夏热冬冷地区“供热工程”课程内容体系改革实践与建议
来源:用户上传
作者:于国清 刘洪芝 邹志军
摘 要 “供热工程”课程是建筑环境与能源应用工程专业的核心课程，目前的教材和课程内容体系是针对严寒和寒冷地区的，城市集中供热占有很大的比例;夏热冬冷地区的供暖系统形式与严寒寒冷地区有较大的区别，这使得毕业后留在这些地区的学生在学习和实践上存在着脱节。本文介绍了夏热冬冷地区供热工程的教学实践中，对供热课程中热负荷、热源、热网和供热末端的相关内容进行取舍和补充，形成了夏热冬冷地区供热工程的内容体系，取得了较好的教学效果。同时提出了编写夏热冬冷地区专用供热工程教材的建议。
关键词 内容体系 供热工程 改革 夏热冬冷地区
中图分类号：G642 文献标识码：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供熱教学内容改革的背景
供热工程是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业核心课，本课程的任务是使学生能系统地掌握建筑供暖和城市集中供热的工作原理、设计方法及运行的基本专业知识，培养学生具有建筑供暖系统方案确定、设计和调节的能力。
由于以前供热工程主要应用于严寒和寒冷地区，因此“供热工程”课程的基本要求以及相关教材，其热负荷计算、系统形式、供热管网主要是根据北方地区供热情况制定的，建筑集中供暖与城市集中供热管网是整个课程的核心和主体内容。[1]
我国夏热冬冷地区主要是指秦岭淮河以南的长江中下游地区，冬季日平均气温一般在0～10℃之间，不是很冷，以前冬季房间不供暖，也没有城市集中供热管网。但不供暖时，房间温度只有8～12℃，加之湿度较大，因此冷感十分明显，随着人民生活水平的提高，各房间或者整个建筑逐渐设置各种供暖设施。对于夏热冬冷地区，其供暖系统与北方地区有很大的差别，许多学者已对夏热冬冷地区的供暖形式做了深入的研究和分析。金文[2]详细介绍了南方地区现存的供暖形式，并综合对多种供暖方式的技术性和经济性进行比较。殷平[3]分析了南方供暖的现状，并指出空气源热泵的使用可以在一定程度上解决南方供暖问题。龙惟定[4]对南方地区供暖进行了深入分析，并指出分散式供暖还是夏热冬冷地区供暖的主要形式。周瑞芳[5]分析了夏热冬冷地区低温热水地板采暖的可行性，并指出空气源热泵为该地区较佳热源选择。 这些学者的研究为夏热冬冷地区高校“供热工程”课程的改革提供了方向。就读于夏热冬冷地区高校的建筑环境与能源应用工程专业学生，毕业后大多选择留在这些地区从事相关的工作，他们在日常生活及工作中接触的更多是夏热冬冷地区的供热形式，因此供热工程的课程宜与之相适应，否则他们会感觉所学到的专业知识与实际应用存在明显脱节。“供热工程”课程改革需要根据本地区供暖特点，编制因地制宜的课程教学内容体系。
2课程内容改革的基本指導原则
基于上述背景，我们在讲授供热工程时，对原来教材的内容进行较大幅度的取舍和增加，以便更好地满足需要，我们在取舍时遵循以下原则：
（1）保留精要。既要考虑到夏热冬冷地区的情况，又要考虑到全国的情况，因为学生并不是全部在夏热冬冷地区工作，因此本课程的核心内容必须要保留下来，让学生掌握供热工程的精要。
（2）有所舍弃。由于课时较少，一些在以后实际工作中应用较少的内容要忍痛割爱。
（3）突出特色和实用，针对夏热冬冷的供暖特征，增加相关的内容。
另外，我们在教学中反复强调供暖形式的多样性，供暖不等于集中供暖，供暖不等于散热器供暖，给学生详细分析集中供热形成的历史原因和利弊得失;告诉学生对于特定的工程，一定要根据当地的条件进行详细和全面的技术经济分析，选择合适的供热方案。
3夏热冬冷地区供热工程课程内容体系的改革
3.1 建议保留的核心内容
根据上述原则和供热工程课程的基本要求，我们确定了供热工程的核心内容。
（1）供暖系统设计热负荷。包括供暖系统热负荷和设计热负荷的概念，围护结构基本耗热量、修正耗热量的计算，围护结构最小传热阻及其计算方法，冷风渗透耗热量的计算等基本内容。
（2）供暖系统的散热设备。包括散热器的热工、卫生和技术经济要求，散热器的种类、选择计算，地板辐射供暖，暖风机和钢制辐射板。
（3）室内热水供暖系统。包括重力循环双管和单管系统作用压力的计算，双管系统垂直热力失调的原因，室内热水供暖系统（单管、双管;上供下回、下供上回;水平式、垂直式），同程式和异程式的特点，高层建筑热水供暖系统的特点以及常用的系统型式，膨胀水箱的作用、接管方法、水箱容积的确定方法。
（4）热水供暖管网水力计算。包括室内供暖的水力计算基本原理、机械循环单管系统异程式、同程式系统水力计算的方法，异程系统容易产生水平失调的原因。
（5）蒸汽供暖系统。包括蒸汽作为热媒的特点，室内蒸汽供热系统常用型式及其分类，低压蒸汽供暖系统如何保证系统的正常运行，疏水器的作用、选择计算与接管方式，减压阀的作用、管路连接简图、各阀门仪表的作用，低压蒸汽系统水力计算的方法。
（6）热水集中供热系统。体积热指标和面积热指标的含义，热水供应热负荷的计算公式，热负荷延续图的绘制，供暖用户与供热管网的几种连接方式简图及其特点、适用场合，开式热水供热系统与闭式系统的含义以及各自的优点、缺点和适用范围，常用的凝结水回收的几种方式。
（7）热水网路水力计算、水压图。包括热水网路水力计算，水压线的含义，热水供暖系统水压图的绘制方法，热水网路压力状况的基本技术要求，静水压线、动水压线的确定原则，循环水泵（包括混水泵）流量、扬程的计算，补给水泵流量、扬程的计算。
（8）水力工况分析。包括水力工况分析的原理、各类型水力失调的定义，热水网路中压降、流量、阻力数三者之间的关系，水力工况分析具体案例分析，水力稳定性的含义和增强稳定性的措施。
（9）热水供热系统的集中运行调节。包括供热调节的基本公式，常用集中供热调节方法的含义，直接连接（包括无混合装置和有混合装置）供热调节的计算，供热调节曲线的绘图。
我们把这些内容作为供热工程的核心内容，进行重点讲授，并通过例题、习题、课程设计和实验，力争让学生掌握。
3.2 课堂不讲授的内容
目前我校供热工程只有32课时，因此原教材中，下述章节没有讲述：
第7章 集中供热系统的热源
第12章 热水供热系统的初调节方法
第13章 蒸汽供暖系统管网的水力计算和水力工况
第14章 热力管线的敷设和结构
第15章 供热管道的应力计算
第16章 集中供热系统方案设计比选
第17章 集中供热系统自动化
这些内容占有教材较多的章节，主要集中在城市集中供热方面，由于在夏热冬冷地区应用较少，没有在课堂上讲授。
3.3 建议增加的内容
3.3.1 间歇供暖负荷计算
“供热工程”中主要是针对北方地区的集中连续供暖，通过对夏热冬冷地区的调查可以发现，该地区居民普遍的冬季供暖习惯是采取“有人开，无人关”的间歇式供暖方式。[6]间歇供暖虽然有一定的节能效果，但影响其供暖效果的因素有很多，包括建筑物形状、围护结构各部分尺寸、保温形式、房间位置、材料热工性质、室外气象参数在整个供暖季的变化情况、太阳辐射、冷风渗透、通风情况和间歇时间等。间歇供暖时设计负荷要适当增加。
3.3.2 供暖系统形式的多样化
“供热工程”中主要同集中供暖系统相结合的末端装置是散热器和地板辐射供暖，在夏热冬冷地区，除了散热器和传统的地板辐射供暖，还有很多其他供暖方式：
（1）预制式轻型地板供暖。地板供暖是近年来应用日益广泛的供暖方式，其因良好的热均匀性和较高的供热效率而得以广泛应用，但传统的重型地板供暖，热惯性大，热响应时间长，不利于间歇供暖的场合;轻型地板辐射供暖对于间歇供暖更加合适，应考虑增加其设计和安装方法的介绍。
（2）个性化电加热供暖。电采暖形式很多，包括电热膜、电热地暖、电采暖散热器等方式。电加热供暖方式，属于“高质低用”，不能大面积使用，但其可以作为补充供热应用于夏热冬冷地区，电供暖与个性化供暖相结合，十分方便调节，通过减少供暖空间和运行时间，能耗也有可能比常规供暖低。 （3）风机盘管。风机盘管作为供暖系统的末端装置，其工作原理是在机组内循环其所在房间的空气，能够迅速加热房间的空气。其非常适合夏热冬冷地区的宾馆、办公室等房间间歇供暖的建筑。而且供暖与空调可以合用一套系统，十分适合夏热冬冷地区。
3.3.3 供暖的热源
“供热工程”中集中供热的热源主要是锅炉房、热电厂等大型集中供热设施，而在绝大部分夏热冬冷地区，一般没有城市集中供热管网，一般为自行设置的小型热源。教学中既要重视大系统，又要重视小系统，讲清基本原理，融会（下转第73页）（上接第52页）贯通大系统和小系统的内在一致性。
（1）小型户式燃气炉供暖。近几年，户式燃气炉供暖逐渐成为夏热冬冷地区应用较为广泛的供暖方式之一。一般在部分夏热冬冷地区就已存在用于热水供应的燃气炉，可直接通过适当扩大容量将其用于采暖系统。燃气炉可以同散热器和风机盘管等散热末端相结合用于室内供暖，同时还可以与地板供暖相结合用于房间供暖。
（2）空气源热泵。小型空气源热泵是夏热冬冷地区十分重要的供热热源形式。空气源热泵，可以实现夏季制冷，冬季供暖。热泵可以与辐射地板、风机盘管相结合，夏季利用制冷，冬季通过空气源热泵制备出的热水进入辐射地板，实现对室内的供暖。空气源热泵，设计时要考虑到当室外气温低时，空气源热泵的制热量下降，还要考虑除霜的影响。
（3）小型真空锅炉。真空锅炉不属于压力容器，管理简单，出水温度较低，可以直接和风机盘管或者辐射地板结合，而且可以回收烟气冷凝热，具有较高的效率，近年来也得到大量应用。
4建議编写夏热冬冷地区供热工程教材
目前我国位于夏热冬冷地区设置建筑环境与能源应用工程的高校众多，比如上海的同济大学、东华大学、上海理工大学、上海海洋大学，浙江的浙江理工大学、浙江海洋大学、宁波工程学院，江苏的东南大学、南京工业大学、南京师范大学、南京工程学院、江南大学、南京理工大学，安徽的安徽工业大学、合肥工业大学，湖北的华中科技大学、武汉理工大学、武汉纺织大学，湖南的湖南大学、中南大学、南华大学、重庆的重庆大学、四川的四川大学、西南交通大学，等等。培养的该专业学生也是很多的。
目前已出版的教材均是针对严寒和寒冷地区的，如表1所示，因此建议组织力量，编写专门针对夏热冬冷地区的供热工程教材，这对于形成地域特色、提高教学质量是十分有利的。
表1 已有供热工程教材概况
5结语
根据夏热冬冷地区供暖现状对该地区高校“供热工程”课程内容现存问题进行了分析，提出了夏热冬冷地区的供热工程教学内容体系，经过多年的教学实践，取得了较好的教学效果，本文也提出了组织编写相应专门教材的建议。
本文由上海市教委重点课程建设项目和上海理工大学优质在线课程项目资助
参考文献
[1] 贺平，王飞，吴华新.供热工程（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] 金文.南方地区供暖形式介绍[J].中国建筑金属结构，2014（1）：40-45.
[3] 殷平.南方供暖的现状和路径[J].暖通空调，2013.43（6）：50-57.
[4] 龙惟定.同济大学教授龙惟定谈南方供暖[J].制冷与空调，2013.13（2）：35.
[5] 周瑞芳.夏热冬冷地区住宅冬季采用地板采暖的可行性分析[J].建筑热能通风空调，2007.26（4）：57-59.
[6] 钟珂，王琦，亢燕铭.夏热冬冷地区冬季供暖方式的选择[J].暖通空调，2004.34（12）：70-73.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15186807.htm
