夏熱冬冷地區(qū)“供熱工程”課程內(nèi)容體系改革實(shí)踐與建議

于國(guó)清　劉洪芝　鄒志軍

摘 要 “供熱工程”課程是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，目前的教材和課程內(nèi)容體系是針對(duì)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的，城市集中供熱占有很大的比例;夏熱冬冷地區(qū)的供暖系統(tǒng)形式與嚴(yán)寒寒冷地區(qū)有較大的區(qū)別，這使得畢業(yè)后留在這些地區(qū)的學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐上存在著脫節(jié)。本文介紹了夏熱冬冷地區(qū)供熱工程的教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)供熱課程中熱負(fù)荷、熱源、熱網(wǎng)和供熱末端的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行取舍和補(bǔ)充，形成了夏熱冬冷地區(qū)供熱工程的內(nèi)容體系，取得了較好的教學(xué)效果。同時(shí)提出了編寫(xiě)夏熱冬冷地區(qū)專(zhuān)用供熱工程教材的建議。

關(guān)鍵詞 內(nèi)容體系 供熱工程 改革 夏熱冬冷地區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.026

Practice and Suggestions on the Reform of the Course Content System

of "Heating Engineering" in Hot Summer and Cold Winter Areas

YU Guoqing， LIU Hongzhi， ZOU Zhijun

（University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093）

Abstract The course of heating engineering is the core course of architectural environment and energy application engineering. The current teaching materials and course content system are aimed at the severe cold and cold areas， and the urban central heating accounts for a large proportion. The heating system form in the hot summer and cold winter areas is quite different from that in the cold and cold areas， which makes the students who stay in these areas after graduation exist in learning and practice It's disjointed. This paper introduces the teaching practice of heating engineering in hot summer and cold winter area， and makes a selection and supplement of the relevant contents of heat load， heat source， heat network and heating end in the heating course， forming the content system of heating engineering in hot summer and cold winter area， and achieving better teaching effect. At the same time， some suggestions are put forward for compiling the teaching materials of special heating engineering in hot summer and cold winter areas.

Keywords content system; heating engineering reform; hot summer and cold winter areas

1供熱教學(xué)內(nèi)容改革的背景

供熱工程是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課，本課程的任務(wù)是使學(xué)生能系統(tǒng)地掌握建筑供暖和城市集中供熱的工作原理、設(shè)計(jì)方法及運(yùn)行的基本專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具有建筑供暖系統(tǒng)方案確定、設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)的能力。

由于以前供熱工程主要應(yīng)用于嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，因此“供熱工程”課程的基本要求以及相關(guān)教材，其熱負(fù)荷計(jì)算、系統(tǒng)形式、供熱管網(wǎng)主要是根據(jù)北方地區(qū)供熱情況制定的，建筑集中供暖與城市集中供熱管網(wǎng)是整個(gè)課程的核心和主體內(nèi)容。[1]

我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)主要是指秦嶺淮河以南的長(zhǎng)江中下游地區(qū)，冬季日平均氣溫一般在0～10℃之間，不是很冷，以前冬季房間不供暖，也沒(méi)有城市集中供熱管網(wǎng)。但不供暖時(shí)，房間溫度只有8～12℃，加之濕度較大，因此冷感十分明顯，隨著人民生活水平的提高，各房間或者整個(gè)建筑逐漸設(shè)置各種供暖設(shè)施。對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，其供暖系統(tǒng)與北方地區(qū)有很大的差別，許多學(xué)者已對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的供暖形式做了深入的研究和分析。金文[2]詳細(xì)介紹了南方地區(qū)現(xiàn)存的供暖形式，并綜合對(duì)多種供暖方式的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。殷平[3]分析了南方供暖的現(xiàn)狀，并指出空氣源熱泵的使用可以在一定程度上解決南方供暖問(wèn)題。龍惟定[4]對(duì)南方地區(qū)供暖進(jìn)行了深入分析，并指出分散式供暖還是夏熱冬冷地區(qū)供暖的主要形式。周瑞芳[5]分析了夏熱冬冷地區(qū)低溫?zé)崴匕宀膳目尚行?，并指出空氣源熱泵為該地區(qū)較佳熱源選擇。

這些學(xué)者的研究為夏熱冬冷地區(qū)高校“供熱工程”課程的改革提供了方向。就讀于夏熱冬冷地區(qū)高校的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生，畢業(yè)后大多選擇留在這些地區(qū)從事相關(guān)的工作，他們?cè)谌粘Ｉ罴肮ぷ髦薪佑|的更多是夏熱冬冷地區(qū)的供熱形式，因此供熱工程的課程宜與之相適應(yīng)，否則他們會(huì)感覺(jué)所學(xué)到的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用存在明顯脫節(jié)。“供熱工程”課程改革需要根據(jù)本地區(qū)供暖特點(diǎn)，編制因地制宜的課程教學(xué)內(nèi)容體系。

2課程內(nèi)容改革的基本指導(dǎo)原則

基于上述背景，我們?cè)谥v授供熱工程時(shí)，對(duì)原來(lái)教材的內(nèi)容進(jìn)行較大幅度的取舍和增加，以便更好地滿(mǎn)足需要，我們?cè)谌∩釙r(shí)遵循以下原則：

（1）保留精要。既要考慮到夏熱冬冷地區(qū)的情況，又要考慮到全國(guó)的情況，因?yàn)閷W(xué)生并不是全部在夏熱冬冷地區(qū)工作，因此本課程的核心內(nèi)容必須要保留下來(lái)，讓學(xué)生掌握供熱工程的精要。

（2）有所舍棄。由于課時(shí)較少，一些在以后實(shí)際工作中應(yīng)用較少的內(nèi)容要忍痛割?lèi)?ài)。

（3）突出特色和實(shí)用，針對(duì)夏熱冬冷的供暖特征，增加相關(guān)的內(nèi)容。

另外，我們?cè)诮虒W(xué)中反復(fù)強(qiáng)調(diào)供暖形式的多樣性，供暖不等于集中供暖，供暖不等于散熱器供暖，給學(xué)生詳細(xì)分析集中供熱形成的歷史原因和利弊得失;告訴學(xué)生對(duì)于特定的工程，一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件進(jìn)行詳細(xì)和全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇合適的供熱方案。

3夏熱冬冷地區(qū)供熱工程課程內(nèi)容體系的改革

3.1 建議保留的核心內(nèi)容

根據(jù)上述原則和供熱工程課程的基本要求，我們確定了供熱工程的核心內(nèi)容。

（1）供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷。包括供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷和設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的概念，圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量、修正耗熱量的計(jì)算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小傳熱阻及其計(jì)算方法，冷風(fēng)滲透耗熱量的計(jì)算等基本內(nèi)容。

（2）供暖系統(tǒng)的散熱設(shè)備。包括散熱器的熱工、衛(wèi)生和技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，散熱器的種類(lèi)、選擇計(jì)算，地板輻射供暖，暖風(fēng)機(jī)和鋼制輻射板。

（3）室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)。包括重力循環(huán)雙管和單管系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算，雙管系統(tǒng)垂直熱力失調(diào)的原因，室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)（單管、雙管;上供下回、下供上回;水平式、垂直式），同程式和異程式的特點(diǎn)，高層建筑熱水供暖系統(tǒng)的特點(diǎn)以及常用的系統(tǒng)型式，膨脹水箱的作用、接管方法、水箱容積的確定方法。

（4）熱水供暖管網(wǎng)水力計(jì)算。包括室內(nèi)供暖的水力計(jì)算基本原理、機(jī)械循環(huán)單管系統(tǒng)異程式、同程式系統(tǒng)水力計(jì)算的方法，異程系統(tǒng)容易產(chǎn)生水平失調(diào)的原因。

（5）蒸汽供暖系統(tǒng)。包括蒸汽作為熱媒的特點(diǎn)，室內(nèi)蒸汽供熱系統(tǒng)常用型式及其分類(lèi)，低壓蒸汽供暖系統(tǒng)如何保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，疏水器的作用、選擇計(jì)算與接管方式，減壓閥的作用、管路連接簡(jiǎn)圖、各閥門(mén)儀表的作用，低壓蒸汽系統(tǒng)水力計(jì)算的方法。

（6）熱水集中供熱系統(tǒng)。體積熱指標(biāo)和面積熱指標(biāo)的含義，熱水供應(yīng)熱負(fù)荷的計(jì)算公式，熱負(fù)荷延續(xù)圖的繪制，供暖用戶(hù)與供熱管網(wǎng)的幾種連接方式簡(jiǎn)圖及其特點(diǎn)、適用場(chǎng)合，開(kāi)式熱水供熱系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)的含義以及各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用范圍，常用的凝結(jié)水回收的幾種方式。

（7）熱水網(wǎng)路水力計(jì)算、水壓圖。包括熱水網(wǎng)路水力計(jì)算，水壓線的含義，熱水供暖系統(tǒng)水壓圖的繪制方法，熱水網(wǎng)路壓力狀況的基本技術(shù)要求，靜水壓線、動(dòng)水壓線的確定原則，循環(huán)水泵（包括混水泵）流量、揚(yáng)程的計(jì)算，補(bǔ)給水泵流量、揚(yáng)程的計(jì)算。

（8）水力工況分析。包括水力工況分析的原理、各類(lèi)型水力失調(diào)的定義，熱水網(wǎng)路中壓降、流量、阻力數(shù)三者之間的關(guān)系，水力工況分析具體案例分析，水力穩(wěn)定性的含義和增強(qiáng)穩(wěn)定性的措施。

（9）熱水供熱系統(tǒng)的集中運(yùn)行調(diào)節(jié)。包括供熱調(diào)節(jié)的基本公式，常用集中供熱調(diào)節(jié)方法的含義，直接連接（包括無(wú)混合裝置和有混合裝置）供熱調(diào)節(jié)的計(jì)算，供熱調(diào)節(jié)曲線的繪圖。

我們把這些內(nèi)容作為供熱工程的核心內(nèi)容，進(jìn)行重點(diǎn)講授，并通過(guò)例題、習(xí)題、課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，力爭(zhēng)讓學(xué)生掌握。

3.2 課堂不講授的內(nèi)容

目前我校供熱工程只有32課時(shí)，因此原教材中，下述章節(jié)沒(méi)有講述：

第7章 集中供熱系統(tǒng)的熱源

第12章 熱水供熱系統(tǒng)的初調(diào)節(jié)方法

第13章 蒸汽供暖系統(tǒng)管網(wǎng)的水力計(jì)算和水力工況

第14章 熱力管線的敷設(shè)和結(jié)構(gòu)

第15章 供熱管道的應(yīng)力計(jì)算

第16章 集中供熱系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)比選

第17章 集中供熱系統(tǒng)自動(dòng)化

這些內(nèi)容占有教材較多的章節(jié)，主要集中在城市集中供熱方面，由于在夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)用較少，沒(méi)有在課堂上講授。

3.3 建議增加的內(nèi)容

3.3.1 間歇供暖負(fù)荷計(jì)算

“供熱工程”中主要是針對(duì)北方地區(qū)的集中連續(xù)供暖，通過(guò)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)居民普遍的冬季供暖習(xí)慣是采取“有人開(kāi)，無(wú)人關(guān)”的間歇式供暖方式。[6]間歇供暖雖然有一定的節(jié)能效果，但影響其供暖效果的因素有很多，包括建筑物形狀、圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分尺寸、保溫形式、房間位置、材料熱工性質(zhì)、室外氣象參數(shù)在整個(gè)供暖季的變化情況、太陽(yáng)輻射、冷風(fēng)滲透、通風(fēng)情況和間歇時(shí)間等。間歇供暖時(shí)設(shè)計(jì)負(fù)荷要適當(dāng)增加。

3.3.2 供暖系統(tǒng)形式的多樣化

“供熱工程”中主要同集中供暖系統(tǒng)相結(jié)合的末端裝置是散熱器和地板輻射供暖，在夏熱冬冷地區(qū)，除了散熱器和傳統(tǒng)的地板輻射供暖，還有很多其他供暖方式：

（1）預(yù)制式輕型地板供暖。地板供暖是近年來(lái)應(yīng)用日益廣泛的供暖方式，其因良好的熱均勻性和較高的供熱效率而得以廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)的重型地板供暖，熱慣性大，熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不利于間歇供暖的場(chǎng)合;輕型地板輻射供暖對(duì)于間歇供暖更加合適，應(yīng)考慮增加其設(shè)計(jì)和安裝方法的介紹。

（2）個(gè)性化電加熱供暖。電采暖形式很多，包括電熱膜、電熱地暖、電采暖散熱器等方式。電加熱供暖方式，屬于“高質(zhì)低用”，不能大面積使用，但其可以作為補(bǔ)充供熱應(yīng)用于夏熱冬冷地區(qū)，電供暖與個(gè)性化供暖相結(jié)合，十分方便調(diào)節(jié)，通過(guò)減少供暖空間和運(yùn)行時(shí)間，能耗也有可能比常規(guī)供暖低。

（3）風(fēng)機(jī)盤(pán)管。風(fēng)機(jī)盤(pán)管作為供暖系統(tǒng)的末端裝置，其工作原理是在機(jī)組內(nèi)循環(huán)其所在房間的空氣，能夠迅速加熱房間的空氣。其非常適合夏熱冬冷地區(qū)的賓館、辦公室等房間間歇供暖的建筑。而且供暖與空調(diào)可以合用一套系統(tǒng)，十分適合夏熱冬冷地區(qū)。

3.3.3 供暖的熱源

“供熱工程”中集中供熱的熱源主要是鍋爐房、熱電廠等大型集中供熱設(shè)施，而在絕大部分夏熱冬冷地區(qū)，一般沒(méi)有城市集中供熱管網(wǎng)，一般為自行設(shè)置的小型熱源。教學(xué)中既要重視大系統(tǒng)，又要重視小系統(tǒng)，講清基本原理，融會(huì)（下轉(zhuǎn)第73頁(yè)）（上接第52頁(yè)）貫通大系統(tǒng)和小系統(tǒng)的內(nèi)在一致性。

（1）小型戶(hù)式燃?xì)鉅t供暖。近幾年，戶(hù)式燃?xì)鉅t供暖逐漸成為夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)用較為廣泛的供暖方式之一。一般在部分夏熱冬冷地區(qū)就已存在用于熱水供應(yīng)的燃?xì)鉅t，可直接通過(guò)適當(dāng)擴(kuò)大容量將其用于采暖系統(tǒng)。燃?xì)鉅t可以同散熱器和風(fēng)機(jī)盤(pán)管等散熱末端相結(jié)合用于室內(nèi)供暖，同時(shí)還可以與地板供暖相結(jié)合用于房間供暖。

（2）空氣源熱泵。小型空氣源熱泵是夏熱冬冷地區(qū)十分重要的供熱熱源形式?？諝庠礋岜?，可以實(shí)現(xiàn)夏季制冷，冬季供暖。熱泵可以與輻射地板、風(fēng)機(jī)盤(pán)管相結(jié)合，夏季利用制冷，冬季通過(guò)空氣源熱泵制備出的熱水進(jìn)入輻射地板，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的供暖。空氣源熱泵，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到當(dāng)室外氣溫低時(shí)，空氣源熱泵的制熱量下降，還要考慮除霜的影響。

（3）小型真空鍋爐。真空鍋爐不屬于壓力容器，管理簡(jiǎn)單，出水溫度較低，可以直接和風(fēng)機(jī)盤(pán)管或者輻射地板結(jié)合，而且可以回收煙氣冷凝熱，具有較高的效率，近年來(lái)也得到大量應(yīng)用。

4建議編寫(xiě)夏熱冬冷地區(qū)供熱工程教材

目前我國(guó)位于夏熱冬冷地區(qū)設(shè)置建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的高校眾多，比如上海的同濟(jì)大學(xué)、東華大學(xué)、上海理工大學(xué)、上海海洋大學(xué)，浙江的浙江理工大學(xué)、浙江海洋大學(xué)、寧波工程學(xué)院，江蘇的東南大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、南京師范大學(xué)、南京工程學(xué)院、江南大學(xué)、南京理工大學(xué)，安徽的安徽工業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)，湖北的華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、武漢紡織大學(xué)，湖南的湖南大學(xué)、中南大學(xué)、南華大學(xué)、重慶的重慶大學(xué)、四川的四川大學(xué)、西南交通大學(xué)，等等。培養(yǎng)的該專(zhuān)業(yè)學(xué)生也是很多的。

目前已出版的教材均是針對(duì)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的，如表1所示，因此建議組織力量，編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的供熱工程教材，這對(duì)于形成地域特色、提高教學(xué)質(zhì)量是十分有利的。

表1 已有供熱工程教材概況

5結(jié)語(yǔ)

根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)供暖現(xiàn)狀對(duì)該地區(qū)高?！肮峁こ獭闭n程內(nèi)容現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了夏熱冬冷地區(qū)的供熱工程教學(xué)內(nèi)容體系，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果，本文也提出了組織編寫(xiě)相應(yīng)專(zhuān)門(mén)教材的建議。

本文由上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目和上海理工大學(xué)優(yōu)質(zhì)在線課程項(xiàng)目資助

參考文獻(xiàn)

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