国内外铁路客站室内环境热舒适性研究进展综述

杜晓辉 李晓波

[摘要]在我国，大多数的建筑室内环境热舒适性研究是关于住宅和办公建筑的，针对大型公共建筑的研究很有限。本文以铁路客站这一类型公共建筑为例，通过国内外文献梳理，从研究方法、研究角度、研究特点等方面进行归纳分析，研究成果为今后针对铁路客站开展室内环境热舒适方面的研究提供参考。

[关键词] 铁路客站；热舒适性；研究方法；研究进展

[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

[基金项目]本文系北京交通大学基本科研业务费人文社会科学专项基金资助项目“交通建筑太阳能一体化设计研究”（项目编号：2015JBWY015）阶段性成果。

我国的高速铁路发展自2008年京津城际通车运营开始，在过去近十年的时间里得到了快速发展（图1、2）。“十一五”期间，为了让我国高速铁路发展走上自主技术创新之路，科技部联合铁道部，开展了《中国高速列车自主创新联合行动计划》和“十一五”国家科技计划项目，建立了从政策、市场、企业等方面的綜合创新发展模式。“十二五”期间，从2011年开始，中国铁路固定资产投资增长2000多亿元，其中高速铁路领域得到较大比重的扶持，“十二五”是我国铁路发展步伐最快的五年，全国铁路营业总里程突破12万公里，在全球排名仅次于美国；其中高铁运营里程超过1.9 万公里，在铁路运营中的占比已达15.70%，至此，我国的“四纵四横”高铁主骨架基本建成，使得我国的各大城市，各个省市之间的联系更加紧密。[1]从“十三五”规划和最新《中长期铁路网规划》可以看到（图3），到了全面建成小康社会的2020年，一批重大的标志性项目将会落成，铁路网的总里程实现15万公里的突破，其中高速铁路要达到3万公里，覆盖全国80%以上的大城市，升级成为“八纵八横”的高铁骨架网[2]。

高速铁路的大快步发展，相应也会带来高铁站的大量建设，目前己经通车运行的高铁站达到500多个[3]。为了更好地展现城市形象，这些铁路客运站的建设投入了大量财力，室内光环境热舒适性得到较大提升，但与之相应的建筑能耗也有了很大增加。铁路客运站作为大跨度建筑的代表，对其进行热舒适性、节能研究将对大跨建筑类型具有深刻影响。

一、热舒适基础性理论研究

海外学者很早就开展了建筑室内热舒适方面的研究。Leonard hill爵士[4]提出了最早的热舒适指标，但是该指标未考虑空气湿度的影响，有其局限性。1923年，Houghton[5]和Yaglou[6]等人在研究湿度对空调建筑内人体热舒适影响时，将温度、湿度、舒适性三者相结合，提出了有效温度ET（Effective Temperature） ，但在低温条件下，湿度对人的热舒适性影响有效温度存在偏差，且未考虑皮肤湿润度的影响，后被新的有效温度指标所代替。文献[7-8]中，Fanger[8]在实验数据的基础上，发表了热舒适方程式，随后，Fanger等人以此为基础，发表了至今仍然被大家广泛使用的热舒适评价指标（PMV），它的科学性在于能够代表一个环境中绝大多数人的热感觉（由于人与人之间存在个体差异，因此PMV指标并不一定能够代表所有个人的感觉），这一指标被广泛应用于建筑环境热舒适性评价中[7]。Gagge[9-10]等人在有效温度里加入皮肤湿润度这一因素，得到了新有效温度ET，使得有效温度的概念更加科学化。

至此，对于热舒适有了全新的理解：一般是指人们对所处的周围环境所做出的冷热感觉主观满意度评价，主要包括物理方面、生理方面、心理方面三项内容，它是一个综合作用的结果。现在人们已经意识到，良好的室内热环境不仅有助于身体健康，而且还能够提高人们的工作效率，减少建筑空调运行等造成的能耗。因此，在基础性理论研究的基础上，国内外针对建筑室内环境热舒适性开展了广泛的研究，研究领域包括办公建筑、居住建筑、商业建筑等。在交通建筑领域，虽然国外热舒适性研究起步早，但由于国情原因，到目前为止学者对铁路客站热舒适的关注并不多。相对国外，我国学者对铁路客站的热舒适问题开展了较多的研究。

二、针对铁路客站开展的环境热舒适性研究

从研究方法和研究特点上来看，以采用现场客观物理环境测试和主观问卷调查相结合的方法居多，但后期分析研究所选用的方法却表现不同，主要分为两种类型：现场调查与数理统计方法；现场调查与计算机模拟方法。

（一）现场调查与数理统计相结合

针对铁路客站热环境，虽然学者们均基于现场测试和主观问卷调查收集数据，借助PMV-PPD指标来描述和评价热环境，但研究角度各不相同，主要分为四个方面：

1.客站热舒适性研究

Abbaspour M等人对德黑兰不同地区车站进行测试分析，包括空气温度、气流流速、空气相对湿度、空调现状以及客流，获得了231份有效数据，指出了德黑兰地铁站的热舒适满足人们的要求，但如果要让乘客的热舒适性更好，需使空调系统的能力加强[11]。Deb C等用半个月的时间现场测试了南印度夏天某大型铁路客站候车乘客的热舒适情况，通过主观问卷与客观热环境的测试，得出了中性温度，提出增加空气流动可以放大中性温度范围，在热感觉舒适性上，旅客表现出很强的适应能力 [12]。

2.客站节能潜力研究

余南阳等首次从气候分区的角度，研究了不同气候区铁路客站候车厅的热环境，指出乘客候车时间的长短对车站热舒适性的高低有一定的影响，建议根据铁路客站的规模大小等因素设定不同的热舒适性评价标准，做到建筑差异化对待，达到节能的目的[13]。毕海权等调研测试了汉口铁路客站候车厅在春季的热湿环境和乘客对热感觉的评价，指出了春季实测的适应温度区域比理论值要宽泛，春季铁路客站内用自然通风完全能满足旅客的热舒适性要求，这将大大降低铁路客站的能耗[14]。

3.客站热舒适指标

文献[15—21]中，余南阳、雷波、邓志辉、党睿、马卫武等人用同样方式调查研究了不同气候分区铁路客站的热舒适，得到了PMV模型和TSV模型，旅客的热中性温度，发现热感觉投票（TSV值）和計算预测的热平均投票（PMV）之间存在一定差异，原因为PMV—PPD指标是从人为与自然隔绝的实验室环境下得到，不适合用于铁路客站这类停留短暂、人员年龄差异大等特点的建筑。

西安工程大学狄育慧团队调研了西安铁路客站候车厅室内热环境舒适度，数据分析得到了旅客可接受的热舒适温度范围，但与ASHRAE标准相比要大一些，并指出原因为受试者采取较多的主动调节措施来使自身与热环境相适应，说明人的主观活动对所处环境热舒适具有很大影响；将建立的适应性模型与之前的国内外学者研究得出的适应性模型做对比，发现由于不同的地理环境、不同气候特征以及个体本身的不同，其系数和以往的研究成果之间存在差异，证明了铁路客站的适应性模型不可以采取固定公式的方式去研究；将得到的相应热环境参数，用RWI和PMV-PPD两个指标对测试环境的热舒适性进行分析计算和评价，提出RWI指标更适合评价铁路客站热舒适[22—24]。

4.客站使用者主观感受研究

马卫武等调查发现旅客的最大及最小热感觉投票（TSV值）存在较大差异，说明了不同的人即使在同一热环境中也会有不同的热感觉[21]。党睿等研究了中国寒冷地区过度季节高铁站候车厅的热舒适性，建立了合适的热舒适模型来预测乘客的热舒适，同时研究了旅客等候时间与热舒适性的关系，指出了随着等候时间的增加，在热舒适性的要求上旅客表现出更强的欲望[19—20]。文献[25—26]中，程明广、黄锰等调研测试了严寒地区铁路客站候车厅的热舒适性，对候车室冬季热舒适的影响因素进行了归纳和分类；发现随着候车时间的增加，旅客的心理焦躁使得对周围环境舒适性要求提高，说明了热舒适是人们的瞬时主观感受，是一个动态的过程；发现了当地人对室内比标准温度低的温度的忍受程度高于外地人，说明人在一个地区的适应性也会影响对热舒适的感觉，老人和小孩对热舒适的要求要高于其他年龄段的人。

（二）现场调查与计算机模拟方法

该方法是在上述研究方法的基础上，进一步采用软件模拟的技术手段，主要集中于室内通风、制冷的主动调节控制与节能关系方面。文献[27—29]中，余南阳、徐玉党、狄育慧等人借助软件模拟从通风气流的角度研究改善铁路客站的热舒适问题。余南阳等运用Fluent软件模拟改善铁路客站内部的热环境，提出了采用顶部机械通风方式的方式来有效改善室内热舒适的方法。徐玉党等利用Airpak、Fluent软件，研究了不同空调送风方案对人体热舒适的影响，通过对温度控制、PMV/PPD指标控制及与室内空气品质相关的CO2浓度和平均空气龄指标控制方面的比较分析，说明了采用座椅送风方案的优势，并提出了改变座椅风口的设计位置和送风参数的优化方案，以使人们的热舒适要求得到最好的保证。狄育慧等利用Airpak、DeST软件对西安铁路客站这一建成时间较早的建筑进行了热舒适研究，提出了一种通过改变回风口位置的方法来提高空调系统效率。

陈焰华等从动态热舒适的角度出发，应用Designbuilder、Airpak、Fluent软件，得出了定送风温差，变送风速度的送风方式所形成的流场热舒适特性要优于定送风速度、变送风温差的送风方式的流场热舒适特性，而且在节能方面也优于后者[30]。雷波等利用EnergyPlus软件对全国5个气候分区的相应铁路客站进行了热环境能耗模拟分析，结合车站的适应性模型，说明了在一些时段内完全可以采取自然通风的方式来满足乘客的热舒适要求，这大大说明了铁路客站具有很大的节能潜力 [31]。文献[32-33]利用Energyplus软件，在保证旅客热舒适的前提下，论证了适当提高空调温度来降低夏季高铁站空调能耗的科学性，指出了热舒适可以与建筑节能相结合进行研究。

三、目前铁路客站热舒适研究存在的问题

（一）设计研究中较少考虑地域气候性

从以上关于客站热舒适研究进展可以看出，地域性对建筑的热舒适具有一定的影响，不同的气候分区，人们的热舒适温度范围、热中性温度等方面有差异。但是，我国不同的气候分区之间的一些中小型铁路客站在设计上却存在“模块化”设计，未考虑地域性差异问题，这绝不利于铁路客站的热舒适。位于寒冷地区的河北高碑店东站与位于夏热冬冷地区的安徽无为站，虽然在地域气候的热工方面有很大差异，但从建筑立面上，却体现不出太大的差别。相反，哈尔滨西站（图4）和拉萨站充分考虑了地域性气候特点，很好地适应了哈尔滨的严寒气候和拉萨的寒冷气候。哈尔滨西站及北京南站顶部采光做了条状的处理，既满足了白天采光要求，又减少了玻璃面积，有利于严寒地区建筑保温。

（二）缺乏专门针对客站热舒适的评价指标

从针对铁路客站开展的热舒适研究进展发现，由于铁路客站内人员具有短暂停留，活动量大等特点，PMV-PPD指标不适合用来评估铁路客运站室内人员的热舒适性，在今后针对铁路客站热舒适的研究中，应当采取更加科学的方法来对铁路客站这一特殊类型建筑的室内人员热舒适进行研究，以使研究成果更加科学。因此，寻求更好的方法成为铁路客站热舒适研究面临的关键问题。

（三）较少关注使用者的环境自调节性

在铁路客站热舒适研究进展梳理中发现，使用者在环境中的影响因素常被忽视。人处在一个环境中，并非被动状态，一定时间内人们会采取例如增减衣服的方式来调节自己的热舒适性。因此，对于铁路客站的热舒适研究不应该是一个静止的过程，而应适當考虑使用者的主观适应能力，对于热舒适进行动态研究分析，进一步与铁路客站节能结合。

结语

我国人口众多，随着高速铁路的快速发展，越来越多的人将铁路作为出行的首选，铁路客站作为人们出行的必经门槛，其热舒适问题将会引起更多人的关注。对铁路客站进行热舒适研究，将为铁路建设的长足健康发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]智研咨询集团.2015-2020中国铁路建设市场调研及发展方向研究报告[R/OL].（2015-05-31）[2017-10-30].http：//www.chyxx.com/research/201506/323991.html.

[2]百度百科.八纵八横 [EB/OL].（2017-9-27）[2018-1-24]. https：//baike.baidu.com/item/%E5%85%AB%E7%BA%B5%E5%85%AB%E6%A8%AA/381491？fr=aladdin.

[3]火车票网.全国开通高铁的车站 （G字头）大全[EB/OL].[2017-10-30].http：//gaotie.huochepiao.com/gaotiezhan/.

[4] JAN F KREIDER，AIR RABL.Heating and Cooling of Building：Design for Efficiency[M].McGraw Hill，2003.

[5]L.巴赫基.房间的热微气候[M].傅忠诚，艾效逸，王天富，译.北京：中国建筑工业出版社，1993.

[6]魏润柏，徐文华.热环境[M].上海：同济大学出版社，1994.

[7]丁秀娟，胡钦华，奎山等.人体热舒适研究进展[J].东莞理工学院学报，2007（1）：43-47.

[8]FANGER P.O.Thermal Comfort[M].Copenhagen：Danish Technical Press，1970：110-133.

[9] GAGGE A P， STOLWIJK J A J， Nishi Y.An effective temperature scale based ona simple model of humanphysiological regulatory response[J]. ASHRAE Trans，1971，77：247-262.