“双碳”背景下的城市地下空间光热环境的节能设计研究进展与展望.pdf

ISSUE 1 Feb.2024/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMNTS IN WEST CHINA/096“双碳”背景下的城市地下空间光热环境的节能设计研究进展与展望*Research progress and prospects of energy-saving design of urban underground space light and thermal environment in the goal of carbon peak and neutralization董莉莉 何雨峰 祁乾龙 DONG Lili,HE Yufeng,QI QianlongDOI:10.13791/ki.hsfwest.20240114董莉莉,何雨峰,祁乾龙.“双碳”背景下的城市地下空间光热环境的节能设计研究进展与展望J.西部人居环境学刊,2024,39(1):96-103.DONG L L,HE Y F,QI Q L.Research progress and prospects of energy-saving design of urban underground space light and thermal environment in the goal of carbon peak and neutralizationJ.Journal of Human Settlements in West China,2023,38(6):96-103.摘 要：城市地下空间节能设计作为实现“双碳”目标的重要途径，其光热环境的调控受到学者们的广泛关注。目前已证实地下空间的光热环境具有巨大的节能潜力，但光热环境与节能设计之间的影响关系和结合途径尚未厘清。研究通过界定以人为本、取于自然、建筑节能等关键问题，深入解析城市地下空间设计对空间光热环境及能源消耗的影响，确定建筑节能的上下限，并提出地下空间光热环境节能的设计流程链，以期解决地下空间光热环境能耗高、碳排高的问题，为城市地下空间的能源使用效率与人居环境质量的提高提供参考。关键词：城市地下空间；光热环境；节能减碳；人居环境；设计流程链Abstract:In the face of mounting challenges posed by global climate change and resource scarcity,attaining carbon peaking and carbon neutrality has become a collective objective for nations around the globe.Against this backdrop,research in the domain of building energy efficiency takes on increased significance.Exploration into urban underground spaces has bifurcated into two parts:energy-saving during the operational phase of buildings and using urban underground spaces for storing clean energy and sequestering carbon dioxide.Within this framework,energy-efficient design for urban underground spaces has gained considerable attention in recent years.The regulation of the thermal environment in underground spaces holds substantial implications for energy efficiency.Nevertheless,the present comprehension of the interplay between the thermal environment in underground spaces and energy-efficient design remains unclear.To realize the“Carbon Peaking and Carbon Neutrality”goals,a departure from generic building categories is imperative,necessitating an analysis of diverse behaviors and responses across distinct regions.Prioritizing the enhancement of thermal comfort in underground spaces,coupled with concurrent reductions in energy consumption and carbon emissions,forms the basis for achieving carbon peaking and carbon neutrality goals.In an effort to precisely dissect the focal issues between the thermal environment in underground spaces and energy-efficient design,this study employed the Web of Science core journal database and the Chinese Knowledge Network database.The study selected a total of 11 532 and 2 505 high-quality literature pieces for analysis,utilizing the CiteSpace tool to scrutinize pertinent domestic and international literature spanning the years 2012 to 2022.Findings reveal a substantial accumulation of research in the thermal environment energy efficiency field over the past decade.Recent studies have predominantly employed simulation experiments with machine learning and multi-objective optimization techniques to boost energy usage efficiency,exposing directional disparities in research focus.On an international scale,the emphasis centers around intelligent system control design and human behavior within residential,office,commercial,and tunnel engineering buildings.In China,research extends beyond energy efficiency,delving into specific types of building spaces,acknowledging variations in territorial resources.However,comprehensive studies addressing both energy efficiency in urban underground spaces and living conditions are scarce.Key issues in regulating the thermal environment in urban underground spaces remain ambiguous,and strategies for energy-efficient design in this context lack precision.The study categorizes research objects into four types(underground transportation spaces,underground commercial spaces,underground exhibition spaces,and other underground spaces)to clarify key factors that each space type emphasizes.Three overarching key issues are distilled:human-centric design,integration with nature,and building energy efficiency.The study advocates that underground space design must prioritize human comfort and health,sensibly regulate the thermal environment,enhance space utilization efficiency and occupant comfort using renewable resources such as natural light and 中图分类号 TU984.11+3文献标识码 B文章编号 2095-6304（2023）06-01-08 *重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJQN2021 00736）；重庆市研究生科研创新项目（2022S0053）重庆东站片区绿色低碳人居环境营造路径与关键技术应用研究（cqjt-2022-253）；中海集团高层次科技领军人才专项（COHL-2023-Z-(12)）作者简介董莉莉（通讯作者）：重庆交通大学建筑与城市规划学院，教授，何雨峰：重庆交通大学建筑与城市规划学院，硕士祁乾龙：中国建筑西南设计研究院，双碳工程技术研究中心，工程师2024年第1期/西部人居环境学刊/0970 引言联合国人居署公布的数据显示，预计至2050年全球将有70%左右的人口集中在城市，其中我国近十年的城镇人口增长率接近30%1。不断加速的城镇化进程产生了建设用地紧张、生态空间锐减、能源消耗剧增等一系列问题，严重影响城市人居环境。而地下空间作为一种特殊空间，在缓解城市用地问题的同时，还可以协调人口容量、城市空间、环境资源三者间的矛盾2。因此，地下空间这一曾广泛应用于矿物采掘、人防工程的特殊空间，现已成为城市空间发展的另一种可能，具有高弹性、强韧性和可持续性等特征3-4。近年来，集约化的用地理念在城市发展过程中得到了推广与应用，出现了大量的地下商业中心、地下交通接驳空间、地下展览空间等多样化的地下空间形式。截止2020年，我国地下空间建筑面积增量达到了11亿平方米5。然而，碳达峰与碳中和目标的提出，使得地下空间人居环境与减碳的矛盾开始暴露出来。具体表现在为满足地下空间人居环境、预防地下空间反应综合症，电气设备系统为改善密闭、幽暗、潮湿的物理环境需要长周期、高负荷地运行，导致了巨大的能源浪费。增加碳封存、减少碳排放是实现“双碳”目标的“两只手”，而碳封存技术多用于地质利用，且存在引起环境风险的可能。因此，在技术不成熟的条件下城市地下空间的碳封存还有很长的路要走。自然的，减少碳排放成为了城市地下空间的设计者积极参与“双碳”的重要设计导向。建筑全生命周期的碳排放大致分为三个阶段，即建筑生产阶段、建筑运行阶段与建筑施工阶段。建筑运行阶段的碳排放占三大阶段的50%，其主要的方法是利用主动或被动的设计理念进行节能设计。据统计，在城市地下空间运行阶段，一半以上的能源被用于改善地下空间光热环境，其中暖通系统和照明系统分别占约60%与40%6-7。因此，地下空间被认为具有巨大的节能潜力，尤其在夏热冬冷地区8。因此，在能源消费结构背景下，节能依旧是建筑行业降低碳排放的最优选择9。目前，国内外的城市地下空间节能设计沿用了地上空间的相关规范（表1），对地下空间的认知停留在战时掩蔽、地下停车、地下仓储、地下管廊等人为活动较少的功能空间，缺少对地下空间的深入研讨。因此，当下如何协调“双碳”目标和可持续人居环境，营造节能低碳、健康舒适的地下空间成为了亟需解决的问题。1 研究动态本文基于Web of Science核心期刊数据库与中国知网数据库（检索期刊为CSCD与北大核心），以Urban Underground Space（城市地下空间）、Light Environment（光环境）、Thermal Environment（热环境）、Energy-saving(节能)为检索主题词，近10年文献为限制，排除与研究主题无关的文献，分别筛选出11 532和2 505篇文献作为分析对象，并使用Citespace作为文献分析工具，分析得到发文时间趋势对比图（图1）、Web of science检索关键词时间线图（图2）与CNKI检索关键词时间线图（图3）。比对分析发现，国内外对光热环境节能领域的研究在十年前已有深厚的积累（表2），后期研究中均以机器学习、多目标优化等手段完成仿真实验以期提高能源使用效率，但研究热点表现出方向性差异。airflow,reduce dependence on traditional energy sources,and decrease energy consumption and carbon emissions.Furthermore,optimization of building design,material selection,and equipment configuration should enhance the buildings insulation and heat resistance while minimizing energy consumption.The study further posits that natural resource utilization establishes the upper limit for building energy efficiency,user demands determine the lower limit,and the estimation of regional human behavior and characteristics determines the theoretical maximum energy efficiency of architectural spaces.Consequently,a design process chain for the energy-efficient regulation of the thermal environment in underground spaces is proposed to tackle the challenges of high energy consumption and carbon emissions,providing insights to enhance energy efficiency and the quality of living environments in urban underground spaces.Keywords:urban underground space;light and thermal environments;energy-saving and CO2 reduction;human settlements;the chain of design process表1 有关地下空间节能的标准Tab.1 standards for energy-saving in underground space出台年份 文件名称相关内容文件编号2015公共建筑节能设计标准 限定了天窗面积、强调采用自然光GB 50189-20152016城市地下空间内部环境设计标准设定了配备供暖系统的温度限值，鼓励有条件的项目采用自然光CECS441：20162021建筑节能与可再生能源利用通用规范限定了地下维护结构的热工性能与部分地下建筑的照明功率密度GB 55015-2021图1 文献发表时间趋图Fig.1 figure of article public cation time trends图2 Web of science检索关键词时间线图Fig.2 figure of keywords and timeline from Web of scienceISSUE 1 Feb.2024/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMNTS IN WEST CHINA/098在国外，研究主要关注智能系统控制设计、建筑人行为等，研究对象以居住建筑、办公建筑、商业建筑、隧道工程建筑等为主。在国内，除了对节能本身的关注外，还细化了对不同类型建筑空间的研究，由于国土资源背景差异，国内对地下空间室内环境的关注要高于国外。然而近十年，建筑节能与人居环境领域关于城市地下空间的研究较少，因此，利用多目标优化的手段，开展城市地下空间光热环境与节能设计的相关研究，是未来降低碳排放，实现碳中和的重要理论基础。从文献发表时间趋势图来看，2016年与2020年分别是国外与国内相关研究显著增长的年份（图1），巴黎协定的签署与我国“双碳”战略目标的制定激发了国内外学者对建筑室内环境节能减排的兴趣，将针对城市地下空间的研究分流为两个方向，分别是建筑运行阶段的节能减排与利用城市地下空间储藏清洁能源、固定二氧化碳。在国内，城市地下空间数量连年递增，“十三五”期间，我国新增地下空间人均建筑面积近1.5 m210。而TOD综合体建筑的蓬勃发展也加速了政府对城市地下空间的开发利用，并为城市集约发展、增强城市活力、保留城市绿地等方面做出了卓越贡献。作为城市的新地标，TOD综合体建筑体量大、地下开发程度深，其中地下交通空间、地下商业服务空间、地下展览空间等都与人居环境紧密相关。此外，研究发现不同类型的城市地下空间具有显著差异，不同使用功能的空间对光热环境的要求也不同。通过对既有文献的研究区域、照度标准、热舒适标准、停留时间、热环境特征、研究方法与空间特征进行整合分析发现，不同的城市地下建筑空间与光热环境节能研究紧密联系，但地下空间热环境的可接受范围较大（表3）。因此，为实现“双碳”目标，须从具体的建筑类别分出发，分析人员在区域中不同的行为和反应，在满足光环境的前提下，做到提升地下空间光热环境舒适感，并在此基础上减少地下空间的能源消耗、降低地下空间的碳排放。2 城市地下空间光热环境调控的关键问题研究十年来，涉及光热环境的研究备受关注，开展城市地下空间光热环境节能的应用研究不仅能提高室内环境跨学科的解读能力，也可以为城市地下空间节能设计提供技术支持。地下空间的密闭性是物理环境不舒适的关键，衍生出缺少自然光照、光舒适度较低、室内环境潮湿、空气品质较差等问题。光是信息传输的媒介，但部分研究反映现有城市地下空间的光环境存在缺陷，并且地下商业空间内糟糕的光环境会给消费群体带来幽暗、恐惧的心理暗示22。热是环境感知的本表2 光热环境与节能设计研究关键词统计对比（前25）Tab.2 statistics on keywords for light and thermal environment and energy-efficient design studies序号Web of science检索CNKI检索词频初次共现年份关键词词频初次共现年份关键词11 7492012Performance（性能）2552012节能21 3052012Model（模型）1492012热环境31 2362012Simulation（仿真模拟）1472012建筑节能41 1772012Consumption（能源消耗）1202012节能改造51 1152012Energy-saving（节能）892012地下空间61 1102012Efficiency（效率）882012热舒适71 0542012System（系统）852013室内热环境89462012Design（设计）662014城市地下空间98272012Thermal comfort（热舒适）592012绿色建筑108152012Building（建筑）542012能耗117572012Behavior（行为）522012数值模拟126982012Optimization（优化）462012既有建筑136712012Impact（影响）382012围护结构145572012Comfort（舒适度）362012公共建筑154592012Tunnel（隧道）342013建筑能耗164322012Climate change（气候变化）322012能耗模拟174032012Environment（环境）312012节能设计183202012Ventilation（通风）302012自然通风193122012Thermal environment（热环境）292012居住建筑202882014Sustainability（可持续）272012空调系统212592014CO2 emission（碳排放）252012节能率222372012Natural ventilation（自然通风）222012太阳能231552014Quality（质量）222012节能减排241542012Technology（技术）222013光环境251062016Urban heat island（热岛效应）212012严寒地区表3 不同功能城市地下空间光热环境节能研究特征Tab.3 study on light and thermal environment characteristics of underground space in different functional cities地下交通空间地下综合商业空间地下展览空间主要研究空间1.连接通道空间2.等候空间3.工作空间1.商业空间2.工作空间3.展览空间4.餐饮空间1.展览空间2.工作空间照度标准11-131.照度150 lx2.照度300 lx3.照度500 lx1.照度1.照度150 lx300 lx2.照度500 lx3.照度300 lx4.照度100 lx200 lx1.照度150 lx2.照度300 lx热环境特征14-17地铁的运行对热环境影响大；地下建筑可接受热环境范围高于地上相比于冬季，夏季热环境可接受范围地下空间热环境要求低于对应的地上空间研究方法问卷调查；软件模拟；对比国内外地铁站发展趋势；观察记录乘客的心理与行为问卷调查；细化区域类型；实地观测；软件模拟调查观测；软件模拟空间特征18-21除 工 作 人 员 外停留时间短；光环境用于引导、标识与疏散；照明系统能源消耗高；列车运行产生大量热；交通建筑可以应用活塞效应减少能源消耗使用者停留时间长；空间内有复杂的功能分区；对照度的要求高；光环境品质会对消费产生影响；对热环境舒适要求高使用者停留时间长；光环境会影响观展人的观展兴趣和心态；光环境表达侧重叙述光影艺术；根据展物特性，需匹配适应的热环境图3 CNKI检索关键词时间线图Fig.3 figure of keywords and timeline from CNKI2024年第1期/西部人居环境学刊/099源，皮肤作为人体最大的器官，将人体对热环境的感觉直接地传达给大脑23，地下空间热环境的问题同样突出，按照目前气候变化的速度，2050年伦敦地铁站的热环境将不能满足使用者的需求24。在全球中、大型城市的地下空间有增无减的趋势下，城市地下空间光热环境设计规范的不完善，导致多数城市地下空间光热环境节能的研究成果难以得到科学、广泛的应用。城市地下空间的差异主要体现在使用者对光热环境的需求上，盲目提高舒适度容易增加碳排量从而导致气候变化，气候变化带来的负面影响又降低了建筑系统的能源效率，三者间关系环环相扣（图4）。但是，节能设计仍要秉持以人为本的理念，在保障舒适度的前提下分析不同功能地下空间的特点，以最大限度提高地下空间的能效比、减少碳排放。目前相关领域主要集中在地下交通空间、地下商业空间及地下展览空间等光热环境开展节能设计研究。2.1 地下交通空间地下交通空间主要包括地铁站、地下车库、地下人行通道等空间，其中以地铁站最为典型。由于地下交通空间使用者在空间内的停滞时间较短，目前空间光热环境存在的焦点问题为：实际照度不满足规范要求；地下空间反馈给人体的消极影响；地下空间照明系统能效比低；现有地下交通空间不能满足未来热舒适需求。照明系统是地下轨道站能耗最大的电气终端25，也是保障使用者工作、生活、使用的基础。研究发现，地下轨道站中售票室与检票处的实际照度与设计照度差距大的问题尤为突出26。区域内的照度不达标，不仅给区域内的工作人员造成了严重的健康损耗，也降低了工作效率。严格执行灯具的维护周期、选择合适的照明设备、适当的引入自然光与增加照明控制系统被认为解决该问题的关键27，这不仅控制了室内环境的照度，也引入了具有调节生物节律、增强工作效率的功能自然光谱。但是，盲目采用高照度的灯具或过分引入自然光都会给地下空间的物理环境带来负面影响，因此使用两种方法都需要控制参数范围。在灯具控制上，地下轨道站中连接通道区域在白天时室内外照度比取值宜为1 10，夜晚时比值宜取4 128；在对自然光上，顶部采光比侧面采光形式效果更好29。引入自然光虽然被认为是一种提高能效比的方法，但对日光资源较匮乏的地区而言，智能控制系统是节约能源更好的选择。鉴于地下交通空间的特性，视距与视角会在高峰时段内有明显的差异，通过在高峰时段降低照度、在平峰时段增加照度，能够使照明系统在维持使用者心理平衡上所消耗的能源最低，因此，自适应的照明策略是帮助地下空间照明系统节能的关键。在巴塞罗那，这种自适应照明策略能够节省37%的能源消耗30。类似的，暖通空调系统也可以通过优化控制系统达到最大能效比。目前，我国地下轨道站多采用旧式的PID控制系统，这种系统在工况与负荷变化下易有波动，存在较大缺陷。因此，诸多研究通过机器学习的方法31-32，以热环境舒适为基准可以帮助暖通空调系统节约近20%的能源。与地下轨道交通站不同的是，地下车库常布置于写字楼、商业空间等区域。由于地上存在大体量空间，所以地下车库的天窗设计存在较大的差异。在有开启天窗的条件下，地下车库采用小面积天窗可以提升整体照度，而大面积天窗可以提升空间的通透感33。由于地下车库的受用者停滞时间短，研究者对设置天窗以改善热环境的问题更加关注。研究发现，我国南方地区夏季的地下车库的相对湿度接近80%，据调查有50%地下车库出现地面返潮、结露的现象14。选用大面积天窗，不仅可以带来自然采光和热辐射，也可以结合地下中庭等方式改善地下热环境达到缓解潮湿的目的。相比于完全依赖除湿机或空调系统改善热环境，科学的被动式设计带来的能源收益相当可观。另外，对大型公共建筑的地下车库而言，利用建筑废热对地下空间的暖通空调系统进行优化也是提高能效比、降低碳排放的有效途径15。诚然，目前研究对地下交通空间光热环境与节能设计策略取得了阶段性成果，但研究多还滞留在单目标跟踪，缺少对地下交通空间光热环境的方案优化与节能设计上的综合建议，缺少整体性。2.2 地下商业空间相比于传统商业空间，TOD综合体商业空间有明显的优势，将商业空间与交通轨道或者城市交通枢纽结合可以极大的提升空间可达性，这不仅营造了步行友好的社区，也提升了地块的商业价值34。因此其存在建筑密度高，商业价值大，并且可以直接为公众提供购物、餐饮、通行、接驳等功能，故有体量大、人流量大、停滞时间长、光热环境舒适度需求高等特点。研究表明，高品质的室内光环境可以对产品的销售产生积极的影响，对光环境的差异化处理可以达到划分空间区域、调节空间尺度感等作用35。因此，商业空间的光环境不应只停留在照明表面，更需要创造一个满足使用者审美需求、激发消费者购物愿望的环境18,36-37。然而，现有的TOD综合体商业空间的室内照明的秩序性弱，容易使人产生模糊的空间意向与怠惰情绪38。如前文所述，虽然自然采光给地下空间带来了活力，但在引入方法上需要从适用性、经济性、舒适性等方面具体分析39。TOD综合体内的空间组合复杂，可宏观的分为商业空间、餐饮空间、交通接驳空间三大部分，研究基于软件模拟的结果，推断出复杂空间组合下采用凹形天窗获取自然光的适应性更优40。然而，天窗采光的局限性大、影响范围小且优化目的单一，因此，中庭空间在TOD综合体中频频出现，设计者可以借助热压原理等方法，通过优化中庭高度、天窗面积等参数以改善光热环境和提高能效比。研究发现采用方形的、5 10 剖面倾角的、1 6天窗高宽比的中庭参数组合配以自适应的灯光调节系统，可以达到近30%的照明系统节能率16。图4 城市地下空间光热环境节能研究要点的相互关系Fig.4 correlations of light&thermal environments and energy-saving research in urban underground spaceISSUE 1 Feb.2024/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMNTS IN WEST CHINA/100虽然城市地下综合商业空间的研究具有较强的普适性17，但碍于地下商业空间的长周期、高照度、高能耗的特性，以及自然采光在夏季会带来较大的热辐射、冬季则会使室内热量流失的问题，其研究深度较为有限。通过多目标优化的手段平衡热辐射、自然采光照度、热舒适等关系才是未来研究的重点。2.3 地下展览空间特殊的光环境需求与适宜的室内环境是城市地下展览建筑的特点，具体表现在对光影效果的表达、建筑风格的展示及珍稀文物的保存。鉴于展览建筑的展品各异，对应空间的诉求迥然有别。以世博地下空间为例，为体现高质量、可持续的建筑技术与建筑理念，使用适宜的人工灯具和主动采光技术是营造世博地下空间生态化物理环境的关键19。深圳市中心书城则以智能化管理系统提高动态感知、降低能源成本为策略，符合书城中人流量大、停滞时间大等特征。而对人文纪念园型的展览型建筑空间应该根据实际情况采用合适的主被技术或建筑造型设计，制造出光影效果以赋予建筑的神秘与纯洁20。卢浮宫作为法国古典主义最珍贵的建筑之一，其金字塔形玻璃不仅引入了自然光，更提升了空间的轻盈感与神秘感。类如开放式博物馆、古墓等地下展览建筑，在光热环境上有着严苛的要求。因此，保护文物安全与游客舒适度是光热环境问题的急所。Luo（罗）等41以兵马俑为例，对半暴露文物储藏空间的热环境进行了实验，由于半暴露文物所占面积相对较小，该团队采用了一种局部的节能的空调系统显著了降低了文物周边的温度波动，系统的运用增强了建筑保存文物的能力，满足了参展者的热舒适需求，也提高了暖通系统的能效比。展览空间中光环境对空间意境的营造至关重要，这关乎游览者的体验感。但受限于展览建筑中展物与规格的差异、使用性的差异同，致使研究成果的局限性较大、普适性较低。2.4 其他地下空间长期以来，地下住宅、办公等空间难以被使用者所接受，其主要原因是日照少、光环境差、湿度高，长处于该室内环境下会导致关节炎等病态建筑综合症42-43。在新加坡，Shan（单）等44对地下住宅的使用者进行了调查，发现缺少自然光给居民带来了不同程度的心理障碍。因此，地下住宅空间存量少，并在住宅建筑中常被使用为贮藏空间。研究表明45，自然元素可以消解地下封闭感，充足的自然光让使用者几乎没有身处地下空间的感觉。因此，能否长时间的将自然光引入地下，决定了使用者对地下环境的敏感度。地下办公空间则更多的考虑了工作效率的问题，光环境方面，保持标准照度值是办公空间的基本条件；热环境方面，频繁的冷热交替或热不舒适的情况下会显著的降低工作效率，事实上，使用者的工作性质、工龄、年龄等因素也会影响人体对环境的感知。由于使用者对地下住宅及办公空间的的固有观念难以转变，这导致了该类空间的存量较少。将自然光引入地下空间是解决问题的根本，此外，潮湿地区地下空间的湿度大、通风差、易发霉结露等问题也亟待解决。因此，怎样解决上述问题是地下住宅与办公等类似功能空间被使用者接受的关键。3 城市地下空间光热环境节能的设计策略与结合途径地下空间光环境营造的手段主要为自然采光、人工照明与混合采光，地下空间热环境则更偏向利用技术设备维持室内的环境要素。因此，要创造适宜居住、工作并节源的光热环境，就涉及到光环境相关的色温、照度、热辐射等指标和热环境相关的热阻、导热系数等及其它条件耦合产生的效应21。张锦秋院士认为建筑是为人服务的46，以人为本是建筑设计的基本理念47。研究表明室内物理环境与人体健康息息相关，例如在医院建筑中维持高照度有利于患者康复，而不适宜的光环境则会给使用者带来抑郁、季节性情感障碍等问题48；在工业建筑中，使用者在短时高温热辐射的暴露下会产生头晕、恶心等症状49。事实上，通过自然环境改善室内光热环境不仅有利于地下空间使用者的健康50-53，也有利于降低维持建筑运行所需要的能耗。因此，利用自然光和自然通风是营造高质量光热环境的必然选择。下文将从“以人为本”“取于自然”和“建筑节能”三个设计策略展开讨论，并作为解决地下空间光热环境节能问题的重要依据。3.1 以人为本的理念20世纪90年代，世卫组织提出了健康建筑的概念，除了物理环境的舒适，主观性心理因素也是健康建筑的重要评价内容。一直以来，光热环境发生在生活的各个角落，对使用者的心理、生理健康都有着重要的调节作用。以人为本的建筑设计，应对地下空间使用者的感受进行细致的、全方面的剖析。研究54通过密闭舱室模拟了地下密闭空间中人员在CO2浓度和光照强度耦合作用下急性健康症状的表现，结果表明在高浓度的CO2下，高照度会导致使用者不舒适。地下办公空间中，不同工种的工作者对空间的照度、温度、湿度等的需求度有差异，地下空间中非体力劳动者对地下空间的各项指标均有较大的包容性，而体力劳动者认为工作环境的温湿度、空气质量的不舒适会影响工作状态55。健康舒适的人居环境能提升使用者对地下空间的包容度，而混合采光和一定比例的自然通风是保证健康光热环境的必然手段之一56。Soh（邹）等57通过心理学测试、认知测试和访谈的方式厘清地下空间和人们行为表现之间的内在联系，发现建立地下与地上之间的自然联系对人体健康至关重要。综上，建筑设计应秉持以人为本的设计理念，并通过建筑设计和技术设备链接地下空间与自然界面，以确保健康舒适的地下空间人居环境。3.2 取于自然的手段病态建筑综合症（Sick Building Syndrome，SBS）常见于封闭式空间，温湿度、照明、噪声等因素都会诱发SBS，产生头晕、恶心等症状。地下空间是典型的封闭式空间，致使室内环境依赖于空调系统与照明系统，从而产生环境过敏、工作效率降低、昼夜节律失衡等症状58-60。在诸多因素中，自然元素被使用者认为是改善地下空间消极感知的最佳方法8。自然光与自