家庭冬季取暖，热量的产生、存储、传输和转移——第一部分

在广大的北方地区以及少量的南方地区，家庭冬季取暖，是住宅设计、建造时必须要考虑的一个非常重要的问题。

天寒地冻、冰天雪地、隆冬季节，室内如果能有一个比较温暖的环境，或者还会有热水供应，甚至或许能够在室内洗个热水澡，那真是一件舒服不过的事情了。

下面谈谈看似简单，其实又深存一定技术思想在里面的“家庭冬季取暖，热量的产生、存储、传输和转移”这一话题。

说明：北方城市里，常见的主流形式的高楼大厦的冬季采暖方式，多半是采用使用水体作为热媒介质的小区集中供暖的形式，也有些少量楼房可能是采用地源热泵系统的采暖形式，下面的谈话内容，仅以独立住宅为样本，几乎不涉及多层以上楼房住宅的冬季采暖方面。

第一部分人体适宜的环境温度

人体适宜的室内温度，一般认为是：冬天温度18℃~25℃，湿度30%~80%；夏天温度23℃~28℃，湿度30%~60%。

在寒冷的冬天季节，为了房屋内部能够有一个比较舒适的温度环境，从根本上来讲，无论是北方地区还是南方地区，应该在住宅的设计、建造上，多多考虑，在组成住宅的外部围护区域，比如，屋顶、外墙、基础这三大区域上面，很好地进行保温隔热、防水隔潮的构造处理。

使用天然植物材料建造屋顶以及墙体的部分图例——

几个相关英文词汇：

thatched roof——茅草屋顶；straw baleWall——稻草墙；Straw balehouse——草砖住宅

国内茅草屋顶图例——

四川成都杜埔草堂的茅屋

国外茅草屋顶图例——

国外草砖住宅建造图例——

木结构承重框架，稻草砖填充墙体，独立住宅，施工现场外观。

木结构承重框架，稻草砖填充墙体，独立住宅，施工现场外观。

木结构承重框架，稻草砖填充墙体，独立住宅，施工现场外观。

稻草砖填充墙体外侧，固定热浸镀锌钢丝网，施工现场局部特写。

稻草砖填充墙体外侧，固定热浸镀锌钢丝网，后续施工，进行外墙表面抹灰，施工现场局部特写。

国外某地，一芦苇屋顶建造，施工现场。

架空基础，彩钢板屋面，木结构承重框架，稻草砖墙填充，独立住宅建造，施工现场外观。

稻草砖住宅，外墙墙面抹灰，施工现场外观。

沥青油毡材质的瓦片屋面，木结构墙体承重框架，填充稻草砖，架空基础，独立住宅施工现场的外观。

彩钢板屋面，木结构墙体承重框架，填充稻草砖，架空基础，独立住宅施工现场的外观。

稻草砖墙体住宅，外墙抹灰，施工现场的外观。

建造完成，使用中的，彩钢板屋面稻草砖墙体住宅的外观。

建造住宅，充分利用传统天然植物材料，从生态环保、节约能源、保护地球环境的角度讲，确实是有利的，并且造价会比较低廉。但是与使用现代技术建造的房屋进行对比而言，也存在着许多缺陷，比如，容易导致火灾现象的发生，结构强度不高，防水性能较较差，使用寿命也较短，房屋内外的环境条件还不够好，因而这类住宅，并不能代表住宅建造的主流，只是一种小规模试验性的所谓“生态住宅”而已。

使用现代人工制造的材料建造屋顶以及墙体的部分图例——

现代住宅建造技术，配合保温隔热、防水隔潮的构造措施，建造起来的房屋，一般是比较干净舒适的，当然，现代技术思想建造的住宅，它的造价也是会比较高一点的。

独立住宅，屋顶、外墙、楼层等部位，都使用特厚保温材料，三维立体剖解示意图。

独立住宅，阁楼内部，屋架下方，填充黄色的无机物材质的不燃型特厚玻璃纤维保温材料。

承重屋架的外侧，屋面板上部，防水卷材的表面，铺设淡绿色的阻燃型挤塑XPS聚苯乙烯泡沫保温板。保温板的上部，分别钉设顺水木搁条、挂瓦木搁条，后续施工，将安装瓦片材料。

国外某地，旧住宅屋顶保温改造升级。在原先屋面挂瓦木搁条的上面，铺设白色的阻燃型EPS聚苯乙烯泡沫保温块。保温块的表面，再安装烧制的粘土瓦片材料

承重木结构屋架框架的中间，首先填充无机物材质的岩棉纤维保温材料，然后在木结构屋架框架的外侧，再铺设类丝棉被的，中间填充保温材料的双层铝箔卷材。

本身就具有一定保温隔热能力的轻质高强蒸压加气混凝土砌块墙体的外侧，通过预先埋设的镀锌或者是不锈钢拉接筋，穿透固定黄色的无机物材质的不燃型玻璃纤维保温材料，施工现场。后续施工，可能是进行非承重的围护性墙体的砌筑施工。

大型粘土空心砌块墙体的外侧，钉贴无机物材质的不燃型岩棉保温材料，施工现场。后续施工，可能是进行外墙表面抹灰处理。

墙体外侧，使用发泡聚氨酯泡沫材料，粘贴德国巴斯夫(BASF)公司生产的特厚EPS聚苯乙烯泡沫保温板。后续施工，一般是喷涂特制砂浆，进行表面抹灰处理。

窗框材料为天然木材，窗框断面组成，进行断热桥构造处理，采光区域，安装三层中空低辐射（Low - E）玻璃，保温窗户，三维立体剖解，示意图。

板式基础，防水隔潮卷材的上面，铺设白色的特厚硬质EPS聚苯乙烯泡沫保温板。后续施工，将布放垫支钢筋网，现场浇注混凝土。

某地下室基础底板位置的施工现场1。

某地下室基础底板位置的施工现场2。

某地下室外墙外侧，粘贴特厚挤塑XPS聚苯乙烯泡沫保温板的施工现场。

某地下室外墙外侧，粘贴特厚挤塑XPS聚苯乙烯泡沫保温板的施工现场。

某地下室外墙外侧，粘贴特厚挤塑XPS聚苯乙烯泡沫保温板，以及铺贴防水卷材的施工现场。

某地下室外墙外侧，粘贴特厚挤塑XPS聚苯乙烯泡沫保温板的施工现场。

第二部分冬季取暖技术的发展，从古至今

在冬天里，有时候也是需要人们去主动制造一些热量，进行取暖的。

一、点火取暖

（一）、粗放式点火取暖

人类的早期，冬季点火取暖，就是一种常见的形式。点火取暖，往往还兼带着家庭内部的一日三餐的炊事做饭。

另外，冬季白天的日子里，人们在避风处，晒晒太阳，也是获取热量的一种方式。

当然，能够吃上热汤热饭，腹中有食物，能够穿上棉衣棉裤，穿上棉靴、戴上棉帽，晚上夜间休息睡觉，能够有床褥有棉被，才是人们最根本的御寒措施。

早些年，乡下农村，冬季点火取暖的燃料来源，一般会有：农作物的秸秆、玉米芯、树枝树叶、杂草藤蔓、芦苇竹材，石油煤炭，等等。

在缺乏木材的乡下农村，做燃料用的柴草，在有些地区那里，俗称“柴禾”，柴禾也就是指做饭炒菜用的一些多半是植物性的燃料。

这些草本植物性质的燃料，堆放起来，俗称“柴禾垛”，供家庭平日炊事燃烧以及冬季取暖燃烧使用。一直到现在，这些所谓的柴禾燃料，依然是某些地方乡下人家重要的一项财产。

冬天里，拣拾柴禾，穿拾刮拉叶（刮落叶），曾经是过去一些农村儿童空闲时间里的一项重要的活动。

旧中国某地，搂拾柴禾的农民的影像。

国内某地，捡拾树叶作为燃料的乡村老年妇女。

背负柴草的两位藏族同胞

将小麦收获之后的副产品麦秸穰，堆成麦穰垛，供造纸、燃烧、抹墙、饲料等用途使用。

国内某地，在屋内生火取暖的两位老人。

某旅游景点建造的新式柴灶

国内某地，一具有专利技术的新型节能炉灶。

传统的冬季点火取暖的方式，由于经济条件的原因，一般是根据当地的资源状况，就地取材，没有经过原料的深加工处理，虽然操作使用起来，比较方便，但是，也存在着燃烧形式粗放、燃料的燃烧不够充分，热量效率较低，多余的热量几乎谈不上回收利用，使用现场的环境，不够干净卫生、存在着安全隐患等诸多缺陷。

事实上，冬季点火取暖，往往还会伴随着产生火灾、煤气中毒等人员伤亡事故现象的发生。

国内某些地区流行的火盆取暖的做法，就是属于一种粗放的燃烧取暖方式。这种取暖方式，存在严重的危险隐患，有的将热源直接安放在室内，没有专门的烟囱烟道进行排烟，容易产生火灾或者发生一氧化碳中毒事故。

国内南方某地，手持简易小火盆，上学路上的学生们。

（二）、火炉点火取暖

随着人类制造技术的进步，专门用作冬季取暖的火炉也应运而生。室内火炉的炉灶炉具，配合凸出屋面的烟囱，构成最为简单的一套冬季采暖系统。

国内某地，燃烧煤块的铸铁火炉一例。

国内某地，燃烧木柴的铸铁火炉，取暖炊事一例。

四川某地，地震灾后，人们领用冬季炊事取暖铸铁火炉的现场。

简易构成的冬季采暖方式，通过炉具内部燃料的燃烧，产生热量，传导、辐射到室内，达到提高室内温度的目的。这个时候，燃料燃烧产生的全部热量，事实上，仅有一部分被利用掉，而剩余的热量，并不能被保存下来，而是随着烟气的流动，直接排放到了室外，白白浪费掉了。

日本取暖火炉部分图例——

日本某地一种新式简易火炉的原理剖解示意图

日本某地一种新式简易火炉的原理剖解示意图

日本某地一种新式简易火炉的构成部件

日本某地一种新式简易火炉的组成外观

日本某地，耐火砖砌筑的烤炉灶台上的简易火炉。

日本某地多个新式简易火炉摆放现场

日本某地，支架式钢制火炉的使用现场。

日本某地，钢制火炉售卖现场的几个款式。

日本某地，一款小型钢制火炉的外观。

日本某地，简易多功能钢制火炉的使用现场。

日本某地，多功能钢制火炉的使用现场。

日本某地，多功能钢制火炉的使用现场。

日本某地，多功能钢制火炉的使用现场。

日本某地，燃烧木质颗粒燃料的钢制火炉一例。

日本某地，燃烧木质颗粒燃料的钢制火炉，所使用的木质颗粒燃料放大特写。

日本某地，一款燃烧木材的多功能新式火炉的使用现场。

日本某地，一款燃烧木材的多功能新式火炉的使用现场。

日本某地，一款燃烧木材的火炉的使用现场。

日本某地，一款火炉的分解示意图。

日本某地，一款火炉的剖解示意图。

日本某地，与火炉配套使用的，双层中空结构或者是双层夹芯保温层结构，一节钢制烟囱管道，放大特写。

日本某地，一独立住宅（日本俗称为“一户建”）的建造施工现场，局部特写。凸出屋面的钢制烟囱的烟管，为了防火的考虑，需要与屋面进行特别的构造处理。

日本一户人家，冬季火炉边聚会。

日本某地，一户人家，火炉使用现场。

日本某地，一户人家，火炉使用现场。

日本某地，一户人家，火炉使用现场。

（三）、保存火炉产生的热量

怎样在燃料燃烧时，能够留住更多地热量，在实际生活中，人们做了大量的尝试性试验。

1、火炕、地炉

国内一些农村地区，火炕、地炉的出现，就是一种最原始的蓄热的应用形式。

火炕，一般有炉灶、炕体和烟囱三部分构成。

连接炕体的炉灶，既可以做饭，炕体又可以取暖，还可以坐卧。

地炉，其实就是煤炭火炉的一种变种形式，出于安全和干净的考虑，地炉的炉灶，一般是建造在居室的另外一间，与地炉配套的烟道管道，通到居室的地面下方，一般是蛇形摆布，然后与室外的烟囱相连。

地炉的主要作用，是为了冬季的取暖，当然，地炉还可以说有其它方面的一些功用，比如烧开水、烘烤食物、烘干衣物等等。

旧时候，国内乡下农村，火炕应用，素描图画反映。

火炕组成垂直剖解示意图

火炕组成水平剖解示意图

某个拆开的火炕炕体的外观

国内北方某地，一火炕的应用现场。

国内北方某地，一火炕的应用现场。

传统形式的盘炕与现代太阳能技术相结合，进行升级改造。

2、烟囱的底部设置大体积的烟气包

还有些留住燃烧热量的方式，比如，首先让蓄含热量的烟气进入一种所谓的“烟气包”箱体之后，再进入烟囱内，然后再通过封闭的烟囱，进而排放到室外。

在有些地区，还管这种简易形式的散热箱体叫做“暖气包”，但是不是指那种水暖系统中的金属暖气散热片，暖气片在有的地方也叫“暖气包”。

由于这种“暖气包”的体积比较大，也是能够留住部分热量，达到向室内散热的目的。

国内网络上介绍的某款新型钢制节能炉的外观

国内网络上介绍的某款新型钢制节能炉的外观

3、火炉带烧水水箱

再后来，人们还在火炉上加工制作上水箱，让火炉产生的一部分热量，用来加热水体，产生热水。水体蓄含热量，能够相对保存较长一段时间，这样就能够充分将一部分多余的热量存储起来，然后再慢慢地让水体散发热量，温暖室内。

国内网络上介绍的某款带水箱的热水采暖炊事多用新型钢制节能炉的外观

4、热水袋/暖水袋、暖水罐、热水瓶/暖水瓶

储存热量、转移热量的简易方式，还表现在民间流行的“热水袋”或者“暖水罐”的使用上。

日本暖水袋、暖水罐部分图例——

当然，后来从国外引进的技术含量较高的真空玻璃胆“暖水瓶”的出现，也是一种保存热量的很好的应用形式。

在过去的日本农村，热水瓶（まほうびん）常被叫做“魔法瓶”。

真空玻璃保温瓶的原理示意图

真空玻璃保温瓶的原理示意图

vacuum——真空

目前，在国内某些乡下农村，还有使用镀锌铁皮，或者是不锈钢材料制作的所谓“火烧心”，或者叫“烧心壶”的烧开水的形式存在。

国内某款“火烧心”的使用现场的外观

这种双层结构外壳的“火烧心”，组成设计合理，对燃料材料的要求也不高，取材容易方便，销售价格也比较低，圆柱中间空心的双层盛水的桶体与下面的底座之间，是可分离的组合形式，使用起来比较方便，据介绍，烧开一壶水，大约仅需要几分钟的时间，这种烧水壶，充分利用了各种适合的废弃的燃烧材料，可在日常生活中，既锻炼了身体，又烧开了热水，还节约了资金，比较适合在农村庭院中使用。

当今，随着技术的发展，以及不锈钢材料的应用普及，仿照暖水瓶原理，建造大容量的不锈钢材质的热水存储罐，或者是小型的多功能不锈钢低压热水锅炉（在文末还会谈到），用于家庭内部的冬季热水供应很有必要。前提是家庭经济条件许可的情况下。

下面是几幅不锈钢储水罐的图例，供启发思路使用——

另外，不锈钢罐罐体的外侧，包裹特厚的防水保温材料效果会更好一些。

这种构造形式的不锈钢罐罐体，也可制作成小型低压热水锅炉的形式，热媒介质，使用现在最常见的“纯净水”即可（纯净水可是说是一种不含矿物成分，加热过程中，不会产生水垢，不需进行硬水软化处理的软水）。也可以是内部安装有电热棒，以及安装连接屋顶太阳能集热系统的螺旋盘状铜管热交换器的“综合热交换热水存储罐”的形式。

太阳能热水与辅助电热热水综合应用示意图

Electric Boosted Solar HotWater System——电热棒太阳能热水系统

（上图中，太阳能集热系统中的热量传输介质是水体，国外还有的太阳能集热系统中，不是使用水体作为热量的传输介质，而是使用丙二醇抗冻液作为导热介质的情况。）

太阳能热水与辅助电热热水综合应用示意图

德国独立住宅内部，与大型太阳能集热板系统配套使用的巨型热水存储罐的应用情况示例——

二、现代锅炉汽暖、水暖采暖技术

1、汽暖、水暖采暖技术——普通立式金属散热器采暖、低温热水辐射地板采暖（地暖）

随着现代西方技术的引进，具有现代技术特征的冬季采暖技术——汽暖、水暖采暖方式，在以后普遍流行起来。

某种大型燃气蒸汽锅炉示意图

某种大型蒸汽锅炉原理分析示意图

国内某企业生产的一款大型燃气热水采暖锅炉的外观

汽暖采暖系统的采暖介质是高温蒸汽，具有一定的高压危险，近些年来，几乎不太使用这种采暖方式；水暖采暖系统的采暖介质是低于100℃的高温水体。

锅炉管道采暖系统中，产生热量的热源点，与末端用户的散热点，不在同一个位置，实现了热量的传输和位置转移。

水暖采暖方式，相比而言，干净卫生安全可靠。在水暖采暖技术的实际应用方面，既有传统的立式金属散热器的形式，又有近几年开始流行的地暖采暖技术的应用。

2、小区集中热水供暖方式

现如今，在城市里，冬季采暖技术的表现形式，花样繁多。

在国内，小区集中热水供暖方式，是城市里冬季采暖的主流形式，适合大多数人群的需要。小区集中热水供暖系统中的热源，来自热电厂。热电厂一般是建造在郊外，热电厂产生的高压蒸汽，通过保温的金属管道，输送到居民小区中的中途换热站，与封闭循环管道水暖系统中的热媒介质——水体，进行热量交换，产生高温热水，高温热水再通过保温金属管道，输送到住户家中。居民家中，使用镀锌钢管管线或者是PPR材质的塑料管线，连接多种款式的金属散热器，进行散热，达到提高室内温度的目的。

国外一小区集中热水供暖的示意图

小区集中热水供暖，平面布局示意图。

换热站与居民住家之间的热水系统是封闭的循环管线。覆盖范围较大的小区，采用集中热水供暖的方式，存在着远端用户和近端用户热量供应难以平衡的一些缺陷，因而在国外，大都是采用家庭住户独立的热水采暖系统的方式。

3、“地源热泵”采暖方式

近几年，随着环境保护意识的增强，以及充分利用大自然天一然能量的想法，一种所谓的“地源热泵”采暖技术方式，也开始流行起来。

有取水深井和回灌深井的地源热泵系统，在独立住宅中的应用，示意图。

图中下部室外，左端为取水深井，右端为回灌深井；下部地下室设备间内部，左端为热媒介质存储罐，中间为地源热泵的主机，右端为与室外屋顶太阳能系统相连的热量交换热水存储罐。

室内一层地面，采用地暖方式，上部阁楼内部，有淋浴设施，室外屋顶安装平板型太阳能集热系统。

地源热泵系统，在独立住宅中的应用，示意图一例。循环管线井深大约90米。

三、其它非主流采暖方式

1、电力空调采暖方式

城市里还有部分住户内部，可能会安装空调采暖系统。当然，空调的耗电功率，是比较大的。有时候，住宅楼上，有很多用户同时使用空调，就会造成整幢楼房的用电负荷过大，会出现变压器跳闸的情况。

国外独立住宅内部，空调系统的应用示意图。

国外独立住宅内部，空调系统，在冬季和夏季的应用示意图。

国内某独立住宅内部，使用空气源热泵系统的应用示意图。

2、燃气热水采暖方式

城市里少部分房间内部，可能会安装燃气热水器管道采暖系统，不过这种形式，要特别考虑燃烧器的进气管和排气管的安装形式，要保证这两种管道，要直通室外，以防止发生煤气中毒的现象。另外，还要防止煤气泄漏，防止火灾以及爆炸事故的发生。

国外一壁挂式燃气热水器的安装现场

国外某壁挂式燃气热水器的安装现场示意图

国外某壁挂式燃气热水器的安装现场。

国外某壁挂式燃气热水器的系统构成示意图

3、其它小规模的采暖形式

在城市里，除了使用传统炉具，燃烧煤炭块煤、煤球、蜂窝煤等燃料的取暖方式之外，简易的冬季取暖形式，比如还有：小型电暖器、暖风机、电热毯（这种方式比较危险，应特别注意使用方式，比如，在电热毯制热完成以后，应及时关闭掉电源，特别注意：电热毯的购买质量要好，并且在使用时，要保证，不可长时间持续不断供电），等等。

应该警醒地看到，蜂窝煤这一种燃料形式的出现，确实提高了煤炭的利用率，也提高了蜂窝煤的燃烧效率，但是同时也很容易导致出现一氧化碳中毒现象的发生，应引起特别的关注。

第三部分国外家庭，冬季取暖，部分图例

热的传播方式——对流、传导、辐射

房间内部散热效果示意图——

（下接：家庭冬季取暖，热量的产生、存储、传输和转移——第二部分）