本文摘要:摘要为提升公共服务水平,以博物馆展厅的温度、湿度、通风、照明、噪音、空气清洁度为研究对象,就现有的缺陷或不足提出整改方案,供博物馆同行参考。 关键词博物馆;展厅;舒适环境;中央空调 0引言 室内热环境对人体的散热有很大的影响,对人体维持自身体温稳
摘要为提升公共服务水平,以博物馆展厅的温度、湿度、通风、照明、噪音、空气清洁度为研究对象,就现有的缺陷或不足提出整改方案,供博物馆同行参考。
关键词博物馆;展厅;舒适环境;中央空调
0引言
室内热环境对人体的散热有很大的影响,对人体维持自身体温稳定有着直接的影响,因此对人的舒适度有着极大的影响。博物馆展厅公众服务舒适环境主要受空气温度、相对湿度、气流运动(即通风情况)、照明、噪音、空气洁净度等影响。
1展厅公众服务舒适环境
1.1人体感觉最舒适的环境温度
人体健康的舒适性除了取决于色彩、灯光、吹风感等因素外,还取决于温度和湿度,并是受气温或湿度两者综合作用的结果。实际上,从国家2003年正式实施《室内空气质量标准》以后,室内温度已经成为室内空气质量的一个重要组成部分。标准中明确规定夏季空调房间室内温度的标准值为22℃~28℃,冬季采暖室内温度的标准值为16℃~24℃。达到这个标准的室内温度就是舒适的室内温度。适宜的室内温度有利于人体健康,目前我国北方有的地区已经把冬季室内温度作为保护消费者权益的内容之一。
室内温度也是影响人员生产效率的重要因素,直接影响人的工作满意度和工作完成情况。夏季,为了保证人们的身体健康和工作效率,同时又能够最大限度的节约能源,部分专家推荐使用“黄金温度”,也就是27℃左右。因为在这一温度下人体感觉最舒适,而且也比较省电。如果空调开得很冷,室内温度过低,不仅不利于人们的身体健康,而且又浪费了大量宝贵的电力资源。
此外,夏季空气中相对湿度较高也会令人不舒服,当室内温度高于30℃,相对湿度大于80%时,环境温度高于体表温度,人体皮肤温度会很快升高,此时人的体温调节系统会处于高负荷状态,容易引起循环、消化、泌尿、神经系统功能改变进而诱发中暑、皮肤病等热病,同时使心脑血管、糖尿病患者的发病率和死亡率上升。冬季,室内温度也不宜过高。冬季室外严寒,人们都希望家里暖和些以抵御寒冷的空气。然而取暖并非温度越高越好,室内温度不宜过高,国家标准规定为16℃~24℃。一般室内温度保持在20℃~24℃之间为宜,最好不超过28℃。室内外温差以不超过10℃为宜,这样人们从室外进入室内时就不会觉得温度不适应。如果温差过大,人进出时经受气温骤变,就很容易患感冒或呼吸系统疾病。一般人的体温在清晨02:00~06:00最低,人们可以在睡前将空调温度适当调高,避免半夜受凉。
1.2人体感觉最舒适的环境湿度
研究显示,人体最适宜的温度在18℃~24℃,人体最适宜的健康湿度在45%RH~65%RH之间。当环境湿度低于35%RH时,24h后流感病毒的存活率仍在10%以上;当环境湿度高于50%RH时,10h后病毒全部死亡。流感与湿度有密切关系,健康的湿度可抑制病毒、病菌的滋生和传播,还可提高人体机体的免疫力。但湿度高于65%会使人体呼吸系统和粘膜产生不适,免疫力下降。
据实验测定和理论推算,最宜人的室内温湿度是:冬季温度为18℃~25℃,湿度为30%~80%;夏季温度为23℃~28℃,湿度为30%~60%。在此范围内感到舒适的人占95%以上。如果考虑到温湿度对人思维活动的影响,最适宜的室内温度应是18℃,湿度应是40%~60%,此时,人的精神状态好,思维最敏捷,工作最高效。
1.3气流运动(通风情况)
气流运动对于人的舒适度带来的直接影响并不是特别大,它直接作用于人体水分的蒸发,并对室内空气温度和湿度有着极大的影响。较好的通风会使得室内环境的空气温度不会出现极端的情况,湿度亦然。因此,气流运动间接作用于人体的舒适度。按2003年版《室内空气质量标准》,夏季空调空气流速应>0.3m/s,冬季采暖空气流速应>0.2m/s,新风量应≮30m³/h.p。
1.4照明情况
室内照明主要影响人的视觉舒适度和温觉舒适度。后者源于照明会产生大量热量,过于集中的照明会给人带来很强的热感,从而影响到人体的舒适度。我们这里主要研究照明对人的视觉舒适度的影响。众所周知,视觉是人对外界最重要的探知方式,室内大部分情况下需要依赖室内照明系统改变室内光环境,因此室内照明对于人的舒适度有着很大的影响。
照明中的色调、照度是室内环境的重要组成部分,冷色调的光会给人带来清冷的内心感受,而暖色调会让人觉得热情、温暖。照度过强的光会给人带来极强的不适,很多情况下审讯犯人经常会使用强光照明,这样会给人带来较大的心理压力,使人的神经系统处于长期的紧张之下,人是很不舒适的。较暗的灯光环境在某些场合会给人带来极大的不安全感,同样会使人紧张。由此可见,照明对于人的感官有着极大的影响,进而改变人的视觉舒适度。
1.5噪音
噪音是很让人反感的,长期处于较强噪音情况下的人会情绪暴躁、情绪易变、心烦意乱、难以静心。交通、建筑、生产等室外噪音可以通过加厚的双层玻璃窗、加厚的墙壁等措施降低对人舒适度的不良影响,室内的噪音才是影响人在室内舒适度的重要因素。室内噪音主要源于人为和电器。人为噪音主要是因为人的活动产生的不和谐声音,如室内争吵、小孩玩耍时的大喊大叫、大哭大笑等,这些对于同处室内的人在情绪上都有很大的影响。人为噪音在某种程度上讲是极难避免的,而电器噪音则是可以尽量避免的。
主要的电器噪音来自于一些大功率电器,如工作中的电冰箱、空调、微波炉等,一些较高品质的电器杂音或较小,这也是其技术优势之一。总之,噪音对于人的舒适度影响主要来自于心理因素。安静的环境会使人的心情维持在较平静的水平,嘈杂的环境易使人躁动。当然,这些也与人的性格有关,天生内向的人更适合安静的环境,而活泼的人更喜欢呆在有人气的环境,这些都因人而异。
1.6空气清洁情况
空气清洁情况主要会影响人的健康。清洁的空气不易使人感染呼吸道疾病,健康会使人倍感舒适,而不清洁的空气不仅易使人患病,而且会由于异味使人在感官上有不良的感觉,这种情况下人是不会有舒适感的。
2我馆参观环境现状
我馆新馆于2005年6月建成开放,对外开放区域主要是展厅。展厅共分4层,1层层高6.6m,2层、3层层高6m,4层层高5.95m,地下1层为设备区和停车场,建筑总高度25.2m。展厅冷热源主要由3台额定总制冷量4362kW、制热量为3363kW的燃气机组提供,13台组合式空调器分别单独控制每个展厅的温湿度和空气洁净度,4层书画展厅另有2台精密空调严格保证各书画展柜的恒温恒湿环境,4层临时展厅增设有7台恒湿机、24台变频多联机。全馆中央空调由楼宇自控系统集中控制。
中央空调运行时间为每天08:30-17:30,展厅设计温湿度为夏季温度24℃~26℃,相对湿度≤65℅,冬季温度20℃~22℃,相对湿度≥40℅;书画展厅精密空调每天24h运行,各书画展柜的温湿度控制在:温度20℃±2℃,相对湿度60%±6%。展厅全部采用低温冷光源,原有电子节能灯近年来已全部更换为LED小功率照明灯具,既保证了展厅照度又有效控制了紫外线对文物的损伤,而且更加节能和耐用。其中书画展柜的照明采用声光感应控制,最大限度地降低了灯光对纸质文物的伤害。楼宇自控系统每天24h监控所有公共设备,并自动记录所有展厅的温湿度情况。
开馆至今,所有公共设备运行稳定、可靠,为所有藏品提供了比较安全的展示环境,也为多数观众提供了相对满意的参观体验。总体而言,展厅的温度、湿度、通风、照明、噪音、空气清洁度控制基本符合设计要求,但从实际运行效果来看,设计缺陷也比较明显,特别是在高温高湿的夏季,作为开放区域的门厅、生态廊、展厅中庭温湿度明显偏高,桑拿效应突出,观众多次投诉,改善参观环境的呼声很高,整改工作迫在眉睫!
3改善及提升的方向
基于我馆展厅现状,经我馆多专业技术人员多次现场查勘,就开放环境存在的主要问题,提出如下解决方案:
3.1门厅及生态廊的空调问题
现象:夏季正午太阳直射时,太阳热辐射较强,室内空调效果不太理想,人体有轻微不舒适感。问题:因为屋顶为玻璃,玻璃没有热惰性,太阳辐射热能瞬间传递。原设计有对玻璃喷水的降温设施,因玻璃幕墙年久失修,存在部分胶条老化,在喷水时存在渗漏现象,故现没有使用喷水降温。处理:对于玻璃顶的建筑,仅靠增大空调制冷能力来降温通常会出现早晚很凉快、正午时空调效果欠佳的情况,不是行之有效的办法,遮阳隔热才是优选方案。
(1)修复部分胶条老化的玻璃幕墙,恢复喷水设施,让其正常使用;(2)对玻璃贴膜,降低其对室内空间散热。本建筑朝向面东背西,东面为博物馆的正门,是全馆的主要客流集散出入区域,该区域设有大面积的玻璃幕墙天顶和大面积的立面玻璃幕墙。西面落地玻璃处为客用手扶楼梯,是客流必经的主要通道之一,该区域设有大面积的有框落地玻璃。按照全天的太阳日照方向来看,上午太阳升起直至中午太阳达到日照最高角度,东面玻璃幕墙区域将会受到非常强烈的太阳热辐射。当太阳西落时,东面建筑太阳热辐射随着太阳的位置向西而逐渐减弱,但西面的落地玻璃区域会受到较为强烈的太阳热辐射,也就是生活中常说的西晒问题。对此,我们建议对大门的玻璃幕墙及天顶作贴膜处理。贴膜预估总面积约为2600m2,单价按120元/m2~220元m2计,总费用约31.2万元~57.2万元。
3.2展区中庭周边区域3层、4层的空调问题
现象:夏季该区域的空调效果极不理想,明显存在由下部往上传递的对流热以及室外较强的太阳辐射热。人体有很明显的不舒适感,无法长时间停留。问题:①热源问题该区域除正常热源外存在额外热源:A.屋顶采光玻璃的辐射热;B.与门厅上部空间连通处的辐射热及对流热;C.中庭周边间因空气热力学特性在顶部汇集的热源。②中央空调系统问题1层~4层中庭及周边公共区域共用空调系统,4层空调位于风管管路系统的末端,空调系统送风量明显偏小。处理:①隔断热源或排泄热空气A.采用遮阳措施减少热辐射作用a.沿3层及4层门厅正上方外廊边缘设置无框折叠玻璃门,阻挡热气流进入;b.对展厅4层玻璃屋顶采取遮阳措施。
本建筑展厅区域玻璃面较大,夏季太阳直接辐射热对室内空间的影响很大,现在为了减少热辐射的影响在玻璃屋顶上采取的临时措施,挤塑板加帆布隔热,虽起到了隔热的效果,但有悖原设计的初衷,减少了自然光进入室内,显得整个场馆的通透度不够,并且对非空调季节的采光也会产生一定的影响。基于这方面考虑,我们建议对4层玻璃屋顶两侧太阳直射部分设欧式电动遮阳百叶。中间屋顶构架遮挡部分由于本身土建起到了很好的隔绝热辐射的作用,只是少许镂空区域有太阳光直射,可在镂空部分直接明装并固定low-E中空玻璃。欧式百叶系统由驱动机构、叶片和控制系统构成。
驱动机构包括专用管状电机,支撑臂旁边安装叶片夹安装一条推杆铝条,用于推动推杆连接到的叶片直臂使叶片翻转。控制系统采用区域群控技术,并配无线及有线两种控制方式。需设置遮阳措施的玻璃顶面积约350m2,综合单价约1000元/m2~1500元/m2,总计35万元~52.5万元。中庭玻璃穹顶目前采用深色帆布遮阳,效果还不错,也不影响室内美观,可保持现状不变。至于4层屋顶雨水渗漏的问题,经现场技术分析,可将现场排水管及地漏清理干净,保证原有排水通道畅通,以观后效。B.在与门厅上部空间连通处增设条缝型风口,控制其对流热的传递及部分辐射热。C.在门厅正上方玻璃屋面设可开启的电动天窗,以排除聚集在中庭顶部的热废气。拟在门厅正上方玻璃屋面取掉4块玻璃,改成电动天窗,过渡季节或空调季节电动开启天窗以便热废气的排出。
供热季节可电动关闭天窗,保证室内热气不向外扩散。天窗下雨时可感应雨滴自行关闭,避免雨水进入室内。D.在中庭顶部周边玻璃墙体设自然排风口,以排除聚集在顶部的热废气。拟在中庭顶部周边玻璃墙体内侧去掉4块玻璃,由于中庭玻璃为两层玻璃墙体,且考虑到美观性及热气流能顺利排出室外,在中庭小屋面内侧再去掉相应面积的玻璃,并装设电动防雨百叶(百叶顶上设固定遮雨棚),以便过渡季节或空调季节电动开启屋顶热废气的排出。百叶在采暖季节及发生火灾时电动关闭。②对现有空调系统进行局部改造经勘查计算,拟在直燃机房新增制冷量为1336kW的磁悬浮变频离心式冷水机组1台,并入原有系统,增加设计制冷量。在展厅1层~4层中庭增设66台卡式风机盘管,集中解决该区域夏季冷量不足问题。
3.3冷却水的问题
现象:主机冷却水出水温度Tg=37.8℃,回水温度Th=32.2℃。问题:冷却出水温度基本正常,回水温度稍微偏高,即供回水温差较大。处理:①检查并清洗冷却水管路系统阀门、过滤网等,减小系统管路阻力;②因现有3台共1500冷吨无风机冷却塔已用多年且散热效果衰减明显,建议将其更换为1800冷吨的低噪音(≤60dB(A))横流式冷却塔。3.4其他①在组合式空调器出风段增加自动加湿、除湿装置,增强末端设备湿度控制能力,在保护文物的同时又提升参观环境舒适度。②增加展厅空气环境监测系统及气体监测设备,如气体分析仪、有机物分析仪、颗粒物检测仪、浊度仪等,为提升公共区域参观环境舒适度提供数据支撑。
4结语
截止发稿为止,我馆展厅的公众服务环境改造工程已接近尾声,通过增设磁悬浮中央空调主机、卡式风机盘管,玻璃涂膜,更换冷却塔等措施,大幅降低了展厅夏季的热负荷,公共服务的舒适度、满意度明显提升。接下来,我们将不忘初心,继续前进,大力发扬工匠精神,坚持以人民为中心,充分利用现代科技手段,持续研究并改善展厅公众服务环境,争取为公众提供更好更优质的服务。
参考文献
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建筑论文投稿刊物:《暖通空调》创刊于1971年,是中国建筑科学类核心期刊,国家期刊奖最高奖项获奖期刊,中国暖通空调行业惟一的中央级科技期刊,由建设部主管,亚太建设科技信息研究院、中国建筑设计研究院、中国建筑学会(暖通空调分会)联合主办。
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