弥合地方供暖领域中意愿与行动之间的差距：来自中国五个气候区的证据

《Energy and Buildings》：Bridging the willingness–action gap in local heating: evidence from five climate zones in China

办公室HVAC系统冬季热舒适性优化及用户行为研究，采用混合方法分析五气候区2,295名上班族对局部温控设备的自主选择模式与偏好，揭示气候特征与热舒适需求间的动态关联，提出基于行为数据的个性化节能策略。

　　

杨震|张慧|谭国伟|文书清|张伟荣

北京工业大学绿色建筑环境与能源高效技术重点实验室，中国北京100124

引言

在全球可持续发展的背景下，能源消耗已成为国际社会的核心关注点。作为全球能源结构的重要组成部分，建筑能源消耗对全球总能源需求产生了深远影响[1]。根据国际能源署（IEA）的最新报告，建筑物目前约占全球能源消耗的20%。此外，建筑能源消耗在国家能源结构中的占比仍然很高，一些发达国家的这一比例超过了45%[2]。在建筑能源消耗中，供暖、通风和空调（HVAC）系统起着关键作用[3]。虽然这些系统对于维持适宜的建筑环境条件至关重要，但研究表明，HVAC系统也是能耗最高的建筑服务之一。特别是在办公楼中，HVAC系统在所有建筑类型中的能耗占比最大，在某些地区甚至超过了50%[4]。

尽管HVAC系统在调节室内热环境方面消耗了大量能源，但它们往往无法为每位使用者提供个性化的热舒适度。对于办公人员而言，热舒适度对工作表现、身体健康和整体工作满意度起着关键作用。研究表明，一个热舒适的环境能够提高注意力和积极性，减轻疲劳和与热相关的不适感，从而提高生产力。相反，长时间处于热不适的环境中可能导致头痛和疲劳等身体症状，以及焦虑和易怒等负面心理效应——最终会损害工作效率[5],[6]。因此，在确保使用者享有高水平热舒适度的同时减少能源消耗（尤其是HVAC系统的能耗）仍然是办公楼设计中一个紧迫且未解决的挑战。

与夏季不同，冬季的办公楼经常面临热分布不均、供暖方法有限以及热舒适度不佳等一系列问题。这些问题主要源于建筑结构、朝向、保温性能和居住者密度的差异，所有这些因素都会导致室内空间之间的温度差异显著[7]。集中供暖是一种传统的解决方案，即通过区域管道网络将由中央热源产生的蒸汽或热水输送到各个空间，以供供暖和家庭使用。然而，中国各地集中供暖系统的普及程度存在很大差异，这受到气候、历史政策和当地习惯的综合影响[8]。因此，只有部分地区能够享受到集中供暖设施，而其他地区则没有。即使在有集中供暖的地区，温度分层和建筑环境不均的问题仍然存在——靠近窗户或外墙的区域通常较冷，而内部区域则可能保持较高的温度[9]。此外，老旧的办公楼由于建筑围护结构老化及热性能下降，可能导致室内环境条件较差，需要额外的供暖措施。

办公室工作的久坐性质进一步加剧了局部热不适，尤其是手脚等下肢部位，因为血液循环减少会增加对寒冷的敏感度[10]。这些问题不仅降低了工作满意度，还可能带来健康风险，包括呼吸系统疾病。为此，许多研究致力于协调建筑能源性能与使用者热舒适度之间的矛盾。大量证据表明，与传统的全建筑供暖策略相比，局部调节提供了一种有前景的替代方案——它可以通过仅针对有人使用的区域来减少不必要的能源消耗，同时提高个人的热舒适度[11],[12]。因此，局部调节越来越被认为是平衡办公环境舒适度和可持续性的实用且节能的策略。

上述研究共同强调了局部调节在协调办公楼建筑能源消耗与使用者热舒适度之间潜在的权衡。然而，从现有研究的整体角度来看，仍有两个问题尚未得到充分解决，本研究旨在探讨这些问题。

问题1：过度关注设备性能而忽视用户行为：许多研究证据集中在局部调节设备的性能验证上。尽管众多研究考察了局部调节在各种应用场景中的适用性，并在实地研究中证明了其有效性[13],[14],[15],[16],[17]，但这些研究主要评估的是设备本身而非使用者。参与者通常被要求以标准化的方式使用预先指定的设备（例如仅加热手部或脚部），这隐含了使用者会被动配合的假设。此外，在新兴技术领域，研究人员致力于开发高效且环保的局部加热材料和先进技术。已经提出了诸如个人加热垫[18]、冷热调节椅子[19]和催化燃烧器[20]等新型设备，以及针对特定气候或文化背景设计的局部调节系统[21],[22],[23],[24]。尽管这些研究提供了关于局部调节潜力的重要数据，但它们忽略了真实使用者的动态、适应性和复杂行为。关键问题仍未得到解答：当人们感到不适时，他们是如何自发选择设备的？这些选择是出于习惯、感知还是其他因素？

问题2：调节策略和气候背景缺乏明确的定义：这一问题在于先进的调节模型与行为现实之间的脱节，再加上对气候背景的忽视。尽管关于个体调节[25]和节能[26],[27]的研究证实了自主性的好处，但这些模型往往缺乏来自使用者自发行为的输入。例如，研究可能证实了辐射供暖的优越性[28]或开发了复杂的自动化预测模型[29]，但这些模型通常依赖于在受限实验室条件下收集的生理数据或热感知。这种受限的研究范式忽略了基于主观反馈和行为自主性的用户定义策略可能会带来比外部强加的协议更好的舒适度改进[30]。此外，现有研究往往缺乏对环境背景的明确定义，特别是需要局部调节的气候特征。不同气候区对寒冷的反应可能有显著差异[31]，从而导致不同的偏好和行为模式[32]。

图1概念性地展示了现有的研究空白以及本研究的贡献。不同颜色框内标注的研究展示了现有研究之间的关系和分析重点。黄色框代表局部调节的使用情况，紫色框表示局部调节设备，红色框表示调节应用场景，绿色框对应于控制和热需求。具体来说，虚线蓝色框代表了本研究的主要贡献。

为了解决上述研究空白，本研究旨在探讨在低温环境下，人们如何自主选择和操作局部调节设备以提高热舒适度，并研究这些行为模式如何影响主观感知。为此，本研究采用了一种混合方法，结合了大规模问卷调查和实地测量，系统地分析了参与者在低温环境中的局部调节偏好、使用模式和设备选择行为，以及它们与气候特征之间的潜在关联。研究重点关注以下核心问题：（1）在低温条件下，人们是如何自发调整局部调节设备的？（2）对特定身体部位或设备类型的偏好是否受到个人舒适度优先级的影晌？（3）气候属性如何影响局部调节策略的使用？通过揭示用户发起的行为与局部调节实践之间的互动机制，本研究为支持办公环境中的个人热舒适度策略提供了理论基础，并有助于推动建筑环境向更高精度和以人为中心的设计方向发展。

研究片段

方法

本研究采用了一种综合的混合方法，结合了大规模问卷调查和实地测量，全面研究了局部调节对低温环境下使用者热舒适度的影响。研究分为两个主要阶段：初步调查阶段和实验验证阶段。在调查阶段，收集了有关参与者意愿、偏好和习惯模式的数据

结果

参与者的基本人口统计信息总结在表S1中（详情见附录B）。共收集到2,295份有效回答，其中SC区431份，C区497份，HSCW区472份，HSWW区461份，M区434份。

问卷和实验结果的综合

本研究采用混合方法，结合了全面的问卷调查和现场实验，以全面了解低温办公环境中局部调节行为及其有效性。这两种不同方法得出的结果的系统比较和整合对于验证实证发现和深入理解机制至关重要。

首先，现场实验的设计

结论

本研究基于中国五个气候区的2,295份有效参与者回答，并结合了16天的现场实验，系统地研究了办公室低温环境下使用者对局部调节的意愿、偏好和设备选择。主要发现如下：

在寒冷的办公环境中，绝大多数受访者表示愿意通过局部调节行为来提高热舒适度。

CRediT作者贡献声明

杨震：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法论，调查，数据分析，概念化。张慧：撰写——审稿与编辑，监督。谭国伟：撰写——审稿与编辑，监督，概念化。文书清：撰写——审稿与编辑，调查，数据分析。张伟荣：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，方法论，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本研究报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢所有参与和支持这项工作的参与者及工作人员。本研究得到了重庆市自然科学基金（资助编号CSTB2022NSCQ-MSX1139）、西藏自治区科技项目（资助编号XZ202301YD0009C）和中国留学基金委（资助编号202406540071）的支持。