發布時間:2023-01-14 12:07:21
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關鍵詞低溫地板輻射 散熱量 熱負荷度
中圖分類號: O434.11 文獻標識碼: A 文章編號:
1引言
地面輻射供暖是一項既古老又嶄新的技術。在我國地面采暖可追朔到明朝末年,為皇宮王室才能擁有的取暖方式。從古至今,人類不斷傳承文明,開拓創新,發展進步。現在隨著科技時代的到來,地面供暖技術已從原始的煙道散熱火炕式采暖發展成為以現代材料為熱媒的地面輻射供暖。該技術早在上世紀30年代就在發達國家開始應用,我國在50年代就已將技術應用于人民大會堂、華僑飯店等工程中。近十年來,地面輻射供暖主要由于具有舒適、節能、衛生、不影響室內觀感和不占用室內面積和空間等顯著的優點,在三北地區的住宅和公共建筑中,應用的越來越廣泛。隨著低溫熱水地板輻射采暖系統的廣泛應用,我國在這方面有比較深入的研究,相關技術日益成熟。但在實際工程設計中,筆者發現,由于好多同行忽略了地板輻射采暖系統的特殊性,往往評著經驗數據,把地板輻射系統設計簡單化,結果使工程沒有做到經濟合理、安全適用,為了進一步了解低溫地板輻射采暖系統熱工性能及其供熱的基本規律,筆者結合對通遼市某住宅樓的已建工程的調研,并通過對后續工程優化設計后投入使用的對比,分析和實測,對低溫地板輻射采暖的設計中需要注意的問題進行了分析和總結,以期對同行在設計相關工程有所幫助。
2、 工程介紹該建筑小區為分多期建設的多層住宅,筆者參加的三期設計的各樓均為地上六層,地下一層,為自行車庫,均不采暖。住宅戶內均采用地板輻射采暖。本樓為集中采暖,熱源為小區內的熱力站,小區內直埋進入每幢樓,供回水立管的管道井里,由管道井內引入戶內,單獨計量,分、集水器均設于每戶戶內廚房形成獨立的采暖系統。采暖的設計供回水溫度為55/45℃,連續采暖。地板輻射采暖的管材選用交聯鋁塑復合管(XPAP)。
本住宅樓的采暖室內設計溫度為20℃,根據《低溫地板輻射采暖應用技術規程》中供暖熱負荷計算宜將室內溫度降低2℃計算,故進行采暖負荷計算時室內設計溫度按18℃計算。本設計地板散熱量適當考慮家具的遮擋因素,家具對地板面積遮擋的有效面積系數按20%-30%考慮,面積小的房間取較大值,面積大的房間取較小值。本工程分五期建設,筆者從第三期開始著手設計。設計前,筆者通過開發商對前兩期投入使用情況反饋,并現場調研得知前幾期普遍存在以下問題::(1)室內偏熱;(2)地面溫度偏高;(3)地面溫度分布不均勻等。通過了解和對比發現設計施工中存在一些問題,是直接導致這些現象的原因。下面就對這些情況做一分析。
3、設計過程中一些細節的分析
3.1負荷計算不合理使得室內溫度感偏高
在前幾期的設計中,設計人員在確定負荷時未考慮輻射采暖與對流采暖的區別,直接將對流采暖負荷作為輻射采暖負荷進行計算。相同條件下,輻射采暖時壁面溫度比對流采暖時高,減少了墻壁對人體的冷輻射,而人對室內熱環境的感受常以實感溫度來衡量,實感溫度可比室內環境溫度高2~3℃,因此在保持相同舒適感的情況下,輻射采暖室內空氣溫度可比對流采暖時低2~3℃或在負荷計算時取對流采暖熱負荷的0.9~0.95(對于全面輻射供暖來說)。
另外現在好多資料都提供了的根據不同管間距直接查取地板散熱量,甚至根據經驗確定管間距,而忽略了其適用條件。如適用條件中給出了加熱管材,公稱外徑,填充層厚度,供回水溫差等,當這些條件有一項不吻合,均會導致地面層熱阻變化,地板散熱量變化,從而有可能使室內溫度升高,室內偏熱。同理,供回水溫差的改變,管間距的增減,管內平均水溫的變化,也將影響地板散熱量的大小。如某工程設計時供回水溫度為50℃/40℃,室內溫度為18℃,管間距為250mm,地面層為木地板,地板散熱量約89w/m2。由于某種原因供回水溫度改為55℃/45℃,供回水溫差沒有變,施工時未做變更,結果實際運行時,室內溫度卻高達23~24℃,溫升約5~6℃,地表溫度也升高了5℃左右。
因此設計時應進行細致的計算,否則不僅偏離設計要求,而且也將浪費能源。
3.2忽略對地面設計溫度的校核
在實際設計的過程中,往往作完負荷計算選定管間距后忽略了對對面溫度的校核。而地面溫度過高,長久之后人體也會感到不適,而且對地面覆蓋物也有一定影響,因此根據衛生要求、人體熱舒適性條件和房間用途,對地面溫度做了一些規定。地板輻射采暖時地板表面平均溫度tb與加熱管的管徑d、管間距s、加熱管埋深h、地板導熱系數λ、供回水平均溫度tp和室內溫度tn有關,即
tb=fd,s,h,λtptn
由于地板單位面積散熱量q與單位面積埋管的散熱量有關,即與d、s、h、λ、tp有關,則有
q=g d s h λtp
因此得出近似公式
tb=tn+9(q/100)0.909
由上述公式可以知道影響地面溫度的因素。在工程中引起地面溫度偏高的直接原因主要有以下幾個方面。
a負荷偏大
如1中所述,由于多種原因,造成設計熱負荷偏大。由于室內熱負荷偏大,將使地板單位面積散熱量q增加,根據式(3)可知,地板表面平均溫度tb也增大。
b供回水平均溫度偏大
由1中的例子可知,當供回水平均溫度tp升高時,室內溫度升高,地表溫度也升高。
c埋管深度不夠
有些房地產開發商為了降低房屋造價,將層高減小,用戶為了保證室內足夠的凈高,有的采用減小加熱管埋深的做法。由于埋深h減小,使地板熱阻減小,而且單位面積地板散熱量q增加了,從而使得地面溫度tp偏高。如圖1所示,圖中實線為等溫線,虛線為熱流線。由圖可知,
因此設計和施工配合時應對每一個有可能影響地板輻射系統的地面溫度變化的因素重新校核,使得地板輻射系統中地面溫度處在一個合理的范圍內。
3.3影響地面溫度不均勻的主要原因
地面溫度分布均勻程度主要受埋管深度h、管間距s大小、布管方式等影響。
3.3.1 埋管深度與管間距
如圖1所示,沿熱流線方向填充層的熱阻是變化的,這樣使得輻射板表面是不等溫面,管頂所對應的地面溫度tb最高,當相鄰兩加熱管中的熱水溫度相等(t1=t2)時,兩管中間處的地面溫度tS/2最低。埋深h越小,tb-tS/2越大,地面溫度分布越不均勻。因此埋深減小不僅導致地面溫度偏高,而且使地面溫度分布也不均勻。
在圖1中,當管間距s增大時,兩管間疊加強度減小,tS/2減小,tb-tS/2將增大,地面溫度分布更加不均勻。為了保證地面溫度分布均勻性,工程中一般限定管間距不宜大于300mm。當地面散熱量大時,即使管間距為300mm也顯得過密,此時可通過調整加熱管水流量,水溫等來適應要求。
總之,管間距越小,埋深越大,地板表面溫度越均勻,因此設計時應注意這一點。
3.3.2 布管方式
沿加熱管水流方向,水溫逐漸降低。圖1表示了兩管內水溫相等的情況,當兩管內水溫不等時,如t1>t2,則等溫線和熱流線分布如圖2所示,
溫度最低值不在s/2處,而是偏向溫度較低的一側。地板輻射采暖常用的布管方式有平行排管式,蛇形排管式及回字形盤管式,如圖3所示。圖中表示了各種布管方式地板表面溫度變化情況。第一種方式地板表面平均溫度沿水的流程方向逐步均勻降低;第二種方式地板表面溫度在小面積上波動大,但平均溫度分布較均勻。第三種方式輻射板表面平均溫度也是沿水的流程波動,如果布置合理,輻射板表面平均溫度波動將很小,溫度分布更均勻。 三種布管方式地面溫度分布與波動情況是不一樣的,房間內具體采用何種方式應根據房間用途,房間熱工熱性,遵循溫度均勻分布原則而定。
3.3.3 其他情況
由于沿外窗或外墻側熱損失較大,一般將高溫管段優先布置在該處,或在沿外窗外墻一定范圍內布管密些,即縮小管間距。這一點工程設計中基本注意了,但個別工程在這些地方布管過密,沿外窗外墻側地面溫度偏高,加大了熱損失。 對于局部區域溫度過高的情況(如加熱管出口處溫度較高,而且布管較密),當對該處地面溫度有要求時,應在加熱管上方加裝隔熱板。這是工程中常出現的,由于布水器有多個分支管,且出口間距一般為80~100mm,因此出口處地面溫度往往偏高,有的甚至超過規定溫度,對地面材料產生了一定破壞,因此設計中應注意。
4、 結論
綜合以上諸多問題,多是由于設計中沒考慮輻射采暖的特點而造成的。地板輻射采暖設計看似簡單,實際設計中需綜合考慮室內溫度、地面溫度高低、地面溫度分布均勻性等的要求,以及相互之間的關系。室內溫度與地面溫度以及地板散熱量有很強的耦合性,某一者的變化將引起其他量的連鎖變化。因此在設計中應該遵循以下步驟:
1) 精確計算每間房間的熱負荷;
2) 根據已知條件,如建筑面積、地面結構及材料、室內溫度要求以及房間要求的地面溫度范圍,確定地板散熱量q。
3) 根據散熱量q、室內溫度tn、供回水溫度tg/th、地板熱阻R,并假定加熱管管徑d,初步確定管間距s。
若管間距s≤300mm,則進行下一步;若不滿足,首先調整供回水溫度(在溫差不變的前提下),重新計算管間距s,直至合適為止。
4) 根據房間布置情況,并在保證單管長L≤120m的條件下,確定支管數,根據房間用途及熱工特性,遵循溫度均勻分布的原則進行布管。布管時應注意盡量使各并聯管路平衡。
5)計算各支管水量G,校核系統阻力是否平衡,注意管內的流速V不應低于0.25m/s。
總之,低溫地板輻射采暖系統設計應認真計算,應對每個影響溫度變化的設計條件的變更進行校核,更不應簡單按經驗套用,這樣才能使得設計出來的地板輻射系統安全,舒適,節能。
參考文獻
[1]低溫熱水地板輻射供暖應用技術規程(DBJ T01-49-00)
[2]采暖通風與空氣調節設計規范(GB50019-2003)
[3]李清清.地板輻射供暖供冷中地板換熱性能的研究.《山東建筑工程學院碩士畢業論文》 2003
[4]陸耀慶.經濟型地板輻射供暖模式的探討.暖通空調新技術.2000.(2)
[5]陸耀慶.供熱通風設計手冊.北京:中國建筑工業出版社,1987
在我國,傳統藝術教育始終寬泛地包括了音樂、美術、舞蹈、戲劇等各個領域,且多以分科教學的方式存在。然而,真正將藝術教育明晰定位在“藝術”,且將其以綜合的方式呈現的是20世紀末與21世紀初的國家基礎教育改革。2001年6月,國家教育部《基礎教育課程改革綱要(試行)》明確規定在中小學九年義務教育中開展藝術課程,這是在我國已有的音樂、美術分科課程基礎上建構起來的一門全新的綜合性課程。藝術課程打破傳統藝術教育分科而教的界限,注重音樂、美術、戲劇、舞蹈、影視等不同門類以及與其他非藝術領域之間的融合,強調以人文精神為主線,知識技能為輔線,密切藝術與生活、情感、文化、科學的聯系,最終達到提高學生藝術能力與人文素養整合發展之目的。為了避免與以往的藝術教育在概念上發生混淆,中小學界常稱之為“藝術課”、“綜合藝術課”或“藝術綜合課”。
無疑,這樣一門藝術課程,它在教學理念、教學內容、教學模式、學習方式、評價方式等方面都作了全方位的改革,這對業已習慣了傳統分科教學的廣大中小學音樂、美術教師來說無疑是一場“革命”。現在從事中小學藝術學科教學的教師大都是原來從事單科音樂或美術教學的教師,目前情況下,跨學科教學存在現實的困難。5個年頭過去了,師資問題自始至終存在甚至困擾和阻礙著改革的進程。如何培養一支高素質的藝術教育師資隊伍,以深化藝術教育改革,推進課程與教材新體系的構建,著力使藝術學科的價值與功能更大地體現出來,真正成為素質教育的一個有機組成部分,己成為迫切需要解決的問題。
遠在改革之初,學院為適應國家基礎教育課程改革的需要,成立了小學藝術教育系,主要承擔我省貫徹實施國家新課程——小學藝術課程的師資培養、培訓和研究任務,也是學院創建特色學科、精品課程的重點科系,同時也成為我國基礎義務教育課程改革在藝術課程師資培養和研究領域的開創者之一。自2002年起在全國率先培養五年制專科層次小學專職綜合藝術師資以來,小學藝術教育系緊緊圍繞國家藝術課程標準,依托課改實驗區基地鮮活的案例和交流互動的大平臺,以科研促教學,以實踐帶科研,深入研究小學藝術課程師資培養的新模式和較完整的架構,為我省小學藝術課程師資培養進行了積極的探索。
藝術課程的核心是綜合,綜合性藝術教育已成為當前國際藝術教育的一個重要趨勢。縱觀教育發展的歷史,現代社會出現的課程綜合化傾向是課程發展歷史進程中否定之否定的結果。“當時代要求人與其生活的世界和諧共生的時候,當時代要求學科文化向生活世界回歸并與‘大眾文化’融合的時候,當時代要求人格整體發展的時候,課程的綜合化就成為必然。”[1]
在20世紀50年代中后期,美國有一個零點計劃,其邏輯前提是科研人員的文化藝術素質導致美國空間技術的落后,所以要以零為起點,重新審視藝術教育。我國在進入21世紀這樣一個信息時代提出在基礎教育階段實施藝術教育,其高瞻遠矚的意圖不言而喻。我們知道,信息時代的教育特征是將工業時代的封閉性、單向性、繼承性、統一性和專門性轉向開放性、雙向性、創新性、個性化和綜合性。也就是說,“教育必須從傳統狹窄的學科視野中走出來,以一種開放的眼光和綜合的架構參與社會發展。”[2]“使之從培養某一學科的專門教師逐步過渡到培養有較為寬廣知識背景的和多方面能力的教師,再到可以進行跨學科教學的教師或能夠進行綜合課程教學的教師,以便為通才教育準備師資。”[2]
可以說,綜合是科學發展的需求,是人類社會發展的需求,也是學生發展的需求。因此,綜合藝術教育既要讓學生掌握“藝術”的語言,用于人際交往、美化生活、美化自然、“經世濟用”、“改造客觀世界”;也要讓學生樂意在藝術世界中徜徉,陶冶性情、美化自我、“修身養性”、“改造主觀世界”。在本次課改所頒布的藝術課程標準中還確定了藝術課程的人文性,明確指出,藝術課不是一種單純傳授藝術知識和技能的技術課程,而是一種旨在提高學生藝術水平和人文素質的人文課程。
由此可見,藝術教育與人的全面發展有著密不可分的關系,夏中義先生曾提出“精神成人”的理念。應該說,人的精神世界的全面發展不僅包括了創造精神產品的能力,還包括了人對社會已有精神財富的享受能力。所以,藝術教育是學校美育的核心。如今,藝術教師應該既是創造型教師、引導型教師、交流型教師,也是方法型教師,更是因材施教型教師;既是傳遞人類文明的紐帶,又是塑造人類靈魂的工程師,更是澆灌藝術之花的園丁。因此,在現代藝術教師的素質內涵上,要求具備可靠的政治素質,優秀的思想品質,良好的道德素養,先進的教育思想,廣博的文化涵養,健康的身心素質,高尚的審美素質,堅實的專業知識,熟練的專業技能和高超的教育技能。也就是說,藝術教育要求素質發展全面的教師。
二、探索與實踐
我國小學藝術師資的培養主要依賴于藝術師范類院校的培養。福建兒童發展職業學院作為全國率先培養小學藝術師資的學院,其中,藝術教育系以招收初中應屆畢業生、實行五年一貫制大專學歷為培養模式。為使未來的小學藝術教師在五年的有限時間里完成多項的學習內容,努力達到全才型的教師的目標,我們在培養目標、課程理念、課程結構、培養模式以及師資培養規格等方面進行了全面的思考、探索與實踐。
(一)一專多能型的培養目標定位
在培養目標上,我們將之定位為:具備良好的道德品質,適應藝術教學需要的理論、知識、能力、人文素養與專業技能,具有藝術教育整合與發展能力和開拓精神,“多能一專”,適應小學藝術課教學的合格師資。我們認為,作為小學藝術教育專業學生的素質,“應該比專業藝術院校的學生素質更高更全面才行”。多能就是“必須具備所學專業各個方面的教學能力。”也就是“應該在自己的本專業方面盡可能地得到全面、均衡的發展。”[3],所以,一專多能就是素質“素質更高更全面”,我們期望每一位學生都“盡可能地得到全面、均衡的發展”。
(二)緊扣《藝術課程標準》的課程理念
在課程理念上,根據國家基礎教育部《藝術課程標準》的總體要求,在大藝術觀的背景下,從培養學生具有綜合藝術教育能力,進行教學分析、評價、總結的能力,發展學生整合創新、開拓貫通和跨域轉換的能力,組織教學和組織活動的能力,具備處理現代教育信息的能力等,還應使學生具有深刻的人文精神,學會尊重、關懷、友善、合作、分享,具有較高的人文素養。在此課程理念下,我們在課程方案的制定上,注意把握以下四個方面:人文性與科學性相結合,綜合性與創造性相統一,思想性與師范性相一致,“共性”與“個性”相滲透。
(三)基礎全面專業凸顯的課程結構
在課程結構上,我們打破了傳統學科本位的狹隘教育觀,面向全體學生開設公共文化課和音樂、美術、戲劇與舞蹈為主的學科基礎課、為學生提供基礎性的豐富多彩的內容和信息,拓展藝術視野。以人文素養與多學科基礎知識和技能貫穿融合,促進學生在體驗性、探究性,反思性和愉悅性學習中,將藝術學科內部質性有機地融合為一體。同時將藝術與其它非藝術學科有機的聯系起來,發展學生各項能力。此外還設立了貫穿于整個培養過程的綜合類活動課程體系,通過各種藝術實踐、講座、觀摩、體驗、表演等形式對學生進行綜合藝術能力訓練,確保培養目標的最終實現。
藝術教育的課程設置主要包括以下四部分。
1.公共必修課:政治、語文、外語、歷史、地理、小學教育學、小學心理學、信息技術與教育技術、教師口語、體育等。
2.專業必修課:樂理基礎、鋼琴、聲樂、舞蹈、音樂欣賞、合唱指揮、戲劇表演、美術基礎理論、素描、圖案、色彩、國畫、手工、書法篆刻、中外美術簡史、工藝設計、電腦設計、藝術欣賞、藝術概論、美學、小學藝術教學法等。
3.專業選修課:(根據學生主輔修的方向進行選修)民樂、管樂、電子琴、電腦音樂制作、兒童歌曲創編、環境設計、服裝設計、攝影技術與賞析、壁畫設計、工藝雕塑、室內設計、廣告設計等。
4.綜合類活動課程:教育見習、教育實習、藝術采風與實踐、各類知識講座等。
(四)“2·2·1”的課程方案
根據我院招收五年專學生的特點,我們制定并實施了藝術教育“2·2·1”(既普修、主輔修與整合)專業培養課程方案。
“2”(指1—2年級)為普修期,面向全體學生開設公共文化課和音樂、美術、戲劇與舞蹈為主的學科基礎課、綜合活動課。為三、四年級主輔修期進入音樂或美術學科高一層次的學習打下寬實的基礎。
“2”(3—4年級)為主、輔修期。面向全體學生繼續開設公共文化課,根據學生特長,分別開設主修音樂輔修美術和主修美術輔修音樂兩大課程,為學生提供音樂或美術學科專業性較強的知識與技能的課程,在主修音樂或美術的同時,輔修其中一門專業(美術或音樂),并溶入藝術其它門類綜合活動課、藝術創作、藝術實踐、教育見習、實習。
“1”(5年級)為整合期。第五年的第一學期安排必修課程之外更多是選修課程與活動整合,其中包含8周的實習,外出藝術采風和畢業創作與畢業匯報。第二學期完成畢業論文設計與答辨以及參加12周的畢業實踐活動。
(五)專業與教育能力兼備的培養規格
在培養規格上,作為一名合格教師必須具備藝術專業基本能力與教師的基本教育能力。具體來說,由以下五部分構成。
1.音樂基本能力:含音樂理論與音樂技能兩個部分,音樂理論方面,要求具有扎實的音樂理論基礎知識與音樂文化素養知識,具有一定水平的中外音樂作品鑒賞能力,了解地方民間藝術的種類及其特點。音樂技能方面,每生畢業時必須同時具備三項基本功與一項專長(3+1)。三項基本功分別為“彈”、“唱”、“跳”,一項專長即會演奏一件民樂器或管樂器。
2.美術基本能力:含美術理論與美術專業技能兩方面,理論方面要求具有扎實的美術理論基礎知識與美術文化素養知識。具有一定水平的中外美術作品鑒賞能力,了解地方民間藝術的種類及其特點。技能方面要求每生畢業時必須同時具備三項基本造型能力與一項專長(3+1),三項基本造型能力分別為色彩、裝飾、國畫,一項專長為工藝制作。
3.舞蹈基本能力:含舞蹈理論知識與舞蹈專業技能基礎知識,具有鑒賞評析中外舞蹈作品的基本能力、能夠表演中國民間、民族等舞蹈片斷及小品,能夠表演和創編少兒舞蹈。
4.戲劇基本能力:了解戲劇的主要種類及其發展史,具有鑒賞評析中外戲劇作品的基本能力、能夠表演戲劇片斷及小品,能夠創排簡單的兒童劇與戲劇小品。
5.教育基本能力:
(1)具備教育學、心理學,尤其是小學生心理學與音樂教育學、美術教育學等方面的專業技能和知識。
(2)具備良好的藝術通識通感理論和實踐的能力,能運用美學藝術理論對學生進行審美、情感、態度、價值觀的教育。
(3)掌握小學教師必備的教學基本功,即“三筆”“兩Hua(話、畫)”一報,三筆就是鋼筆字、毛筆字、粉筆字,兩Hua即簡筆畫與普通話,“一報”即板報設計。
(4)具備處理現代教育信息的能力,要求每位畢業生能夠運用計算機處理文字,圖像,利用網絡進行信息收集與處理,能制作的課件,會運用多媒體進行藝術教學。
(5)具備組織教學與組織課外活動的能力,能夠利用樂器進課堂組織教學,能夠組織小型的文藝演出活動,能夠參與校園環境的美化工作。
(6)具有開發地方課程資源和對專業教育理論及發展動態進行研究的能力。因為就目前而言,藝術教師將比以往任何時候面臨更多的問題,這些問題的解決不是靠教育研究者研究好了由教師來實行,更主要的是靠教師結合實際自己的研究尋找有效的解決辦法。
三、成效與反思