《Journal of Engineering Research》:Occupant Comfort: A Review of Assessment Methods, Models and Research Frontiers
居住者舒适度是一种感知的心理、生理和行为状态,它决定了建筑的宜居性以及运营能耗的很大一部分。相关研究在室内环境质量(IEQ)的四个领域(热舒适、空气质量、视觉舒适和声学舒适)中仍然分散,且居住者行为在主流的建筑模拟中未被一致地表示。本文提出了一篇批判性叙述综述,涵盖同行评审文献以及管理各领域的主要国际标准。本综述涵盖:(i)PMV-PPD框架及其已记载的局限性;(ii)适应性热舒适模型及其气候适用范围;(iii)室内空气质量、通风充分性及新兴污染物化学;(iv)视觉舒适与不舒适眩光;(v)办公室、住宅、医疗和教育环境中的声学舒适;以及(vi)从确定性到随机性和个性化的、基于机器学习的居住者行为建模的转变。PMV模型在实地观测中仅能正确预测34%的热感觉,且IEQ各领域之间的相互作用是单一领域标准无法捕捉的;在引用的CBE办公室调查证据中,与声学相关的项目,尤其是声音隐私,是最严重的不满来源之一。本文确定了六个文献空白,涵盖多领域整合、气候普适性、行为模型标准化、个性化舒适评估、弱势群体和气候韧性设计。
引言
建筑是全球能源消耗和碳排放的最重要类别之一。根据国际能源署的数据,2021年建筑运营约占全球最终能源消耗的30%,而建筑运营和建造的直接和间接排放合计约占全球能源相关及过程排放总量的37%。在这一能源预算中,负责维持居住者舒适度的系统占据了运营能源需求的大部分。建筑科学文献中已充分确立但未完全纳入政策的关键见解是:这些系统设计用于维持的舒适条件并非固定的物理目标,而是取决于环境条件与个体居住者的生理、行为和心理特征之间复杂相互作用的感知状态。未能维持可接受舒适条件的建筑将被其居住者调整,通常通过能源密集的人工干预,例如在暖通空调系统运行下开窗、在热充足的空间中使用便携式加热器、在标准可接受范围内使用个人风扇。因此,理解居住者认为什么是舒适的、他们如何应对不适以及如何在建筑设计和运营中预见这些响应,对于能源性能和宜居性这两个目标至关重要。
室内环境质量(IEQ)是指建筑室内热、空气质量、视觉和声学环境的整体状况,由居住者体验,并在本综述中按以下四个领域进行讨论。居住者舒适度是指建筑居住者对该环境报告的心理、生理和行为满意度的感知状态,在综述文献中主要通过主观舒适度和满意度投票来操作化(例如,PMV热感觉量表、DGP眩光类别和IEQ满意度调查)。在此意义上,舒适被视为与居住者福祉、认知表现、病态建筑综合征症状和能源相关行为等相关构念在概念上不同但紧密耦合。这些相关结果仅在被引证据明确将其与舒适或满意度评估联系起来时才在本综述中讨论,例如第3.1节综述的通风率对表现和健康的影响,而不是被视为与舒适本身互换。
室内居住者舒适度围绕四个主要的IEQ领域组织,如图1所示。热舒适被ASHRAE 55定义为表达对热环境满意度的心理状态,是研究最广泛的领域,其研究传统跨越了从Fanger的实验室实验到de Dear和Brager的全球实地测量计划以及Nicol和Humphreys的适应性舒适综合等五十多年。IAQ涉及CO2和空气污染物的浓度、通风率的充分性以及空气质量差对健康和表现的影响,Seppanen等人证明了通风率与办公室工作人员认知表现之间存在可量化的剂量-反应关系。视觉舒适涵盖自然和人工照明水平、亮度分布、眩光和外部景观的可视性,受EN 12464-1和Wienold和Christoffersen的日光眩光概率指标约束。声学舒适涉及背景噪声水平、混响时间、语言清晰度以及与侵入性噪声源相关的烦恼,最常见的是开放式工作场所中无关的谈话,如Kim和de Dear所证明的。如图1所示,这四个领域以单一领域标准无法解决的方式相互作用:室内温度升高会增加感知的闷热感,与污染物浓度无关;居住者开窗改善通风会引入外部噪声;针对视觉眩光部署的遮阳装置会改变热条件和自然通风模式。
相关文献
尽管各领域研究范围广泛,该领域仍存在本综述要解决的三个结构性弱点。第一个是领域碎片化。主要的国际舒适标准,ASHRAE 55、EN 16798-1、ISO 7730、EN 12464-1和ISO 3382,是独立制定和应用的,每个标准都优化单一环境参数而不参考其他参数。Frontczak和Wargocki提供了最早的全面综合,回顾了热、视觉、声学和IAQ条件如何共同影响居住者满意度,Frontczak等人通过对大型入住后数据库的定量分析证明,IAQ和热舒适共同主导整体工作空间满意度,并存在非线性阈值效应。尽管有这些贡献,仍不存在标准化的多领域舒适评估框架。Altomonte等人将多感官整合确定为以福祉为中心的建筑设计中最重大的未解决挑战。
第二个结构性弱点是地理偏见。主要的热舒适模型,Fanger的PMV-PPD框架和de Dear与Brager的适应性模型,主要基于温带欧洲和北美气候中居住者的研究开发。Van Hoof系统回顾了四十年PMV模型应用,并得出结论,该模型源自统一环境中的大学生,对老年居住者、儿童和非温带气候验证不足。Cheung等人使用ASHRAE全球热舒适数据库II定量证实了这一局限性:PMV仅在34%的观测中正确预测了热感觉,在自然通风和混合模式建筑中准确率最低。Luo等人证明了PMV在亚热带混合模式建筑中系统性高估不适,Candido等人表明巴西湿热气候中的空气流动可接受性阈值超过ASHRAE 55建议。Rupp等人回顾了466项热舒适研究,确定教育、住宅和医疗建筑类型在证据库中代表性尤其不足。
第三个弱点是舒适研究与居住者行为建模之间的脱节。建筑能耗模拟工具通过确定性时间表表示居住者存在和行为动作,这些时间表被证明无法充分代表真实行为。Hong等人将居住者行为描述为随机的、多样化的和跨学科的,并确定缺乏标准化概率模型是模拟方法与实测性能之间的核心差距。Haldi和Robinson量化了八座瑞士办公楼中的行为变异性,并证明了环境条件与适应性行为之间存在连续的、确定性的时间表表示无法捕捉的概率关系。D'Oca等人回顾了50项研究中建筑能耗的人为维度,确认行为因素是能耗变化的主要来源,其重要性可与技术和物理建筑参数相比。O'Brien等人引入IEA EBC Annex 79,专门解决缺乏标准化以居住者为中心的建筑设计和运营框架的问题。
表1对十篇关于居住者舒适和IEQ的现有综述和综合论文进行了结构化比较,确定其领域覆盖、方法、地理重点和主要局限性。该比较表明,据作者所知,基于所进行的文献检索,现有综述中没有一篇同时涵盖所有四个IEQ领域以及居住者行为和智能建筑整合,评估非温带气候下的适应性模型证据库,批判性审视从确定性到随机行为建模的转变,并解决公平性和弱势群体覆盖问题。
本综述通过批判性综合72篇参考文献(涵盖同行评审文献和管理标准)以及上表1中提出的比较来解决这些空白。虽然本综述范围的个别要素与现有工作重叠,例如Zhao和Li以及Fissore等人各自提供多领域IEQ综合,Qavidel Fard等人和Aqilah等人分别涉及基于机器学习的个性化舒适建模和气候适应性住宅舒适,但没有现有综述在单一叙述综合中结合所有四个IEQ领域与居住者行为建模、个性化舒适建模以及明确转化为实用设计指导。与此定位一致,本综述的贡献更准确地描述为整合性综合,而非五个独立的新主张。具体而言,本综述贡献:(1)对四个IEQ领域与居住者行为之间跨领域相互作用路径的定性叙述综合(第7.3节),建立在Zhao和Li以及Frontczak等人已确立的两领域相互作用证据之上,而非提出全新因果框架;(2)对适应性舒适证据的地理和气候范围进行批判性评估,将Aqilah等人的住宅和气候特定重点扩展到跨领域、多建筑类型视角;(3)追踪从确定性到随机居住者行为建模的方法论转变,这是表1中总结的任何多领域IEQ综述均未涉及的领域;(4)对基于机器学习的个性化舒适建模进行批判性评估,将Qavidel Fard等人的方法聚焦综述扩展到更广泛的多领域舒适背景;(5)将综述证据明确转化为实用建筑设计启示(第8.2节),这是表1中比较的综述中基本缺失的综合形式。图6说明了四个领域和行为建模中里程碑式研究的时间发展,将本综述置于该领域的历史轨迹中。
本文结构如下。第2节回顾热舒适模型和标准。第3节讨论IAQ和通风舒适。第4节涵盖视觉舒适和采光。第5节考察声学舒适。第6节讨论作为跨领域问题的居住者行为建模,包括以居住者为中心的控制和智能建筑整合(第6.4节)。第7节对综述文献进行结构化综合。第8节确定研究空白。第9节提出结论。
综述方法
本综述采用批判性叙述综合方法,与其目标一致,即整合四个不同IEQ领域、居住者行为建模和个性化舒适研究的证据,形成单一连贯的叙述,而非回答正式系统综述协议设计用于解决的单一狭义研究问题。文献通过Scopus、Web of Science、ScienceDirect和Google Scholar的结构化搜索确定,使用“居住者舒适度”、“热舒适”、“室内空气质量”、“视觉舒适”、“日光眩光”、“声学舒适”、“居住者行为”、“个性化舒适模型”和“室内环境质量”等术语组合,结合布尔运算符和领域特定限定词,如“PMV”、“适应性舒适”、“DGP”和“语言清晰度”。搜索限于英语、同行评审期刊文章,以及管理各IEQ领域的主要国际标准和指导文件(ASHRAE、ISO、CEN和CIBSE出版物,以及WELL建筑标准)。2000年前发表的基础研究,包括Fanger的原始PMV公式,无论发表日期如何均保留,因为其在当前设计标准中持续发挥规范作用;大部分证据库来自1998-2026年期间,并刻意强调2018年以来发表的文献。如果研究仅涉及室外热舒适或城市微气候、非建筑环境(如车辆座舱),或无法获取全文,则予以排除。标题和摘要筛选后进行全文评估;由此产生的72篇参考文献(包括同行评审期刊文章以及上述标准和指导文件)被保留用于叙述综合。
这里澄清两个进一步的方法论要点。首先,表5中提出的研究空白是通过对综述文献中明确标记的重复局限性进行主题编码得出的,而非通过预先注册的系统空白分析协议;这种叙述性、主题编码的方法适合综述的整合目标,但在第8节中作为局限性被承认。其次,综述文献涵盖在不同时间段和不同气候下进行的实验室、实地和数据库分析设计;这种方法论异质性限制了直接的跨研究比较,并在叙述中的相关点指出,最明确地在第7.2节中。
热舒适:模型、标准和局限性
PMV-PPD框架
预测平均投票(PMV)模型由Fanger通过涉及超过1,396名受试者的系统气候室实验计划开发,仍然是热舒适评估的基础工程工具。PMV将七点量表(从-3(冷)到+3(热))上的预测平均热感觉投票表达为六个输入变量的函数:四个环境变量(空气温度、平均辐射温度、相对空气速度和相对湿度)和两个个人变量(代谢率和服装隔热)。预测不满意百分比(PPD)从PMV推导为U形(抛物线)函数,在PMV等于零时理论最小值约为5%不满意。图2说明了PMV-PPD关系,包括ASHRAE 55的可接受区域和ISO 7730的B类阈值(ISO 7730使用A/B/C类;有时与之混淆的I-IV四类方案属于EN 16798-1)。
尽管在设计标准中被普遍采用,PMV模型在现实世界中的准确性已受到系统性挑战。Cheung等人使用ASHRAE全球热舒适数据库II(最大的实地热舒适观测数据库,包含来自全球不同建筑类型和气候区的超过76,000次观测)发现,PMV仅在34%的情况下正确预测了热感觉,平均绝对误差为热感觉量表上的一个单位。在空调、自然通风和混合模式建筑中准确率同样低。Van Hoof考察了该模型对不同人群的适用性,并得出结论,由于Fanger的原始研究依赖于温带气候中统一、稳态条件下的大学生,该模型对老年居住者、儿童、慢性健康状况人群和非温带气候中的居住者验证不足。Humphreys和Nicol通过对ASHRAE数据库的统计分析证明,在自由运行建筑中,PMV与实地测得的热感觉投票之间的相关性显著下降。Brager和de Dear对热适应机制(生理、行为和心理)进行了全面回顾,这些机制是稳态PMV模型无法捕捉的。
适应性热舒适
适应性热舒适假说通过认识到自然通风建筑中的居住者对盛行室外条件表现出多维适应来解决PMV的局限性。Nicol和Humphreys基于来自不同气候区的实地数据正式化了适应性方法,证明自由运行建筑中的中性操作温度是室外运行平均温度的线性函数。De Dear和Brager通过ASHRAE RP-884项目扩展了这一点,该项目汇编了四大洲160栋建筑的观测数据,并建立了支撑ASHRAE 55适应性模型的经验数据库。Parkinson和de Dear引入了热异感(thermal alliesthesia)的概念,即动态环境中热感知的享乐维度,作为超越PMV和适应性模型的中性聚焦视角的框架,认为热愉悦而非热中性可能是以福祉为中心的建筑更合适的设计目标。Parkinson等人通过对CBE居住者调查数据库的分析证明,办公空间经常过度制冷,女性在凉爽方向上报告热不适的可能性显著高于男性,揭示了当前恒温器实践中嵌入的性别不平等,这些实践不成比例地反映了男性居住者的偏好。
适应性模型在其校准的室外温度范围内表现良好,但在非温带气候中显示出局限性。Luo等人发现PMV在中国亚热带混合模式建筑中系统性高估不适。Candido等人证明,湿热巴西的居住者接受比ASHRAE 55建议更高的空气速度,以标准未容纳的方式扩展了舒适温度范围。Rupp等人回顾了466项热舒适研究,确定热气候中的教育、医疗和住宅建筑在适应性模型证据库中代表性不足。Schweiker和Wagner提出了适应性热热平衡模型,以整合生理热平衡与适应机制,但这仍处于研究阶段。表2提供了主要国际热舒适标准的比较总结。
局部热不适和瞬态热环境
除了PMV的整体、稳态焦点和适应性模型的室外温度驱动方法外,越来越多的文献涉及这两种框架均未设计用于捕捉的局部热不适和热瞬态。Su等人回顾了非均匀热环境中热舒适的生理和心理基础,包括不对称辐射场、垂直空气温度梯度、气流和局部接触不适,并得出结论,ISO 7730和ASHRAE 55中指定的局部不适指标是整体舒适的必要但非充分条件,因为居住者可能在满足整体PMV标准的条件下报告显著不满意。同一综述强调,瞬态热环境(自然通风和混合模式建筑的特征,其中操作温度在几分钟到几小时内波动)在基于稳态暴露校准的舒适标准中代表性不足,并且基于生理学的PMV替代方案,包括跟踪瞬态皮肤和核心温度响应的动态体温调节模型,在很大程度上仍局限于研究文献而非常规设计实践。该证据强化了第2.1节中记录的PMV的地理和建筑类型局限性,并将其扩展到进一步维度,即随时间变化的暴露动态,这是第2.2节讨论的适应性模型也未完全解决的。
室内空气质量和通风舒适
通风、表现和健康
室内CO2浓度主要由居住者呼吸产生,被广泛用作通风充分性的替代指标。ASHRAE 62.1和EN 16798-1规定了可接受室内空气质量的最低室外空气供应率;室内CO2被广泛用作与占用相关的通风充分性指标,但ASHRAE 62.1未建立可接受室内空气质量的通用室内CO2浓度限值。Wargocki和Wyon在丹麦学校和办公室进行了一系列受控实地实验,证明在当前实践中典型范围内增加室外空气供应率可产生可测量的居住者表现和健康改善。他们的课堂研究表明,将室外空气供应率加倍可将基于数字的学业任务速度提高约8%。Wargocki等人通过EUROVEN多学科共识过程综合了欧洲证据,得出结论,许多欧洲建筑的通风率不足以维持居住者健康。
Seppanen等人对通风率与工作表现之间的关系进行了元分析,涵盖多项实验室和实地研究;综述研究发现,在研究的10-30 L/s每人的范围内,随着通风率增加,表现有可测量的改善。这种关系对建筑能源政策有重要影响,因为将通风增加到健康保护水平的能源成本通常远小于相关表现收益的经济价值。Allen等人通过绿色和传统办公楼的控制暴露研究表明,CO2和VOC暴露独立影响认知功能得分,绿色建筑条件与复杂决策任务上显著更高的表现相关。Fisk回顾了学校通风问题的已发表文献,确认大多数被调查学校的通风率低于ASHRAE 62.1和EN 16798-1中规定的最低标准。
空气污染物和室内环境质量
除CO2外,IAQ还受到建筑材料释放的挥发性有机化合物、室外渗透和室内燃烧产生的颗粒物以及复合木制品中的甲醛的影响。Wargocki等人通过两种不同污染负荷的实验室实验证明,较高的污染水平增加了病态建筑综合征症状报告并降低了生产力,建立了IAQ与居住者表现之间的直接因果关系。Frontczak等人通过对大型入住后数据库的定量分析证明,IAQ和热舒适共同主导办公楼整体工作空间满意度,并存在非线性阈值效应,低于该阈值时任一领域的退化对整体满意度的损害不成比例。
新兴污染物和通风系统设计
除CO2、颗粒物和甲醛外,室内化学研究已确定通过原位反应而非直接排放产生的二次污染物。Weschler回顾了人类居住者作为室内氧化剂来源和汇的作用,证明从室外渗入的臭氧与皮肤、头发和脏衣物中存在的角鲨烯和其他不饱和脂质快速反应,这一过程称为臭氧引发化学,产生半挥发性有机化合物(SVOCs)和二次有机气溶胶,基于CO2的通风充分性指标无法捕捉这些物质。另一个新兴关注点是室内空气和沉降灰尘中的微塑料污染;Bhat表征了大学教室室内沉降样本中的十一种不同微塑料类型,主要是纺织纤维,指出居住者密度和服装相关来源使人口密集的教育空间成为特别关注的场所。这些发现表明,以舒适为导向的通风标准主要针对CO2和热标准校准,未完全解决与居住者产生的二次污染物和空气微塑料相关的暴露途径,这一IAQ证据库中的空白与SVOC和臭氧化学文献相似。
通风系统设计也直接调节可实现的IAQ和热结果。冲击射流通风(IJV)是一种使用指向地板的中等动量供应射流的空气分布策略,一直是与热和IAQ领域相关的计算流体动力学研究日益增长的课题。Kobayashi等人验证了CFD对IJV房间垂直温度分布的预测与全尺寸测量的一致性,Hu等人开发了简化的基于回归的模型用于预测由此产生的热分层,提供了直接连接到第2.3节讨论的局部热不适文献的设计阶段工具。Qin等人受人口密集教室交叉感染问题的驱动,证明在IJV供应下,排气位置强烈影响呼出污染物的去除,单个正确定位的排气优于传统均匀分布配置。总的来说,这些通风设计文献说明了第7.3节概念性识别的热-IAQ相互作用的具体的、可量化的实例:通风空气分布的几何和动量共同决定热分层和污染物去除结果,不能孤立于其他IEQ领域优化一个领域。
视觉舒适和采光
照度标准和采光指标
视觉舒适由自然和人工光的数量和质量决定。EN 12464-1按任务类型规定了维护照度要求,一般办公室工作平面建议500勒克斯。采光研究已逐步从静态日光系数指标转向动态基于气候的指标,即日光自主性、有用日光照度和基于气候的日光建模,这些指标捕捉年度占用期内日光可用性的时间分布。Veitch等人通过在模拟办公环境中的控制实验证明,照明质量评估通过一系列中介效应与情绪、福祉和任务表现相关联,并且对照明条件的个人控制是满意度的显著独立预测因子。Veitch等人通过COPE实地研究扩展了这一点,证明照明是开放式办公室条件整体满意度最显著的预测因子之一。Boyce等人进行了两项关于照明质量和办公室工作的大型实地模拟实验,确认节能照明系统在适当设计时可满足照度充分性和居住者质量要求。Graham等人分析了来自约900栋建筑的90,000多名CBE调查受访者的数据,发现74%的居住者对工作空间的光量满意,使照明成为评分最高的IEQ维度之一,但声学条件显示出最大的不满意(54%对声音隐私不满意)。
不舒适眩光
来自窗户和灯具的不舒适眩光是日光办公室建筑中最常被引用的视觉不满意来源之一。Wienold和Christoffersen使用基于CCD相机的评估方法开发了日光眩光概率指标,定义了四个不舒适类别,阈值在DGP值0.35、0.40和0.45处,如图3所示。DGP已被WELL建筑标准v2和EN 17037采用,是当前基于模拟的立面设计实践中使用最广泛的眩光指标。眩光评估的核心挑战是居住者遮阳行为:当感知到眩光时,居住者通常部署百叶窗,从根本上改变日光分布。不模拟居住者遮阳行为的基于模拟的眩光分析因此系统性高估眩光暴露,将视觉舒适领域直接连接到第6节综述的居住者行为文献。
声学舒适
关键参数和开放式办公室声学
声学舒适的特征在于以dBA为单位的背景噪声水平、以秒为单位的混响时间T20或T30、用于语言清晰度的语言传输指数以及侵入性噪声事件的频率和烦恼。ISO 3382-3规定了开放式办公室的测量程序。Kim和de Dear在不同办公室类型的大样本中进行了大规模入住后调查,证明噪声和缺乏语言隐私是开放式办公室环境不满的主导来源,始终排在热条件、空气质量和照明之上。这一发现与Graham等人的数据库分析一致,该分析发现54%的居住者对声音隐私不满意,这是所调查的任何IEQ维度中最高的不满意率。Kaarlela-Tuomaala等人进行了办公室搬迁期间的纵向研究,确认开放式环境产生显著更多的声学干扰和比蜂窝办公室更低的感知表现,且影响随时间持续。
语言清晰度和认知表现
无关谈话,即同事之间的对话被听到但未指向听众,是开放式工作场所中最一致识别的认知分心来源。Haapakangas等人通过受控实验室研究表明,无人注意的谈话损害短期记忆任务并增加主观分心,并且包括天花板吸收处理和屏幕高度在内的声学设计措施可显著减弱这些影响。Haka等人通过比较声学上不同的办公室类型扩展了这一证据,确认以语言传输指数衡量的语言清晰度是噪声水平与记忆负荷任务表现下降之间的关键中介变量。因此,声学和认知表现文献与Seppanen等人的IAQ和表现文献相似,表明IEQ条件独立于有意识的舒适评估影响认知功能的共同机制。
开放式办公室之外的声学舒适
上述声学舒适证据绝大多数来自开放式办公室研究;住宅、医疗和教育声学舒适文献通常沿着独立的研究轨道发展。Zhang等人在教育建筑声学舒适的整合综述中表明,教室噪声水平经常超过语言清晰度推荐水平,对学习的影响对年幼儿童、第二语言学习者和有听力或注意力相关状况的学生更严重,直接连接到第8.1节讨论的弱势群体证据。医疗设施的声学条件呈现相关但不同的挑战:医院声景由连续警报、机械通风和24小时占用模式塑造,这些与开放式办公室的间歇性、谈话驱动的干扰根本不同,医院患者体验调查数据一致将噪声识别为评分最差的环境领域,呼应Graham等人为办公室识别的模式,但在睡眠中断风险升高的人群中。住宅声学舒适同时受不同关注点支配,主要是住宅单元之间的空气声和撞击声隔音、外部交通和邻居噪声,ISO 3382-3未解决这些问题,因为其范围专门针对开放式办公室。将这些声学证据库扩展到这些环境,而非将开放式办公室发现视为跨建筑类型可推广,与第8.1节讨论的年龄和环境特定舒适研究一起被确定为优先事项。
居住者行为建模
表现差距和行为不确定性
居住者行为,包括开窗、百叶窗操作、恒温器调整、照明控制、插头负荷管理和存在模式,是建筑能耗和所有四个领域IEQ结果的关键决定因素。Hong等人将居住者行为描述为随机的、多样化的和跨学科的,并将其确定为模拟与实测建筑能耗性能差距的主要来源之一。D'Oca等人回顾了50项研究中建筑能耗的人为维度,确认行为因素是能耗变化的主要来源,其重要性可与技术和物理建筑参数相比。图4说明了居住者行为建模的概念框架,从环境和个人驱动因素通过行为类型和建模方法到建筑性能结果。
从确定性时间表到概率模型
确定性占用时间表表示仍然是建筑能耗模拟中的主导方法,尽管其不充分性已被充分记录。Haldi和Robinson在八座瑞士办公楼中进行了全面纵向实地调查,应用逻辑回归将居住者采取每种类型适应性行为的概率表征为热感觉投票和同时环境条件的函数。他们的结果表明,适应性行为概率随环境条件和个体特征连续变化,这是二元时间表表示无法捕捉的。Fabi等人回顾了影响开窗行为的因素,确定热条件、室外天气、IAQ、噪声和个人习惯是主要决定因素,并证明单变量逻辑模型显著低估了开窗事件的频率和持续时间。Hong等人确定开发与主流模拟平台兼容的标准化概率居住者行为模型是未来研究最紧迫的优先事项。O'Brien等人建立IEA EBC Annex 79专门解决这一空白,开发了将随机行为模型与建筑性能模拟相结合的以居住者为中心的建筑设计和运营框架。
个性化舒适模型和机器学习
机器学习在个性化舒适预测中的应用是该文献中最活跃的新兴领域之一。Kim等人引入了个性化舒适模型框架,作为从群体平均到个体预测的根本性重新定向,使用物联网环境传感器和机器学习从日常占用环境中收集的数据中学习个体舒适需求。个性化舒适模型在个体水平上展示了比相同受试者的PMV显著更高的预测准确性。Kim等人通过使用居住者加热和冷却行为作为隐式舒适反馈来训练模型而无需主动舒适投票扩展了这一点,证明个性化舒适模型可以从常规建筑系统使用模式中构建。Martins等人对个性化热舒适模型进行了系统综述,回顾了62项研究,确认数据驱动模型在个体水平预测上始终优于PMV,但将隐私、数据收集持续时间和模型可移植性确定为商业部署的未解决障碍。
以居住者为中心的控制和智能建筑整合
低成本环境传感、建筑管理系统连接和机器学习的融合已使从静态、基于时间表的建筑控制转向以居住者为中心的控制(OCC),其中建筑系统响应关于居住者存在、环境暴露和表达偏好的实时信息动态响应。Nagy等人综合了IEA EBC Annex 79研究计划五年来的发现,涵盖34名研究人员的贡献,沿三个维度表征OCC:物理传感和控制基础设施、支持其所需的数据和网络架构,以及居住者与系统交互和提供反馈的机制。他们的综合确定建筑运营商能力,而非仅传感技术,是OCC实施在初始部署后是否持续的主要决定因素。
该文献中的两个含义与本综述的舒适评估焦点直接相关。首先,居住者识别数据虽然对个性化控制有价值,例如第6.3节讨论的个性化舒适模型,但带有Nagy等人指出的隐私和安全含义,限制了其在酒店和机场等瞬态占用建筑类型中的使用,这些建筑中的个体居住者停留时间不足以建立个性化行为档案。其次,传感系统、建筑管理平台和分析软件之间的互操作性仍是将OCC扩展到试点部署之外的持续障碍;这是数据基础设施约束,与第1.2节中注意到的数据来源的方法论异质性并行,而非解决。
综述文献的综合
表3对本文综述的20项主要研究进行了结构化综合,涵盖所有四个IEQ领域以及居住者行为建模和多领域方法。这些研究绝大多数是同行评审期刊出版物;基础专著和标准仅在定义领域主要框架时纳入,例如支撑PMV模型的Fanger 1970年原始专著,并如此标识。研究排序旨在说明每个领域的方法论发展。
从这一综合中出现几个跨领域发现。热舒适研究在数量上占主导,但PMV在真实建筑条件下的准确性仅为34%,确认该模型在设计标准中的广泛采用显著超过其经验验证。IAQ研究已建立通风率与居住者表现之间的明确剂量-反应关系。视觉舒适研究表明,照明质量和个人控制是满意度的重要独立预测因子,与照度水平并列。声学舒适研究已确定语言清晰度是开放式办公室噪声与认知表现之间的关键中介变量。居住者行为文献一致证明确定性表示不充分,概率模型显著改善与监测数据的一致性。多领域文献虽然相对较小,但证明了整体满意度中IEQ领域之间的非线性相互作用,这是单一领域标准无法捕捉的。
定量证据库:PMV准确性和居住者满意度
图5仅使用可直接追溯到其引用来源的值呈现这些发现。Cheung等人基于ASHRAE全球热舒适数据库II报告,PMV预测准确性在空调、自然通风和混合模式建筑中同样低,总体准确性为34%;来源未报告按建筑类型统计区分的细分;因此,早期更细粒度的按建筑类型数字已被单一总体准确性值取代。Graham等人报告了CBE调查单个项目的居住者不满意,而非聚合IEQ领域得分:声音隐私(54%不满意)、温度(39%不满意)和噪声水平(34%不满意)是最大的不满意来源,而光量、交互便利性和清洁度是评分最高的项目(分别74%、75%和71%满意)。这些项目级发现与Kim和de Dear将语言隐私识别为声学不满意主导驱动因素一致,但不支持单一的聚合“声学领域”百分比,因为声音隐私和噪声水平被报告为具有实质性不同不满意率的独立调查项目;因此图5单独报告这些项目,而非作为领域级聚合。
综合证据质量矩阵
表4对本文综述的22项关键研究进行了扩展证据质量矩阵。每项研究在八个评估维度上表征:IEQ领域、研究设计、样本量、地理范围、气候区覆盖、证据强度、跨领域处理和建筑实践转化相关性。应用于每项研究的证据强度评级遵循三级规则:受控实验、大型代表性样本(大致超过数百次观测)或系统元分析的研究评为高;样本有限或地理范围受限的实地研究评为中等;证据初步、单站点或尚未在其他地方证实的评为有限。这一结构化评估揭示了叙述综合中不可见的几个重要模式。研究设计范围从具有精确环境控制但生态效度有限的实验室实验到具有高生态效度但因果推断有限的大型入住后数据库分析。最大样本量与汇集入住后调查数据的数据库分析相关,这些分析共同覆盖超过170,000次个体舒适观测,但依赖将瞬时感觉与累积不满意混为一谈的自我报告调查工具。提供最强转化相关性的实地研究往往在地理上受限,大多数在北部欧洲、北美和东亚温带气候中进行。撒哈拉以南非洲、南亚、中东和大洋洲在所有四个IEQ领域中仍显著代表性不足,这一空白得到Rupp等人地理审计的证实。跨领域处理是整合舒适研究最直接的指标,在纳入研究中不到三分之一存在,且存在时通常限于通过整体满意度评级而非同时环境刺激的受控实验操作间接捕捉领域相互作用的入住后调查工具。