供暖和制冷系統(tǒng)作為建筑運行中的主要能耗來源，占據(jù)了全社會總能耗的約30%。在中國邁向“雙碳”目標的進程中，如何在減少能耗的同時，維持室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度，成為亟待解決的問題。此外，合理的室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)不僅關乎人體的舒適性，還直接影響到工作效率。

在中國寒冷地區(qū)，辦公建筑中常見的供暖方式主要分為輻射供暖（如散熱器）和對流供暖（如空調(diào)系統(tǒng)）。這兩種供暖模式在運行原理上存在顯著差異：散熱器供暖是通過提供熱表面來維持室內(nèi)空氣溫度，其工作模式多為連續(xù)運行；而空調(diào)供暖則是通過熱風來調(diào)控室內(nèi)熱環(huán)境，具有快速加熱空氣的能力，通常以間歇模式運行。同時，二者在室內(nèi)熱環(huán)境設計標準上也有所不同。依據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》，在寒冷氣候區(qū)的冬季，散熱器供暖模式下的室內(nèi)設計空氣溫度允許比空調(diào)供暖模式低2 ℃。然而，國際標準ISO 7730：2005和ASHRAE 55-2020并未明確區(qū)分不同供暖模式下的室內(nèi)設計空氣溫度，而是將室內(nèi)空氣溫度限制在一個相對狹窄的范圍內(nèi)。

盡管國內(nèi)外已有關于輻射和對流供暖模式下人體熱舒適性的相關研究，但多數(shù)研究仍基于人工氣候室實驗，對于實際建筑環(huán)境中的供暖末端進行現(xiàn)場測試的研究相對匱乏。例如，Zhou等人從暴露時間的角度探討了地板供暖的熱舒適性，發(fā)現(xiàn)暴露時間對受試者的主觀感受和生理熱舒適性有顯著影響。王昭俊等人在模擬散熱器供暖的微氣候室中研究了人的熱反應變化規(guī)律，指出在較低溫度下，人們更易從心理上接受偏冷的環(huán)境，對室內(nèi)的偏好溫度也相應降低。Su等人則通過實驗對比了散熱器供暖與地板供暖對人體熱舒適的影響，發(fā)現(xiàn)不同供暖形式下的不對稱輻射溫度限值存在差異。另外，有研究發(fā)現(xiàn)散熱器供暖環(huán)境中豎直溫度梯度小，供暖效率高，且運行時無噪聲，但并未提供足夠證據(jù)表明散熱器供暖比空調(diào)供暖更為舒適。同時，也有研究發(fā)現(xiàn)，在散熱器供暖的建筑中，受訪者往往抱怨更多，因為他們幾乎感覺不到空氣流動。

綜上所述，不同供暖模式下人的熱舒適需求各不相同。雖然人工氣候室研究能夠精確控制環(huán)境參數(shù)，但僅反映了環(huán)境條件對人體熱舒適的單向影響，難以體現(xiàn)人在實際建筑中的適應行為和調(diào)節(jié)方式。隨著生活品質的提升，人們長時間處于室內(nèi)空氣溫度波動較小的環(huán)境中，這可能進一步改變了人們對環(huán)境的期望和需求。因此，對寒冷地區(qū)辦公建筑中不同供暖模式的熱環(huán)境進行實地調(diào)研顯得尤為重要，這有助于明確不同供暖模式對室內(nèi)熱環(huán)境及人體熱舒適需求的影響，并驗證現(xiàn)有標準中關于辦公建筑室內(nèi)溫度設計值在寒冷氣候區(qū)的適用性。

基于上述背景，筆者所在的課題組在西安市選取了10座辦公建筑，進行了大規(guī)模的實地調(diào)研測試。通過結合客觀物理環(huán)境參數(shù)的測量及辦公人群的主觀問卷調(diào)查，對比了不同供暖模式下室內(nèi)熱環(huán)境和人體熱舒適需求的差異，并將研究結果與以往研究及標準進行了對比，旨在為寒冷氣候區(qū)不同供暖模式下辦公建筑室內(nèi)熱環(huán)境的節(jié)能舒適設計和運行提供參考。

調(diào)研時間為2019年12月至2020年1月，為確保室外溫度的一致性，我們對不同供暖模式的辦公建筑同時進行了調(diào)研，調(diào)研時間覆蓋工作日的09:00至18:00。共選取10座辦公建筑，其中5座采用輻射供暖（散熱器），5座采用對流供暖（集中空調(diào)）。為保證調(diào)研的廣泛性，我們選取了不同朝向、樓層、面積、人員密度的辦公空間。調(diào)研場所均為開放式空間，面積在100至2000平方米之間。對于對流供暖系統(tǒng)，不同辦公樓的設定溫度范圍為20至23 ℃，運行時間為08:00至19:00；而散熱器供暖則采用連續(xù)運行模式。

在受試者方面，我們通過紙質問卷收集了其基本信息。本次調(diào)研共獲得1120份有效問卷，受試者年齡主要集中在24至40歲之間，男性610名（占比54.5%），女性510名（占比45.5%）。所有受試者均在當?shù)鼐幼〕^1年，已適應當?shù)貧夂颉?/span>

物理環(huán)境測試參數(shù)包括室內(nèi)空氣溫度（ta）、相對濕度（φ）、黑球溫度（tg）、空氣流速（v）、二氧化碳濃度（C）、不對稱輻射溫度（Δtpr）等，采樣頻率為每分鐘一次。測試設備均符合JGJ/T 347—2014《建筑熱環(huán)境測試方法標準》的要求。測試時，設備固定在架子上，放置在距離受試者0.5米的地方，ta、φ、tg在距地面0.1、0.6、1.1米三個高度處測量，v和C在距離地面1.1米高度處測量。

調(diào)查問卷內(nèi)容涵蓋受試者背景信息（如身高、體重、性別、前15分鐘活動狀態(tài)、服裝熱阻等）和主觀評價。熱感覺投票（TSV）采用ASHRAE 55-2020基礎上擴充的9級標尺；熱可接受度投票（TAV）、熱舒適投票（TCV）、熱偏好投票（TPV）、風速偏好投票（AMV）和濕度偏好投票（HPV）也分別設置了相應的投票范圍。

在數(shù)據(jù)處理方面，服裝熱阻參考ASHRAE 55-2020中推薦的服裝熱阻值，并增加0.1 clo作為辦公座椅的熱阻。代謝率則根據(jù)調(diào)查問卷中受試者的活動狀態(tài)參考ASHRAE 55-2020進行確定。本研究采用操作溫度top作為溫度指標，該指標反映了周圍空氣溫度ta和平均輻射溫度tr的綜合影響。預計平均熱感覺指數(shù)(PMV)的計算參考文獻。在結果分析中，選用t檢驗進行顯著性分析，并用P值判斷組間數(shù)據(jù)是否存在顯著差異性。

研究結果顯示，輻射供暖模式下室內(nèi)空氣溫度平均值（19.7 ℃）比對流供暖模式（23.5 ℃）低3.8 ℃，且存在顯著差異（P<0.001）。輻射供暖模式下的相對濕度顯著高于對流供暖模式，但兩種供暖模式均不能滿足冬季人體熱舒適需求，低于標準下限值。兩種供暖模式下室內(nèi)空氣流速均小于0.1 m/s；輻射供暖模式下室內(nèi)CO2平均濃度略高于對流供暖，但分別有78.0%（輻射供暖）和72.5%（對流供暖）的數(shù)據(jù)處于標準閾值范圍內(nèi)（<1000×10-6）。此外，兩種供暖模式下室內(nèi)平均輻射溫度與空氣溫度差異較小，可能是因為調(diào)研期間建筑內(nèi)表面已被空氣完全加熱。對流供暖模式下豎直溫差（頭部與腳部空氣溫度差值）大于輻射供暖模式，這主要是因為空調(diào)吹風位置位于建筑屋頂部分，導致上部溫度顯著高于地板溫度，進而造成更大的豎直溫差。

從主觀調(diào)查問卷來看，輻射供暖模式下TSV主要分布在-1（微涼）至1（微暖）之間，而對流供暖模式下受試者TSV處于偏暖側的比例達到了70%，說明兩種供暖模式下均存在室內(nèi)過熱的現(xiàn)象。盡管不同供暖模式下TSV分布不同，但TAV和TCV的分布相似，TAV主要集中在“剛剛可接受”和“可接受”范圍內(nèi)，這在一定程度上反映了人對熱環(huán)境的適應性。結合TSV結果來看，對流供暖模式下受試者偏暖的比例較大，因此不可接受投票的比例也較高。兩種供暖模式下熱偏好投票相似，約20%的受試者希望室內(nèi)溫度低一些，約60%的受試者希望室內(nèi)溫度不改變，仍有少部分受試者希望室內(nèi)溫度升高一些，說明冬季人們偏好偏暖的室內(nèi)熱環(huán)境。由于調(diào)研期間室內(nèi)空氣流速在0.2 m/s以下，因此超過40%的受試者希望室內(nèi)有更大的空氣流速。不同供暖模式下的濕度偏好差異不大，由于冬季室內(nèi)相對濕度過低，大多數(shù)受試者希望室內(nèi)濕度增大。

為進一步分析，我們采用Bin法，以0.5 ℃操作溫度為區(qū)間，將調(diào)研得到的受試者TSV和計算得到的PMV與室內(nèi)操作溫度進行加權線性回歸。結果顯示，所有線性回歸方程均表現(xiàn)出很強的正相關性。通過計算得出，輻射和對流供暖模式下的中性溫度分別為17.4 ℃和20.4 ℃，兩種供暖模式下中性溫度差大于GB 50736—2012中規(guī)定的溫度差（輻射供暖室內(nèi)設計空氣溫度允許比空調(diào)供暖模式低2 ℃）。對兩種供暖模式下受試者的TSV和操作溫度的回歸方程進行協(xié)方差分析，結果顯示兩條直線的斜率、截距均存在顯著性差異。此外，兩種供暖模式下實際中性溫度均低于預測值，說明PMV模型并不能很好地預測辦公建筑供暖環(huán)境下的實際熱感覺。

我們同樣采用相同的方法分析了每0.5 ℃操作溫度區(qū)間不可接受度投票占全部投票的百分比。結果顯示，輻射供暖模式下受試者80%可接受溫度下限為16.9 ℃，對流供暖模式下受試者80%可接受溫度上限為24.8 ℃。在輻射供暖模式下，80%可接受溫度下限低于GB 50736—2012中的供暖舒適區(qū)（18~24 ℃），表明該供暖模式下辦公建筑具有節(jié)能潛力。在對流供暖模式下，36.5%的室內(nèi)空氣溫度高于80%可接受溫度上限，說明該供暖模式下辦公建筑存在過熱現(xiàn)象，這與TSV調(diào)研結果一致。

我們還通過logistic回歸計算了兩種供暖模式下“希望暖一些”和“希望涼一些”隨操作溫度的變化。結果表明，輻射供暖和對流供暖模式下偏好溫度分別為20.6 ℃和21.2 ℃。受訪者的偏好溫度均高于中性溫度，說明受訪者冬季偏好中性偏暖的室內(nèi)熱環(huán)境。長期所處的室內(nèi)熱環(huán)境會影響人們的熱期望，因此，對于不同的供暖模式應建立不同的熱舒適評價標準。