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姿势|暖气来了你大概会想知道这些……

作者:番摊游戏官网 日期:2021-02-13 13:11

  秋天的早上,阳光穿透湛蓝的天空,射入窗帘的缝隙,而你却因为寒冷而难以抗拒被子中温暖的诱惑;秋天的晚上,冷风肆虐着整个校园,你凝望着哈气凝成的白雾,搓搓发冷的双手,期盼着暖气快点到达,拯救这个冬天。

  集中供暖是什么一回事儿呢?北京大学又是从什么时候开始集中供暖的呢?面对同样供暖室温不同,我们该如何成为保持“热度”的寒冬宠儿呢?究竟是什么历史原因,让南方的朋友们因为没有集中供暖而叫苦不迭?今天,让这篇姿势为你揭开集中供暖的秘密。

  供暖是指采用人工方法向室内供给热量,使室内保持一定的温度,以创造适宜的生活条件或工作条件的技术。供暖系统由热源(即热媒制备处)、热循环系统(即连接散热设备与热源的输送系统)、及散热设备(即消耗高温热媒的热能,使之转换为低温热媒处的装置)组成。

  以北京大学一间普通学生宿舍的供暖为例,供暖系统中的散热设备为宿舍。而使室内保持温暖的热量源自暖气片中储存的、经加热过的水,因此水是供暖系统的热媒。热循环系统则主要依靠暖气片与空气之间的热辐射和热对流作用。历史上,人们还曾利用水蒸气以及热空气作为热媒,但近现代之后,热水因为有更好的可控性而被广泛使用。

  在我国,传统上往往采用煤炭来加热暖气用水,近些年则在慢慢使用天然气代替煤炭,以改善供暖季节的空气质量问题;而在北美以及北欧,很多城市已经全部更换为天然气取暖。

  加热水的过程,也就是制备传热媒介的过程,往往在校园内的锅炉房进行,因此锅炉房可以视为供暖系统中的热源。而这些高温水通过预先布设的供暖水管道,进入散热设备——宿舍中的暖气片,转化为低温水再通过管道回流至锅炉房。锅炉房不断加热回流的低温水,弥补在热循环系统的传输中,以及在散热设备处所耗散的热能。而在加热水的过程中,能量也会有很大程度的损耗,锅炉房飘出的阵阵白雾就是最好的证明。

  北京大学的前身京师大学堂曾经在集中供暖的进程中走在前列。根据《当代北京民用能源史话》记载,北京采取集中供热方式的历史要追溯到清光绪十二年(1886年),当时位于东交民巷的俄国道胜银行采用低压蒸汽锅炉供暖,用一台小锅炉分别为整栋办公楼供暖,这是北京历史上第一家采用锅炉的供暖单位。在此期间,北京大学的前身京师大学堂也引进和建立了锅炉房,安装暖气设备,“蹭”了一波“热度”。

  民国时期,北京大学的宿舍在北大红楼后面,冬天是没有暖气的,取暖要靠煤球炉子。相较之下,燕京大学的宿舍条件明显更好,宿舍里有统一的暖气(在当时也叫水汀),而且暖气的温度烧得很高。据说燕京大学、包括清华的暖气当时烧得比北京饭店还热,冬天窝在宿舍相当舒服。

  步入现代,北京大学于1997年底完成了集中供暖工程,建成供暖锅炉房。锅炉房内安装3台30吨锅炉,在短短七个半月内完成了从拆迁建设到供暖等全部任务,可保证整个海淀校区及部分家属住宅区的供暖,全部使用后供暖面积可达90万平方米。

  到了2012年,北京大学顺应“燃煤锅炉到燃气锅炉”改造的要求,在春季供暖季结束后开始了锅炉设备改造,拆除燃煤锅炉烟囱,清理储煤场,招标购置燃气锅炉等一系列工作,并在冬季供暖季前完成了燃煤锅炉向燃气锅炉改造的工程,安装了4台40蒸吨的天然气锅炉。燃气靠直径约30厘米的一根根黄色天然气管道接入燃气锅炉。4台40蒸吨燃气炉,加上原有3台20蒸吨锅炉,担负着北大主校区及周边一些企业单位,共计约150万平方米的冬季供暖任务。

  值得一提的是,北大供暖中心实现天然气供暖后,烟尘和二氧化硫排放将基本为零,氮氧化物的排放也将大大低于北京市对于天然气锅炉排放的要求。在能保证同学们在北京寒冬中感觉到温暖的同时,对有效保护北京的大气环境也有重要的意义。

  因为每栋楼的暖气管道设计的原因,不同楼层的暖气温度理论上是不一样的。这还得从建筑物的结构说起。建筑物一般有两种形式,一种是板楼,一种是塔楼。板楼一般以六层为主,最多不会超过十二层,特点是楼房的平面图上长度明显大于宽度,我们的学生宿舍就属于板楼结构。

  板楼结构的楼房暖气管道是设计成串联模式的,热水管像一个“n”型的管,热水从热力管道加压到楼顶,然后从楼顶依靠重力一户一户地流经每一家。理论上,顶层的房间的暖气热水温度最高,从上至下,随着热水散热,温度依次变低。因此,顶层的暖气温度应该要比底层温度高一些。

  那为何在有些宿舍楼中,顶层作为暖气“福利区”,掌握全楼“第一手”的热度资源,温度却反而不如楼层低一些的宿舍呢?

  实际上,这种供暖热度差异虽然确实存在,但是一般的楼层会安装调节节流阀,尽量使得各层温度相对平均,存在温差,但还是会尽量保持“公平”。这个时候,外因对温度的影响就更为显著。

  拿暖气“福利区”的顶层为例,顶层上面没有楼层,直接暴露在寒风之中,热度向上后流失较快,所以室内温度也会受到影响。那些所谓的“把山”房子,屋子的一面或两面墙外就是楼的北侧,这样热量流失也相对较快,室内温度也会受到影响。处于走廊尽头的宿舍往往东/西侧与北侧都是楼体的最外层的墙壁,也因为同样的原理容易更冷;而处于中间宿舍的同学,房间之间的热量差异不大,热量之间互相沟通不易散失,室内温度也一般不会太低。

  此外,建筑的各个面由于朝向不同,接受太阳的辐射也不同,同一栋楼中的不同房间,又会出现很大的温差。我们身在华北地区,冬季多刮偏北风,坐北朝南的房屋一定程度上避免了冬季从西北吹来的季风的影响。在日照方面,北京地区在建筑物无遮挡情况下,以南的墙面日照时间最长,自日出至日落都能得到日照,北墙面则全日得不到日照。由于太阳辐射的作用,室内吸收太阳辐射升温,有阳光直射的房间室内气温比其他房间的气温要高。根据季风一般的来向和日照的规律,北京地区南偏东10°左右为建筑物的最佳朝向。此朝向在冬季能获得较多日照,利于自然通风的要求。

  综合各种因素,住在楼层较高,上下左右都有邻居,坐北朝南的宿舍的同学身处“热度福利区”,是真正的保持热度的寒冬宠儿。

  北方的房屋在设计的过程之中就会自觉地设计一些保温措施。墙体是建筑中工程量最大施工工程, 它的施工质量与建筑工程的整体质量密不可分, 建筑室内温度的保持离不开墙体的保温技术。保温技术通常分为内保温和外保温。

  建筑内保温就是墙体结构内侧敷设一层保温材料, 并在保温材料表层作保护层及饰面。所用保温材料最初主要为岩棉板、水泥膨胀珍珠岩板、充气石膏板或保温砂浆等。墙体内保温体系施工难度不大, 价格便宜、技术成熟,施工技术及检验标准是比较完善的。

  所谓外墙外保温,是指在垂直外墙的外表面上施工保温层。此种保温体系可用于新建建筑墙体,也可用于既有建筑外墙的改造。外墙外保温因具有可以避免北方地区因为冷热桥引起结露现象等缺点、保护墙体材料、不占用室内使用面积等特点,成为国内外建筑墙体节能的首选方法之一。

  保暖的另一大敌就是漏风,宿舍的门窗有时会存在一些或大或小的缝隙,甚至会出现阳台的门不能完全关合的现象。这是正常的沉降现象造成的,建筑地基、基础及地面在荷载作用下产生的竖向移动,只要处在《建筑地基基础设计规范》中建筑地基变形允许值的范围内,就没有什么大的危害。但宿舍里靠近门窗的同学,到了冬天就容易感觉凉风阵阵,寒气逼人,在大风天里更要时时受凛冽的北风对意志和抗寒能力的考验。

  这个时候,除了墙体保温,一套密封性好的门窗显得足够必要。密封性足够好的门窗能够防止天气原因对其影响,更能在室外温度较低的时候,保持室内温度,使其适合人们生活和工作的需要。在宿舍没有条件换置密封窗的情况下,我们可以手动“打补丁”,做一个塑料、硅胶、毛毡或海绵的门窗密封条贴在缝隙上,既能防风保暖,方便快捷地保持室温,等到温度回升也可以轻易拆除。

  我国幅员辽阔,各地气候差异大,北方地区冬季非常寒冷,气温常会低至零下10度甚至20度。如此寒冷的环境下,室内没有供暖则无法生活。

  上世纪50年代,中国效仿苏联开始了集中供暖。由于刚刚建国,主要供暖用燃料——煤炭尚还处于缺乏状态,并不具备在全国范围内开展全面供暖建设的条件。参照当时苏联的气候计算方法——“室外温度5℃以下定义为冬天”, 我国将在累年日平均气温稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90天界定为集中供暖的地区。经过分析和研究,并综合考虑煤炭资源的分布,我国确定了大致以秦岭——淮河一线的南北方集中供暖分界线。分界线以北的大部分北方地区,由国家统一集中供暖。随着国家经济的发展和供暖技术的更新,南北方集中供暖的范围更加细化。根据中国《民用建筑设计通则》GB 50352-2019,建筑热工设计分区用累年最冷月(即1月)和最热月(即7月)平均温度作为分区主要指标,累年日平均温度≤5℃和≥25℃的天数作为辅助指标,将全国划分成5个区,即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区,并提出相应的设计要求。

  对于寒冷和严寒地区,这一地区冬长夏短,气候寒冷,冷空气频繁。目前这两个地区都已经实现了集中供热,而且供热时间较长,可达到150天~250天,供暖后室内温度在18度以上。而温和地区以及夏热冬暖地区,由于其夏天漫长,而冬季短而气候温和,全年不需要供热。而处在中间的夏热冬冷地区,冬天湿冷,也就大家所说的没有暖气,过冬只能靠一身正气的“南方地区”。那么,在未来有可能实现这一地区的集中供暖吗?

  实现集中供暖的前景略显渺茫,首先实现集中供暖需要传输管道的铺设。根据以往经验,这些供暖管道往往采用浅埋方式铺设,在这一地区的大城市进行如此大规模的基础建设,必将对百姓生活的其他方面造成影响。

  除此之外,这一地区是我国人口稠密区,老旧的居民楼在建设之初可能并没有预留暖水入户的设计,即使如今建设了供暖系统,也未必能够成功接入,而新开发的居民区可能拥有自己的小型供暖系统,尽管便宜程度不如集中供暖,但也勉强可以接受。考虑到这一地区冬季时间较短,采用集中供暖的资源消耗与投资消耗可能高于集中供暖的收益,在没有更好的集中供暖技术出现之前,很可能只好继续凭借“一身正气”了。

  [1]刘金海:《当代北京民用能源史话》[M]北京. 当代中国出版社;2011

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