大学校园冬季供暖中的节能研究_以北京师范大学为例

（自 然 科 学 版 ）
第 ４７ 卷
了 供 暖 后 温 差 随 时 间 的 变 化 规 律 （如 图 ３）．
图
３
供
暖
后
室
内
温
差随
时
间
的
变
化
规
律
通过分析得到了回归分析方程：
ｆ２（ｔ）＝－０．２１１ ２ｔ２＋１．６８８ ３ｔ－０．０９９ ３ （０≤ｔ≤３．９４）， 所以
θ１ ＝ －０．０４７ ８ｔ２ ＋０．８９２ｔ＋０．０２１ ２＋θ０（０≤ｔ≤９．３３）． 方程的决定系数 Ｒ２＝０．９０２ ８，相 关 性 显 著．从 图
中可以看出，停止供 暖 后，室 内 温 度 会 不 断 下 降，但 下 降 速 度 越 来 越 慢 ，到 一 定 的 程 度 趋 于 相 对 稳 定 ．
作 为 人 口 众 多 、资 源 需 求 量 巨 大 的 发 展 中 国 家 ，也 是暖气需求量巨大的 国 家，有 效 地 利 用 暖 气 资 源 非 常 重要．因此，针对我国 当 前 暖 气 系 统 的 现 状，很 有 必 要
＊ 国家基础科学人才培养基金资助项目（Ｊ１１０３４０３）． 收 稿 日 期 ：２０１１－０４－１０
关 键 词 实 验 ；控 制 供 暖 ；供 暖 标 准 ；节 能 ；大 学 校 园
节能减排应对气候变暖是当今世界的重要主题． ２００９年哥本哈 根 会 议 上 我 国 向 世 界 宣 布，到 ２０２０ 年 中国单位国内生产 总 值 二 氧 化 碳 排 放 量 比 ２００５ 年 下 降４０％～４５％的目标［１］．为了 实 现 国 家 的 节 能 减 排 目 标 ，节 约 化 石 燃 料 是 重 要 的 途 径 之 一 ．
我国的长江、汉水 及 秦 岭 一 线 以 北 的 地 区 每 年 日 均温≤５℃的日数都超过９０ｄ［２］，根 据《中 华 人 民 共 和 国标准：采暖、通风与空气调节设计规范》［３］的规 定，当 室内日均温在１８℃ 以 下 时，人 们 开 始 有 采 暖 的 要 求， 低 于 １０～１２ ℃ 时 就 会 明 显 影 响 人 类 活 动 ，所 以 这 些 地 方都需要供暖．因此，我 国 的 供 暖 量 是 相 当 大 的，根 据 中国统 计 年 鉴 ２００７ 年 的 统 计，我 国 ２００６ 年 全 年 用 于 电力、热力的 生 产 和 供 应 业 的 能 量 相 当 于 １７ ４１６．８８ 万 ｔ标准煤［４］．所 以 设 法 减 少 供 暖 中 耗 去 的 燃 料 具 有 十分重要的意义．
摘要 以实验为基础研究了供暖系统的调节对室温的影响，得到了控制供暖后室内温度关于时间的变 化 规 律：控 制 暖气后温度降低很慢，最终趋于稳定；开始供暖后，温度上升迅速．运用 ＳＰＳＳ １６．０对北京师范大学热力保障 部 的 供 暖 数 据进行回归分析，得到了耗气量与室内外温差和回水温度的回归方程．并据此设计了在大学校园中实施夜间 对 教 室 停 止 供 暖 和 调 整 供 暖 标 准 ２ 种 节 能 方 案 ．采 用 这 ２ 种 方 案 至 少 可 以 节 约 １０．９９％ 的 能 源 ．
图 ２ 停 止 供 暖 后 室 内 温 差 随 时 间 的 变 化 规 律
为求得ｆ１（ｔ），将 每 天 停 止 供 暖 时 的 初 始 室 内 温 度θ０ 与停止供暖ｔ时 间 时 的 室 内 温 度 作 差，求 得 温 差 Δθ，然 后 将 所 得 到 的 温 差 与 停 止 供 暖 的 时 间ｔ作 回 归 分析，利用模拟趋势 线 的 方 法 得 到 了 停 止 供 暖 后 室 内 温差ｆ１（ｔ）随时间ｔ的变 化 规 律（如 图 ２），得 到 了 回 归 方程： ｆ１（ｔ）＝－０．０４７ ８ｔ２＋０．８９２ｔ＋０．０２１ ２ （０≤ｔ≤９．３３） 所以
同理，设 室 内 温 度θ２ 与 开 始 供 暖 后 的 时 间ｔ的 回 归方程为：
θ２＝ｆ２（ｔ）＋θ０， 其中，θ０ 指 开 始 供 暖 时 的 室 内 温 度，ｆ２（ｔ）指 开 始 供 暖 后 室 内 温 差 随 时 间ｔ变 化 的 函 数 ．
为求得ｆ２（ｔ），用供暖ｔ时间的温度减 去 开 始 供 暖 时的温 度 得 到 温 度 差 Δθ，将 所 得 到 的 温 度 差 Δθ 与 供 暖时间ｔ 进行回 归 分 析，利 用 模 拟 趋 势 线 的 方 法 得 到
教室 Ａ 在阴 面，白 天 阳 光 照 射 短，阳 光 对 实 验 教
第６期
韩 加 强 等 ：大 学 校 园 冬 季 供 暖 中 的 节 能 研 究 ——— 以 北 京 师 范 大 学 为 例
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室 的 升 温 作 用 相 对 于 普 通 教 室 差 ；教 学 楼 修 建 较 早 ，实 验教室 Ａ 保 温 效 果 也 不 如 普 通 教 室；教 室 Ａ 相 对 独 立 ，两 面 （宽 面 ）是 冷 墙 ，另 两 面 是 过 道 ．综 合 来 看 ，实 验 教室 Ａ 的室内温度会比普通教室要低．且暖 气 管 与 二 楼和三楼（只有３层 楼）的 暖 气 管 是 联 通 的，控 制 一 楼 的 暖 气 后 ，整 栋 楼 的 暖 气 也 控 制 了 ，因 此 二 楼 也 不 会 向
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北 京 师 范 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
２０１１－１２ ４７（６）
大学校园冬季供暖中的节能研究＊
———以北京师范大学为例
韩加强 方修琦 郑蔚恒 王大伟 冯云荷
（北 京 师 范 大 学 地 理 学 与 遥 感 科 学 学 院 ，１００８７５，北 京 ）
一楼提供热量． 实验使用了３个自 记 温 度 计 （２ 个 日 记 的，１ 个 周
记 的 ）和 １ 个 激 光 测 温 仪 ，对 房 间 和 室 外 的 温 度 进 行 监 控和测量．在２间实 验 教 室 内 各 摆 放 了 一 个 日 自 记 温 度 计 ，每 天 下 午 １４：００ 更 换 记 录 纸 ．在 大 百 叶 箱 中 放 入 １个周自记温度计，每周更换记录纸．在 不 对 ２ 个 实 验 教 室 暖 气 进 行 人 为 干 扰 的 条 件 下 ，进 行 温 度 测 量 ，得 到 了２个教室的室内温度情况（图１）．根据 实 验 结 果，决 定选取日均温较低的教室 Ａ 作为实验室，而 室 温 较 高 的教室 Ｂ作为对比实验室．
２ 研究结果
２．１ 控制供暖条件下 室 内 温 度 变 化 情 况 停 止 供 暖 后室内温度的变化和 时 间、实 验 教 室 墙 体 的 保 温 效 果 及室外温度有关［９］．由 于 实 验 教 室 的 保 温 系 数 没 有 办 法取得，所以无法考 虑 墙 体 保 温 系 数 和 室 外 温 度 对 室
θ１ ＝－ｆ１（ｔ）＋θ０ 其中，θ０ 指 停 止 供 暖 时 的 室 内 温 度，ｆ１（ｔ）指 停 止 供 暖 后 室 内 温 差 随 时 间ｔ变 化 的 函 数 ．
图 １ ２ 个 实 验 教 室 的 室 内 日 均 温 对 比
２０１０年１月１日—１７日，教室 Ｂ 的供暖情况不做 任何人为调整；教室 Ａ 则按照以下标准控制 暖 气 的 供 应 ：每 天 晚 上 ２２：００ 停 止 供 暖 ，早 上 ０７：３０ 左 右 开 始 供 应暖气，每天开关暖 气 时 都 用 激 光 测 温 仪 测 量 实 验 教 室内外墙体的温度． １．２ 数据收集 从 北 京 师 范 大 学 供 暖 部 获 得 了 热 力 保障部供暖系统的运 行 数 据，其 中 包 括 北 京 师 范 大 学 热 力 保 障 部 统 计 的 日 室 内 均 温 、日 室 外 均 温 、日 天 然 气 耗 气 量 和 每 小 时 的 回 水 温 度 ．在 此 ，利 用 ２００８ 年 １２ 月 １ 日 —２００９ 年 ３ 月 ３１ 日 的 运 行 数 据 进 行 处 理 ．利 用 该 数据对各影响因子进 行 回 归 分 析，建 立 日 均 室 内 外 温 差和回水温度与耗气 量 间 的 回 归 方 程，从 而 利 用 室 内 外温差数据和回水温度数据预测需要的燃气量．
在 前 人 研 究 的 基 础 上 ，增 加 实 验 研 究 ，加 强 暖 气 系 统 的 管理，在不影响生活 和 工 作 的 前 提 下 适 当 地 限 制 暖 气 的供应．有专家曾做过相关研究［８］，并通过理论推 导 出 了 相 关 的 数 学 模 型 ．作 为 补 充 ，该 研 究 希 望 通 过 实 验 探 索 供 暖 方 式 对 室 温 的 影 响 ，建 立 比 较 合 理 的 经 验 公 式 ， 并提出暖气系统的优化管理方案．
θ２＝－０．２１１ ２ｔ２＋１．６８８ ３ｔ－０．０９９ ３＋θ０（０≤ｔ≤３．９４）． 方程的决定系数 Ｒ２＝０．９４０ １，相 关 性 显 著．从 图
内 温 度 的 影 响 ．但 是 ，之 前 已 经 提 到 选 取 的 实 验 教 室 的 保温效果比普通教室差，同 时 根 据 相 关 研 究 和 ［１０］ 实 测 的室外温度说明，实 验 时 段 内 的 冬 季 气 温 明 显 低 于 正 常 年 的 温 度 ，是 难 遇 的 异 常 年 ；同 时 根 据 实 测 的 与 过 道 相连的两面墙体的平 均 温 度 数 据 显 示，外 墙 的 平 均 温 度 （１８．５ ℃ ）低 于 内 墙 的 平 均 温 度 （１８．７ ℃ ），温 度 从 内 墙 向 外 墙 传 递 ．因 此 ，在 不 考 虑 实 验 教 室 墙 体 的 保 温 效 果及室外温度的情况 下，实 验 获 得 的 经 验 公 式 仍 然 满 足 其 他 教 室 的 供 暖 要 求 ．在 此 ，设 停 止 供 暖 后 的 室 内 温 度θ１ 与停止供暖的时间长度ｔ的相关方程为：
下来．
１ 资料和方法
研究采用了实验和资料收集２种方法获取研究数 据． １．１ 实 验 方 案 实 验 从 ２００９ 年 １２ 月 １８ 日—２０１０ 年１月１７ 日于生地楼的 ２ 间教室内进行 （教室 Ａ 和 教室 Ｂ）．教室 Ａ 是一个相对独立的３层教学楼的第一 层，教室 Ｂ 位于与教室 Ａ 紧密靠近的一栋教学楼的一 楼．