以工程實踐為導向的空調工程課程教學初探*

◆王昕 陳劍波

作者：王昕，博士，上海理工大學副教授，主要研究方向為大空間建筑室內環境及空調設計研究；陳劍波，上海理工大學（200093）。

1 背景

近年來，改變建筑高能耗運行狀況已是其實現可持續發展的核心問題。建筑空調系統的實際運行效果及其節能潛力還有待繼續挖掘與提高。相關的大學專業教育是提高我國空調系統設計、運行水平的重要基礎。

空調工程是建筑環境與設備工程專業的一門重要的專業課，該課程既有自身的理論體系，又有很強的實踐性，是培養學生工程實踐能力的重要課程。受課時的限制，以往教學中對空調工程的原理技術及應用僅能作簡要的概述，由于沒有進行深入的學習及講解，學生往往對其一知半解。空調工程涉及熱工基礎、系統設計、設備結構、環境測量、工程管理等許多學科的內容，如何將原理、技術以及設備這三個方面的知識有機地結合在一起，在有限的課時內全面介紹建筑空調系統及其運行調節，并突出實際工程中面臨的關鍵問題，建立實際工程問題與基本原理及知識點的關聯性，是空調工程教學的重點與難點。

經過多年的教學實踐，課題組嘗試一套以工程實踐能力為導向，以實際工程案例配合教學內容的教學方法。本文將從教學思路、實驗內容、教學方法三個方面介紹教學思路和過程。

2 教學思路

傳授與空調系統相關的知識是本課程教學的目的之一。如果按照基礎知識、應用知識的傳統教學思路，先從抽象理論入手，依次介紹各個相關章節的知識，在48學時中各個相關章節都難以深入，也容易脫離實際。這樣只是知識和技術的簡單羅列，沒有突出解決實際工程問題的思路，學生難以融會貫通。在面對實際工程問題時，學生依然不知道應該采用哪項技術解決實際問題。另一方面，近年來空調系統及其設備等相關領域技術不斷推陳出新。當學生走上工作崗位真正面對實際工程問題時，當初所學的相關領域知識有可能與實際問題脫節。因此，傳授專業基礎知識與培養學生解決實際工程問題的能力相結合，以實際工程問題為例，配合專業知識的講解，是空調工程課程更重要的教學任務。

根據空調工程課程的傳授特點，空調工程的課程教學可以以一系列具體的實際工程案例為引線，配合教學內容的講解。工程案例選取典型工程問題以及目前常見的實際問題，按照教學大綱的安排，由簡單到復雜，步步深入進行。本課程的學習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用結合，學生需要了解實際工程中的問題；為了解決問題，學生就需要學習相關領域的知識，從而有的放矢地掌握相關章節的知識[1]。由于解決的是實際工程問題，學生會接觸到常用的送風末端、冷熱量輸送系統、空氣處理設備、冷熱源機組等硬件設備并進行實驗模擬，鍛煉動手能力。更重要的是，課程的學習過程是為了讓學生親身體驗如何解決實際工程問題所面臨的主要環節及難點問題。

文章給出以工程案例為主線的四個教學內容，以說明上述教學思路的具體實施。

1）旅館風機盤管系統新風處理[2]。由不同星級旅館的空調系統入手，為解決不同星級旅館室內除熱除濕的問題，介紹風機盤管+新風系統不同的空氣處理過程，加深對風機盤管系統在實際工程中靈活應用的理解。風機盤管系統中新風送風狀態的確定直接影響新風機組及風機盤管的選擇，從而影響整個系統的能耗和室內的溫、濕度的標準。通過對旅館風機盤管系統夏季新風處理的四種典型工況進行分析，從節能和衛生要求等角度比較這四種新風處理方案的優劣。加以i-d圖的原理分析，使學生對風機盤管系統空氣處理過程的實際應用有了深入的認識。同時，在課程設計中，學生通過對該系統的設計，加深對系統處理空氣過程的理解，訓練學生利用理論知識解決實際工程問題的思路。

2）大型連鎖商場空調系統設計及運行調節[3]。借助大型連鎖商場這一工程實體，給學生講授集中式全空氣一次回風空調系統基本原理，介紹在實際工程中如何實現并設計這種典型空調系統，以及如何解決該系統全年穩定運行的問題。通過具體案例的講解，并加以i-d圖的原理分析，使學生對該空調系統冬夏季新回風混合運行和過渡季節全新風的實際運行過程有了深刻的理解和體會。在此基礎上，跟進介紹幾種可降低此類空調系統運行能耗的節能措施如二回風和變風量系統等，能夠進一步提高學生對此類系統節能運行的認知程度與靈活運用的能力，激發學生的學習興趣，訓練學生利用i-d圖描述系統實際運行過程。

3）北京理工大學體育館氣流組織設計[4]。借助體育場館氣流組織設計，講解各種氣流組織形式的特點及其使用場合。體育館內的氣流組織形式是空調設計成敗的關鍵之一。在課程講授時，將體育場館內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：場館內比賽大廳采用近、遠程噴口相結合的方式側送風，看臺回風形式；熱身場氣流組織為射流噴口兩側送風、百葉風口兩側回風；單個面積較大的房間如媒體工作區、場館運行人員用房、檢錄大廳、門廳等采用散流器上送風，百葉風口集中回風。通過一個體育場館的不同場所氣流組織設計的講解，使學生清楚地區分出各類送回風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，又使學生對這部分內容有了直觀且深刻的印象。

4）蘇州工業園區A-1#展廳建筑過渡季節室外自然冷源應用節能潛力分析。課上借助蘇州工業園區A-1展廳建筑空調系統設計這個工程實例提出問題：在過渡季節如何利用自然通風推遲夏季制冷機開啟時間，達到節能運行的目的？以工程中的實際問題配合講解課本中“一次回風空調系統的全年運行調節”這部分內容。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，分析這個節能措施達到的節能效果，如圖1、圖2所示。通過這一案例的講解，要求學生掌握全年運行調節的基本方法，幫助學生建立實際工程問題與基本原理及知識點的關聯性，并通過這一節能案例，培養本專業本科學生對“節能”這一社會概念的認知和在此方面的科學素養。

圖1 無自然通風作用室內溫度分布云圖

圖2 自然通風作用室內溫度分布云圖

3 實驗內容

48個學時的課堂時間側重空調系統基本原理、技術與實際工程問題的講授，使學生能夠掌握解決實際工程問題所面臨的主要環節及難點，與課本各章節知識點的關聯性，而學生對空調系統中的設備結構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。為補充這方面內容，目前安排的教學實驗內容主要側重對系統設備的認知及其性能測試。

文章給出三個教學實驗內容，以說明上述教學思路的具體實施。

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系統運行中的空氣處理設備風量、冷量和熱量的測試，使學生了解空調機組的基本結構和基本問題，同時接觸相關的設備，掌握表冷器和加熱器的基本原理，消除對機組、對設備的神秘感。學生將接觸到理論計算和實驗兩種認識系統的方法，并且將兩種方法對同一問題的分析結果進行對比。通過簡單的操作問題，使學生對空氣處理過程有了最初的認識。同時，使學生通過對空調機組的設計，了解機組處理空氣的工作原理。

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

3）空調用制冷設備容量的測試實驗。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，使學生熟悉和掌握制冷設備的結構、工作原理，計算設備能效比。學生可體會到設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，提高學生對空調冷熱源設備的認知程度。

4 教學方法

教學內容以實際工程案例為引線，對教學中的基本原理、技術、設備，配以案例討論與實驗分析。學生可以在圖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，進而學習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方法。課堂上，教師結合實際工程案例說明同類典型工程問題的共性，結合工程講解此類問題所需的基礎知識。教師可以不深入講解此類工程問題的各項相關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上指出其相關研究方向，并鼓勵引導學生對其感興趣的方向深入學習。課堂講授的任務之一是提出問題，引起學生對工程問題的興趣，為后面的教學環節打下基礎。

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

3）設計答辯環節是學生和教師共同對空氣處理過程、系統方案設計進行交流的平臺。首先以學生為主，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，提出質疑。學生的方案匯報是教師授課內容的檢驗，可以就這一方面內容在課堂上因沒有時間展開，而在此時進行深入開展講解，再次強調空調工程重點。在學生匯報的過程中，教師可以及時糾正學生對問題的錯誤理解，并在學生對工程問題有深刻的感性認識的基礎上總結出同類工程問題的共性。

5 結語

本文介紹了上海理工大學建筑環境與設備工程專業在空調工程課程教學方面的探索。筆者認為空調工程課程教學應以工程實踐為導向，以工程案例配合，以合適的實驗教學為輔助，以明確的課程設計為檢驗，激發學生學習的內在動力，感性認識和理性認識相結合，訓練學生解決實際工程問題的能力。今后這套教學思路和方法將在歷屆教學探索中不斷豐富、改進與完善。■

[1]江億,姜子炎.以培養工程實踐能力為目標的建筑自動化教學[J].暖通空調,2011,41(5):32-35.

[2]張登春,陳煥新.旅館風機盤管系統新風處理工況分析[J].湘潭礦業學院學報,2001(3):32-34.

[3]李延魁,祝金.某商場空調系統設計及運行調節分析[J].暖通空調,2010(10):42-45.

[4]張陽.北京理工大學體育館暖通空調設計[J].暖通空調,2009(8):9-11.

[5]陳祖銘,鐘朝安.體育館空調系統優化設計與節能分析[J].暖通空調,2009(8):36-39.