严寒地区某高校图书馆室内热环境实测与调研★

庄 蕾 程卫红 孔钰歌 马苗苗 王文慧

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

随着我国大学校园的建设水平不断提高，高校对图书馆在数量上和质量上的要求都有所提高。高校图书馆作为师生学习研究的重要场所，往往建筑规模大、人员聚集、开放时间长[1]，由此其室内环境会极大影响到人员学习工作的效率和质量甚至是身心健康，此外为营造较好的室内热环境产生的建筑能耗也远高于校园其他建筑[1]，因此研究图书馆室内热环境并且作出改善有重要的实际意义。严寒地区的气候特点使得图书馆的室内热环境更加特殊，亟待更加深入的研究。

2 研究方法

采用现场实测的方式于2020年11月15日～12月15日对严寒地区某高校图书馆的自习室进行室内热环境测试，得到温度、湿度、风速、CO2浓度、SO2浓度、CO浓度等测量数据，进行热环境影响因素的分析，并根据调查结果计算热环境评价指标PMV/PPD。实测过程中，同时进行问卷调查，力求从主观和客观两方面描述室内热环境状况。

2.1 测点的选定

选取图书馆B2自习区为研究对象，总测量面积为2 289 m2。根据实际情况，绘制出建筑平面图并将其放入7 m×7 m网络，确定测量节点，并在结构变化处、接近疏散通道处、窗户通风处、紧邻围护结构处设置特殊节点。最终，为方便测量，将B2自习区划分为A和B两个区域，A区含30个节点，B区含34个节点(见图1)。

2.2 数据测量

测试过程处于散热器供暖期，窗户处于关闭状态。测试人员手持温湿度计，热敏式风速仪，CO2，SO2，CO气体浓度检测仪，红外测温仪，甲醛检测仪等仪器，进行图书馆B2自习区空气温湿度、气流速度、相关气体浓度、外围护结构的温度等参数的测量，测量高度在接近受试者的地方为0.6 m，在不接近受试者的地方为1.1 m。每个测点停留时间为3 min。测量时间共持续30 d，每5 d记录一次上午9：00和晚上19：00的测量数据，共得到6组数据。

实测所用仪器的名称和测量精度见表1，仪器外观见图2。

表1 测试仪器

2.3 问卷调查

问卷调查的时间为2020年10月30日，地点为图书馆B2自习区，采取人工发放问卷的形式，力求从不同位置、不同人群得到较为全面、真实的问卷结果。问卷主要问题设置如表2所示。

3 测试结果及分析

经过测量数据的显示，图书馆B2自习区内甲醛、SO2和CO的浓度均为0，故在以后的分析中，将不考虑这些参数对于室内热环境的影响。

3.1 空气温湿度

对于各测点的温湿度值，采取多次测量取平均的方法，将平均值视为各测点的真实值，得到图3，图4。从结果可以看出，A区晚间湿度均大于日间湿度，大多数测点日间和晚间温度相差不大。B区日间和晚间湿度值波动较大，大多数测点晚间温度大于日间温度。通过曲线分析，A区各测点日间湿度处于19%～26%，晚间湿度处于24%～28%；B区各测点日间湿度处于22%～30%，晚间湿度处于22%～34%。

表2 调查问卷主要问题设置

3.2 室内风速

室内风速是影响吹风感的重要因素，风速过高，虽然能够保证人体的散热需要，使人处于热中性的状态，但却会给人带来吹风的烦扰感、压力感、黏膜的不适感等[2]。因此，在实测过程中，对靠近窗户处、墙缝处和中间区域进行风速的测量，测量结果如图5所示。

4 基于实测数据的热环境舒适度分析

4.1 预测平均热反应PMV评价指标

为了使对图书馆自习区室内热环境的舒适度评价有一定客观性，本文采用具有代表性的热环境综合性评价指标——预测平均热反应PMV评价指标，利用人的热感觉与人体热负荷之间关系的实验回归公式：

PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.027 5]TL。

4.1.1 参数获取

公式中的变量含义及其数据来源详细列在表3中。

表3 参数含义及数值

4.1.2 数据处理

获取每个测点空气中水蒸气的分压力数据之后，发现人员密集区域的测点(即A区测点13～测点27，B区测点16～测点35)测量数据彼此接近，因此选择这些点的数据平均值来代表整个区域的相关空气参数，得到了四组均值数据见表4。

表4 水蒸气分压力和人体周围空气温度数值

根据以上确定的四组变量数值，我们计算得到了日间和夜间两个区域的PMV数值，结果如表5所示。

表5 PMV计算值

4.2 预测不满意百分比PPD

PMV指标代表了同一环境下绝大多数人的感觉，但是人与人存在个体差异，并不一定能够代表所有个体的感觉。因此，本文在PMV指标的基础上采用预测不满意百分比PPD指标来进行分析：

计算预测不满意百分比PPD采用公式：

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

代入数据得到PPD数值如表6所示。

表6 PPD计算值 %

5 主观调查结果与分析

问卷调查的目的是从主观角度研究图书馆使用人员对室内热环境的热感觉情况以及热舒适性。本调查问卷对象是图书馆B2自习区的在校师生和工作人员，调查对象男女比例均衡、涵盖专业广，全面性强。本次调查问卷共发放305份，其中包含285名学生、15名工作人员和5名教师，学生平均年龄21.8岁，工作人员平均年龄40岁，教师平均年龄为38岁。调查的主要内容包括：1)热感觉；2)湿感觉；3)室内吹风感。

5.1 热感觉

调查问卷采用ASHRAE 7点标度，-3为冷，-2为凉，-1较凉，0适中，+1较暖，+2暖，+3热[4]。现场调查结果如图6所示。由图6可得，82%的人认为馆内热环境适中，11%的人认为较暖，4%的人认为暖，3%的人认为较凉。可见，绝大部分受测者对于周围环境的温度值表示满意。

5.2 湿感觉

同样采用ASHRAE 7点标度表示，-3很干燥，-2干燥，-1较干燥，0舒适，+1 较潮湿，+2潮湿，+3很潮湿。现场调查结果如图7所示。由图7可得，在图书馆19%～34%的相对湿度范围内，有61%的人认为较干燥，有29%的人认为干燥，有7%的人认为很干燥，有3%的人认为舒适。可见，超九成的受试者认为馆内湿环境不能达到舒适性标准。因此，在冬季采暖期间，图书馆的相对湿度需较大程度增加，来满足《室内空气质量标准》的相关要求。

5.3 室内吹风感

将整个自习区分为3个区域，分别为：中间区域、空旷区和靠近门窗、墙缝区。对3个区域的调查问卷进行分析，结果如图8所示。由图8可得，在中间区域，绝大多数人认为室内空气流速适中，无吹风感。在空旷区，近40%受试者认为空气流速较大，有轻微吹风感；二成受试者认为空气流速大，有明显吹风感。在靠近门窗、墙缝区，有80%的人认为空气流速大，有明显吹风感。因此，建议图书馆采取门窗缝隙、墙缝的密封措施，加强严密性。

6 结论

1)根据GB/T 18883—2002室内空气质量标准，在冬季采暖房间内，温度标准值为16 ℃～24 ℃，相对湿度标准值为30%～60%，空气流速为0.2 m/s。图书馆实测室内温度为20 ℃～25.8 ℃，比标准值略高，由于在实测期间，室外温度比供暖室外计算温度略高，室内外温差小，通过围护结构耗热量小，导致实际的热量大于失热量，室内温度升高；在没有加湿设备前提下，空气绝对含湿量变化微小，但饱和含湿量随温度的升高而增加，导致实测相对湿度低于标准值；由于窗缝、墙缝存在漏风现象，近一半测点的实测室内风速大于0.2 m/s，其中一处最大风速达0.68 m/s，周围环境的热舒适性受到较大影响。2)利用PMV-PPD整体评价指标，根据GB/T 50785—2012民用建筑室内热湿环境评价标准关于评价等级的规定，除晚间B区为Ⅱ级外，日间两区、晚间A区均为Ⅲ级。进一步分析原因可知，晚间B区满座率为75%，低于A区的89%，且人员流动性较大；相对于A区和日间B区，晚间B区的开窗通风次数较多，空气龄较低，水蒸气分压力较大，相对湿度较高，室内空气质量较好。3)问卷调查结果显示，认为室内热环境暖和较暖的受试者中有79%是男性，有74%的人处在18岁～30岁；认为室内湿度舒适的受试者均是男性；认为室内空气流速适中的受试者中有74%是男性。说明中年人比青年人更喜欢较高室温，女性比男性更喜欢较高室温，并且女性的舒适性标准相对男性较高。这些与着装习惯、新陈代谢速度和感官敏感程度有关。