刘开琼

　　(广西大学图书馆，广西 南宁 530004)

1 前言

图书馆作为社会文化事业的重要组成部分，与剧场、会议中心、体育馆等科教文卫类公共建筑相比，其建筑对通风、采光等要求更高，并有信息网络设备多、读者人数在不同时间段内差异性较大等特点。高校图书馆作为广大学生学习的重要场所，不仅需要为使用者提供充分的资源，还应为其提供舒适的室内热环境。通过调研发现，目前国内关于夏热冬暖地区图书馆馆舍热环境的研究尚为空白。随着我国教育事业的发展以及人们对室内热环境舒适度要求的提高，夏热冬暖地区的图书馆均安装了不同形式的空调系统，但设计、安装及运行管理中存在的不足对室内热环境产生了一定不良影响。而一些图书馆为了降低建筑的绝对能耗，往往以牺牲室内环境舒适性为代价，直接导致了热环境的恶化，这一现象越来越严重地威胁到图书馆使用人员的身心健康。因此，本文选取了位于夏热冬暖地区的广西大学图书馆作为研究对象，通过对其室内热环境进行现场实测的方法，研究图书馆室内热环境状况，为改善该地区图书馆馆舍室内热环境以及提高建筑节能技术提供基础数据。

2 研究方法

2.1 研究对象概况

本文选取了位于夏热冬暖地区的广西大学图书馆作为研究对象。广西大学图书馆主楼落成于2002年底，2003年投入使用，坐南朝北，建筑面积32 338m，属大型公共建筑。该建筑共七层(地下一层，地上六层)，地下一层为车库及设备用房:一层为出入口、大厅、总出纳厅、检索厅、期刊阅览室、办公用房等，二层为电子阅览室以及期刊阅览室，三、四、五层为图书馆主要的中文书库及阅览室，六层为外文书库及阅览室、多功能会议室等，共有阅览座位3 600多个。每天从7:50连续至22:30开馆，每周开放101.3小时，高峰期每天入馆超过1万人次。该馆是同时期广西区内建筑面积最大、设施最先进、现代化程度最高、网络条件最好的图书馆。因此，选取该图书馆作为热环境研究对象具有一定代表性。

2.2 南宁市气候特征

南宁地处典型的夏热冬暖地区，主要气候特点是炎热潮湿，夏季长达半年以上，而冬季不足三个月。冬季最冷的1月平均最低气温为10℃，夏季最热的7、8月平均最高气温为32℃。年均降雨量达1 304.2mm，相对湿度均为80%左右。根据《民用建筑热工设计规范》，该区建筑在设计上主要考虑夏季防热通风。

　　

　　图1 各测点位置平面示意图

2.3 室内热环境测试方法

笔者对图书馆室内热环境进行了为期一周的现场实测，包括图书馆内工作区、阅览区、借阅区等各个功能区域，测试内容为:室内空气温度、空气相对湿度、黑球温度、气流速度、表面热辐射温度。为了解该图书馆室内整体的热环境状况，根据人员的使用情况，在一至六层人员密集区域选取了15个测点进行测试，测点温湿度计探头高度为1.2米，各测点在平面中位置如图1所示。其中一、二、五、六层共设置了10个点为固定温湿度测点，将温湿计设置为每5分钟自动记录一次数据，其余为移动测点，在图书馆开放期间每隔一小时人工记录一次温湿度数据。气流速度为在图书馆开放期间内每隔一个小时人工记录一次，测试点与温湿度测点相同，并在办公区、阅览区、公共区各选择一个点进行黑球温度测试。根据图书馆的功能布置以及使用情况，选取具有代表性的一楼、二楼以及五楼作为主要研究对象，共布置10个固定温湿度测试点，各测点位置及其所在空间使用特点见表1。

　　

　　表1 各测点位置及所处空间特征

3 测试结果分析

3.1 测试期间室外气候条件

图2为测试期间(2012年9月18日至9月24日)室外空气温度以及水平太阳总辐射量的变化。测试周期内室外气候变化较大，后四天较为相近，温度也较高，因此选取9月22日至24日内记录的测试数据作为主要研究对象，其余期间内的测试数据作为参考进行比较分析。其中9月22日、23日均为晴朗高温气候，室外平均空气温度分别为28.9℃和

29 .7℃，最高温度分别为33.2℃和33.8℃。

3.2 室内热环境实测概况

测试期间内，图书馆正常使用，9月21日至9月24日图书馆的使用情况以及中央空调开放情况如表2所示。测点5－A黑球温度计由于接触不良出现异常忽略不计。为比较等高条件下室内外温、湿度差异，将五楼测点5－C温湿度计于9月23日9:00—19:00，24日9:00—16:00移至与室内测点等高的北面窗外进行室外温、湿度测量。

　　

　　图2 南宁市9月18日至9月24日气候状况

　　

　　表2 图书馆使用概况(2012.9.21—24)

　　

　　续表2

3.3 空气温度测试结果分析

　　图3 室内空气温度、黑球温度及室外温度变化曲线(2012.9.21—24)

　　图3 为设置于阅览室、办公室、大厅三个测点在9月21日0:00至24日20:00的黑球温度、空气温度以及室外温度变化。总的来看，21日、23日白天各测点温度呈上升趋势，22日、24日室内温度随空调的开启上下波动较大，变化急剧。由于9月22日、23日是周末，办公室不开放，由图可见办公室的黑球温度变化幅度小，在27℃至29℃范围内浮动，比较稳定。其主要受室外气候条件影响，最大温差仅为1.3℃。而阅览室及大厅受人员流动以及空调开启制冷影响，变化幅度较大。空调开启时间为7:50—12:00(周末 8:30—11:30)，14:40—22:30，而23日14:40—22:30时段内未开启空调。由图可见，阅览区以及大厅由于照明器具所产生热辐射等的影响，温度均在28℃以上，在15:30—22:30时段内达到了30℃以上。

　　

　　图4 五楼室内空气温度变化曲线(2012.9.21—24)

　　为研究室外气候条件对室内热环境的影响，在五楼阅览区选取了西向5－A，南向5－B，中区5－C3个不同测点，21日—24日的温度变化如图4所示。22日、24日中央空调正常开启，21日、23日未开启。由图5可见，22日0:00—8:00时段内室内空气温度低于室外温度，而23日该时段内室内空气温度高于室外温度。其原因在于21日未开启空调，夜间室外温度急剧下降，而室内以及建筑外围护结构蓄积热量，且窗户未开启，无法向外界散热降温。22日空调开启，大大降低了室内温度，夜间空调关闭后，室内空气温度回升较小，使得室内空气温度均小于室外温度。23日9:00—19:00，5－C测点温度为等高室外温度，由于测点靠近外窗，受到玻璃以及外墙面的反射辐射影响，温度较高，均高于室外空气温度。

　　由图5中22日至23日9:00时段内的温度变化可见，位于中部阅览区测点5－C的室内温度均低于靠近外维护结构的测点温度。其中5－B离外墙最近，该测点温度均较高。在22日内，三个测点均在14:00达到最大值，5 －A28.9℃、5 －B29.5℃、5－C28℃。5－C与5－B之间相差1.5℃，可见近外窗墙阅览区受室外热辐射影响较大。经过对22日内表面温度测试数据分析发现，5－A附近玻璃窗内表面温度在下午17:00达到42.8℃的最高值，墙体内表面温度也在该时刻达到最高值32.6℃。这是因为5－A靠近西墙，而下午受西晒影响较为严重所致。5－B附近玻璃窗内表面温度在该天11:00达到最高值35.7℃，墙体内表面温度在16:00达到31℃的最高值，原因是5－B靠近南面外维护结构，上午该墙窗受太阳直射影响。

　　

　　图5 空气温度与黑球温度的变化(2012.9.21—24)

3.4 空气温度与黑球温度的关系

图5 显示，9月21日至9月24日图书馆开放期间内(8:30—22:30)室内三个不同测点空气温度与黑球温度的关系。其中测点1－B和1－C黑球温度均大于空气温度，测点3－A较两者差异较小;1－B温度较集中，而1－C和3－A的温度跨度大。

　　总的来看，测点1－B温度比较集中，这是因为该测点位于办公区，使用人员较少，室内热环境较为稳定，且在周末不开放，无人使用，其室内热环境不受照明、电脑、打印机等设备以及人员活动影响，因此22日、23日空气温度基本不变。而其北向墙窗受室外气候影响，黑球温度受其热辐射均大于空气温度。21日、24日，该区正常使用，温度变化幅度增大，而24日由于空调调控，这种变化更为明显。

　　测点1－C位于一楼大厅，从图5可见，该测点黑球温度比空气温度高1.1℃左右。由于大厅为两层高大空间且面向图书馆主入口，入口开放，空气流动速度大，因此空气温度要低于黑球温度。而室内照明灯具以及相邻检索区电脑的开启、人员的流动也导致该区温度波动较大。

　　3－A测点位于三楼阅览区中部，该测点黑球温度与空气温度差异较小，但不稳定，因其受到室内照明灯具以及人群密度影响而发生较大变化。23日室外温度较高，而中央空调未开启，其温度跨度较大，黑球温度与空气温度较为接近。22日、24日中央空调正常开启，室内受制冷调控，经测量建筑结构表面温度，均呈下降趋势，因此在这两天内，下午及晚上的空气温度均大于黑球温度。21日、23日该测点地面及天花板表面温度均呈上升趋势，致使黑球温度均高于空气温度。

　　

　　图6 相对湿度变化曲线(2012.9.21—24)

3.5 室内湿度变化

图6 为9月21日—24日一楼各测点以及五楼测点的湿度变化。由图6可见，一楼各测点湿度变化较大，五楼除5－C测点温湿计于23日、24日白天移至室外以外，其余时间各测点湿度相近。一楼各测点湿度差异较大，原因在于一楼四个测点位于分隔的不同区域内，且各区域使用情况不同，而五楼阅览区为同一个大空间，各测点间没有分隔，因此差异较小。从一楼和五楼21日至24日室内湿度的变化曲线均可以看出，22日、24日的波动范围远远大于21日、23日，可见空调系统对室内空气湿度变化有较大影响。

　　从一楼测点湿度变化曲线可以看出，1－A、1－C、1－D三个测点的变化趋势相同，其中1－C、1－D更为接近，而1－A测点具有一定的延缓性。这是因为1－C和1－D分别位于开放使用的大厅和期刊阅览室，直接受空调系统及其使用情况影响。而1－A位于采编室，周末不开放，其变化与同为不开放的办公室测点1－B存在差异明显，变化趋势与1－C和1－D相同，是因为该测点靠近采编室与中文报刊室联通的门。该门上方窗户开启，并且门缝有气流通过。中文报刊室周末开放，因此1－A湿度会受到空调系统以及人员活动影响。从五楼23日湿度变化曲线中9:00—19:00时段内测点5－C为等高北向室外湿度的变化，可以看出室外湿度变化远远大于室内湿度，且均小于室内湿度，最大差值达到20%。24日该测点湿度值急剧上升是下雨引起的。

4 结语

本文通过实地测试广西大学图书馆室内热环境物理参数，用数据定量分析了湿热地区图书馆馆舍的夏季热环境状况，为认识该地区图书馆类建筑室内热舒适状况提供参考。同时，总结分析了室内热环境影响因素，得出以下几点结论，为改善图书馆室内热环境以及探寻图书馆建筑节能改造技术提供参考。

　　(1)本次测试结果分析表明，夏热冬暖地区大型公共建筑在高温季节需采用空调系统才能保证室内热环境的舒适度。而由于该地区夏长冬短，需空调制冷期长达半年以上，空调能耗巨大，需采取相应措施降低其能耗。

　　(2)建筑室内空气温度受外围护结构热辐射影响较大，太阳热辐射通过外围窗墙热传递影响室内热环境，使近外墙阅览区空气温度比中间区域高1.5℃，该区热环境恶化。改善其室内热环境状况，同时降低空调能耗，降低外维护结构传热系数以及采用建筑遮阳形式极其重要。

　　(3)经测试分析，发现室内空气相对湿度较高，均在65%以上，并受空调系统影响发生较大波动。进一步调查发现，其室内湿度在65% －85%范围内均能满足使用人员的热舒适要求。

　　［1］葛翠玉，赵 华，周 静.高校图书馆夏季热环境分析及改善措施研究［J］山西建筑，2006(1):207—208.

　　［2］潘向泷.关于图书馆建筑节能的研究与实践［J］.图书馆论坛，2007(3):147—149.

　　［3］彭美玲，李尚胜，朱 璇，等.武汉地区图书馆阅览室冬季热环境研究［EB/OL］［2012－10－07］.http//wenku.baidu.com/view/7d18b15ca76e58fafa003e7.html.

　　［4］M.Steeman，M.De Paepe，A.Janssens.Impact of whole－building hygrothermal modelling on the assessment of indoor climate in a library building［J］.Building and Environment，2010(45):1641—1652.

　　［5］王乾坤，万 畅.公共建筑围护结构对建筑能耗的影响分析［J］.武汉理工大学学报，2011(3):112—115.