铁路交通枢纽大空间热环境设计与光热性能提升

铁路交通枢纽大空间热环境设计与光热性能提升

吕建军

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摘要：在当今的交通网络中，铁路枢纽作为城市交通的核心，其空间设计与热环境的管理至关重要。大空间的热环境设计不仅影响到旅客的舒适度，也直接影响到建筑的能源消耗与环保效能。尤其是在日益严重的气候变化背景下，如何提升铁路枢纽大空间的光热性能，成为了一项重要的课题。

关键词：铁路交通枢纽；大空间热环境设计；光热性能提升

一、引论

铁路交通枢纽是现代城市生活的核心组成部分，它们不仅承担着大量的客运和货运任务，而且对城市的经济发展和居民的生活质量有着深远的影响。随着城市化进程的加快和全球气候变化的挑战，如何在满足功能需求的同时，提高交通枢纽的能源效率和环境舒适度成为设计者和研究人员的重要议题。本文将深入探讨铁路交通枢纽大空间的热环境设计与光热性能提升，以期提供科学的建筑设计策略和实施方法。

热环境设计在铁路枢纽中的重要性不言而喻。一个良好的热环境能确保旅客和工作人员的舒适，减少因温度不适导致的生理和心理压力，从而提高运输效率和服务质量。同时，热环境的优化对于降低建筑能耗，响应可持续发展策略，以及塑造城市形象，提升城市竞争力具有深远意义。在大型交通枢纽内，如火车站和地铁站，由于空间高大、人员密集，热环境的控制变得尤为复杂。特别是地下空间，其独特的封闭性和受外部环境影响的复杂性，使得热湿环境的管理更具挑战性。

另一方面，光热性能的提升也是现代交通枢纽设计的重要方向。充足的自然光不仅能够减少人工照明的能耗，还能改善空间的视觉效果，提升旅客的心理感受。然而，过度的太阳辐射和眩光可能会带来不适，合理的设计和利用自然光，以及选择适当的照明设备和控制系统，是平衡视觉舒适度与能源消耗的关键。

二、设计和技术

在热环境设计与光热性能提升的探索中，设计者和研究人员不断寻求创新的技术手段和实践策略，以应对铁路交通枢纽大空间的复杂挑战。这些设计和技术的应用不仅提升了乘客和工作人员的舒适度，还显著降低了能耗，促进了可持续的建筑实践。

温湿度独立控制系统的应用是近年来的一大亮点。这种系统能够独立调节空气的温度和湿度，适应不同季节和气候条件下的需求。例如，在西安北站的地下部分，研究人员发现，相较于传统空调系统，温湿度独立控制系统在保持室内热舒适性的同时，能够有效减少湿度，从而降低霉菌滋生的风险，提高空气品质。通过精准的湿度控制，系统还能减少冷凝现象，降低结构损伤的风险。

大型天窗的设计和遮阳技术的结合是提升光环境质量的重要手段。天窗可以引入自然光，减少对人工照明的依赖，但过度的太阳辐射会导致能耗增加。通过研究深圳北站和福田站的实际案例，设计者发现，通过优化天窗的尺寸、位置和形状，配合高效的遮阳系统，可以平衡采光与热量吸收。例如，适时的电动百叶窗或固定式百叶能有效阻挡直射阳光，降低室内温度，同时保证充足的自然光进入。

在高大空间的供暖设计中，研究人员也进行了大量的创新尝试。例如，在铁路库房的设计中，通过实测和分析，发现改变散热器布局、送风方式以及使用更高效的燃气锅炉，能够大幅优化空间的温度分布，减小温度梯度，提高热效率。此外，热泵技术的引入，尤其是地源热泵，因其高效节能的特性，已成为高大空间供暖的新选择，它能利用地下温度的稳定性来提供稳定的热量，减少对外部能源的依赖。

在寒地地区，自然采光的优化设计成为提升光环境的关键。哈尔滨作为典型的寒地城市，其铁路客运枢纽如哈尔滨西站等，通过参数化设计平台结合建筑环境信息模型和多目标优化算法，实现候乘空间的光环境数字化优化。调整建筑朝向以最大化太阳入射，优化平面布局以平衡各区域的自然采光，以及通过模拟和实测确定最佳的窗墙比和天窗设计，都使得这些区域的光环境得到显著改善，同时也减少了对人工照明的需求。

随着智能建筑技术的发展，环境感知与控制系统在交通枢纽中的应用也日益广泛。通过集成的传感器网络，可以实时监测室内温度、湿度、光照强度等参数，自动调整空调、照明等系统的运行策略，实现动态环境控制，进一步提高热环境和光环境的舒适度。同时，大数据和人工智能的运用，还能预测和适应客流变化，使得建筑能更精准地响应环境需求，降低能源消耗。

设计和技术的进步在铁路交通枢纽大空间的热环境设计与光热性能提升上起到了决定性作用。通过引入创新的空调系统、遮阳策略、高效供暖技术、参数化设计和智能控制手段，这些大型建筑得以在满足功能需求的同时，实现能源效率的提升和环境舒适度的优化。未来，随着科技的不断革新，我们可以期待更多的突破性设计和技术应用于铁路交通枢纽，使之成为可持续发展的典范。

三、应用实例和提升方案

铁路交通枢纽是城市活力的象征，也是交通网络的重要节点。随着技术的进步和可持续发展策略的实施，设计者和工程师们正在通过创新的方法来提升这些大空间的热环境和光热性能。以下是几个实际应用的例子，以及它们可能的提升方案。

以西安北站为例，该站的地下部分在热环境设计上采用了温湿度独立控制系统的应用，有效降低了湿度，提高了空气品质。然而，在实际应用中，可能存在湿源分析不准确或控制系统设置不当的问题，导致湿度控制效果不佳。为解决这一问题，可以引入更精确的湿度检测设备，以及更智能的湿度控制系统，提高湿度的精准控制。同时，定期对系统进行维护和检查，确保其正常运行。

大型天窗在提升光环境质量的同时，也带来了因太阳辐射导致的能源消耗增加的问题，如深圳北站和福田站的实际案例所示。对此，可以采用动态遮阳系统，如电动百叶窗，根据太阳入射角的变化自动调整遮阳角度，达到最佳的采光与热量控制效果。此外，还可以通过集成光学材料和反光膜，增强天窗的反射和漫射效果，降低直射阳光的强度，减轻室内的热负荷。

在高大空间的供暖设计方面，如铁路库房，可以探索使用更先进的热泵技术，如地源热泵，以提高供暖效率。同时，通过优化散热器布局和送风方式，可以更有效地控制温度分布，提高热舒适度。此外，还可以研究使用高效的低能耗暖气片和空调系统，进一步降低能源消耗。

在寒地地区，如哈尔滨，自然采光的优化设计是提高光环境的关键。通过参数化设计平台结合建筑环境信息模型和多目标优化算法，可以实现候乘空间的光环境数字化优化。然而，在实际应用中，可能存在模型预测与实际效果存在偏差的问题，影响优化效果。为解决这一问题，可以引入更精确的环境模拟软件，结合实测数据进行模型参数的调整，提高模型预测的准确性。

应用实例展示了铁路交通枢纽热环境设计与光热性能提升的可能路径，而提升方案则提供了进一步优化的建议。通过结合创新的设计和技术，以及智能控制手段，我们能够创建出既舒适又节能的交通枢纽，为城市的发展注入活力。未来，随着科技的不断进步，我们期待看到更多创新的设计和技术应用于铁路枢纽，为实现可持续发展做出巨大贡献。

结束语

优化铁路交通枢纽大空间的热环境设计与光热性能，不仅可以提升旅客的出行体验，减少公共设施的能源消耗，还可以贡献于环保事业。因此，我们期待未来有更多先进的科技和设计理念应用于铁路枢纽的建设中，为我们的城市交通系统提供更加舒适、节能、环保的环境。

参考文献

[1]刘琳. 基于主被动式热环境设计的低能耗建筑系统研究[D]. 华中科技大学, 2021.

[2]程佳阳. 铁路交通枢纽大空间光热性能耦合设计研究[D]. 湖北工业大学, 2020.