兰州交大第五教学楼采暖调研

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1、兰州交大校园供暖系统运行状况调研报告（第 五 教学楼供暖系统）调研时间： 2012年3月23日 专 业： 建筑环境与设备工程 学 号： 姓 名： 指导教师： 2012年2月目录摘要3一引言3二调研的目的和意义4三国内外研究现状5国内既有建筑研究现状5国外既有建筑研究现状5高校教学楼研究的必要性6四调研的内容、方法及仪器6内容6方法7仪器7五数据整理8六数据分析 11七结论15八参考文献15摘要：随着高等教育事业的不断发展,高校人数逐年增加,高校教学建筑作为大学生的主要生活、学习场所,室内环境的好坏直接关系到学生的生理、心理健康和学习的效率。但长期以来,研究工作主要集中在教学建筑结构形势的变化,

2、而缺少既有建筑节能的研究。本文首先介绍了我国建筑能耗的现状以及高校建筑节能现状，以兰州交通大学第五教学楼为研究对象，通过与第四、第六教学楼对比，采用现场测试的方法，定量的分析严寒地区高校教学楼的采暖工况及节能潜力。论文在研究方法及节能改造方案方面对兰州地区高校建筑的节能工作具有参考价值,也有利于推动促进严寒地区既有公共建筑节能工作的开展。关键词：高校教室；建筑节能；采暖调研；运行管理【Abstract】 The classroom buildings in universities are important teaching space, the indoor thermal environ

3、ment of which has a great influence on students working efficiency and health of psychology and physiology. But for a long time, the research work mainly focused on teaching building structure changes, While the lack of existing building energy saving research. This paper first introduces the curren

4、t situation of building energy consumption in China and the current situation of building energy saving, LanZhou JiaoTong University fifth teaching building as the research object, and by fourth, sixth teaching building contrast, by the field test method, the quantitative analysis of college teachin

5、g building in cold area heating condition and energy saving potential. On the research method and energy-saving reform project of Lanzhou area college building energy-saving work has a reference value, but also conducive to the promotion of cold region, existing public building energy conservation w

6、ork.Keywords: Universitys Classroom；building energy-saving；heating research；operation management一引言建筑能耗是中国的耗能大户,因而建筑节能工作在国内引起了广泛的关注,国家颁布了一系列建筑节能设计标准指导建筑节能工作。近十年来国内新建建筑均能切实有效地执行当前建筑节能设计标准。同时,部分城市地区也开始有计划地开展既有建筑节能改造工作,但多集中在量大面广的住宅建筑,对既有公共建筑的节能改造项目较少。兰州地区既有公共建筑节能改造研究工作相对国内其他发达地区起步较晚,技术较落后,节能潜力巨大。高校建筑作为

7、兰州地区公共建筑的典型代表,建筑量大,耗能高,随着高等教育事业的不断发展,高校人数逐年增加,高校教学建筑作为大学生的主要生活、学习场所,冬季室内采暖工况的好坏更关系到学生的生理、心理健康和学习的效率，选择高校既有建筑进行采暖工况调研,不仅能够充分了解建筑能耗和室内热环境存在的问题,积极挖掘改造对象的节能潜力,而且对建设节约型社会具有很强的示范作用。二调研的目的和意义随着社会中知识与信息的意义日益增强，世界正在演化成为一种知识经济，教育建筑的重要性己经被人们所认识。教育建筑是育人的环境空间，精神文明的重要标志，其所特有的文化和技术内涵，可代表一个国家和地区的文化水准与技术发展现状。而学校教育中的

8、最高层次高校教育，是国家和社会发展的重要命脉，是社会进步的动力源泉。高校教学楼是教学过程中的物质载体，是学校中最活跃的智育场所，它为培育高级专业人才提供了专门的物质和精神环境，广大学生在教师的指导作用下，通过容纳在其中的各种活动中获得启蒙教育、智能技能训练和身心的全面发展。经历了半个多世纪的发展，我国的高等院校由建国初期的205所、在校学生n万余人，发展到2006年的2311所、在校学生2500多万人，其中有相当一部分建筑是在九十年代以前建成，由于当初建设时期经济条件有限，所建的校舍及设备如今已经日趋陈旧和老化，大批的校舍急待改造、扩建、更新。由于在校大学生的急剧增加，各高校在原校区扩建或改建

9、大量的教学楼，侧重点是创造良好的校园文化环境、学生交往空间以满足学生较高的需求层次，而忽视了对室内环境质量的改善和提高。在我国，对于采暖工况的调查研究主要集中于住宅(其中尤以多高层普通住宅为主)和办公楼类型的公共建筑的研究，而对于高等学校教学建筑的研究较少。高校教学楼是老师传道授业解惑的地方，也是大学生获取知识的主要场所，室内采暖的好坏直接关系到学生的学习效率以及生理、心理的健康。近年来由于建筑能耗巨大，建筑节能工作已经在国内引起了广泛的关注，国家颁布了一系列建筑节能设计标准以此来指导建筑节能工作。国内新建建筑都能切实有效地执行当前的建筑节能设计标准。但既有建筑的节能改造工作直到近几年才逐渐展

10、开，且大部分是对既有住宅的节能改造，对既有公共建筑的节能改造项目较少。而对高等教学楼能耗的研究就更少。 为了解学生在教学楼内上课和自习时的舒适程度，测量教学楼采暖是否正常，建筑能耗是否能够达到国家最新的建筑节能标准，挖掘既有教学楼的节能潜力，本次调研地点选择在兰州交通大学第四、五、六教学楼，以第四、第六教学楼为参考，重点考察第五教学楼的采暖工况，不仅为后勤集团对整个学校供暖状况的改善提供了依据，而且对兰州地区既有建筑节能措施的实行提供了依据。三国内外研究现状（一）国内既有建筑研究现状目前，我国以既有办公建筑的节能改造为先导，以高耗能建筑（能耗未达到节能率30%的建筑均视为高耗能建筑）和热环境差

11、的建筑为重点，积极推进公共建筑节能改造工作。同时，深化北方采暖地区供热体制改革，结合城市改建，在大中小城市有计划有步骤的开展既有居住建筑节能改造工作，计划到2010年完成计划应该造建筑面积，大城市达到25%，中等城市达到15%，小城市达到15%。根据建设部关于印发建设部关于落实（国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知）的实施方案的通知，到“十一五”期末，建筑节能实现节约一亿吨标准煤的目标，其中深化供热体制改革，对北方采暖地区既有建筑实施热计量及节能改造，实现节约1600万吨标准煤。在研究方面，我国建筑节能技术的研究机构、研究队伍比较分散，不能很好地发挥团队能力, 且转化为实际生产力的比较少

12、。应加大组建建筑节能技术综合性研究机构的力度，尽快开展建筑节能方面的研究工作。（二）国外既有建筑研究现状近三十年来，发达国家根据国情，制定完善的建筑节能标准、法规，建筑设计和施工方法，如提高对建筑的保温要求，确定经济合理的保温指标；提高对建筑物外墙气密性要求；设计节能型住宅等。并在新型建筑材料、节能供暖技术和设备的开发和利用、建筑节能产品的认证和管理等方面做了很多工作。由于发达国家的城市化进程已经进入了稳定阶段，新建建筑量少于既有建筑，因此，他们在对正在新建的建筑完全按照节能标准设计的同时，尤其加强对既有建筑的节能改造，并已取得决定性成果。欧美国家早在十多年前，就已经完成了既有建筑的节能改造。

13、他们的研究表明：优化既有建筑的热工性能可以产生显著地节能效果，有助于缓解能源紧张和二氧化碳排放量，改善室内热舒适环境和城市环境。为了推进既有建筑的节能改造，这些国家制定经济扶持政策。有的由当地政府出面组织，成区成片进行。欧美等发达国家普遍对建筑节能技术的综合研究能力较为重视。以美国为例，美国有劳伦斯伯克利国家实验室，其下属有很多实验机构，分别从事新型建筑材料、能源、光源以至灯具等相关研究，并通过企业将研究成果及时转化为生产力，由此显示了国家实验室强劲的综合研究实力和面向市场的敏锐意识。（三）高校教学楼研究的必要性近代大学的发源地在欧洲，欧美大学无论在规划思想上还是建筑单体设计上都有很多经验值得

14、我们学习借鉴。欧美、日本在二战后相继建成了一批整体化、网络化的教学楼建筑群，这种建筑群把教室、讲堂、实验室、图书馆、计算机中心、办公等多种功能组织起来，在内部及外部形成有机的联系。1992年日本提出了“智能型校园”概念，并指出建筑宜采用集中式布局，在整体上联络通畅，使得交往、交流达到最佳效果。国外大学在建设投资、建设技术水平、教育方式等都与我国有一定区别，因此我国现代大学教学楼设计还需结合我国的经济状况、学科设置特点以及高教事业发展动向等，探索出符合我国国情以及现代化教育要求的教育建筑设计的新思路。对高校教学建筑的设计研究在我国起步较早，主要集中在校园的总体规划与外部环境设计，着重论述大学校园

15、总体形态的构成肌理、校园中心空间的形态环境规划、教学建筑群体或单体的艺术造型设计等，校园规划是重中之重，其校园总体规划的指导思想主要体现在两个方面:一是注重校园功能的先进性;二是注重校园人文空间的创造。周逸湖、宋泽方的高等学校建筑、规划与环境设计，成书于1990年中期，对改革开放以来有较大发展的大学校园建设第一次进行了全面的总结与回顾，列举了大量较新的实例，提供了个体建筑设计的经验，并运用现代城市规划理论对大学校园的功能分区、道路系统、绿化系统、人文景观等方面进行了系统论述，是国内比较系统的研究校园规划及建筑设计的专著。研究大学校园的学位论文近年来数量颇为可观，它们的研究成果也是校园规划与设计

16、理论的一个部分，还有相当数量研究大学校园的论文，这些研究比较集中在校园规划、各种类型的校园建筑、校园户外空间以及校园景观等方面，参考资料主要见于建筑学报、建筑师、世界建筑、时代建筑、城市规划等刊物，以及教育建筑等书目。目前，对于高校校园建筑的研究成果比较突出的有华南理工大学郑立鹏教授主持开展的原中山大学校园建筑群的勘测研究、南京师范大学的校园建筑研究、同济大学著名校园建筑的研究、南京大学的前身金陵大学所遗留的校园建筑研究等等，但对这些既有教学楼采暖工况调研及节能改造的研究并不多，因此，本次针对高校教学楼采暖的调研非常有必要。四调研的内容、方法及仪器（一）内容此次调研的内容可以统计为：1）获得待

17、测建筑及其采暖系统的基本资料，第五教学楼最高层为六层，层高是3.7m，建筑朝向是西向，面积是13055.88,围护结构屋面的传热系数是0.78w/（.）,窗户的传热系数是5.624w/（.）,墙的传热系数是1.5w/（.）,采暖系统是单管顺流上供下回式,供回水总管经均是DN100；2）获得待测房间及其散热设备的基本资料，我们组测量的第五教学楼层高是3.7m，105教室的面积是76.5，它是面朝北，窗户朝西开，教室内有三组760型的散热器，两组19片，另一组20片； 3）利用外挂式超声波流量计等仪器（温度传感器为贴片式、流量传感器为外敷式）分别对各教学楼热力入口处供暖管道的采暖供回水的温度、流量

18、及热量进行连续测量，我们对第五教学楼测量了两组，第一组是早上9：0015：00，第二组是下午15：0021：00，显示热流量基本上是7.10610.981GJ/h；4）我们从第5教学楼中选了105教室，采用自记式温度仪连续测试室外、室内的环境温度，这些数据在表格中均有表示。（二）方法1）每一小组是13名本科生，另加一名研究生对我们进行指导。2）在测试前我们了解到这次调研的内容是用超声波流量计，所以我们用其测量室外温度和所选取的教室的室内温度，以及教学楼热力入口处的显示热流量，采暖供回水温差，并且每半个小时记录一次所选教室内人员的数量和开灯数。3）我校的管网布局是环状管网，管道从热源出来后经过1

19、、2、3教，分成两支，一支经过四教，另一支经过5、6教，因此在测量前我们对其进行了一系列的管路压力平衡计算。4）熟悉测试建筑和教室的情况，测量中我们得到五教学楼最高层为六层，层高是3.7m，建筑朝向是西向，面积是13055.88,围护结构屋面的传热系数是0.78w/（.）,窗户的传热系数是5.624w/（.）,墙的传热系数是1.5w/（.）,采暖系统是单管顺流上供下回式,供回水总管经均是DN100。教室的围护结构耗热量大体上是通过西面的外墙和外窗,面积是76.5,它的供暖系统形式是单管顺流上供下回式,散热器的型式是四柱760型.（三）仪器在这次调研中，我们主要是学习TDS-100系列固定超声波

20、流量计的使用，测量建筑的室温，进而计算建筑的耗热量，还有就是学习流量传感器的安装，这里我们选用插入式的流量传感器。计算建筑的耗热量已经在前面有所介绍，这里着重介绍流量传感器的安装使用，安装流量传感器一般遵循以下五个步骤：1、选择合适的安装测量点，我们这次调研中将去放在四教门口的管井中；2、选择合适的安装方法，我们选择的是插入B型，安装方法是Z法；3、输入管道参数，计算两个流量传感器之间的安装距离；4、现场安装传感器； 5、信号检查。在将安装流量传感器安装在仪表井里时，我们按照要求在管道的轴线水平位置45 内安装传感器，并将主机壳体接地，还有就是传感器的安装位置必须避开法兰、焊缝、变径处。五数据

21、及整理表一第五教学楼105教室设计和实测室内外温度汇总表测试时间设计室外温度设计室内温度实测室外温度实测室内温度9:10:00-1118-3.314.49:30:00-1118-5.115.39:50:00-1118-5.315.810:10:00-1118-5.11610:30:00-1118-4.816.210:50:00-1118-4.816.311:10:00-1118-4.616.511:30:00-1118-4.516.511:50:00-1118-3.616.512:10:00-1118-3.316.612:30:00-1118-2.416.512:50:00-1118-216.

22、213:10:00-1118-1.616.113:30:00-1118-1.616.113:50:00-1118-11614:10:00-1118-0.41614:30:00-1118-0.216.114:50:00-1118-0.216.215:10:00-11180.316.315:30:00-11180.516.415:50:00-11180.616.516:10:00-11180.516.616:30:00-11180.516.716:50:00-11180.816.717:10:00-11180.816.817:30:00-11180.516.817:50:00-11180.216.

23、718:10:00-11180.316.618:30:00-1118016.618:50:00-1118-0.216.519:10:00-1118-0.616.719:30:00-1118-116.619:50:00-1118-1.116.720:10:00-1118-1.216.720:30:00-1118-1.416.820:50:00-1118-1.716.721:10:00-1118-1.911.7平均温度-11-18-1.5616.23表二测试建筑内教室实测室内温度汇总表测试时间第四教学楼第五教学楼第六教学楼124教室126教室105教室106教室123教室137教室9:10:002

24、0.620.614.413.310.6119:30:0020.820.815.313.610.611.59:50:00212115.813.810.512.110:10:0021.221.21613.910.612.610:30:0021.121.116.21411.21310:50:00212116.314.211.813.211:10:00212116.514.312.413.611:30:0021.221.216.514.412.81411:50:0021.321.316.514.5131412:10:0021.221.216.614.413.413.912:30:00212116.51

25、4.414.213.812:50:0020.920.916.214.313.913.713:10:0020.820.816.114.213.913.713:30:0020.920.916.114.213.813.713:50:0021211614.113.713.814:10:0021211614.113.71414:30:00212116.114.113.71414:50:0021.121.116.214.113.614.515:10:0021.221.216.314.213.614.715:30:0021.321.316.414.313.614.715:50:0021.521.516.51

26、4.413.714.716:10:0021.921.916.614.613.914.916:30:0021.921.916.714.714.21516:50:0021.821.816.714.914.215.117:10:0021.921.916.81514.115.117:30:0021.921.916.81514.215.217:50:0021.621.616.715.114.215.118:10:0021.421.416.615.114.21518:30:0021.321.316.61514.314.918:50:0021.321.316.51514.414.819:10:0021.62

27、1.616.715.414.41519:30:0021.621.616.615.314.51519:50:0021.821.816.715.314.615.120:10:0022.122.116.715.414.715.220:30:0022.222.216.815.514.915.320:50:0022.322.316.715.61515.321:10:0015.315.311.78.311.214.4平均温度21.1920.316.2314.3913.3914.18表三时间设计温度耗热量实测室外温度单位面积耗热量实测室内外温度单位面积耗热量实测耗热量9:0080.75659.3149.28

28、916.320879:3080.75664.32656.80715.6936510:0080.75664.32658.75715.7783310:3080.75663.49158.47815.1187711:0080.75662.93458.75715.4740811:3080.75662.65558.47815.4121712:0080.75659.3155.41518.2378412:3080.75656.80752.6318.2865713:0080.75654.5849.28918.8763413:3080.75654.5849.28917.7482814:0080.75651.238

29、45.66917.9818914:3080.75650.68145.3915.082615:0080.75649.28944.55520.2397115:3080.75648.73244.27616.0736416:0080.75648.73244.83316.9363916:3080.75648.73245.11217.7963717:0080.75647.89644.55518.6320917:3080.75648.73245.3918.8944218:0080.75649.28945.3919.284218:3080.75650.12446.22623.220719:0080.75651

30、.79548.17523.3632519:3080.75652.90949.0121.9739220:0080.75653.46649.84619.4390920:3080.75654.02350.68119.4882421:0080.75655.41537.87219.96142表四时间第四教学楼实测耗热量第五教学楼实测耗热量第六教学楼实测耗热量9:0058.8256216.3208723.462229:3058.1905415.6936522.7856710:0059.0977915.7783321.1935810:3054.9678115.1187721.5980311:0055.492

31、4415.4740821.1384211:3053.9974415.4121720.362612:0051.1218418.2378419.9066712:3049.5321718.2865720.3037713:0051.8870918.8763421.1825413:3054.8021417.7482820.8111814:0053.2282517.9818920.0941914:3051.6425315.082620.0022615:0051.3427420.2397119.3845515:3050.5498816.0736419.7779816:0050.0331316.9363920

32、.2596516:3052.825917.7963721.381117:0054.5575818.6320921.5465617:3053.5911518.8944222.2304618:0051.4610719.284221.4619918:3054.5812423.220722.9474519:0052.2302723.3632522.1863419:3051.4137421.9739222.9658420:0052.2499919.4390922.4988720:3051.7490319.4882421.6127421:0050.7983819.9614222.52315六数据分析根据上

33、面四个表绘制的四个曲线图如下：图（一）105教室设计和实测室内外温度汇总在图(一)中我们可以看出，实测室外温度高于设计室外温度，这是由于我国现行的暖通规范采用了不保证天数法确定北方的供暖室外计算温度。根据3.2.1规定：“采暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度。”对大多数城市来说，是指19511980年共30年的气象统计资料里，不得有多于150天的实际日平均温度低于所选定的室外计算温度值。因此，实测室外温度高于设计室外温度。图中还显示，实测室内温度低于设计室内温度。原因可能有一下几个方面：第一，设计原因，设计人员在进行图纸设计时耗热量计算不准确，使耗热量满足不了正常供暖的要求，

34、采用新型材料时，计算基本耗热量有误，系统分支环路水力计算有误或只进行估算导致管径选择不当，另外，散热器安装数量应与设计热负荷相适应，不能盲目增加或减少；第二，施工原因，比如：管道倒坡、管道清洗不净、控制阀门或排气阀失灵、施工中未经设计人员同意擅自更改管径或散热器片数组数及置放位置、管道保温未按设计要求做、开始供暖后未认真进行运行调试等；第三,运行管理原因，如管理不善造成系统缺水、装修时任意更换移动或增加管道或散热器的片数等。结合我校实际情况，实测室内温度低于设计室内温度，可能由于运行时未认真进行运行调试。图（二）测试建筑内教室实测室内温度汇总从图（二）中可以看出，四教的实测温度最高，且高于设计

35、值，原因是我校的供热管网是环状管网，虽然系统较易水力平衡，可是为了避免产生近处的用户过热而远处用户过冷的水平失调现象，应该在用户引入口或热力站处安装调压板、调压阀们、平衡阀或流量调节器等来消除剩余压头。从管网布局中可以看出，四教离热源较近，室内温度较高，而五、六分教理热源较远，从而室内温度较低，这就说明这一切都是由水平失调引起的，虽然影响室温的因素还有：室外温度的变化，是主要的、直接影响室温的因素；可是在这次调研中我们是在同一天进行测量的，所以室外温度对室内温度的影响可以忽略不计。围护结构在使用中的传热系数的变化，在围护结构的抹灰脱落和墙体的含水率增大时，都将加大传热系数，兰州一年四季的天气较

36、干燥，因此不会造成含水率增大，且教学楼刚投入使用时间不长，因此也不会出现抹灰脱落的现象，故可排除这一原因；门窗的冷风渗入量和门窗的开启次数也将直接影响室温的大小。图（三）中我们还可以看出，虽然五教和六教教室的温度低于四教教室，而且明显低于设计温度，系统水平失调是一个原因，还有一个原因是没能进行合理的运行调试。 图（三）105教室单位面积耗热量汇总从图（三）中我们可以看出，设计温度耗热量高于实测室外温度单位面积耗热量，高于实测室内外温度单位面积耗热量，高于实测耗热量。其中，设计温度耗热量也就是采暖设计热负荷，是按采暖通风与空气调节设计规范计算得到的为确定最不利工况时达到室内温度所必须设计的采暖设

37、备的依据，北京地区其值不宜超过52 W/，由于兰州和北京都属于严寒地区，因此可参考北京地区的数据，而图中显示的采暖设计热负荷超过了80 W/，可以看出在设计阶段，耗热量计算不准确。民用建筑节能设计标准规定，北京地区的建筑物耗热量不应超过20.6 W/，同理，兰州可参考北京的标准，我们测得的实际耗热量低于20W/，显然符合建筑节能标准。但我们测得第五教学楼供水温度约为51度，回水温度约为33度，低于设计时的供回水温度，因此导致教室实际的温度低于设计值。图（四）第四、五、六教学楼实际耗热量在图（四）中可以看出，第四教学楼的实测耗热量高于第五、六教学楼，虽然第四教学楼的耗热量不满足建筑节能设计标准，

38、但由于其供回水温度低于设计值，而使得教室的温度满足要求，也就是我们所说的“大马拉小车现象”。而第五、六教学楼耗热量虽满足要求，但其供回水温度低，因此教室的温度不满足要求，影响了学生在教室内学习。七、结论（一）结论目前，我国建筑采暖出现的问题主要有以下几个方面：一、热源分散，规划不合理；二、设备容量过大；三、保温不严密运行管理不严格。而根据此次对我校教学楼的调研，我们发现，“大流量小温差”现象依然存在，这严重违背了我国的建筑节能要求。根据实用供热空调设计手册可知教学楼的室内设计温度为1624，而第四、五、六教的的教室中只有四教能满足学生学习的热舒适要求，五、六教均不满足要求。根据供热设计手册可知

39、对于不采用保温的建筑房间采暖热指标单位面积耗热量应为50-60 W/，五教在设计上超出了这个范围，运行时又不满足要求。设计供回水温度为95/70，实际运行时温度为51/33，说明我校后勤集团对锅炉房的运行管理不严格。（二）建议通过对兰州交通大学第四、五、六教学楼采暖系统运行状况的调研及数据分析，虽然测试时间较短，测得的数据不具有普遍性和代表性，但是还是可以看出我校的供暖系统和设备存在着不节能因素，在某些方面需要改进，应该尽可能的利用自身条件和技术做到节能，创建绿色节约型校园。此外，学生上自习可优先选择第四教学楼，从而提高学习效率。学校还可以从一下几个方面对我校供暖状况加以改进：（1）对校园内的

40、旧建筑进行围护结构改造，提高维护结构的保温性和气密性，以减少采暖期室内热量的损失；（2）对室外管网及时进行管道线路及保温层维护，以减少供热管网的热量损失；（3）对校园采暖系统进行自控式调节机制，根据不同的用热需求选择不同的采暖方案，从而提高整个校园采暖系统的效率，真正做到建筑节能。八、参考文献【1】陆耀庆.实用暖通空调设计手册.中国建筑工业出版社.2006出版【2】孙宇.北方高校教学楼适应性改造研究Dl.上海:同济大学，2008【3】吴利均.既有公共建筑节能诊断与改造研究D.重庆:重庆大学，2009.【4】刘永健，郑诗文，张雪妓.沈阳市既有居住建筑节能改造现状分析与建议J.建筑节能，2009 38(7): 62-64.【5】江亿.我国建筑能耗状况与节能重点J. JSKJ, 2007, (5):26.