嚴寒地區某高校圖書館室內熱環境實測與調研★

莊 蕾 程衛紅 孔鈺歌 馬苗苗 王文慧

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

隨著我國大學校園的建設水平不斷提高，高校對圖書館在數量上和質量上的要求都有所提高。高校圖書館作為師生學習研究的重要場所，往往建筑規模大、人員聚集、開放時間長[1]，由此其室內環境會極大影響到人員學習工作的效率和質量甚至是身心健康，此外為營造較好的室內熱環境產生的建筑能耗也遠高于校園其他建筑[1]，因此研究圖書館室內熱環境并且作出改善有重要的實際意義。嚴寒地區的氣候特點使得圖書館的室內熱環境更加特殊，亟待更加深入的研究。

2 研究方法

采用現場實測的方式于2020年11月15日～12月15日對嚴寒地區某高校圖書館的自習室進行室內熱環境測試，得到溫度、濕度、風速、CO2濃度、SO2濃度、CO濃度等測量數據，進行熱環境影響因素的分析，并根據調查結果計算熱環境評價指標PMV/PPD。實測過程中，同時進行問卷調查，力求從主觀和客觀兩方面描述室內熱環境狀況。

2.1 測點的選定

選取圖書館B2自習區為研究對象，總測量面積為2 289 m2。根據實際情況，繪制出建筑平面圖并將其放入7 m×7 m網絡，確定測量節點，并在結構變化處、接近疏散通道處、窗戶通風處、緊鄰圍護結構處設置特殊節點。最終，為方便測量，將B2自習區劃分為A和B兩個區域，A區含30個節點，B區含34個節點(見圖1)。

2.2 數據測量

測試過程處于散熱器供暖期，窗戶處于關閉狀態。測試人員手持溫濕度計，熱敏式風速儀，CO2，SO2，CO氣體濃度檢測儀，紅外測溫儀，甲醛檢測儀等儀器，進行圖書館B2自習區空氣溫濕度、氣流速度、相關氣體濃度、外圍護結構的溫度等參數的測量，測量高度在接近受試者的地方為0.6 m，在不接近受試者的地方為1.1 m。每個測點停留時間為3 min。測量時間共持續30 d，每5 d記錄一次上午9：00和晚上19：00的測量數據，共得到6組數據。

實測所用儀器的名稱和測量精度見表1，儀器外觀見圖2。

表1 測試儀器

2.3 問卷調查

問卷調查的時間為2020年10月30日，地點為圖書館B2自習區，采取人工發放問卷的形式，力求從不同位置、不同人群得到較為全面、真實的問卷結果。問卷主要問題設置如表2所示。

3 測試結果及分析

經過測量數據的顯示，圖書館B2自習區內甲醛、SO2和CO的濃度均為0，故在以后的分析中，將不考慮這些參數對于室內熱環境的影響。

3.1 空氣溫濕度

對于各測點的溫濕度值，采取多次測量取平均的方法，將平均值視為各測點的真實值，得到圖3，圖4。從結果可以看出，A區晚間濕度均大于日間濕度，大多數測點日間和晚間溫度相差不大。B區日間和晚間濕度值波動較大，大多數測點晚間溫度大于日間溫度。通過曲線分析，A區各測點日間濕度處于19%～26%，晚間濕度處于24%～28%；B區各測點日間濕度處于22%～30%，晚間濕度處于22%～34%。

表2 調查問卷主要問題設置

3.2 室內風速

室內風速是影響吹風感的重要因素，風速過高，雖然能夠保證人體的散熱需要，使人處于熱中性的狀態，但卻會給人帶來吹風的煩擾感、壓力感、黏膜的不適感等[2]。因此，在實測過程中，對靠近窗戶處、墻縫處和中間區域進行風速的測量，測量結果如圖5所示。

4 基于實測數據的熱環境舒適度分析

4.1 預測平均熱反應PMV評價指標

為了使對圖書館自習區室內熱環境的舒適度評價有一定客觀性，本文采用具有代表性的熱環境綜合性評價指標——預測平均熱反應PMV評價指標，利用人的熱感覺與人體熱負荷之間關系的實驗回歸公式：

PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.027 5]TL。

4.1.1 參數獲取

公式中的變量含義及其數據來源詳細列在表3中。

表3 參數含義及數值

4.1.2 數據處理

獲取每個測點空氣中水蒸氣的分壓力數據之后，發現人員密集區域的測點(即A區測點13～測點27，B區測點16～測點35)測量數據彼此接近，因此選擇這些點的數據平均值來代表整個區域的相關空氣參數，得到了四組均值數據見表4。

表4 水蒸氣分壓力和人體周圍空氣溫度數值

根據以上確定的四組變量數值，我們計算得到了日間和夜間兩個區域的PMV數值，結果如表5所示。

表5 PMV計算值

4.2 預測不滿意百分比PPD

PMV指標代表了同一環境下絕大多數人的感覺，但是人與人存在個體差異，并不一定能夠代表所有個體的感覺。因此，本文在PMV指標的基礎上采用預測不滿意百分比PPD指標來進行分析：

計算預測不滿意百分比PPD采用公式：

PPD=100-95exp[-(0.033 53PMV4+0.217 9PMV2)]。

代入數據得到PPD數值如表6所示。

表6 PPD計算值 %

5 主觀調查結果與分析

問卷調查的目的是從主觀角度研究圖書館使用人員對室內熱環境的熱感覺情況以及熱舒適性。本調查問卷對象是圖書館B2自習區的在校師生和工作人員，調查對象男女比例均衡、涵蓋專業廣，全面性強。本次調查問卷共發放305份，其中包含285名學生、15名工作人員和5名教師，學生平均年齡21.8歲，工作人員平均年齡40歲，教師平均年齡為38歲。調查的主要內容包括：1)熱感覺；2)濕感覺；3)室內吹風感。

5.1 熱感覺

調查問卷采用ASHRAE 7點標度，-3為冷，-2為涼，-1較涼，0適中，+1較暖，+2暖，+3熱[4]。現場調查結果如圖6所示。由圖6可得，82%的人認為館內熱環境適中，11%的人認為較暖，4%的人認為暖，3%的人認為較涼。可見，絕大部分受測者對于周圍環境的溫度值表示滿意。

5.2 濕感覺

同樣采用ASHRAE 7點標度表示，-3很干燥，-2干燥，-1較干燥，0舒適，+1 較潮濕，+2潮濕，+3很潮濕。現場調查結果如圖7所示。由圖7可得，在圖書館19%～34%的相對濕度范圍內，有61%的人認為較干燥，有29%的人認為干燥，有7%的人認為很干燥，有3%的人認為舒適。可見，超九成的受試者認為館內濕環境不能達到舒適性標準。因此，在冬季采暖期間，圖書館的相對濕度需較大程度增加，來滿足《室內空氣質量標準》的相關要求。

5.3 室內吹風感

將整個自習區分為3個區域，分別為：中間區域、空曠區和靠近門窗、墻縫區。對3個區域的調查問卷進行分析，結果如圖8所示。由圖8可得，在中間區域，絕大多數人認為室內空氣流速適中，無吹風感。在空曠區，近40%受試者認為空氣流速較大，有輕微吹風感；二成受試者認為空氣流速大，有明顯吹風感。在靠近門窗、墻縫區，有80%的人認為空氣流速大，有明顯吹風感。因此，建議圖書館采取門窗縫隙、墻縫的密封措施，加強嚴密性。

6 結論

1)根據GB/T 18883—2002室內空氣質量標準，在冬季采暖房間內，溫度標準值為16 ℃～24 ℃，相對濕度標準值為30%～60%，空氣流速為0.2 m/s。圖書館實測室內溫度為20 ℃～25.8 ℃，比標準值略高，由于在實測期間，室外溫度比供暖室外計算溫度略高，室內外溫差小，通過圍護結構耗熱量小，導致實際的熱量大于失熱量，室內溫度升高；在沒有加濕設備前提下，空氣絕對含濕量變化微小，但飽和含濕量隨溫度的升高而增加，導致實測相對濕度低于標準值；由于窗縫、墻縫存在漏風現象，近一半測點的實測室內風速大于0.2 m/s，其中一處最大風速達0.68 m/s，周圍環境的熱舒適性受到較大影響。2)利用PMV-PPD整體評價指標，根據GB/T 50785—2012民用建筑室內熱濕環境評價標準關于評價等級的規定，除晚間B區為Ⅱ級外，日間兩區、晚間A區均為Ⅲ級。進一步分析原因可知，晚間B區滿座率為75%，低于A區的89%，且人員流動性較大；相對于A區和日間B區，晚間B區的開窗通風次數較多，空氣齡較低，水蒸氣分壓力較大，相對濕度較高，室內空氣質量較好。3)問卷調查結果顯示，認為室內熱環境暖和較暖的受試者中有79%是男性，有74%的人處在18歲～30歲；認為室內濕度舒適的受試者均是男性；認為室內空氣流速適中的受試者中有74%是男性。說明中年人比青年人更喜歡較高室溫，女性比男性更喜歡較高室溫，并且女性的舒適性標準相對男性較高。這些與著裝習慣、新陳代謝速度和感官敏感程度有關。