◆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?yàn)榇罂臻g建筑室內(nèi)環(huán)境及空調(diào)設(shè)計(jì)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(yùn)行狀況已是其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心問題。建筑空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)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(jì)、運(yùn)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(qiáng)的實(shí)踐性，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要課程。受課時(shí)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(jìn)行深入的學(xué)習(xí)及講解，學(xué)生往往對其一知半解?？照{(diào)工程涉及熱工基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(gè)方面的知識有機(jī)地結(jié)合在一起，在有限的課時(shí)內(nèi)全面介紹建筑空調(diào)系統(tǒng)及其運(yùn)行調(diào)節(jié)，并突出實(shí)際工程中面臨的關(guān)鍵問題，建立實(shí)際工程問題與基本原理及知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，是空調(diào)工程教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，課題組嘗試一套以工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向，以實(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法三個(gè)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(gè)相關(guān)章節(jié)的知識，在48學(xué)時(shí)中各個(gè)相關(guān)章節(jié)都難以深入，也容易脫離實(shí)際。這樣只是知識和技術(shù)的簡單羅列，沒有突出解決實(shí)際工程問題的思路，學(xué)生難以融會貫通。在面對實(shí)際工程問題時(shí)，學(xué)生依然不知道應(yīng)該采用哪項(xiàng)技術(shù)解決實(shí)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(shí)際工程問題時(shí)，當(dāng)初所學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域知識有可能與實(shí)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(shí)際工程問題的能力相結(jié)合，以實(shí)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(diǎn)，空調(diào)工程的課程教學(xué)可以以一系列具體的實(shí)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(shí)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(jìn)行。本課程的學(xué)習(xí)過程就是解決一系列實(shí)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(shí)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(shí)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(jī)組等硬件設(shè)備并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?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(yàn)如何解決實(shí)際工程問題所面臨的主要環(huán)節(jié)及難點(diǎn)問題。

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

1）旅館風(fēng)機(jī)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(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)不同的空氣處理過程，加深對風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)在實(shí)際工程中靈活應(yīng)用的理解。風(fēng)機(jī)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(jī)組及風(fēng)機(jī)盤管的選擇，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的能耗和室內(nèi)的溫、濕度的標(biāo)準(zhǔn)。通過對旅館風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)夏季新風(fēng)處理的四種典型工況進(jìn)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(jī)盤管系統(tǒng)空氣處理過程的實(shí)際應(yīng)用有了深入的認(rèn)識。同時(shí)，在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生通過對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(shí)際工程問題的思路。

2）大型連鎖商場空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行調(diào)節(jié)[3]。借助大型連鎖商場這一工程實(shí)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(shí)際工程中如何實(shí)現(xiàn)并設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)行和過渡季節(jié)全新風(fēng)的實(shí)際運(yùn)行過程有了深刻的理解和體會。在此基礎(chǔ)上，跟進(jìn)介紹幾種可降低此類空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)一步提高學(xué)生對此類系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的認(rèn)知程度與靈活運(yùn)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(shí)際運(yùn)行過程。

3）北京理工大學(xué)體育館氣流組織設(shè)計(jì)[4]。借助體育場館氣流組織設(shè)計(jì)，講解各種氣流組織形式的特點(diǎn)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(jì)成敗的關(guān)鍵之一。在課程講授時(shí)，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(diǎn)及其使用場合。例如：場館內(nèi)比賽大廳采用近、遠(yuǎn)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(gè)面積較大的房間如媒體工作區(qū)、場館運(yùn)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(gè)體育場館的不同場所氣流組織設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)這個(gè)工程實(shí)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(jī)開啟時(shí)間，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的？以工程中的實(shí)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(yùn)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(jì)算，分析這個(gè)節(jié)能措施達(dá)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(yùn)行調(diào)節(jié)的基本方法，幫助學(xué)生建立實(shí)際工程問題與基本原理及知識點(diǎn)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(rèn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容

48個(gè)學(xué)時(shí)的課堂時(shí)間側(cè)重空調(diào)系統(tǒng)基本原理、技術(shù)與實(shí)際工程問題的講授，使學(xué)生能夠掌握解決實(shí)際工程問題所面臨的主要環(huán)節(jié)及難點(diǎn)，與課本各章節(jié)知識點(diǎn)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(yùn)行還是會感到陌生和茫然，缺乏親身體驗(yàn)和感性認(rèn)識。為補(bǔ)充這方面內(nèi)容，目前安排的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要側(cè)重對系統(tǒng)設(shè)備的認(rèn)知及其性能測試。

文章給出三個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以說明上述教學(xué)思路的具體實(shí)施。

1）組合式空氣處理機(jī)組運(yùn)行性能測試實(shí)驗(yàn)。通過在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)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(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和基本問題，同時(shí)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(jī)組、對設(shè)備的神秘感。學(xué)生將接觸到理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩種認(rèn)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(jìn)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(rèn)識。同時(shí)，使學(xué)生通過對空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)，了解機(jī)組處理空氣的工作原理。

2）風(fēng)機(jī)盤管熱工性能測試實(shí)驗(yàn)。通過風(fēng)機(jī)盤管在設(shè)定的空氣環(huán)境室內(nèi)焓差測試實(shí)驗(yàn)，介紹風(fēng)機(jī)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(rèn)識風(fēng)機(jī)盤管工作過程的各個(gè)環(huán)節(jié)的主要特征和基本原理。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中掌握風(fēng)機(jī)盤管水側(cè)和空氣側(cè)冷量測量方法，體會實(shí)際工作過程中各種影響因素的作用。通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)學(xué)生對風(fēng)機(jī)盤管工作過程、設(shè)備的認(rèn)識和理解。

3）空調(diào)用制冷設(shè)備容量的測試實(shí)驗(yàn)。通過對實(shí)驗(yàn)室實(shí)際運(yùn)行的冷水機(jī)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(jì)算設(shè)備能效比。學(xué)生可體會到設(shè)備運(yùn)行中的實(shí)際過程和難點(diǎn)，可再配以實(shí)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(rèn)知程度。

4 教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容以實(shí)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(shí)驗(yàn)分析。學(xué)生可以在圖3所示模型實(shí)驗(yàn)臺上，深刻體會到空氣處理的幾個(gè)典型過程，進(jìn)而學(xué)習(xí)不同空氣處理方法在各種可能工況下的運(yùn)行效果，獲得真正適用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)方案。

圖3 不同空氣處理過程模擬實(shí)驗(yàn)臺

1）采用課堂講授與實(shí)踐并重的教學(xué)方法。課堂上，教師結(jié)合實(shí)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(xiàng)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(jì)，即解決某個(gè)與課堂內(nèi)容相對應(yīng)的工程問題，設(shè)計(jì)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(jì)方案。指導(dǎo)教師應(yīng)及時(shí)和學(xué)生溝通，了解其設(shè)計(jì)進(jìn)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(jìn)行深入探索。

3）設(shè)計(jì)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(jì)進(jìn)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(jìn)行對比，提出質(zhì)疑。學(xué)生的方案匯報(bào)是教師授課內(nèi)容的檢驗(yàn)，可以就這一方面內(nèi)容在課堂上因沒有時(shí)間展開，而在此時(shí)進(jìn)行深入開展講解，再次強(qiáng)調(diào)空調(diào)工程重點(diǎn)。在學(xué)生匯報(bào)的過程中，教師可以及時(shí)糾正學(xué)生對問題的錯(cuò)誤理解，并在學(xué)生對工程問題有深刻的感性認(rèn)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(rèn)為空調(diào)工程課程教學(xué)應(yīng)以工程實(shí)踐為導(dǎo)向，以工程案例配合，以合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔助，以明確的課程設(shè)計(jì)為檢驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力，感性認(rèn)識和理性認(rèn)識相結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)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(jìn)與完善?！?/p>

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