以工程實踐為導(dǎo)向的空調(diào)工程課程教學(xué)初探*

◆王昕 陳劍波

作者：王昕，博士，上海理工大學(xué)副教授，主要研究方向為大空間建筑室內(nèi)環(huán)境及空調(diào)設(shè)計研究；陳劍波，上海理工大學(xué)（200093）。

1 背景

近年來，改變建筑高能耗運行狀況已是其實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心問題。建筑空調(diào)系統(tǒng)的實際運行效果及其節(jié)能潛力還有待繼續(xù)挖掘與提高。相關(guān)的大學(xué)專業(yè)教育是提高我國空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、運行水平的重要基礎(chǔ)。

空調(diào)工程是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，該課程既有自身的理論體系，又有很強的實踐性，是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的重要課程。受課時的限制，以往教學(xué)中對空調(diào)工程的原理技術(shù)及應(yīng)用僅能作簡要的概述，由于沒有進行深入的學(xué)習(xí)及講解，學(xué)生往往對其一知半解。空調(diào)工程涉及熱工基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)、環(huán)境測量、工程管理等許多學(xué)科的內(nèi)容，如何將原理、技術(shù)以及設(shè)備這三個方面的知識有機地結(jié)合在一起，在有限的課時內(nèi)全面介紹建筑空調(diào)系統(tǒng)及其運行調(diào)節(jié)，并突出實際工程中面臨的關(guān)鍵問題，建立實際工程問題與基本原理及知識點的關(guān)聯(lián)性，是空調(diào)工程教學(xué)的重點與難點。

經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，課題組嘗試一套以工程實踐能力為導(dǎo)向，以實際工程案例配合教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法。本文將從教學(xué)思路、實驗內(nèi)容、教學(xué)方法三個方面介紹教學(xué)思路和過程。

2 教學(xué)思路

傳授與空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的知識是本課程教學(xué)的目的之一。如果按照基礎(chǔ)知識、應(yīng)用知識的傳統(tǒng)教學(xué)思路，先從抽象理論入手，依次介紹各個相關(guān)章節(jié)的知識，在48學(xué)時中各個相關(guān)章節(jié)都難以深入，也容易脫離實際。這樣只是知識和技術(shù)的簡單羅列，沒有突出解決實際工程問題的思路，學(xué)生難以融會貫通。在面對實際工程問題時，學(xué)生依然不知道應(yīng)該采用哪項技術(shù)解決實際問題。另一方面，近年來空調(diào)系統(tǒng)及其設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)不斷推陳出新。當(dāng)學(xué)生走上工作崗位真正面對實際工程問題時，當(dāng)初所學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域知識有可能與實際問題脫節(jié)。因此，傳授專業(yè)基礎(chǔ)知識與培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力相結(jié)合，以實際工程問題為例，配合專業(yè)知識的講解，是空調(diào)工程課程更重要的教學(xué)任務(wù)。

根據(jù)空調(diào)工程課程的傳授特點，空調(diào)工程的課程教學(xué)可以以一系列具體的實際工程案例為引線，配合教學(xué)內(nèi)容的講解。工程案例選取典型工程問題以及目前常見的實際問題，按照教學(xué)大綱的安排，由簡單到復(fù)雜，步步深入進行。本課程的學(xué)習(xí)過程就是解決一系列實際工程問題的探索過程：為了將課本與工程應(yīng)用結(jié)合，學(xué)生需要了解實際工程中的問題；為了解決問題，學(xué)生就需要學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的知識，從而有的放矢地掌握相關(guān)章節(jié)的知識[1]。由于解決的是實際工程問題，學(xué)生會接觸到常用的送風(fēng)末端、冷熱量輸送系統(tǒng)、空氣處理設(shè)備、冷熱源機組等硬件設(shè)備并進行實驗?zāi)M，鍛煉動手能力。更重要的是，課程的學(xué)習(xí)過程是為了讓學(xué)生親身體驗如何解決實際工程問題所面臨的主要環(huán)節(jié)及難點問題。

文章給出以工程案例為主線的四個教學(xué)內(nèi)容，以說明上述教學(xué)思路的具體實施。

1）旅館風(fēng)機盤管系統(tǒng)新風(fēng)處理[2]。由不同星級旅館的空調(diào)系統(tǒng)入手，為解決不同星級旅館室內(nèi)除熱除濕的問題，介紹風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)不同的空氣處理過程，加深對風(fēng)機盤管系統(tǒng)在實際工程中靈活應(yīng)用的理解。風(fēng)機盤管系統(tǒng)中新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)的確定直接影響新風(fēng)機組及風(fēng)機盤管的選擇，從而影響整個系統(tǒng)的能耗和室內(nèi)的溫、濕度的標準。通過對旅館風(fēng)機盤管系統(tǒng)夏季新風(fēng)處理的四種典型工況進行分析，從節(jié)能和衛(wèi)生要求等角度比較這四種新風(fēng)處理方案的優(yōu)劣。加以i-d圖的原理分析，使學(xué)生對風(fēng)機盤管系統(tǒng)空氣處理過程的實際應(yīng)用有了深入的認識。同時，在課程設(shè)計中，學(xué)生通過對該系統(tǒng)的設(shè)計，加深對系統(tǒng)處理空氣過程的理解，訓(xùn)練學(xué)生利用理論知識解決實際工程問題的思路。

2）大型連鎖商場空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及運行調(diào)節(jié)[3]。借助大型連鎖商場這一工程實體，給學(xué)生講授集中式全空氣一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)基本原理，介紹在實際工程中如何實現(xiàn)并設(shè)計這種典型空調(diào)系統(tǒng)，以及如何解決該系統(tǒng)全年穩(wěn)定運行的問題。通過具體案例的講解，并加以i-d圖的原理分析，使學(xué)生對該空調(diào)系統(tǒng)冬夏季新回風(fēng)混合運行和過渡季節(jié)全新風(fēng)的實際運行過程有了深刻的理解和體會。在此基礎(chǔ)上，跟進介紹幾種可降低此類空調(diào)系統(tǒng)運行能耗的節(jié)能措施如二回風(fēng)和變風(fēng)量系統(tǒng)等，能夠進一步提高學(xué)生對此類系統(tǒng)節(jié)能運行的認知程度與靈活運用的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練學(xué)生利用i-d圖描述系統(tǒng)實際運行過程。

3）北京理工大學(xué)體育館氣流組織設(shè)計[4]。借助體育場館氣流組織設(shè)計，講解各種氣流組織形式的特點及其使用場合。體育館內(nèi)的氣流組織形式是空調(diào)設(shè)計成敗的關(guān)鍵之一。在課程講授時，將體育場館內(nèi)房間按照不同用途分門別類地介紹各種氣流組織形式的特點及其使用場合。例如：場館內(nèi)比賽大廳采用近、遠程噴口相結(jié)合的方式側(cè)送風(fēng)，看臺回風(fēng)形式；熱身場氣流組織為射流噴口兩側(cè)送風(fēng)、百葉風(fēng)口兩側(cè)回風(fēng)；單個面積較大的房間如媒體工作區(qū)、場館運行人員用房、檢錄大廳、門廳等采用散流器上送風(fēng)，百葉風(fēng)口集中回風(fēng)。通過一個體育場館的不同場所氣流組織設(shè)計的講解，使學(xué)生清楚地區(qū)分出各類送回風(fēng)方式的特點與使用場合，既省去了枯燥無味的書本式、羅列式介紹，又使學(xué)生對這部分內(nèi)容有了直觀且深刻的印象。

4）蘇州工業(yè)園區(qū)A-1#展廳建筑過渡季節(jié)室外自然冷源應(yīng)用節(jié)能潛力分析。課上借助蘇州工業(yè)園區(qū)A-1展廳建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計這個工程實例提出問題：在過渡季節(jié)如何利用自然通風(fēng)推遲夏季制冷機開啟時間，達到節(jié)能運行的目的？以工程中的實際問題配合講解課本中“一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的全年運行調(diào)節(jié)”這部分內(nèi)容。通過i-d圖的原理分析，找到解決這一問題的方法途徑，并通過CFD模擬計算，分析這個節(jié)能措施達到的節(jié)能效果，如圖1、圖2所示。通過這一案例的講解，要求學(xué)生掌握全年運行調(diào)節(jié)的基本方法，幫助學(xué)生建立實際工程問題與基本原理及知識點的關(guān)聯(lián)性，并通過這一節(jié)能案例，培養(yǎng)本專業(yè)本科學(xué)生對“節(jié)能”這一社會概念的認知和在此方面的科學(xué)素養(yǎng)。

圖1 無自然通風(fēng)作用室內(nèi)溫度分布云圖

圖2 自然通風(fēng)作用室內(nèi)溫度分布云圖

3 實驗內(nèi)容

48個學(xué)時的課堂時間側(cè)重空調(diào)系統(tǒng)基本原理、技術(shù)與實際工程問題的講授，使學(xué)生能夠掌握解決實際工程問題所面臨的主要環(huán)節(jié)及難點，與課本各章節(jié)知識點的關(guān)聯(lián)性，而學(xué)生對空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)備結(jié)構(gòu)及其運行還是會感到陌生和茫然，缺乏親身體驗和感性認識。為補充這方面內(nèi)容，目前安排的教學(xué)實驗內(nèi)容主要側(cè)重對系統(tǒng)設(shè)備的認知及其性能測試。

文章給出三個教學(xué)實驗內(nèi)容，以說明上述教學(xué)思路的具體實施。

1）組合式空氣處理機組運行性能測試實驗。通過在實驗室實際空調(diào)系統(tǒng)運行中的空氣處理設(shè)備風(fēng)量、冷量和熱量的測試，使學(xué)生了解空調(diào)機組的基本結(jié)構(gòu)和基本問題，同時接觸相關(guān)的設(shè)備，掌握表冷器和加熱器的基本原理，消除對機組、對設(shè)備的神秘感。學(xué)生將接觸到理論計算和實驗兩種認識系統(tǒng)的方法，并且將兩種方法對同一問題的分析結(jié)果進行對比。通過簡單的操作問題，使學(xué)生對空氣處理過程有了最初的認識。同時，使學(xué)生通過對空調(diào)機組的設(shè)計，了解機組處理空氣的工作原理。

2）風(fēng)機盤管熱工性能測試實驗。通過風(fēng)機盤管在設(shè)定的空氣環(huán)境室內(nèi)焓差測試實驗，介紹風(fēng)機盤管工作原理的基本知識，使學(xué)生根據(jù)分析的結(jié)果認識風(fēng)機盤管工作過程的各個環(huán)節(jié)的主要特征和基本原理。學(xué)生在實驗中掌握風(fēng)機盤管水側(cè)和空氣側(cè)冷量測量方法，體會實際工作過程中各種影響因素的作用。通過實驗加強學(xué)生對風(fēng)機盤管工作過程、設(shè)備的認識和理解。

3）空調(diào)用制冷設(shè)備容量的測試實驗。通過對實驗室實際運行的冷水機組的冷量、冷凝熱量和功率的測試，使學(xué)生熟悉和掌握制冷設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理，計算設(shè)備能效比。學(xué)生可體會到設(shè)備運行中的實際過程和難點，可再配以實際工程案例的講解，提高學(xué)生對空調(diào)冷熱源設(shè)備的認知程度。

4 教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容以實際工程案例為引線，對教學(xué)中的基本原理、技術(shù)、設(shè)備，配以案例討論與實驗分析。學(xué)生可以在圖3所示模型實驗臺上，深刻體會到空氣處理的幾個典型過程，進而學(xué)習(xí)不同空氣處理方法在各種可能工況下的運行效果，獲得真正適用于實際工程的設(shè)計方案。

圖3 不同空氣處理過程模擬實驗臺

1）采用課堂講授與實踐并重的教學(xué)方法。課堂上，教師結(jié)合實際工程案例說明同類典型工程問題的共性，結(jié)合工程講解此類問題所需的基礎(chǔ)知識。教師可以不深入講解此類工程問題的各項相關(guān)知識和各種解決方案，而只需要在介紹某種常用方案的基礎(chǔ)上指出其相關(guān)研究方向，并鼓勵引導(dǎo)學(xué)生對其感興趣的方向深入學(xué)習(xí)。課堂講授的任務(wù)之一是提出問題，引起學(xué)生對工程問題的興趣，為后面的教學(xué)環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。

2）課后，學(xué)生要完成相關(guān)的課程設(shè)計，即解決某個與課堂內(nèi)容相對應(yīng)的工程問題，設(shè)計出空氣處理過程及其空調(diào)系統(tǒng)。學(xué)生可以組成小組共同完成作業(yè)。通過小組討論、組間交流、請教指導(dǎo)教師等方式，形成一套較完整的設(shè)計方案。指導(dǎo)教師應(yīng)及時和學(xué)生溝通，了解其設(shè)計進展并指出其中誤區(qū)和問題，可以提高學(xué)生的工作效率，并可以鼓勵與引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域進行深入探索。

3）設(shè)計答辯環(huán)節(jié)是學(xué)生和教師共同對空氣處理過程、系統(tǒng)方案設(shè)計進行交流的平臺。首先以學(xué)生為主，各小組依次介紹自己的方案與想法，其他小組與自己的方案進行對比，提出質(zhì)疑。學(xué)生的方案匯報是教師授課內(nèi)容的檢驗，可以就這一方面內(nèi)容在課堂上因沒有時間展開，而在此時進行深入開展講解，再次強調(diào)空調(diào)工程重點。在學(xué)生匯報的過程中，教師可以及時糾正學(xué)生對問題的錯誤理解，并在學(xué)生對工程問題有深刻的感性認識的基礎(chǔ)上總結(jié)出同類工程問題的共性。

5 結(jié)語

本文介紹了上海理工大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)在空調(diào)工程課程教學(xué)方面的探索。筆者認為空調(diào)工程課程教學(xué)應(yīng)以工程實踐為導(dǎo)向，以工程案例配合，以合適的實驗教學(xué)為輔助，以明確的課程設(shè)計為檢驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力，感性認識和理性認識相結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生解決實際工程問題的能力。今后這套教學(xué)思路和方法將在歷屆教學(xué)探索中不斷豐富、改進與完善。■

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[2]張登春,陳煥新.旅館風(fēng)機盤管系統(tǒng)新風(fēng)處理工況分析[J].湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,2001(3):32-34.

[3]李延魁,祝金.某商場空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及運行調(diào)節(jié)分析[J].暖通空調(diào),2010(10):42-45.

[4]張陽.北京理工大學(xué)體育館暖通空調(diào)設(shè)計[J].暖通空調(diào),2009(8):9-11.

[5]陳祖銘,鐘朝安.體育館空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與節(jié)能分析[J].暖通空調(diào),2009(8):36-39.