夏熱冬暖地區高校圖書館室內熱環境測試與分析

劉開瓊

(廣西大學圖書館，廣西 南寧 530004)

1 前言

圖書館作為社會文化事業的重要組成部分，與劇場、會議中心、體育館等科教文衛類公共建筑相比，其建筑對通風、采光等要求更高，并有信息網絡設備多、讀者人數在不同時間段內差異性較大等特點。高校圖書館作為廣大學生學習的重要場所，不僅需要為使用者提供充分的資源，還應為其提供舒適的室內熱環境。通過調研發現，目前國內關于夏熱冬暖地區圖書館館舍熱環境的研究尚為空白。隨著我國教育事業的發展以及人們對室內熱環境舒適度要求的提高，夏熱冬暖地區的圖書館均安裝了不同形式的空調系統，但設計、安裝及運行管理中存在的不足對室內熱環境產生了一定不良影響。而一些圖書館為了降低建筑的絕對能耗，往往以犧牲室內環境舒適性為代價，直接導致了熱環境的惡化，這一現象越來越嚴重地威脅到圖書館使用人員的身心健康。因此，本文選取了位于夏熱冬暖地區的廣西大學圖書館作為研究對象，通過對其室內熱環境進行現場實測的方法，研究圖書館室內熱環境狀況，為改善該地區圖書館館舍室內熱環境以及提高建筑節能技術提供基礎數據。

2 研究方法

2.1 研究對象概況

本文選取了位于夏熱冬暖地區的廣西大學圖書館作為研究對象。廣西大學圖書館主樓落成于2002年底，2003年投入使用，坐南朝北，建筑面積32 338m，屬大型公共建筑。該建筑共七層(地下一層，地上六層)，地下一層為車庫及設備用房:一層為出入口、大廳、總出納廳、檢索廳、期刊閱覽室、辦公用房等，二層為電子閱覽室以及期刊閱覽室，三、四、五層為圖書館主要的中文書庫及閱覽室，六層為外文書庫及閱覽室、多功能會議室等，共有閱覽座位3 600多個。每天從7:50連續至22:30開館，每周開放101.3小時，高峰期每天入館超過1萬人次。該館是同時期廣西區內建筑面積最大、設施最先進、現代化程度最高、網絡條件最好的圖書館。因此，選取該圖書館作為熱環境研究對象具有一定代表性。

2.2 南寧市氣候特征

南寧地處典型的夏熱冬暖地區，主要氣候特點是炎熱潮濕，夏季長達半年以上，而冬季不足三個月。冬季最冷的1月平均最低氣溫為10℃，夏季最熱的7、8月平均最高氣溫為32℃。年均降雨量達1 304.2mm，相對濕度均為80%左右。根據《民用建筑熱工設計規范》，該區建筑在設計上主要考慮夏季防熱通風。

圖1 各測點位置平面示意圖

2.3 室內熱環境測試方法

筆者對圖書館室內熱環境進行了為期一周的現場實測，包括圖書館內工作區、閱覽區、借閱區等各個功能區域，測試內容為:室內空氣溫度、空氣相對濕度、黑球溫度、氣流速度、表面熱輻射溫度。為了解該圖書館室內整體的熱環境狀況，根據人員的使用情況，在一至六層人員密集區域選取了15個測點進行測試，測點溫濕度計探頭高度為1.2米，各測點在平面中位置如圖1所示。其中一、二、五、六層共設置了10個點為固定溫濕度測點，將溫濕計設置為每5分鐘自動記錄一次數據，其余為移動測點，在圖書館開放期間每隔一小時人工記錄一次溫濕度數據。氣流速度為在圖書館開放期間內每隔一個小時人工記錄一次，測試點與溫濕度測點相同，并在辦公區、閱覽區、公共區各選擇一個點進行黑球溫度測試。根據圖書館的功能布置以及使用情況，選取具有代表性的一樓、二樓以及五樓作為主要研究對象，共布置10個固定溫濕度測試點，各測點位置及其所在空間使用特點見表1。

表1 各測點位置及所處空間特征

3 測試結果分析

3.1 測試期間室外氣候條件

圖2為測試期間(2012年9月18日至9月24日)室外空氣溫度以及水平太陽總輻射量的變化。測試周期內室外氣候變化較大，后四天較為相近，溫度也較高，因此選取9月22日至24日內記錄的測試數據作為主要研究對象，其余期間內的測試數據作為參考進行比較分析。其中9月22日、23日均為晴朗高溫氣候，室外平均空氣溫度分別為28.9℃和

29 .7℃，最高溫度分別為33.2℃和33.8℃。

3.2 室內熱環境實測概況

測試期間內，圖書館正常使用，9月21日至9月24日圖書館的使用情況以及中央空調開放情況如表2所示。測點5－A黑球溫度計由于接觸不良出現異常忽略不計。為比較等高條件下室內外溫、濕度差異，將五樓測點5－C溫濕度計于9月23日9:00—19:00，24日9:00—16:00移至與室內測點等高的北面窗外進行室外溫、濕度測量。

圖2 南寧市9月18日至9月24日氣候狀況

表2 圖書館使用概況(2012.9.21—24)

續表2

3.3 空氣溫度測試結果分析

圖3 室內空氣溫度、黑球溫度及室外溫度變化曲線(2012.9.21—24)

圖3 為設置于閱覽室、辦公室、大廳三個測點在9月21日0:00至24日20:00的黑球溫度、空氣溫度以及室外溫度變化。總的來看，21日、23日白天各測點溫度呈上升趨勢，22日、24日室內溫度隨空調的開啟上下波動較大，變化急劇。由于9月22日、23日是周末，辦公室不開放，由圖可見辦公室的黑球溫度變化幅度小，在27℃至29℃范圍內浮動，比較穩定。其主要受室外氣候條件影響，最大溫差僅為1.3℃。而閱覽室及大廳受人員流動以及空調開啟制冷影響，變化幅度較大。空調開啟時間為7:50—12:00(周末 8:30—11:30)，14:40—22:30，而23日14:40—22:30時段內未開啟空調。由圖可見，閱覽區以及大廳由于照明器具所產生熱輻射等的影響，溫度均在28℃以上，在15:30—22:30時段內達到了30℃以上。

圖4 五樓室內空氣溫度變化曲線(2012.9.21—24)

為研究室外氣候條件對室內熱環境的影響，在五樓閱覽區選取了西向5－A，南向5－B，中區5－C3個不同測點，21日—24日的溫度變化如圖4所示。22日、24日中央空調正常開啟，21日、23日未開啟。由圖5可見，22日0:00—8:00時段內室內空氣溫度低于室外溫度，而23日該時段內室內空氣溫度高于室外溫度。其原因在于21日未開啟空調，夜間室外溫度急劇下降，而室內以及建筑外圍護結構蓄積熱量，且窗戶未開啟，無法向外界散熱降溫。22日空調開啟，大大降低了室內溫度，夜間空調關閉后，室內空氣溫度回升較小，使得室內空氣溫度均小于室外溫度。23日9:00—19:00，5－C測點溫度為等高室外溫度，由于測點靠近外窗，受到玻璃以及外墻面的反射輻射影響，溫度較高，均高于室外空氣溫度。

由圖5中22日至23日9:00時段內的溫度變化可見，位于中部閱覽區測點5－C的室內溫度均低于靠近外維護結構的測點溫度。其中5－B離外墻最近，該測點溫度均較高。在22日內，三個測點均在14:00達到最大值，5 －A28.9℃、5 －B29.5℃、5－C28℃。5－C與5－B之間相差1.5℃，可見近外窗墻閱覽區受室外熱輻射影響較大。經過對22日內表面溫度測試數據分析發現，5－A附近玻璃窗內表面溫度在下午17:00達到42.8℃的最高值，墻體內表面溫度也在該時刻達到最高值32.6℃。這是因為5－A靠近西墻，而下午受西曬影響較為嚴重所致。5－B附近玻璃窗內表面溫度在該天11:00達到最高值35.7℃，墻體內表面溫度在16:00達到31℃的最高值，原因是5－B靠近南面外維護結構，上午該墻窗受太陽直射影響。

圖5 空氣溫度與黑球溫度的變化(2012.9.21—24)

3.4 空氣溫度與黑球溫度的關系

圖5 顯示，9月21日至9月24日圖書館開放期間內(8:30—22:30)室內三個不同測點空氣溫度與黑球溫度的關系。其中測點1－B和1－C黑球溫度均大于空氣溫度，測點3－A較兩者差異較小;1－B溫度較集中，而1－C和3－A的溫度跨度大。

總的來看，測點1－B溫度比較集中，這是因為該測點位于辦公區，使用人員較少，室內熱環境較為穩定，且在周末不開放，無人使用，其室內熱環境不受照明、電腦、打印機等設備以及人員活動影響，因此22日、23日空氣溫度基本不變。而其北向墻窗受室外氣候影響，黑球溫度受其熱輻射均大于空氣溫度。21日、24日，該區正常使用，溫度變化幅度增大，而24日由于空調調控，這種變化更為明顯。

測點1－C位于一樓大廳，從圖5可見，該測點黑球溫度比空氣溫度高1.1℃左右。由于大廳為兩層高大空間且面向圖書館主入口，入口開放，空氣流動速度大，因此空氣溫度要低于黑球溫度。而室內照明燈具以及相鄰檢索區電腦的開啟、人員的流動也導致該區溫度波動較大。

3－A測點位于三樓閱覽區中部，該測點黑球溫度與空氣溫度差異較小，但不穩定，因其受到室內照明燈具以及人群密度影響而發生較大變化。23日室外溫度較高，而中央空調未開啟，其溫度跨度較大，黑球溫度與空氣溫度較為接近。22日、24日中央空調正常開啟，室內受制冷調控，經測量建筑結構表面溫度，均呈下降趨勢，因此在這兩天內，下午及晚上的空氣溫度均大于黑球溫度。21日、23日該測點地面及天花板表面溫度均呈上升趨勢，致使黑球溫度均高于空氣溫度。

圖6 相對濕度變化曲線(2012.9.21—24)

3.5 室內濕度變化

圖6 為9月21日—24日一樓各測點以及五樓測點的濕度變化。由圖6可見，一樓各測點濕度變化較大，五樓除5－C測點溫濕計于23日、24日白天移至室外以外，其余時間各測點濕度相近。一樓各測點濕度差異較大，原因在于一樓四個測點位于分隔的不同區域內，且各區域使用情況不同，而五樓閱覽區為同一個大空間，各測點間沒有分隔，因此差異較小。從一樓和五樓21日至24日室內濕度的變化曲線均可以看出，22日、24日的波動范圍遠遠大于21日、23日，可見空調系統對室內空氣濕度變化有較大影響。

從一樓測點濕度變化曲線可以看出，1－A、1－C、1－D三個測點的變化趨勢相同，其中1－C、1－D更為接近，而1－A測點具有一定的延緩性。這是因為1－C和1－D分別位于開放使用的大廳和期刊閱覽室，直接受空調系統及其使用情況影響。而1－A位于采編室，周末不開放，其變化與同為不開放的辦公室測點1－B存在差異明顯，變化趨勢與1－C和1－D相同，是因為該測點靠近采編室與中文報刊室聯通的門。該門上方窗戶開啟，并且門縫有氣流通過。中文報刊室周末開放，因此1－A濕度會受到空調系統以及人員活動影響。從五樓23日濕度變化曲線中9:00—19:00時段內測點5－C為等高北向室外濕度的變化，可以看出室外濕度變化遠遠大于室內濕度，且均小于室內濕度，最大差值達到20%。24日該測點濕度值急劇上升是下雨引起的。

4 結語

本文通過實地測試廣西大學圖書館室內熱環境物理參數，用數據定量分析了濕熱地區圖書館館舍的夏季熱環境狀況，為認識該地區圖書館類建筑室內熱舒適狀況提供參考。同時，總結分析了室內熱環境影響因素，得出以下幾點結論，為改善圖書館室內熱環境以及探尋圖書館建筑節能改造技術提供參考。

(1)本次測試結果分析表明，夏熱冬暖地區大型公共建筑在高溫季節需采用空調系統才能保證室內熱環境的舒適度。而由于該地區夏長冬短，需空調制冷期長達半年以上，空調能耗巨大，需采取相應措施降低其能耗。

(2)建筑室內空氣溫度受外圍護結構熱輻射影響較大，太陽熱輻射通過外圍窗墻熱傳遞影響室內熱環境，使近外墻閱覽區空氣溫度比中間區域高1.5℃，該區熱環境惡化。改善其室內熱環境狀況，同時降低空調能耗，降低外維護結構傳熱系數以及采用建筑遮陽形式極其重要。

(3)經測試分析，發現室內空氣相對濕度較高，均在65%以上，并受空調系統影響發生較大波動。進一步調查發現，其室內濕度在65% －85%范圍內均能滿足使用人員的熱舒適要求。

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