高校图书馆室内热环境分析

韩善韬

摘要：室内热环境质量的高低对人们的身体健康、生活水平、工作学习效率将产生重大影响。而对于高校图书馆来说，控制室内热环境，

提高高校师生的学习和办公效率就变得尤为重要。本文通过对高校图书馆空调机组的选型及冷热负荷的分析、循环水系统的运行分析对室内热环境进行初步分析。再使用revit软件，以图书馆一层为例对图书馆中庭风管系统进行建模，并使用phoenics对实际空调系统运行状态进行流体模拟。最终对高校图书館室内热环境进行相关评价并对一些不足给予部分改进建议。

关键词：图书馆、热舒适、冷热负荷、水系统、气流组织

中图分类号： G258.6;TU111     文献标志码：A

1 概述

随着现代经济与科技的发展，人们对建筑综合环境的重视程度也越来越高，其中，室内热环境对建筑综合环境的影响占有主导地位。而图书馆作为重要的公共建筑，室内热环境是否舒适便格外重要。除此之外，世界能源与环境问题方面日益突出，而建筑能耗目前占总能耗的三分之一，许多系统都存在“大马拉小车”的现象，造成能源的大量浪费。因此，平衡室内热环境与建筑能耗显得十分重要。本文旨在以同济大学嘉定校区图书馆为例，从图书馆冷热负荷、水系统运行和气流组织三方面对图书馆室内热环境以及其中存在的问题进行分析评价。

2 冷热负荷分析

嘉定校区图书馆选配机组的制冷量为3420kW，由专业计算软件计算本建筑物的冷热负荷，得出图书馆全年最大冷负荷值是3378.31kW，数据表明在所设条件下，机组的运行情况存在问题。经统计得，嘉定图书馆的冷负荷在900～2400kW区间的小时数最多，冷负荷值超过3000kW的时间仅为40h。

因此图书馆的3台额定冷量为1140kW的机组，大部分时候运行在低负荷的工作状况中，这使得机组产生的冷量不能被充分利用，进而造成了能源的严重浪费。若机组的数目及功率无法进行改变，那么建议仅运行3台机组中的1-2台，另外的机组留作备用。

再分析图书馆的热负荷值，机组的制热量为3600kW，计算得图书馆全年最大热负荷值为269.80kW，故图书馆只需要一台风冷式热泵制热，即可满足整体的热量需求，且部分负荷率只要25%即可。在冬天往往同学们在图书馆外被冻得瑟瑟发抖，但进入图书馆后却会热的出汗。室内外的巨大温差造成了能源的巨大浪费。这是由于图书馆的空调机组的设计时，是按照内部人员处于饱和状态计算的。然而并非所有时间段图书馆都为满员状态，这就导致了热量的浪费。因此要改进图书馆冬季体感过热的现状，就是要根据实际情况，制定合理的机组使用方案和负荷率，在提供足够的热量同时，尽可能的减少能源浪费。

3 水系统运行分析

城市自来水以大于0.2MP的压力进入图书馆水循环系统，进入膨胀水箱。各AHU的冷、热水回水通过管井一路向下，和旁流循环水处理器净化后的冷、热水回水一起，经过水泵送至顶层的风冷热泵。冷、热水回水（水泵进水）首先经过蝶阀、Y型过滤器、橡胶软接管等等，然后才进入水泵。值得注意的是水泵进水端底部多设一截带有闸阀的管道，经求证，其有着储存、排出杂质的作用。冷、热水回水（水泵出水）则经过一个调节止回关断阀和一个蝶阀，不仅可以调整出水流量，还可以防止出水倒流，损伤水泵。当然，水泵进、出水侧都装有压力计。

冷、热水回水（热泵进水）在天台通过蝶阀、Y型过滤器进入风冷热泵。同样地，热泵进水侧底部留有一截存储、排出杂质的管道。经过热泵后，冷、热水供水（热泵出水）就供给到各末端和AHU以进行换热，同时热泵出水侧有单独水管通过管井与压差旁通装置和膨胀水箱相连，以稳定冷、热水供水的压力，控制供水流量。

不难发现，图书馆采用了全集中、半集中混合式空调系统。其末端形式主要有两种——方形散流、百叶等风口、风机盘管。每层一般设有两台AHU送风。不同的是，一、三、十四层采用风机盘管，四层计算机房和音响储藏室采用VRV。此外，某些楼层具有与公共空间相隔离的办公室、会议室，这些楼层都加装了新风空调器，保证充足的新风量。

风机盘管供水侧装有闸阀、Y型过滤器，回水侧装有闸阀、电动双位阀。我们知道，风机盘管一定连着三根水管，还有一根就是冷凝水管。有趣的是，一层的冷凝水管接到室外花坛供浇灌，是一项别出心裁的绿色设计。其余冷凝水则统一接至地下室积水井。

AHU的分布也十分讲究。一至四层中庭内，二、三层AHU风量大于一、四层。五六层中庭与七八层中庭结构相似，然而五层AHU和六层AHU风量相近，七层AHU风量（32000CMH）则远远大于八层AHU（20000CMH）。不免想起同学们共同的经历，八层总是显得格外闷热，也许与此有关。

4  气流组织分析

我们主要研究了图书馆一层中庭的风管系统，使用revit建立了图书馆一层中庭的风管系统模型图，并使用phoenics进行了模拟。风管标高基本处于3.75m的高度，考虑到风管当中的压降，风管系统的末段截面积要远远小于初段。风管末端采用了双层格栅形风口和喷口两种形式，如图1-3所示。

喷口是一种覆盖范围很广的风口形式，首先对喷口单独进行了模拟，模拟中只有一侧的风口出风。模拟条件如下：喷口风速2.8m/s，喷口压力400pa，出风温度22℃，环境温度36℃，热负荷20W/m。模拟结果如图4-5所示。

我们发现，喷口的出风覆盖区域很大，图书馆中庭与二楼联通部分有四分之一左右的区域风速达到了0.3m/s以上，八分之一左右的区域风速达到了1m/s以上。而且全局平均温度下降到了27℃，风覆盖区域的温度下降到了25℃。

之后，我們对图书馆一层整体进行了模拟，格栅风口的模拟条件如下：风速3.4m/s，压力300pa，出风温度22℃，其余条件与前一次模拟相同。得到的结果如6图所示。

格栅风口的覆盖区域明显小于喷口，但是喷口的布置十分合理，使得在1.5的高度处，风速均能达到0.1m/s左右，能够基本的覆盖到全部的区域，而且风速几乎全部维持在了1m/s一下，既不会产生对正对风口处纸张的扰动，也不会使人产生明显的不适感。

对比之下，不难发现，格栅的覆盖能力要弱于喷口，但是格栅很适合与垂直方向的送风。因此在机场候车厅、礼堂、大厅等层高较高、跨度较大而管线布置收到一定限制的区域通常使用喷管进行送风;而格栅则可以提供适宜的送风速度，提升人体的舒适度。

结束语

（1）高校图书馆对于空调设备选型较大，在空调实际运行时，也没有完全考虑到图书馆实际人数，使得实际冷热负荷较需要值偏大，造成能源浪费。

（2）实际图书馆七层AHU风量明显高于八层风量，使得图书馆八层在实际使用过程中存在闷热等情况。

（3）喷口和格栅风口的不同布置，使得送风效率有所提高，进而提高人体热舒适度。

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