严寒地区小学供暖改造：散热器低温运行与新风负荷的取舍
沈阳某小学教学楼建于2000年，建筑面积1200 m²，6间教室，每间45人，层高3.6 m。外墙为240 mm砖墙、单层铝合金窗，无外保温，实测供暖热指标约75 W/m²（不含新风）。原设计95/70°C热水供暖，铸铁四柱散热器，单管顺流式，已使用15年。现拟将0.14 MW燃煤锅炉改为燃气冷凝锅炉，业主希望二次侧回水不超过50°C，以利用烟气冷凝热并降低运行费，但改造预算有限，散热器是否更换尚未确定。实测室外-19°C时，锅炉供水85°C、回水60°C，多数教室16°C，近端教室20°C，最远端14°C；循环泵定频运行，各立管阀门全开。教室新风仍靠开启外窗，无热回收。设计室外供暖温度-19°C，室内要求20°C。校方要求改造后教室不低于20°C，且不能出现近端过热、远端不热。改造范围包括锅炉、循环泵及部分干管，散热器和末端支管原则上保留，工期为暑假六周。当地燃气价格较高，运行费压力大；学校无专职运行人员。教室以南向为主，窗墙比约0.3。
1. 在保留现有散热器的前提下，用散热器传热关系估算要把教室从16°C提高到20°C所需的供回水温度，并判断业主提出的回水≤50°C是否可行。列出计算假设。
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按散热器 Q=K·A·(ΔT)^n，取 n≈1.3。实测平均水温 (85+60)/2=72.5°C，室内16°C，ΔT1=56.5 K。室内提到20°C而水温不变时，ΔT2=52.5 K，出力降为 (52.5/56.5)^1.3≈0.91。
围护结构负荷随室内外温差增大：(20+19)/(16+19)=39/35≈1.11。因此所需出力为现状的 1.11/0.91≈1.22 倍。
所需 ΔT=56.5×1.22^(1/1.3)≈56.5×1.17=66 K，平均水温需约 20+66=86°C。若供回水温差20 K，则约96/76°C；若温差25 K，则约98/73°C。
若坚持回水50°C、供水60°C，平均50°C，ΔT=30 K，出力仅为 (30/56.5)^1.3≈0.44，需散热面积约 1.11/0.44≈2.5 倍，即增加约150%。结论：保留现有散热器时回水≤50°C不可行；要么把供水提高到约96°C，要么大幅增容散热器或改地暖。以上未计新风负荷，实际所需出力更大。
2. 单管顺流式系统和现状水力失衡对改造有什么影响？给出两种技术上可行、投资不同的方案，并说明各自的风险。
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现状为单管顺流，各组散热器串联，无法单独调节；近端20°C、远端14°C说明流量按阻力自然分配，远端资用压头不足。改造若只换冷凝锅炉而不改末端，低温水会使远端更差。
方案A（低投资）：保留散热器，远端增片约25%-30%，单管改双管或加跨越管，安装静态平衡阀和恒温阀，系统按85/70°C运行；冷凝锅炉效率不能充分发挥。
方案B（较高投资）：更换为低温散热器或地暖，散热面积约2.5倍，按50/40°C或45/35°C运行，配冷凝锅炉和变频泵；初投资高，但运行费低。
风险：A方案仍高于50°C回水，且老散热器腐蚀；B方案占用建筑空间、增加荷载，必须做水力平衡和分区控制。无论哪种，先做水力计算和平衡调试，不能仅换大泵。
3. 按规范估算教室新风热负荷，并评价是否应设热回收；热回收后冷凝锅炉回水温度能否稳定低于50°C？
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按每生30 m³/h，270人需 270×30=8,100 m³/h。新风负荷 Q=0.34×8,100×[20-(-19)]≈107 kW，相当于约89 W/m²，远大于围护结构75 W/m²的实测值。
设显热回收效率60%，新风被预热到 -19+0.6×39=4.4°C，加热至20°C仅需 0.34×8,100×15.6≈43 kW，可省约64 kW。应设板式或转轮热回收，并设防冻旁通、过滤和清洗。
但热回收只降低新风负荷，不改变散热器所需平均水温。若末端仍为95/70°C散热器，锅炉回水仍约70°C，不能稳定低于50°C；只有采用低温末端并把散热面积增容后，冷凝锅炉才能持续冷凝。