，對(duì)地上站內(nèi)部空間熱舒適度及能耗的改善是否有效。最終根據(jù)模擬結(jié)果形成適用于北京市軌道交通地上站的改善策略，并以13號(hào)線上地站為例，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)比優(yōu)化前后效果，以驗(yàn)證此策略是否對(duì)其現(xiàn)存問(wèn)題起到改善的作用。

關(guān)鍵詞：軌道交通地上站；熱舒適度；優(yōu)化分析；改造措施

Abstract： In response to the problem of poor comfort among people at above ground stations in urban rail transit， by studying the thermal environment and thermal comfort of above ground stations in urban rail transit， corresponding measures for building thermal performance improvement are proposed on the basis of energy conservation. Taking Beijing's above ground stations as an example， five typical above ground stations were selected to conduct a questionnaire survey on human thermal comfort satisfaction and thermal environment parameter testing. The survey shows that the main reasons for poor thermal comfort of above ground stations include improper design of platform cross-sectional dimensions， unreasonable design of window ventilation， and lack of shading components in the enclosure structure. Furthermore， through software simulation and other methods， it is verified whether the improvement of thermal comfort and energy consumption in the internal space of the above ground station is effective through measures such as reasonable modification of platform section size， installation of sunshade components in skylights， and change of side window opening rate. Finally， based on the simulation results， an improvement strategy suitable for the above ground station of Beijing's rail transit was developed. Taking the above ground station of Line 13 as an example， an optimization design scheme was used to compare the effects before and after optimization， in order to verify whether this strategy has improved its existing problems.

Keywords： above-ground station of rail transit; thermal comfort; optimization analysis; retrofit measures

近年來(lái)，地鐵由于其運(yùn)行速度快、載客量較大、環(huán)境污染小以及乘坐舒適方便等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為人們出行的首選交通方式，地鐵環(huán)境也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。地鐵站分為地上、地下線站，地上線站與地下線站相比，雖受地面建筑和規(guī)劃的限制，但由于造價(jià)低、建設(shè)周期短、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在地鐵規(guī)劃設(shè)計(jì)中被廣泛采用。然而，地上線站通常采用的輕質(zhì)復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅對(duì)溫度波動(dòng)變化抵抗能力較弱，也存在大量的熱橋?qū)釂?wèn)題。夏熱冬冷地區(qū)夏季漫長(zhǎng)，高溫高濕，候車區(qū)域人流量大、人員密集，熱環(huán)境通常較差，另一方面，站臺(tái)層與室外連通性強(qiáng)，采用自然通風(fēng)。其站臺(tái)開(kāi)放式的空間設(shè)計(jì)，不僅嚴(yán)重影響站內(nèi)候車環(huán)境與乘客的熱舒適感受，同時(shí)也增加了能源消耗。由此可見(jiàn)，對(duì)于地上線站進(jìn)行實(shí)際的調(diào)查分析并利用一定的建筑技術(shù)措施，改善其熱環(huán)境，提供令大多數(shù)乘客感到滿意的熱環(huán)境，尤為重要。

為節(jié)約能耗，地上車站一般只在站廳層設(shè)置空調(diào)，站臺(tái)采用自然通風(fēng)。為改善夏季站臺(tái)的熱環(huán)境，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從通風(fēng)和氣流組織、開(kāi)窗形式、建筑遮陽(yáng)等方面進(jìn)行了研究探討。

韓瑤在 2006 年對(duì)華南地區(qū)某地鐵線路地上車站進(jìn)行了研究，該車站站廳設(shè)置了空調(diào)系統(tǒng)，站臺(tái)設(shè)置了機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)三種不同的送風(fēng)方案采用相對(duì)熱指數(shù) RWI 對(duì)舒適度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。她認(rèn)為在夏季，地上站站臺(tái)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性不大，因地上站站臺(tái)設(shè)機(jī)械通風(fēng)對(duì)人的舒適感提高不明顯，因此可不設(shè)機(jī)械通風(fēng)，延用自然通風(fēng)方案即可[3]。2011 年，喬小博以西安地鐵 3 號(hào)線某地上車站為例，研究了直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)降溫在地上車站的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用意義。經(jīng)直接蒸發(fā)冷卻處理后送入站臺(tái)公共區(qū)的空氣溫度比處理前的室外空氣溫度6.5 ℃，處理后空氣相對(duì)濕度約 89%左右，有效改善熱環(huán)境。適用于我國(guó)北方等夏季炎熱干燥的地區(qū)，但對(duì)于高溫高濕的華南地區(qū)，并不十分有效[4]。

地上車站站臺(tái)層常設(shè)有可開(kāi)啟式天窗，一方面優(yōu)化站臺(tái)自然采光，另一方面可以有效排除頂部積蓄的熱量。2016 年，趙衛(wèi)平等人研究了廣州某地上站在自然通風(fēng)條件下天窗面積對(duì)站臺(tái)熱環(huán)境的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)天窗面積分別為 0 ㎡、16 ㎡和 32 ㎡時(shí)，室內(nèi)溫度差異僅有 0.2℃，對(duì)熱環(huán)境影響作用不大，但換氣次數(shù)比不開(kāi)天窗時(shí)分別增加 7% 和 9%[5]。

2015 年，崔蕾等以北京地鐵某典型車站為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)地鐵站內(nèi)部的熱環(huán)境進(jìn)行研究。通過(guò)在 PHOENICS 內(nèi)部建立計(jì)算模型得到：人員密集區(qū)會(huì)使人群周圍溫度升高約 1℃ ；站臺(tái)中間溫度值較高，約 24℃，升高約 4℃，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律相同；室外溫度對(duì)車站內(nèi)部的平均溫度起到?jīng)Q定性的作用[6]。關(guān)于地鐵熱環(huán)境的研究方法，在2004年，劉垚等系統(tǒng)闡述了地鐵熱環(huán)境測(cè)量的具體內(nèi)容和方法， 對(duì)地鐵熱環(huán)境的實(shí)際測(cè)量工作起到一定的建議和指導(dǎo)作用[7]。2008年，尹奎超等探討了天津地鐵站的空調(diào)運(yùn)行控制溫度及其隨室外溫度的變化趨勢(shì)，進(jìn)而分析了乘客進(jìn)出站過(guò)程中人體熱舒適隨RWI值的變化規(guī)律[8]。2014年，李偉華等對(duì)地鐵站不同季節(jié)、不同控制單元及一天內(nèi)不同時(shí)刻的熱舒適進(jìn)行調(diào)研，并提出三種不同的控制策略[9]。

早在 20 世紀(jì)初，歐洲一些學(xué)者就開(kāi)始了熱舒適的研究，其內(nèi)容主要包括進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，整理得到的數(shù)據(jù)并建立綜合的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立評(píng)價(jià)熱舒適的模型和評(píng)價(jià)熱環(huán)境的指標(biāo)等。1919 年，美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）在匹茲堡搭建了世界首個(gè)人工室內(nèi)氣候?qū)嶒?yàn)室，首次對(duì)人體熱舒適進(jìn)行測(cè)試，建立了新的熱舒適指標(biāo)——有效溫度（Effective Temperature，ET），并先后組織了 4 次大規(guī)模的熱舒適現(xiàn)場(chǎng)研究，其中 3 次均使用有效溫度作為熱舒適指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有很好的相關(guān)性。另外還提出一系列的熱舒適指標(biāo)，除了有效溫度，還包括新有效溫度（New Effective Temperature，NET）、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（Standard Effective Temperature，SET）和操作溫度 （Operative Temperature，OT）[10]。ASHRAE 通過(guò)大量試驗(yàn)提供了龐大的熱舒適相關(guān)數(shù)據(jù)，丹麥的 Fanger 教授在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì) 1269 名學(xué)生進(jìn)行了熱舒適測(cè)試，通過(guò)對(duì)受試 者冷熱感覺(jué)數(shù)據(jù)的分析，建立人體的熱平衡方程，提到了著名的熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)——預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià) PMV 和預(yù)測(cè)不滿意百分?jǐn)?shù) PPD[11]。1962 年，丹麥的 Macpherson 通過(guò)研究確定了影響人體熱舒適的六個(gè)因素：空氣溫度、空氣流速、相對(duì)濕度、平均輻射溫度、新陳代謝率和服裝熱阻[12]。

2006 年， Abbaspour M等對(duì)德黑蘭不同地區(qū)車站的熱環(huán)境參數(shù)、空調(diào)現(xiàn)狀以及客流進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)對(duì) 231 份有效數(shù)據(jù)的研究分析，德黑蘭地鐵站的熱舒適處于可接受的范圍[13]。2010 年，Deb C等對(duì)南印度某火車站夏季熱舒適進(jìn)行了調(diào)研，通過(guò)調(diào)查研究得到了火車站的中性溫度，及當(dāng)?shù)爻丝偷臒崾孢m容忍力和適應(yīng)性，同時(shí)，研究表明候車空間也會(huì)影響乘客的熱舒適[14]。2012 年，張峰等通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量及問(wèn)卷調(diào)查，得到昆明火車站過(guò)渡季節(jié)候車室內(nèi)的熱舒適性，并評(píng)價(jià)自然通風(fēng)方式能否達(dá)到熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)[15]。2018 年，高越以長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、哈爾濱候車空間為例，通過(guò)實(shí)地測(cè)量及問(wèn)卷調(diào)查，總結(jié)乘客的實(shí)際需求及建議，并提出解決方法[16]。

因此，本文針對(duì)北京的氣候特點(diǎn)，以北京市的軌道5 、13、15號(hào)線及八通線路站點(diǎn)為研究對(duì)象，進(jìn)行系統(tǒng)性的熱舒適現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作。采用現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)卷調(diào)查、實(shí)地測(cè)試相結(jié)合的研究方法，研究出其熱舒適度整體狀況，并分析出了地上線站熱舒適較差的原因。最后，結(jié)合綜合建筑調(diào)研、熱環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、乘客問(wèn)卷調(diào)查和模擬結(jié)果，分別針對(duì)站臺(tái)建筑形式、屋頂天窗、遮陽(yáng)設(shè)施、站廳側(cè)窗等方面提出具體的解決措施及綜合改造方案，且通過(guò) phoenics 軟件對(duì)提出的具體解決措施及綜合優(yōu)化方案進(jìn)行模擬對(duì)比。并以北京市規(guī)劃建設(shè)線路 13號(hào)線站點(diǎn)上地站為例，將其運(yùn)用到實(shí)際工程中，指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)。從而為地上線站熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的合理制定或進(jìn)一步完善提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1研究目的

針對(duì)北京的氣候特點(diǎn)，以北京市的軌道交通八通線、5、13、15號(hào)線路站點(diǎn)為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和問(wèn)卷調(diào)查相結(jié)合的方式，研究北京地鐵地上線站熱環(huán)境與人群熱舒適性，并對(duì)其提出優(yōu)化方案。研究結(jié)果可以為進(jìn)一步完善北京地鐵地上站站內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)提供真實(shí)可靠的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，并為推動(dòng)地鐵站建筑的節(jié)能舒適設(shè)計(jì)做出有價(jià)值的貢獻(xiàn)。

1.2調(diào)研對(duì)象

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研于2023年7、8月進(jìn)行，處于一年中最熱時(shí)段，選取北京市調(diào)研對(duì)象應(yīng)當(dāng)具有廣泛代表性，本文選取北京八通線的四惠東站、5號(hào)線的北苑路北站、13號(hào)線上地站、光熙門站，以及15號(hào)線孫河站進(jìn)行舒適度問(wèn)卷調(diào)查及熱環(huán)境參數(shù)測(cè)量。然后依據(jù)地上站所處地段、天窗形式、建筑截面、站臺(tái)圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)等因素，選取五個(gè)典型的地鐵地上站（ 孫河站、光熙門站、上地站、北苑路北站、四惠東站） 進(jìn)行具體分析，各項(xiàng)因素的對(duì)比分析見(jiàn)表 1。五個(gè)地鐵站分別在各項(xiàng)因素中形成對(duì)照，在不同條件下具有可對(duì)比性，并能夠涵蓋大部分站的各種類型。

1.3問(wèn)卷人員背景

在測(cè)量物理參數(shù)的同時(shí)，調(diào)查對(duì)象盡量選擇 18 至 60 周歲的健康人群，同時(shí)也要考慮到男女比例均衡、年齡分布均衡等因素。受試者中大部分為候車的行人。

1.4 調(diào)查問(wèn)卷內(nèi)容

人們對(duì)熱舒適的感受主要包括：熱感覺(jué)、濕度感覺(jué)、吹風(fēng)感、熱舒適性等等，各主觀評(píng)價(jià)分級(jí)如表 2 所列。

1.5 環(huán)境參數(shù)測(cè)試

本次測(cè)試的熱環(huán)境參數(shù)包括空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速，如表 3 所列。

1.6 調(diào)查方法及步驟

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研： 選取北京四條地上線，對(duì)地上站候車乘客進(jìn)行舒適度問(wèn)卷調(diào)查，并采用熱感覺(jué)投票作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成車站滿意率，研究北京地上站整體的熱感覺(jué)情況。選取其中五個(gè)典型的地鐵地上站在地鐵運(yùn)行高峰時(shí)間段（ 8： 00 － 20： 00） 的 13個(gè)小時(shí)中進(jìn)行測(cè)量分析，其中上地站有效問(wèn)卷36份，北苑路北站有效問(wèn)卷 37份，四惠站有效問(wèn)卷38份，光熙門站有效問(wèn)卷 36份、孫河站有效問(wèn)卷35份。其中每個(gè)車站發(fā)放問(wèn)卷40份，回收均在35份以上，共計(jì)194份，其中有效問(wèn)卷 182份。

1.7 通過(guò)云圖、數(shù)值模擬確定建筑節(jié)能優(yōu)化措施

為改善地上站站內(nèi)能耗及乘客舒適度，采用phoenics軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)建筑截面形式、天窗面積及開(kāi)啟率、遮陽(yáng)設(shè)施、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)等的優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比分析，確定應(yīng)該采取的措施。

1.8 將建筑節(jié)能優(yōu)化措施應(yīng)用到具體地上站

最終根據(jù)模擬結(jié)果形成適用于北京市軌道交通地上站的熱舒適改善設(shè)計(jì)策略，并以13號(hào)線的上地站為例，運(yùn)用設(shè)計(jì)策略內(nèi)容，對(duì)比改善設(shè)計(jì)前后熱舒適改善效果，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)策略對(duì)于熱舒適改善的影響。

2? 調(diào)查結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 熱環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)

在 2023 年夏季7、8月份典型天氣的7：00—9：00、13：00—15：00、17：30—19：30測(cè)試人員手持測(cè)試儀器對(duì)出入口、售票處、站廳、站臺(tái)的溫濕度、風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)并做好記錄。分別對(duì)北京八通線的四惠東站、5號(hào)線的北苑路北站、13號(hào)線的上地站、光熙門站，以及15號(hào)線孫河站的物理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)性地測(cè)量，將測(cè)量到的物理參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表4所列。

2.2. 問(wèn)卷調(diào)查

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到，五個(gè)車站在其測(cè)量時(shí)間范圍內(nèi)（ 8： 00 － 20： 00） ，站臺(tái)溫度在30. 6～42. 6 ℃。對(duì)五個(gè)典型車站，從乘客對(duì)空氣溫度、相對(duì)濕度、空氣流速滿意度進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)一步分析導(dǎo)致地上站熱舒適較差的原因，對(duì)地鐵地上站站臺(tái)的熱舒適影響因素進(jìn)行具體分析。

（1）上地站與光熙門站在除建筑截面尺度不同其余因素相同的情況下，上地站的溫度場(chǎng)較低，風(fēng)速較高，且上地站的滿意度高于光熙門站。所以站臺(tái)的截面尺度可能對(duì)內(nèi)部溫度風(fēng)速及人體舒適度有所影響。

（2）上地站與孫河站在除天窗開(kāi)窗方式不同，其余因素相同的情況下，上地站的溫度場(chǎng)與孫河站較高、風(fēng)速較低，且上地站的滿意度低于孫河站。所以站臺(tái)天窗開(kāi)窗方式可能對(duì)內(nèi)部溫度、風(fēng)速有所影響。

（3）北苑路北站與四惠站在除站臺(tái)是否加置遮陽(yáng)措施此方面不同，其余因素相同的情況下，通過(guò)對(duì)比北苑路北站及四惠東站兩組統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出受玻璃幕墻加遮陽(yáng)百葉的影響，四惠站站內(nèi)熱環(huán)境狀況明顯優(yōu)于北苑路北站。主要是因?yàn)榻ㄖ偃~遮擋住了室外大量太陽(yáng)光照，降低了太陽(yáng)輻射熱。因此，遮陽(yáng)措施對(duì)于改善地上站熱環(huán)境有明顯的優(yōu)化作用。

3? 軌道交通地上站熱舒適改善設(shè)計(jì)研究與模擬分析

3.1 設(shè)計(jì)研究基本問(wèn)題

由于北京13號(hào)線地上站采用基本一致的建筑設(shè)計(jì)模式，所以本文將建立以13號(hào)線地上站建筑設(shè)計(jì)模式為基礎(chǔ)、以上地站代表的初始模型，通過(guò)確定影響因素從建筑設(shè)計(jì)角度形成不同演變模型，以風(fēng)速場(chǎng)、溫度場(chǎng)和PMV 值的結(jié)果輸出為導(dǎo)向探究影響地上站乘客熱舒適的一般設(shè)計(jì)策略。

首先用 Phoenics 進(jìn)行模型驗(yàn)證，將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果作比較，初步分析影響地上站站臺(tái)舒適度因素。選擇上地站作為模型驗(yàn)證對(duì)象，原因有兩點(diǎn)。第一，上地站的形式代表了北京地區(qū)大多數(shù)地上車站的形式。第二，根據(jù)實(shí)測(cè)和問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果，上地站熱環(huán)境較為適宜，是比較適合北京地區(qū)的地上站形式。根據(jù)上地站實(shí)地調(diào)研和建筑圖紙，用Sketchup 軟件建模。

3.2 軌道交通地上站熱舒適影響因素與優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

通過(guò)結(jié)合前期地上站熱環(huán)境參數(shù)測(cè)量及舒適度問(wèn)卷得知，改善熱舒適需要優(yōu)化站內(nèi)風(fēng)速場(chǎng)和溫度場(chǎng)，涉及到站內(nèi)舒適度優(yōu)化的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含有站臺(tái)截面形狀、天窗可開(kāi)啟率與開(kāi)窗形式設(shè)計(jì)、透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)等。下面將從建筑設(shè)計(jì)的角度提出地上站熱舒適改善的優(yōu)化方案。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)與模擬分析

3.3.1 站臺(tái)截面設(shè)計(jì)

對(duì)于普遍半開(kāi)敞式地上站站臺(tái)的形態(tài)尺度設(shè)計(jì)主要是指截面設(shè)計(jì)，截面尺度的差異會(huì)使開(kāi)口處通風(fēng)量對(duì)站內(nèi)的熱環(huán)境產(chǎn)生較大影響。由于設(shè)計(jì)理念或站臺(tái)寬度標(biāo)準(zhǔn)的限制，站臺(tái)不同截面形狀或比例形成的異形復(fù)雜形體的設(shè)計(jì)考慮因素較為復(fù)雜，因此不予納入考慮范圍。

上地站站臺(tái)截面為拱形頂垂直于底面，如圖1。保持站臺(tái)原有寬度，依次改變站體截面高度，圖 2為凸字形，圖3為側(cè)墻垂直平屋頂，三組形成實(shí)驗(yàn)組1。模擬結(jié)果見(jiàn)表6。

根據(jù)表6模擬結(jié)果顯示，對(duì)兩種截面尺度的站臺(tái)與原方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)尺度最大的凸字形頂溫度場(chǎng)最低，但與原方案溫度差較小。而另一種矩形截面則出現(xiàn)了明顯的溫度提升。在風(fēng)速場(chǎng)變化時(shí)，凸字形頂站臺(tái)區(qū)的平均風(fēng)速提高較高，高達(dá)10.8％，矩形平屋頂在三種截面尺度中風(fēng)速最低。同時(shí)，根據(jù)PMV值的變化來(lái)看，凸字形頂站臺(tái)的熱舒適度有一定程度的改善，而平屋頂站臺(tái)空間的PMV值增大。因此，可以得出結(jié)論：截面尺度會(huì)影響站臺(tái)空間的熱舒適度，尺度越大，風(fēng)速越高，溫度越低。根據(jù)結(jié)果所示，為了改善熱舒適度，建議站臺(tái)夏季可保持原拱形截面，冬季則可通過(guò)人為加置頂棚來(lái)降低屋頂高度，減少進(jìn)風(fēng)量及提高室內(nèi)溫度，如圖3。

3.3.2 站臺(tái)天窗設(shè)計(jì)

從以上調(diào)研分析結(jié)果得知，站臺(tái)空間較強(qiáng)的太陽(yáng)光輻射是夏季熱環(huán)境和乘客舒適度較差問(wèn)題的主要原因之一，特別是11點(diǎn)到16點(diǎn)期間。目前的站臺(tái)采用的是縱向通長(zhǎng)長(zhǎng)形天窗，

面積約730㎡，天窗不可開(kāi)啟。站臺(tái)天窗設(shè)計(jì)包含三方面，一方面為天窗可開(kāi)啟面積設(shè)計(jì)，另一方面是天窗開(kāi)啟方式，最后為天窗遮陽(yáng)布置的設(shè)計(jì)。

（1）天窗開(kāi)窗面積

如表 4.8 所示，以原有730㎡天窗總面積為基準(zhǔn)，天窗形式，將天窗可開(kāi)啟面積比例分別設(shè)為原面積 60％和 40％，兩組組合方式形成組別2。

由表 8模擬結(jié)果得知，在天窗面積不變的情況下，夏季增大天窗開(kāi)窗面積對(duì)平均風(fēng)速值影響極小，可以忽略不計(jì)。反而會(huì)造成因增大開(kāi)窗面積導(dǎo)致太陽(yáng)光直射而帶來(lái)的站臺(tái)內(nèi)溫度升高問(wèn)題。冬季則會(huì)因開(kāi)口導(dǎo)致冷空氣注入，降低站內(nèi)溫度。所以冬夏都不適宜增加天窗開(kāi)窗面積。

（2）天窗開(kāi)窗設(shè)計(jì)

站臺(tái)原有天窗為縱向條形封閉天窗，優(yōu)化方案將天窗兩側(cè)加高，形成高側(cè)窗，如表9所示兩組組合方式組成組別3。模擬結(jié)果如表10 所示。

由表10所示，對(duì)比方案與原方案相比風(fēng)速提升了3.1%，平均溫度也有所降低，且Pmv值比原方案降低8.7%，變得更為舒適。上組實(shí)驗(yàn)中在天窗表面直接增大開(kāi)窗面積，不僅沒(méi)有對(duì)室內(nèi)舒適度起到改善作用，反而使得站臺(tái)內(nèi)溫度不斷升高。綜上實(shí)驗(yàn)表明，將天窗改為高側(cè)窗可以有效改善站臺(tái)風(fēng)場(chǎng)、提升熱舒適度。但基于上地站實(shí)際情況，設(shè)置高側(cè)窗將會(huì)產(chǎn)生較大成本。

（3）天窗遮陽(yáng)形式

有關(guān)研究顯示，水平面內(nèi)接收太陽(yáng)輻射量最多。這種情況對(duì)島式站臺(tái)影響最大，對(duì)于側(cè)式站臺(tái)而言，雖然乘客對(duì)停留區(qū)分布在站臺(tái)兩側(cè)，但是從天窗處輻射出的太陽(yáng)輻射仍站臺(tái)停留區(qū)內(nèi)的乘客造成不良影響。且調(diào)查問(wèn)卷中所反映出的問(wèn)題也符合客觀分析，乘客都認(rèn)為夏季站臺(tái)區(qū)內(nèi)太陽(yáng)光太強(qiáng)，因此地上站在天窗處進(jìn)行遮陽(yáng)設(shè)計(jì)對(duì)于改善站臺(tái)熱環(huán)境和提高乘客舒適度具有重要意義。如圖 4是針對(duì)站臺(tái)天窗的兩種遮陽(yáng)形式，普通遮陽(yáng)百葉為短向布置形式如圖 4.左圖所示，右圖為長(zhǎng)向百葉。

如圖 4所示，優(yōu)化方案在地上站的站臺(tái)天窗處加設(shè)了內(nèi)遮陽(yáng)百葉，模擬以上地站為原始模型，天窗加設(shè)短、長(zhǎng)向遮陽(yáng)百葉與原方案初始模型形成組別4，其模擬結(jié)果如表 11所示。

由表11模擬結(jié)果得知，站臺(tái)天窗加設(shè)遮陽(yáng)板對(duì)于站內(nèi)平均風(fēng)速值并無(wú)影響，而長(zhǎng)向百葉平均溫度降低 1.24℃，對(duì)于站臺(tái)區(qū)平均溫度的降低有明顯作用，溫度的降低使得平均 PMV值降低約 8.7％，有效改善了站內(nèi)熱舒適。與上組設(shè)置高側(cè)窗相比，兩者優(yōu)化后效果幾乎相同，又考慮到上地站實(shí)際情況，直接在現(xiàn)有天窗上加置長(zhǎng)向百葉比設(shè)置高側(cè)窗更加節(jié)約成本。

3.3.3 站臺(tái)側(cè)窗設(shè)計(jì)

（1）開(kāi)啟側(cè)窗

由于節(jié)約成本和美觀性需求，地上站站臺(tái)公共區(qū)側(cè)窗一般都采用集排煙、通風(fēng)、采光于一體的一體化窗。上地站站臺(tái)靠東一側(cè)為封閉玻璃墻，無(wú)法通風(fēng)且太陽(yáng)光大量直射，導(dǎo)致站臺(tái)內(nèi)溫度過(guò)高。設(shè)計(jì)策略將站臺(tái)一側(cè)封閉玻璃幕按不同面積比例開(kāi)窗，形成空氣對(duì)流，即增大有效通風(fēng)面積，能及時(shí)排出站內(nèi)大量熱量。

如表 12所示，以原有380㎡側(cè)窗總面積為基準(zhǔn)，將側(cè)窗可開(kāi)啟面積比例分別設(shè)置為 5％、20%、35%和 50％，五種組合方式形成組別5。模擬結(jié)果如表 13所示。

由表13模擬結(jié)果得知，站臺(tái)封閉玻璃幕開(kāi)啟側(cè)窗在20%的開(kāi)啟率內(nèi)效果較為明顯效果，平均溫度降低1.57℃。開(kāi)啟率再增大時(shí)，效果變化微弱，且增加成本。因此，在一定的開(kāi)啟率內(nèi)，會(huì)大大提升站內(nèi)平均風(fēng)速值，對(duì)于站臺(tái)區(qū)平均溫度的降低有明顯作用，有效改善了站內(nèi)熱舒適，證明開(kāi)啟站臺(tái)側(cè)窗大大提升乘客熱舒適。

（2）側(cè)窗加置百葉

上地站向外側(cè)為封閉玻璃幕，無(wú)遮陽(yáng)措施，導(dǎo)致太陽(yáng)光大量輻射至室內(nèi)，大大減弱乘客舒適感。

由表14模擬結(jié)果得知，側(cè)窗加百葉對(duì)風(fēng)速無(wú)影響，但可以大幅度降低站臺(tái)內(nèi)溫度，使站臺(tái)溫度下降高達(dá)1.37℃，PMV變化率高達(dá)16.2%。因此側(cè)窗加百葉對(duì)提升站臺(tái)空間舒適度極為有效。

3.3.4空調(diào)候車室設(shè)計(jì)

調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)大量的乘客希望采取空調(diào)措施，出于節(jié)能的考慮可單獨(dú)在站臺(tái)增設(shè)空調(diào)候車室。由于空調(diào)候車室乘客進(jìn)出頻率高，門扇開(kāi)合次數(shù)多，所以很難保證空間的密閉性，而且空調(diào)候車室一般都為玻璃幕墻圍合，隔熱性能也較差。因此單純使用空調(diào)降溫來(lái)保證良好的熱環(huán)境效果并不理想，可以結(jié)合吊扇一起使用，加強(qiáng)室內(nèi)空氣流動(dòng)。設(shè)置空調(diào)候車室時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1. 面積不宜過(guò)小，保證可以容納較多的乘客，以3m×6m左右為宜；

2. 高度不宜過(guò)高，過(guò)高的內(nèi)部空間會(huì)影響空調(diào)的使用效果，以2.8m左右為宜；

3. 保證空調(diào)候車室的數(shù)量，避免路途過(guò)長(zhǎng)影響乘客的使用；

4. 若空調(diào)候車室由玻璃幕墻圍合而成，應(yīng)做好遮陽(yáng)；

4? 上地站設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用

4.1上地站優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

該站為地面車站，整體式站廳、側(cè)式站臺(tái)設(shè)計(jì)，屋頂為拱形屋頂，站臺(tái)天窗面積約730㎡，天窗不可開(kāi)啟，為縱向通長(zhǎng)布置且無(wú)遮陽(yáng)措施；站臺(tái)側(cè)窗為封閉玻璃幕墻且無(wú)遮陽(yáng)措施。

上地站夏季可通過(guò)站體形式設(shè)計(jì)、站臺(tái)天窗遮陽(yáng)設(shè)計(jì)、站臺(tái)側(cè)窗開(kāi)啟率及遮陽(yáng)等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后方案如圖7所示。優(yōu)化方案可通過(guò)保留原拱形屋頂、站臺(tái)天窗面積不變，加置縱向內(nèi)遮陽(yáng)百葉構(gòu)件、在一定開(kāi)啟率內(nèi)增加站臺(tái)側(cè)窗開(kāi)窗面積及加置遮陽(yáng)百葉等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。

4.2上地站原方案與優(yōu)化方案對(duì)比分析

借助 Phoenics 軟件進(jìn)行模擬分析，保持模擬時(shí)間和其他環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)一致，得到原方案與優(yōu)化方案夏季站臺(tái)區(qū)模擬結(jié)果如表15所示。

結(jié)論：對(duì)比優(yōu)化模擬前后結(jié)果，對(duì)于夏季站臺(tái)其平均溫度降低 3.57℃，平均風(fēng)速提高了約11％，PMV 值降低 0.77，與實(shí)測(cè)情況相比均能達(dá)到相對(duì)較好的熱舒適改善效果。但在夏季最不利工況時(shí)，對(duì)于風(fēng)速場(chǎng)和舒適度的改善也還是比較有限，乘客在站臺(tái)的舒適度還較為差。因此，站臺(tái)設(shè)置空調(diào)室變得更為必要。

5? 結(jié)論：

本文通過(guò)對(duì)北京地鐵地上站舒適度狀況的調(diào)查，了解乘客的滿意程度，并提出相應(yīng)的節(jié)能改造措施，希望能為地鐵設(shè)計(jì)者提供一定的參考，為地鐵車站熱環(huán)境的改善以及乘客熱舒適性的提高提供幫助。主要結(jié)論：

1. 通過(guò)對(duì)北京地鐵地上站整體熱舒適調(diào)查得出：北京地鐵地上站整體熱舒適狀況較差，其中夏季地上站乘客滿意率較低，從地上站熱舒適改造建議投票看出，乘客對(duì)地鐵地上站改造欲望較為強(qiáng)烈。

2. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)熱環(huán)境測(cè)量及乘客舒適度問(wèn)卷調(diào)研分析得出，夏季地上站公共區(qū)域最不利位置為站臺(tái)處。夏季導(dǎo)致地上站熱舒適度滿意率較低的原因主要是空氣溫度。夏季正午時(shí)刻至下午陽(yáng)光照射最為強(qiáng)烈時(shí)段，為地上站熱舒適度最差時(shí)段，其次為早晚地鐵乘坐高峰時(shí)刻。

3.截面尺度會(huì)影響站臺(tái)空間的熱舒適度，尺度越大，風(fēng)速越高，溫度越低。根據(jù)結(jié)果所示，為了改善熱舒適度，建議站臺(tái)夏季可保持原拱形截面，冬季則可通過(guò)人為加置頂棚來(lái)降低屋頂高度，減少進(jìn)風(fēng)量及提高室內(nèi)溫度。

4.站臺(tái)天窗加設(shè)遮陽(yáng)板對(duì)于站內(nèi)平均風(fēng)速值并無(wú)影響，而長(zhǎng)向百葉平均溫度降低 1.24℃，對(duì)于站臺(tái)區(qū)平均溫度的降低有明顯作用，溫度的降低使得平均 PMV值降低約 8.7％，有效改善了站內(nèi)熱舒適。與設(shè)置高側(cè)窗相比，兩者優(yōu)化后效果幾乎相同，又考慮到上地站實(shí)際情況，直接在現(xiàn)有天窗上加置長(zhǎng)向百葉比設(shè)置高側(cè)窗更加節(jié)約成本。

5.由模擬結(jié)果得知，站臺(tái)封閉玻璃幕開(kāi)啟側(cè)窗在20%的開(kāi)啟率內(nèi)效果較為明顯效果，平均溫度降低1.57℃。開(kāi)啟率再增大時(shí)，效果變化微弱，且增加成本。因此，在一定的開(kāi)啟率內(nèi)，會(huì)大大提升站內(nèi)平均風(fēng)速值，對(duì)于站臺(tái)區(qū)平均溫度的降低有明顯作用，有效改善了站內(nèi)熱舒適，證明開(kāi)啟站臺(tái)側(cè)窗大大提升乘客熱舒適。且在側(cè)窗加百葉，雖然對(duì)風(fēng)速無(wú)影響，但可以大幅度降低站臺(tái)內(nèi)溫度，對(duì)提升站臺(tái)空間舒適度極為有效。

6.針對(duì)地上站本身的熱舒適問(wèn)題提出合理改造站臺(tái)截面尺度、天窗加置遮陽(yáng)構(gòu)件及改變側(cè)窗開(kāi)啟率等舒適改造措施，通過(guò)不同熱舒適改造方案的對(duì)比得出最佳的改造方案可將夏季平均溫度降低 3.57℃，平均風(fēng)速提高了約11％，PMV 值降低 0.77，與實(shí)測(cè)情況相比均能達(dá)到相對(duì)較好的熱舒適改善效果。但在夏季最不利工況時(shí)，對(duì)于風(fēng)速場(chǎng)和舒適度的改善也還是比較有限，乘客在站臺(tái)的舒適度還較為差。因此，站臺(tái)設(shè)置空調(diào)室變得更為必要。

希望本文研究的內(nèi)容和結(jié)論能夠?yàn)楹罄m(xù)進(jìn)一步的研究探索和實(shí)際操作提供一定指導(dǎo)幫助，也希望有越來(lái)越多的研究者能夠關(guān)注軌道交通類建筑的綠色生態(tài)化設(shè)計(jì)，關(guān)注使用者需求和舒適度感受，給使用者營(yíng)造一個(gè)安全、健康、舒適的站內(nèi)環(huán)境。

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