基于数据库的中国寒冷地区办公楼室内热舒适性研究：以北京、天津和大连为例

《ENERGY AND BUILDINGS》：Indoor thermal comfort study of office buildings in cold regions of China based on a database: a case study of Beijing, Tianjin, and Dalian

基于中国热舒适数据库分析北京、天津、大连三市办公楼室内热环境数据，揭示季节性温度差异及性别影响，发现冬季过冷、夏季过热现象，温度范围与国标存在偏差，建议优化温度控制策略。

　　

陈萍|李雪莹|佘晓艺|周汉宇|南凯|张明

山东建筑大学建筑与城市规划学院，中国山东省济南市250101

摘要

降低办公建筑的能耗是促进可持续城市发展的关键途径。本研究利用中国热舒适度数据库，调查了中国寒冷地区办公建筑内使用者的热舒适度需求，旨在为室内热环境的节能设计和运行管理提供科学依据。研究重点关注北京、天津和大连三个代表性寒冷地区办公建筑的热舒适度数据。通过分析两年的客观环境参数监测记录和主观问卷结果，共获得了2548个有效样本，涵盖了所有四个季节。研究发现，办公建筑在冬季温度过低，夏季温度过高。夏季、过渡季节和冬季的中位温度分别为25.3°C、23.7°C和22.5°C。夏季实际80%满意度可接受的温度范围（18.0–30.2°C）比GB 50736标准规定的范围更宽，尤其是下限；冬季的温度范围（17.0–25.8°C）也较宽，尤其是上限。这表明有可能适当降低夏季的舒适区温度并提高冬季的温度，从而改善使用者的健康和工作效率。研究还发现了性别在热感受方面的显著差异，男性通常认为的中性温度低于女性，并且对高温更敏感，而女性在低温条件下更可能感到不适，因此办公建筑应实施更加灵活的温度控制和调节策略，以考虑性别差异。

引言

随着中国经济的快速发展及城市化的加速，公共建筑的规模持续扩大。其中，作为城市能源消耗主要来源的办公建筑，其能源效率和室内环境质量受到了广泛关注[1]、[2]、[3]。在寒冷地区，冬季供暖和夏季制冷的交替需求导致建筑能耗出现明显的季节性波动[4]、[5]。

中国广阔的地理范围涵盖了多种气候类型，导致居民对热环境的适应能力存在显著的区域差异[6]。传统的热舒适度标准（如ASHRAE 55 [7]和ISO 7730 [8]）主要基于西方人群的数据，不适用于中国。目前，中国办公建筑室内热环境的设计主要遵循《民用建筑热设计规范》（GB 50176）[9]和《民用建筑采暖、通风与空调设计规范》（GB 50736）[10]。这些标准规定的冬季供暖室内设计温度为18-24°C，夏季制冷室内设计温度为24-28°C。然而，这些标准是基于一般性的全国参数制定的，并未充分考虑寒冷地区的极端气候特征或办公建筑的具体使用模式。例如，在北京、天津和大连等典型寒冷地区，冬季室外设计温度可低至-7°C至-16°C[10]、[11]，而夏季的高相对湿度（RH）会导致建筑围护结构的热负荷特性与标准假设之间存在差异[12]。此外，现行标准主要关注温度参数，缺乏对空气流速（V_a）、相对湿度（RH）和垂直温度差等综合热环境因素的详细规定，可能导致实际使用中的热舒适度偏差。

近年来，办公建筑的热舒适度问题受到了国际社会的广泛关注。然而，大多数研究基于炎热潮湿或温带气候条件下的现场数据，缺乏寒冷地区的数据支持。例如，R. de Vecchi等人[13]研究了巴西的混合模式办公建筑，主要关注运行模式差异对舒适度的影响；A. Chen等人[14]调查了新加坡办公工作人员的健康与热舒适度之间的关系；S. Kwon等人[15]在首尔进行了现场测量，发现夏季和冬季的不适投诉存在显著差异，但样本量和时间跨度有限，未能涵盖完整的年度运行周期。上述研究大多基于单一城市或单一气候背景，缺乏对寒冷地区长期数据库的系统性分析。同时，大量的适应性热舒适度研究主要集中在住宅建筑上。例如，P. Yin等人[16]研究了北京住宅建筑在冬季的热舒适度和行为适应情况，指出长期暴露在寒冷气候下会改变热感受阈值。然而，住宅建筑和办公建筑在占用时间、活动强度和运行模式上存在根本差异，难以直接将住宅建筑的结论推广到办公环境。相比之下，关于寒冷地区办公建筑全年热舒适度特性的系统研究相对较少。在模型验证方面，PMV–PPD模型仍被广泛使用，但其在不同气候背景下的适用性仍存在争议。Bin Cao等人[17]在其对北京办公建筑的研究中指出，室内外温差显著影响冬季的热适应性，但他们未系统比较预测温度与实际测量温度之间的偏差。此外，近年来性别差异也越来越受到重视。T. Parkinson等人[18]基于北美数据库发现办公环境中存在“过度冷却”现象，并指出女性的满意度显著低于男性；但该研究未分析寒冷气候条件下的全年季节性差异，也未量化中性温度和可接受范围的变化。因此，寒冷地区办公建筑在实际运行条件下的全年热舒适度特性、可接受温度范围与现行标准之间的系统偏差及相关模式仍需通过大规模数据库分析进行验证和量化。

中国热舒适度数据库提供了通过长期连续监测在各种气候区收集的环境参数数据和主观问卷响应。其庞大的样本量和广泛的时空覆盖范围有效减少了个体差异和局部气候变化的偏差，提高了研究结果的普遍性和可靠性。利用该数据库的优势，本研究进一步分析了寒冷地区办公建筑的热环境特性，以确定适当的室内热环境设计参数，为提高热舒适度和制定节能策略提供科学依据。

为此，本研究重点关注北京、天津和大连三个代表性寒冷地区，采用热环境参数监测与主观使用者问卷相结合的方法。鉴于各城市的样本分布和气候亚型的差异，本研究结论主要适用于柯本气候分类中属于Dwa和BSk类型的寒冷地区城市。研究旨在实现以下目标：1）揭示寒冷地区办公建筑室内热环境的季节性特征，系统分析TSV、TCV、TAV和PMV的季节性差异；中性温度和可接受温度范围的变化；不满率特征；服装保温和行为调节机制；以及性别间的热舒适度差异模式；2）量化办公使用者的热舒适度需求范围，并基于气候适应性建立动态中性温度（Tn）模型；3）量化PMV预测值与实际中性温度之间的差异，从而验证预测模型在寒冷地区的准确性和适用性；4）提出差异化的热环境控制策略和节能优化建议，为修订热舒适度标准和完善寒冷地区办公建筑的运行管理提供依据。

数据样本

2018年，中国多个研究团队进行了大规模的现场调查和实验，建立了覆盖全国各种气候区的气候舒适度数据库。该数据库旨在填补中国人群热舒适度数据的空白，为制定本地化标准提供科学基础[19]、[20]。数据库包含超过40,000个数据集，涵盖了北京、天津和大连等寒冷地区以及其他气候区

热环境比较

表4展示了调查期间测量的室内环境参数、计算出的Clo值和PMV的统计结果。如表4所示，夏季平均空气流速（T_a为26.6°C，冬季为23.7°C，均在热舒适度范围内。图3全面展示了不同季节的T_a、RH、V_a和T_g的分布情况。夏季的T_a范围为24.1°C至30.4°C，过渡季节为18.9°C至28.3°C，冬季的范围最广，为15.3°C至

主观感受的季节性差异

关于TSV的季节性差异，夏季的响应主要集中在中性温度和略暖温度附近，只有少量表示热不适，表明夏季存在一定的TCV问题。在过渡季节，中性TSV响应的比例最高（72.4%），其余响应分布相对均匀，表明热环境最为适宜。冬季，中性TSV响应的比例下降（47.2%），

结论

本研究对中国北京、天津和大连三座城市的办公建筑进行了TCV的现场调查，并对环境参数和主观问卷进行了详细分析。结论如下：

1)

办公建筑的室内热环境存在季节性变化。夏季的T_a在24.1°C至30.4°C之间波动，过渡季节的T_a在18.9°C至28.3°C之间，冬季的T_a范围最广，为15.3°C至28.8°C。

作者贡献

陈萍设计并修改了本文。李雪莹撰写并修改了本文。佘晓艺指导并修改了本文。周汉宇编辑并修改了本文。南凯提供了资源并编辑了本文。张明提供了资源并修改了本文。

作者贡献声明

陈萍：撰写 – 审稿与编辑，资金获取。李雪莹：撰写 – 初稿。佘晓艺：撰写 – 初稿。周汉宇：撰写 – 审稿与编辑。南凯：资源提供，项目管理。张明：。

资助

本研究得到了山东省重点优势学科（建筑学）基金和山东省自然科学基金（编号ZR2021ME133）的资助。

感谢西安交通大学大型仪器共享中心的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。