供暖和制冷系統(tǒng)作為建筑運(yùn)行中的主要能耗來源，占據(jù)了全社會(huì)總能耗的約30%。在中國(guó)邁向“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中，如何在減少能耗的同時(shí)，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(guān)乎人體的舒適性，還直接影響到工作效率。

在中國(guó)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(duì)流供暖（如空調(diào)系統(tǒng)）。這兩種供暖模式在運(yùn)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(yùn)行；而空調(diào)供暖則是通過熱風(fēng)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(yùn)行。同時(shí)，二者在室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上也有所不同。依據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)空氣溫度允許比空調(diào)供暖模式低2 ℃。然而，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)空氣溫度，而是將室內(nèi)空氣溫度限制在一個(gè)相對(duì)狹窄的范圍內(nèi)。

盡管國(guó)內(nèi)外已有關(guān)于輻射和對(duì)流供暖模式下人體熱舒適性的相關(guān)研究，但多數(shù)研究仍基于人工氣候室實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)際建筑環(huán)境中的供暖末端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的研究相對(duì)匱乏。例如，Zhou等人從暴露時(shí)間的角度探討了地板供暖的熱舒適性，發(fā)現(xiàn)暴露時(shí)間對(duì)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(yīng)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(duì)室內(nèi)的偏好溫度也相應(yīng)降低。Su等人則通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比了散熱器供暖與地板供暖對(duì)人體熱舒適的影響，發(fā)現(xiàn)不同供暖形式下的不對(duì)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(yùn)行時(shí)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(shí)，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?yàn)樗麄儙缀醺杏X不到空氣流動(dòng)。

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(duì)人體熱舒適的單向影響，難以體現(xiàn)人在實(shí)際建筑中的適應(yīng)行為和調(diào)節(jié)方式。隨著生活品質(zhì)的提升，人們長(zhǎng)時(shí)間處于室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)較小的環(huán)境中，這可能進(jìn)一步改變了人們對(duì)環(huán)境的期望和需求。因此，對(duì)寒冷地區(qū)辦公建筑中不同供暖模式的熱環(huán)境進(jìn)行實(shí)地調(diào)研顯得尤為重要，這有助于明確不同供暖模式對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境及人體熱舒適需求的影響，并驗(yàn)證現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于辦公建筑室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)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(jìn)行了大規(guī)模的實(shí)地調(diào)研測(cè)試。通過結(jié)合客觀物理環(huán)境參數(shù)的測(cè)量及辦公人群的主觀問卷調(diào)查，對(duì)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(jié)果與以往研究及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)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(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考。

調(diào)研時(shí)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(duì)不同供暖模式的辦公建筑同時(shí)進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研時(shí)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(duì)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(chǎng)所均為開放式空間，面積在100至2000平方米之間。對(duì)于對(duì)流供暖系統(tǒng)，不同辦公樓的設(shè)定溫度范圍為20至23 ℃，運(yùn)行時(shí)間為08:00至19:00；而散熱器供暖則采用連續(xù)運(yùn)行模式。

在受試者方面，我們通過紙質(zhì)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(dāng)?shù)鼐幼〕^1年，已適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颉?/span>

物理環(huán)境測(cè)試參數(shù)包括室內(nèi)空氣溫度（ta）、相對(duì)濕度（φ）、黑球溫度（tg）、空氣流速（v）、二氧化碳濃度（C）、不對(duì)稱輻射溫度（Δtpr）等，采樣頻率為每分鐘一次。測(cè)試設(shè)備均符合JGJ/T 347—2014《建筑熱環(huán)境測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求。測(cè)試時(shí)，設(shè)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(gè)高度處測(cè)量，v和C在距離地面1.1米高度處測(cè)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(dòng)狀態(tài)、服裝熱阻等）和主觀評(píng)價(jià)。熱感覺投票（TSV）采用ASHRAE 55-2020基礎(chǔ)上擴(kuò)充的9級(jí)標(biāo)尺；熱可接受度投票（TAV）、熱舒適投票（TCV）、熱偏好投票（TPV）、風(fēng)速偏好投票（AMV）和濕度偏好投票（HPV）也分別設(shè)置了相應(yīng)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(dòng)狀態(tài)參考ASHRAE 55-2020進(jìn)行確定。本研究采用操作溫度top作為溫度指標(biāo)，該指標(biāo)反映了周圍空氣溫度ta和平均輻射溫度tr的綜合影響。預(yù)計(jì)平均熱感覺指數(shù)(PMV)的計(jì)算參考文獻(xiàn)。在結(jié)果分析中，選用t檢驗(yàn)進(jìn)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(jié)果顯示，輻射供暖模式下室內(nèi)空氣溫度平均值（19.7 ℃）比對(duì)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(duì)濕度顯著高于對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)流供暖，但分別有78.0%（輻射供暖）和72.5%（對(duì)流供暖）的數(shù)據(jù)處于標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)檎{(diào)研期間建筑內(nèi)表面已被空氣完全加熱。對(duì)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?yàn)榭照{(diào)吹風(fēng)位置位于建筑屋頂部分，導(dǎo)致上部溫度顯著高于地板溫度，進(jìn)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(duì)流供暖模式下受試者TSV處于偏暖側(cè)的比例達(dá)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(duì)熱環(huán)境的適應(yīng)性。結(jié)合TSV結(jié)果來看，對(duì)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(duì)濕度過低，大多數(shù)受試者希望室內(nèi)濕度增大。

為進(jìn)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(jì)算得到的PMV與室內(nèi)操作溫度進(jìn)行加權(quán)線性回歸。結(jié)果顯示，所有線性回歸方程均表現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)性。通過計(jì)算得出，輻射和對(duì)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(shè)計(jì)空氣溫度允許比空調(diào)供暖模式低2 ℃）。對(duì)兩種供暖模式下受試者的TSV和操作溫度的回歸方程進(jìn)行協(xié)方差分析，結(jié)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(shí)際中性溫度均低于預(yù)測(cè)值，說明PMV模型并不能很好地預(yù)測(cè)辦公建筑供暖環(huán)境下的實(shí)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(jié)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(duì)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(duì)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(jié)果一致。

我們還通過logistic回歸計(jì)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(jié)果表明，輻射供暖和對(duì)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(zhǎng)期所處的室內(nèi)熱環(huán)境會(huì)影響人們的熱期望，因此，對(duì)于不同的供暖模式應(yīng)建立不同的熱舒適評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。