基于高寒地域的公共座椅预热设计研究*

王子乔 薛 磊 赵光泽

（东北林业大学,黑龙江哈尔滨 150040）

公共座椅在人们的日常生活中扮演着一个很特殊的角色，在一定程度上他的受关注度不高，但是却可以切实影响到人们生活的幸福指数。作为一个在日常生活中随处可见的公共设施，由于城市人口密集以及商业或者休闲娱乐区域较多，公共座椅的使用也愈加频繁，属于一种使用频率较高的城市基础设施建设范畴。本文着重研究高寒地区公共座椅的相关问题，主要集中在座椅预加热以及外观随季节温度的相关改变，从而实现更加符合当代市民生活需求的基础设施建设理念，进一步提高人民的生活幸福指数。

由于公共座椅的制造中要考虑耐用等因素，所以过去常见的公共座椅选材和工艺大同小异，均是钢结构辅以部分木材为凳面或者板面，或者用工字钢、角钢完成一体铸形考虑到钢结构的导热性能以及高寒带的气候，冬季使用公共座椅的舒适程度大幅度降低，这就使此类公共设施使用频率受季节因素影响，降低了该类公共设施的实际使用效果。本文旨在提供一种切实可行的方案，实现高寒地区公共座椅自加热或预加热，便利冬季寒冷天气使用，同时增加“温变”的考虑因素，从感官上增加市民的使用意愿，从而提升公共设施的使用率。

一、高寒地区公共座椅的使用功能现状

我国南北方气候差异大，针对不同的地域，城市的户外公共设施应根据地方的需求制定相应的应对措施，实现相应的改变。北方地区天气寒冷，在冬季公共座椅的使用程度普遍不高；在雨雪频繁的月份，公共座椅便会出现积雨积雪的现象，雨雪融化后在零下极寒温度的促使下，座椅便会又结冰，这给人们的使用带来了极大的不便，同时也浪费了城市的公共资源。此类公共座椅在高寒地区的公共空间中随处可见，多为宽度短窄的木条拼接而成，既不能解决积雨积雪问题，也无法给人提供更舒适的公共空间环境；大大减少了人们在户外沟通，交流的机会，使城市缺少生活气息。

二、对于高寒地区公共设施（公共座椅）使用情况的分析

公共座椅的互动交流性功能格外重要，结合不同空间环境合理布局，用适宜的尺度结合美观的造型，选用环保且舒适的材料,这些在一定程度上都会从各种感官方面提高使用者与公共座椅的交互性。

人们在大部分情况中，是在需要放松休息的必要时候才会去选择公共座椅，例如：在工作日期间，出行人流量增大，商超、交通站台、公园等地的公共座椅使用频率便大幅增加；而在非高频时段，这些公共座椅便呈现闲置状态。同时在调查中也有人表示：即便在附近没有座椅的情况下，也会选择代替座椅的设施，或者席地而坐；只有极少数的人是因为公共座椅的独特吸引力才去选择主动体验。

如果为公共座椅加上预热温变装置，在寒冷的冬季为过路的行人带来色彩与温暖，那人们是否愿意坐下小憩呢？

三、高寒地区公共座椅居民调查分析及研究意义

（一）公共座椅使用情况及居民诉求调查分析

笔者在2021年7月份采取了线上问卷调查，共有113人有效填写，覆盖不同的年龄，身份，性别等，问卷的主要内容是对公共座椅的材质，存在问题，使用频率，改进期望等收集高喊地区居民的反馈。统计结果如图1、图2所示。

图1

图2

由此可见，公共座椅对人们的吸引度不高，在受调查群体中，选择去广场的居民只占了9.73%，而冬季公共座椅的使用频率仅有5.04%，可见被调查者比较偏向于家中休息，不愿意在户外度过，究其根本，是户外公共设施不够人性化，舒适化；公共座椅的单一色调在冬季清冷的环境中衬得更为冷清，色彩上给人的视觉效果更容易给人带来心理上的温暖舒适感，可见公共座椅的颜色，材质的创新度有待加强，而在功能方面，也不难看出人们对温变、环保方面要求较高，这也是适应城市经济发展的必然结果。最后根据本次的调查，大部分居民对公共座椅的改进要求是希望其更符合人体工程学的要求，具有自热，美观、实用等功能。

（二）研究意义

从生理方面，公共座椅的预热设计通过自动加热在很大程度上解决了冬季座椅寒冷，不能达到人的体感温度问题，进而给人们提供一个互动交流的空间，即使在冬季，也可使人们不再畏惧外出，为城市增添人文色彩及生活气息。

在心理方面，温变装置的设计通过冷暖色调的变幻，也可给人心理上的满足感，在色彩方面，冷暖色调会给人带来不一样的感官体验。据研究，色彩也具有一定的调节温度功效，不同的色彩带来的温度体验不尽相同。相关的研究成果表明，冷暖色调可以在人们心理层面上产生2℃至3℃的温度差。如：人们在看到蓝色、绿色等冷色调时，往往会感到寒冷；而橘色、黄色等暖色调能够营造出热切而又温暖的空间感。

温变装置正是基于在人的色彩心理学上对座椅进行改进，对于当代城市公共空间中的公共设施设计带来了极大的研究意义。

四、高寒地区公共座椅预热功能设计理念

（一）人与公共环境体系

在中国的领土范围内，属于高寒地区的部分有：黑龙江省北部、青藏高原、甘肃、内蒙古部分地区。其中大部分地区具有较为鲜明的民族特色，例如内蒙古地区对于颜色和图腾的信仰以及甘肃、青藏高原地区较为独特的风俗习惯，中国的民族较为丰富，尤其在这些少数民族聚居的地方有更加鲜明的文化特色，所以在设计公共座椅造型以及相关人体工程学考量时，要考虑到少数民族同胞在坐姿以及相关习惯的特殊性，以及对于文化的表达的诉求。在图案以及造型的设计上尽可能符合当地居民的心理预期，迎合所在区域的文化要求。

在哈尔滨的城市建设中，太阳岛内的几处售票点以冰雕或融化的雪堆造型进行装饰，又受到古代历史上“金”文化的影响，艺术形象更多关于大鱼等活动，符合哈尔滨市冰城的身份特点以及隐藏的金国首都的历史文化认同，迎合身份特征，同时由于哈尔滨在民国时期受俄罗斯建筑风格影响以及抗战时期防空洞，建设地铁及其出入口均有文化印记，符合当地文化风俗和大众认知，所以哈尔滨的公共设施建设明显优于鄂尔多斯，更受到欢迎，在调研中获得的反馈更加积极正向。

（二）人对公共环境的需求

在中国北部的高寒地区面临冬季温度极低，室外的基础设施难以使用的问题，导致公共设施在很大程度上属于荒废或半闲置状态，并没有真正起到服务市民的目标。

为了真正提高公共座椅的利用率，同时提供更好地使用体验，本文将根据高寒地带对于温度的相关诉求对公共座椅进行相关改进。

由于中国的高寒地带普遍类似青藏高原：拥有地形平坦开阔无高大植被遮挡对于太阳能的利用有极大便利的特点，为近零能耗公共建筑耦合供暖系统研究提供了充足的能源，利用太阳能储存以及其他能量产生、储存体系完全可以实现对座椅的预加热。

由于青藏高原等地具有独特的人口密集度以及充足的可再生能源，电能的储存技术手段更加多样，结合微管加热以及模块化更加精细的启动预热可以保证使用最小的能耗实现区域加热，通过模块化可以进一步降低能耗，使用算法计算集中加热区域进一步节约电能。

（三）公共座椅的服务性能角度

1.预热

针对预热功能的需求，可以采用玻璃纤维中编织碳纤维加热丝的方式提供解决方案，在该系统中增加温感和温控系统以及红外感应系统（藏于椅子背部），在冬季，感应到有人落座则主动加热，据可靠数据这种加热方式安全可靠，加上温控系统可以保证在10分钟内温度上升8℃，由于在空运中该项技术多用作飞机机翼除雪，所以其加热范围最大值高达42℃远超要预热增强舒适度的需求.

2.电力来源

本文中由于对于座椅使用了模块化设计，所以在各个模块之间，由于受到压力不同所以彼此之间的相对位置会发生一定程度的改变，所以为了充分利用这些能量，我们在可移动的模块四周装设摩擦电式能量收集装置，用来收集竖直位置关系上相对位移产生的能量,可以使用微流道的摩擦纳米发电机；同时由于近乎每一块模块都将在一定程度上由于受到压力变化导致的竖直位移，所以我们将在每一个模块底部安装压电式能量收集装置，例如：斯拉涡轮膨胀装置及回收压力能的发电装置将可以提供大量电能，更加充分利用各种由于人坐上该设备产生的能量。

鉴于本文服务区域的特殊性，大多拥有长光照、太阳高度角较大时间比较长、海拔高且晴朗天气较为充足的特性，增设太阳能补充电量。其中构建两个电力储藏仓，分别用来储存不加热时通过复合能量收集装置和太阳能收集的电能妥善储存，必要时可作为公共场所紧急避险电源使用。同时可以通过一定程度的电网供电辅助可以实现自身的电力循环和电力供应。

3.温变

使用一种温敏变色APET材料,其为APET共混制备包含聚乳酸包裹的温敏液晶微胶囊的APET母粒,可在10℃-45℃常见温度范围内获得颜色显示效果可获得温度显色范围在15-20℃左右显示红色、23-28℃左右显色绿色、33-39℃左右显色蓝色的效果,显色温度误差不超过3℃。与APET混合注塑后可制备各种薄膜、板材等形式的材料。考虑到预热及其他功能的实现，将该种APET材料制成薄膜覆盖每一个模块减少导热的能量损耗。该层材料使用后可以在一定程度上增强公共设施与人的互动性，色彩更加多变随着天气有不同的变化。

4.附加需求

由于高寒地区在冬季经常面临降雪，加热可能导致雪融化后的水渗入系统导致损坏和锈蚀，所以需要此设备中对模块进行相关的处理来符合地方需求

（1）防水：表面添加疏水涂层，使雨水或冰雪融化后不淤积在表面，可以快速留下，通过模块相关高度的调整构成排水表面，在这里选用表面疏水涂层形成疏水结构（基于气相法二氧化硅和聚二甲基硅氧烷构建超疏水自修复），该涂层有自洁功能，耐磨，自修复，耐冲刷，时效过后可以补刷，超疏水，可以实现现实应用。

（2）防锈蚀：对各个模块进行防锈蚀处理，对内部进行封闭处理，集中排线并尽可能保证排线位置位于模块底部

（3）耐挤压：对玻璃纤维进行进一步固化，增强其自身的物理性质，由于选材同样用在空运行业的机翼上（该加热层中将玻璃纤维和加热丝比例控制在3:1，同时连接温控系统），所以已经可以满足物理条件，通过温控系统使该座椅被使用时可以保持25℃-28℃，并在按下座椅模块后启动加热。

（4）耐低温、不导电：铺设绝缘层，防止由于漏电造成的意外事故。由于系统中涉及较多电力系统，所以在外结构选材上尽量保持与地面绝缘，在座椅周围的地面要进行相关的修改，铺设一定面积的塑胶基座，尽可能避免因为电力原因导致的事故

五、结语

城市发展水平、发展脉络和当地的地域人文特色可以从一个城市的景观设计中体现出来，而公共家具又作为城市公共景观的必要设施，为居民提供了一个互动交流，休憩娱乐的场所，同时也是增强人们互动感和体验感的功能性家具，因而也成了城市发展的重要载体和手段。以上通过对高寒地区的地域分析，以及对居民发放的问卷调查分析可以总结出在高寒地区人们对于公共座椅的需求主要体现在温度方面，高寒地区天气寒冷，为公共座椅增加预热功能在很大程度上提高了居民生活品质，适应设计以人为本的服务理念，营造与人文风貌相定位的舒适性，关爱性公共座椅，使其发展为符合市民期望，充满地域特色的公共景观，提升城市的整体形象，为城市发展助力。