火车站候车厅夏季热舒适性研究

徐子龙,狄育慧，江春阳，刘 颖

(1.西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048；2.西安市西部抗震设计研究院，陕西 西安 710054)

引言

建筑环境与人体之间的交互关系是很复杂的，人们通过生理、心理以及行为对环境的刺激性反应来维持和改善他们的幸福感[1]。在我国，已广泛开展了关于建筑热湿环境与人体热舒适性方面的研究，但大多数是以住宅建筑和办公建筑为主[2-5]，对于大型公共建筑尤其是火车站这类大型公共交通建筑的研究相对有限，且主要研究还集中在自然通风的舒适性和气流组织上，很少对火车站的热舒适性及评价方法进行针对性研究。然而此类建筑，由于具有空间跨度大、人员流动性大、设备系统复杂，特别是室内人员短暂停留等特点，使其在热环境的研究方面，无法借用简单民用建筑的研究成果。

西安火车站自1934年建成以来，还未曾有研究人员对其室内热环境状况进行过实测研究。但是，从笔者前期的走访调查来看，候车大厅在热舒适方面一直存在着诸多问题尚待解决，那么当前候车厅的热环境是否仍未达到乘客的要求呢？为此，笔者于2013年夏天对西安火车站候车大厅的热环境进行了现场测试和主观调查问卷，旨在获得西安火车站候车厅夏季空调环境下的热舒适状况，为改善候车厅热环境，提高候车场所的舒适性提供科学依据。

1 研究方案

1.1 西安市气候特征

西安属温暖带半湿润大陆性季风气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春秋季时有连续阴雨。根据建筑气候区划分标准，西安市属于寒冷地区，位于关中平原中部，南依秦岭山脉，北靠渭北荆山黄土塬。年平均气温13.6℃[6]，1月最冷，平均气温-0.5～1.3℃，7月最热，平均气温26.3～27℃。

1.2 测试对象与测试时间

测试在西安火车站第一候车大厅内进行。测试时间为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。在测试时间段内对室内外环境参数进行连续不间断的测定。

1.3 测量参数选择与测量仪器

本次测量的热环境参数包括室外空气干球温度、湿球温度；室内空气温度、平均辐射温度、相对湿度、空气流速。室外空气温度与湿球温度采用Testo174H温湿度记录仪测量，精度分别为±0.5℃和±3%。室内热环境参数采用SWEMA 3000多功能室内气流测量仪测量，空气温度在-10～50℃范围内时，精度±0.5℃；相对湿度在10%～90%范围内时，精度±1.6%；风速在0.05～20m/s范围内时，精度±3℃。

1.4 测点选择

根据相关标准[7]，以及火车站人流密度大，仪器移动起来相对困难等问题，测量室内空气干湿球温度、平均辐射温度、风速的测点选择在候车大厅中央一点，距地面垂直高度0.6m，该高度代表一般人坐姿候车时的身体高度；室外空气干湿球温度的测点布置在无太阳直射、无穿堂风影响，距离外墙约1m的地方，且测试仪器的探头尽量远离测试人员以及从此处经过的旅客，避免人员对仪器的干扰。

1.5 主观问卷调查

在保证不打扰旅客候车的情况下，请受试者填写问卷调查表并对候车厅热环境进行主观评价，内容包括：①受试者的背景信息(如性别、年龄、是否是常住人口等)；②调查时受试者的衣着情况；③调查时受试者的热感觉，热感觉投票值采用ASHRAE的七级指标表示(+3很热，+2热、+1较热、0适中、-1较冷、-2冷、-3很冷)[8]；④调查时受试者对此时室内湿度、风速以及对室内热环境总体满意度的评价；⑤调查时受试者对此时热环境期望度(以Preference标度表示，-1较凉、0不变、1较暖)和接受程度(以接受、不接受表示)的调查等。

2 调查结果与分析

2.1 人员背景

测试期间共发放调查问卷570份，收回561份，回收率98.4%，其中有效问卷552份。人员背景统计结果见表1，受试者中男性348人(占63%)，女性204人(占37%)，男女比例约为7∶4。旅客的着装情况一般为上身短袖/衬衣；下身短裤/长裤/裙袜+皮鞋/运动鞋/凉鞋。每位受试者所穿服装的热阻值按照ASHRAE Standard 55-1992标准计算得出。

从表1可知，受试者大多处于坐姿轻微活动状态，新陈代谢率取69.78M/W/m2。

2.2 实测数据与调查统计

2.2.1 室外环境参数

西安火车站室外空气干球温度、相对湿度的逐时变化测试记录如图1所示。由图1可知，测试期间火车站室外最低气温为25.8℃，最高气温为36.5℃，差值超过了10℃；室外相对湿度变化幅度较大，最高为82.4%，最低为47.6%，平均值为57.6%。温度和相对湿度是影响人体热舒适性的两个主要因素，乘客处在这种室外环境中还是可以接受的。

2.2.2 室内环境

候车厅室内热环境参数统计见表2。其中ta为空气温度，φ为相对湿度，to为操作温度，tr为辐射温度，v为空气流速。

表1 受试者背景资料统计表

样本552最小值最大值平均值年龄(岁)男136531.2女216832.9服装热阻(clo)0.240.700.51新陈代谢率(M/W/m2)58.193.069.78居住城市本地192(34.8%)外地360(65.2%)活动水平坐姿轻微活动状态;走动

图1 西安室外参数逐时变化图

2.2.3 人体热感觉问卷调查分析

根据ASHRAE的7级热指标，将现场问卷调查获得的热感觉投票值分为如下7个等级:冷(-3≤TSV≤-2)，比较冷(-2≤TSV≤-1),稍冷(-1≤TSV≤0)，适中(TSV=0)，稍热(0≤TSV≤1)，比较热(1≤TSV≤2)和热(2≤TSV≤3)，再分别对本地与外来人员的热感觉投票值(TSV)进行统计整理，分布结果如表3所示。

由上表可以看出，夏季候车乘客中分别有35.4%和30%的本地、外地人员对候车环境有稍热的感觉，所占比例最大，这与表2所得出的候车厅内空气温度偏高有关；认为候车厅热感觉适中的本地和外地乘客分别为24.5%和19.7%；外地乘客有1.1%的人感觉比较冷，6.9%的人感觉稍冷，还有18.6%的人感觉热；而本地乘客仅有3.1%的人感觉稍冷，14.1%的人感觉热，并没有冷和比较冷的感觉出现。总体来说，夏季西安火车站候车厅内乘客对环境的感觉偏热。在一定程度上也从侧面说明本地乘客相对外地乘客对所处候车环境的忍耐性要更强一些，这可能是由于本地乘客对当地的气候具有了一定的适应性。

表2 候车厅热环境参数统计

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标准偏差1.133.241.131.120.02平均值28.657.528.628.40.132

表3 夏季西安火车站候车厅本地与外地人员热感觉投票(TSV)分布频率%

季节地域性-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 人体热舒适性

火车站作为重要的公共建筑场所，具有人员流动性大、疏密反差大等特点，属于不稳定情况下的多变环境，也是人员短暂停留的过渡空间，因此评价指标的选取对结果会有较大的影响。室内操作温度综合考虑了环境空气温度和平均辐射温度对人体热感觉的影响，能更准确的反映候车乘客对室内环境的热感觉，故本文采用室内操作温度作为评价候车环境的热舒适指标。

2.3.1 中性温度与期望温度

中性温度是人体感觉不冷不热时所对应的温度，它是表征人体热舒适性的一个重要参数。通过对调查问卷中人们主观热感觉投票值的统计，以室内操作温度为自变量，以该温度对应的热感觉投票值(TSV)为因变量进行回归分析处理，得到夏季火车站候车厅操作温度与TSV的线性关系，如图2所示。令线性回归方程中的热感觉投票值为零，得到火车厅夏季实际中性温度为27.1℃(以操作温度表示)。与国内研究相比，高于嘉峪关站夏季候车室内的26.9℃(可接受的温度范围为24.2～29.5℃)[9]，低于成都北站的27.376℃(可接受的温度范围为24.25～30.5℃)[10]，差异性的存在可能与当地的气候特征、人们的生活习惯以及建筑的格局有关。

图3为统计某一温度区间内(0.5℃为组距)，通过线性回归得出的所期望的热环境比当时状态更冷和更暖的人数的百分数曲线，两条直线的交点处所对应的温度即为期望温度[11]。由此可以求出人们所期望的温度约为27.68℃(以操作温度表示)，比上述实测中性温度高了0.58℃，这说明了中性温度不一定是最令人们满意的温度，相反人若长期处于热中性环境下，可能产生乏味、烦躁的心里。但两者之间的差值并不大，且都低于候车厅的平均操作温度，说明候车旅客普遍感觉室内温度偏高。

图2 TSV与操作温度的线性回归

图3 期望温度的计算

2.3.2 热接受率

利用热感觉和热期望投票值的相互影响考察人们对所处热环境的接受情况。从表3可以看出，在(-1～1)区间的热感觉投票率占总投票率的56.9%，43.1%的受试者投票值为+2或+3，有28.3%(投票为-1、0、1)的人期望温度保持不变，而有63.2%的人期望再冷一点，可见本次调查的受试者所期望的温度偏向于稍凉的那一侧。适当的降低候车环境的温度将会带来满意度的提升。

表4 受试者热感觉标度与热期望值统计

热感觉标度热期望(%)再热一点保持不变再冷一点热(+3)017.982.1暖(+2)7.419.872.8稍暖(+1)1.424.574.1舒适(0)8.819.3 71.9稍凉(-1)23.857.119.1凉(-2) 000冷(-3) 000

统计各温度下投票值在-1到1区间内的受试者人数占总投票人数的百分比，然后将统计结果进行回归分析，即可估计出80%的人可接受的舒适区，如图4所示。

图4 热接受率

ISO7730标准中规定[12]：80%的人员能够接受的环境为热舒适环境。从图4中，以80%为界限，可以求出受试者可接受的热环境的作用温度范围是24.45～30.6℃，比ASHRAE标准中规定夏季的舒适区的温度ET＊的范围22.8～26.1℃要宽很多，究其原因笔者认为主要是旅客对西安火车站候车室热环境的常年状况在心里有了一定的准备。另外，人们也采取了一些适应性手段，包括减少衣服、喝水、扇风等。

3 结论

1)夏季西安火车站候车厅内的平均空气温度28.4℃，相对偏高。现场问卷调查结果也表明本地和外地受试者普遍都有稍热的感觉。同时，在对所处环境的忍耐程度上两者存在一定的差异性，可见适应性对人体热舒适有着比较大的影响。

2)受试者的期望温度为27.68℃(稍高于热中性温度)，说明热中性温度不一定是最舒适的状态。其值都低于候车厅的平均操作温度，且有63.2%的人期望所处环境能够再冷一点，说明夏季西安火车站候车厅的室内温度偏高，适当降低候车环境温度将会带来满意度的提升。

3)80%的受试者可接受的作用温度范围24.45～30.6℃，比ASHRAE标准规定的夏季舒适区的温度范围要宽，说明受试者对所处气候环境的适应性，采取较多的主动调节措施来使自身与热环境相适应。

4)夏季西安火车站候车厅的空调负荷不能完全满足热舒适的要求，建议根据客流量的实际情况，给出不同工况下的空调负荷控制策略，以保证候车乘客的舒适性要求。

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