以工程实践为导向的空调工程课程教学初探*

◆王昕 陈剑波

作者：王昕，博士，上海理工大学副教授，主要研究方向为大空间建筑室内环境及空调设计研究；陈剑波，上海理工大学（200093）。

1 背景

近年来，改变建筑高能耗运行状况已是其实现可持续发展的核心问题。建筑空调系统的实际运行效果及其节能潜力还有待继续挖掘与提高。相关的大学专业教育是提高我国空调系统设计、运行水平的重要基础。

空调工程是建筑环境与设备工程专业的一门重要的专业课，该课程既有自身的理论体系，又有很强的实践性，是培养学生工程实践能力的重要课程。受课时的限制，以往教学中对空调工程的原理技术及应用仅能作简要的概述，由于没有进行深入的学习及讲解，学生往往对其一知半解。空调工程涉及热工基础、系统设计、设备结构、环境测量、工程管理等许多学科的内容，如何将原理、技术以及设备这三个方面的知识有机地结合在一起，在有限的课时内全面介绍建筑空调系统及其运行调节，并突出实际工程中面临的关键问题，建立实际工程问题与基本原理及知识点的关联性，是空调工程教学的重点与难点。

经过多年的教学实践，课题组尝试一套以工程实践能力为导向，以实际工程案例配合教学内容的教学方法。本文将从教学思路、实验内容、教学方法三个方面介绍教学思路和过程。

2 教学思路

传授与空调系统相关的知识是本课程教学的目的之一。如果按照基础知识、应用知识的传统教学思路，先从抽象理论入手，依次介绍各个相关章节的知识，在48学时中各个相关章节都难以深入，也容易脱离实际。这样只是知识和技术的简单罗列，没有突出解决实际工程问题的思路，学生难以融会贯通。在面对实际工程问题时，学生依然不知道应该采用哪项技术解决实际问题。另一方面，近年来空调系统及其设备等相关领域技术不断推陈出新。当学生走上工作岗位真正面对实际工程问题时，当初所学的相关领域知识有可能与实际问题脱节。因此，传授专业基础知识与培养学生解决实际工程问题的能力相结合，以实际工程问题为例，配合专业知识的讲解，是空调工程课程更重要的教学任务。

根据空调工程课程的传授特点，空调工程的课程教学可以以一系列具体的实际工程案例为引线，配合教学内容的讲解。工程案例选取典型工程问题以及目前常见的实际问题，按照教学大纲的安排，由简单到复杂，步步深入进行。本课程的学习过程就是解决一系列实际工程问题的探索过程：为了将课本与工程应用结合，学生需要了解实际工程中的问题；为了解决问题，学生就需要学习相关领域的知识，从而有的放矢地掌握相关章节的知识[1]。由于解决的是实际工程问题，学生会接触到常用的送风末端、冷热量输送系统、空气处理设备、冷热源机组等硬件设备并进行实验模拟，锻炼动手能力。更重要的是，课程的学习过程是为了让学生亲身体验如何解决实际工程问题所面临的主要环节及难点问题。

文章给出以工程案例为主线的四个教学内容，以说明上述教学思路的具体实施。

1）旅馆风机盘管系统新风处理[2]。由不同星级旅馆的空调系统入手，为解决不同星级旅馆室内除热除湿的问题，介绍风机盘管+新风系统不同的空气处理过程，加深对风机盘管系统在实际工程中灵活应用的理解。风机盘管系统中新风送风状态的确定直接影响新风机组及风机盘管的选择，从而影响整个系统的能耗和室内的温、湿度的标准。通过对旅馆风机盘管系统夏季新风处理的四种典型工况进行分析，从节能和卫生要求等角度比较这四种新风处理方案的优劣。加以i-d图的原理分析，使学生对风机盘管系统空气处理过程的实际应用有了深入的认识。同时，在课程设计中，学生通过对该系统的设计，加深对系统处理空气过程的理解，训练学生利用理论知识解决实际工程问题的思路。

2）大型连锁商场空调系统设计及运行调节[3]。借助大型连锁商场这一工程实体，给学生讲授集中式全空气一次回风空调系统基本原理，介绍在实际工程中如何实现并设计这种典型空调系统，以及如何解决该系统全年稳定运行的问题。通过具体案例的讲解，并加以i-d图的原理分析，使学生对该空调系统冬夏季新回风混合运行和过渡季节全新风的实际运行过程有了深刻的理解和体会。在此基础上，跟进介绍几种可降低此类空调系统运行能耗的节能措施如二回风和变风量系统等，能够进一步提高学生对此类系统节能运行的认知程度与灵活运用的能力，激发学生的学习兴趣，训练学生利用i-d图描述系统实际运行过程。

3）北京理工大学体育馆气流组织设计[4]。借助体育场馆气流组织设计，讲解各种气流组织形式的特点及其使用场合。体育馆内的气流组织形式是空调设计成败的关键之一。在课程讲授时，将体育场馆内房间按照不同用途分门别类地介绍各种气流组织形式的特点及其使用场合。例如：场馆内比赛大厅采用近、远程喷口相结合的方式侧送风，看台回风形式；热身场气流组织为射流喷口两侧送风、百叶风口两侧回风；单个面积较大的房间如媒体工作区、场馆运行人员用房、检录大厅、门厅等采用散流器上送风，百叶风口集中回风。通过一个体育场馆的不同场所气流组织设计的讲解，使学生清楚地区分出各类送回风方式的特点与使用场合，既省去了枯燥无味的书本式、罗列式介绍，又使学生对这部分内容有了直观且深刻的印象。

4）苏州工业园区A-1#展厅建筑过渡季节室外自然冷源应用节能潜力分析。课上借助苏州工业园区A-1展厅建筑空调系统设计这个工程实例提出问题：在过渡季节如何利用自然通风推迟夏季制冷机开启时间，达到节能运行的目的？以工程中的实际问题配合讲解课本中“一次回风空调系统的全年运行调节”这部分内容。通过i-d图的原理分析，找到解决这一问题的方法途径，并通过CFD模拟计算，分析这个节能措施达到的节能效果，如图1、图2所示。通过这一案例的讲解，要求学生掌握全年运行调节的基本方法，帮助学生建立实际工程问题与基本原理及知识点的关联性，并通过这一节能案例，培养本专业本科学生对“节能”这一社会概念的认知和在此方面的科学素养。

图1 无自然通风作用室内温度分布云图

图2 自然通风作用室内温度分布云图

3 实验内容

48个学时的课堂时间侧重空调系统基本原理、技术与实际工程问题的讲授，使学生能够掌握解决实际工程问题所面临的主要环节及难点，与课本各章节知识点的关联性，而学生对空调系统中的设备结构及其运行还是会感到陌生和茫然，缺乏亲身体验和感性认识。为补充这方面内容，目前安排的教学实验内容主要侧重对系统设备的认知及其性能测试。

文章给出三个教学实验内容，以说明上述教学思路的具体实施。

1）组合式空气处理机组运行性能测试实验。通过在实验室实际空调系统运行中的空气处理设备风量、冷量和热量的测试，使学生了解空调机组的基本结构和基本问题，同时接触相关的设备，掌握表冷器和加热器的基本原理，消除对机组、对设备的神秘感。学生将接触到理论计算和实验两种认识系统的方法，并且将两种方法对同一问题的分析结果进行对比。通过简单的操作问题，使学生对空气处理过程有了最初的认识。同时，使学生通过对空调机组的设计，了解机组处理空气的工作原理。

2）风机盘管热工性能测试实验。通过风机盘管在设定的空气环境室内焓差测试实验，介绍风机盘管工作原理的基本知识，使学生根据分析的结果认识风机盘管工作过程的各个环节的主要特征和基本原理。学生在实验中掌握风机盘管水侧和空气侧冷量测量方法，体会实际工作过程中各种影响因素的作用。通过实验加强学生对风机盘管工作过程、设备的认识和理解。

3）空调用制冷设备容量的测试实验。通过对实验室实际运行的冷水机组的冷量、冷凝热量和功率的测试，使学生熟悉和掌握制冷设备的结构、工作原理，计算设备能效比。学生可体会到设备运行中的实际过程和难点，可再配以实际工程案例的讲解，提高学生对空调冷热源设备的认知程度。

4 教学方法

教学内容以实际工程案例为引线，对教学中的基本原理、技术、设备，配以案例讨论与实验分析。学生可以在图3所示模型实验台上，深刻体会到空气处理的几个典型过程，进而学习不同空气处理方法在各种可能工况下的运行效果，获得真正适用于实际工程的设计方案。

图3 不同空气处理过程模拟实验台

1）采用课堂讲授与实践并重的教学方法。课堂上，教师结合实际工程案例说明同类典型工程问题的共性，结合工程讲解此类问题所需的基础知识。教师可以不深入讲解此类工程问题的各项相关知识和各种解决方案，而只需要在介绍某种常用方案的基础上指出其相关研究方向，并鼓励引导学生对其感兴趣的方向深入学习。课堂讲授的任务之一是提出问题，引起学生对工程问题的兴趣，为后面的教学环节打下基础。

2）课后，学生要完成相关的课程设计，即解决某个与课堂内容相对应的工程问题，设计出空气处理过程及其空调系统。学生可以组成小组共同完成作业。通过小组讨论、组间交流、请教指导教师等方式，形成一套较完整的设计方案。指导教师应及时和学生沟通，了解其设计进展并指出其中误区和问题，可以提高学生的工作效率，并可以鼓励与引导学生对相关领域进行深入探索。

3）设计答辩环节是学生和教师共同对空气处理过程、系统方案设计进行交流的平台。首先以学生为主，各小组依次介绍自己的方案与想法，其他小组与自己的方案进行对比，提出质疑。学生的方案汇报是教师授课内容的检验，可以就这一方面内容在课堂上因没有时间展开，而在此时进行深入开展讲解，再次强调空调工程重点。在学生汇报的过程中，教师可以及时纠正学生对问题的错误理解，并在学生对工程问题有深刻的感性认识的基础上总结出同类工程问题的共性。

5 结语

本文介绍了上海理工大学建筑环境与设备工程专业在空调工程课程教学方面的探索。笔者认为空调工程课程教学应以工程实践为导向，以工程案例配合，以合适的实验教学为辅助，以明确的课程设计为检验，激发学生学习的内在动力，感性认识和理性认识相结合，训练学生解决实际工程问题的能力。今后这套教学思路和方法将在历届教学探索中不断丰富、改进与完善。■

[1]江亿,姜子炎.以培养工程实践能力为目标的建筑自动化教学[J].暖通空调,2011,41(5):32-35.

[2]张登春,陈焕新.旅馆风机盘管系统新风处理工况分析[J].湘潭矿业学院学报,2001(3):32-34.

[3]李延魁,祝金.某商场空调系统设计及运行调节分析[J].暖通空调,2010(10):42-45.

[4]张阳.北京理工大学体育馆暖通空调设计[J].暖通空调,2009(8):9-11.

[5]陈祖铭,钟朝安.体育馆空调系统优化设计与节能分析[J].暖通空调,2009(8):36-39.