中央空调实验平台的设计与实现

陈 柳

(西安科技大学 能源学院,陕西 西安 710054)

目前，在学生的培养过程中，重视基础理论知识的培养，忽视动手能力的培养，是由多方面因素造成的，但缺乏合适的教学实践平台是根本原因之一[1-2]。因此，为学生提供大量的实验室和开放式实验平台是培养学生动手能力和促进学生从事创新活动的基本保障[3-6]。

空调工程是建筑环境与能源应用工程专业的主要专业课，课程综合性及应用性较强，对该课程建立中央空调创新实验平台非常必要[7]。本文建立的中央空调实验室建立了开放机制，实现了资源共享，可用于大学生的课堂实验和创新实验、研究生以及教师科研项目的实验等[8-9]。建立的中央空调实验平台还可应用于其他相关的专业课程[10-12]。

1 实验平台研制目的

基于学科发展和创新人才培养的需要，本着教学、测试及科研相结合的原则，研究开发可以进行多种科学测试和实验的中央空调实验创新平台。建立的中央空调实验平台可满足以下3个层次实验的要求。

1)基础验证实验。

侧重培养学生掌握坚实的基础知识，培养和激发学生的创新意识。中央空调实验平台可提供中央空调的实际运行，学生可对中央空调的组成、各部分的功能及多工况空气处理过程进行基础验证实验。

2)综合设计实验。

在内容上，强调综合性和学科的交叉性，培养学生多学科知识综合应用的能力。中央空调实验平台可提供学生进行制冷设备、风系统及水系统管网、空气处理设备、室内的热舒适性及空气品质以及中央空调系统控制的综合设计实验。

3)创新型实验。

学生在教师的指导下，在中央空调实验平台开展创新性研究实验，提高解决实际问题的能力；同时，学生也可以就自己感兴趣的领域进行自主研发。

2 实验平台的设计

本文所建立的中央空调实验平台主要由冷热源(风冷热泵机组、水源热泵冷热水机组及板式换热器)、空气处理设备(组合式空调机组及风机盘管)、空调风系统、空调水系统、自动控制及测试系统组成，建立好的中央空调实验平台如图1所示。

图1 中央空调实验平台实物图

冷热源中的热泵机组为空调系统提供冷热源，可对热泵机组性能进行测试和实验研究，另外，通过板式换热器可调节系统水温，从而提供不同工况的空调系统进行实验研究。

空气处理设备中的组合式空调机组由新回风混合段、过滤段、预表冷段、减湿段(转轮除湿段)、检修段、再冷段、加热段、加湿段(电极加湿)、风机段、热回收段及送风段等段位组成，可处理多种温湿度工况，可研究不同的空气处理热湿及净化处理设备的测试及实验研究。

空调风系统设有送回风系统、新风系统及各种送回风口，各种送回风口可用阀门进行切换，通过送回风管道及送回风口等机构实现空气的风系统管网及气流组织等的测试及实验研究。

空调水系统由流体输送管道、配件、阀件、水泵及蓄水箱等组成，为空气处理设备提供冷热水源，通过控制电动阀等可调节水流量及水温，可对空调水系统及管网进行测试及实验研究。

自动控制及测试系统可对空调系统进行室内温度、湿度控制并显示主要参数，可对冷热源及水泵的进出口水温、水流量、压力等参数、空气处理设备的主要热湿处理功能段的温度、湿度、风速及过滤器的压力等参数、气流组织的温度、湿度、风速、二氧化碳浓度等参数进行测试及数据采集。

3 实验平台的主要功能

建立的中央空调实验平台，主要完成以下5类实验。

1)冷热源的性能测试实验。

实验平台的冷热源包括风冷热泵机组、水源热泵冷热水机组及换热器(水—水换热器)。实验平台能对以上3种冷热源进行性能测试。

2)空气处理设备的测试及优化实验。

实验平台的组合式空调机组包括新回风混合段、过滤段、表冷段、喷水段、加热段、加湿段(电加湿)、减湿段(转轮除湿段)、热回收段、风机段、中效过滤段、消声段及送风段。实验平台能对主要的热湿处理设备及净化设备进行测试及优化。

3)空调风系统的管网性能测试实验。

实验平台的空调风系统是将组合式空调机组的送风送入空调房间。实验平台能对该管网进行性能测试。

4)空调水系统的管网性能测试实验。

实验平台的空调水系统将冷热水供入组合式空调机组及风机盘管等，水量及水温可调节可控制。实验平台能对该管网进行性能测试。

5)气流组织测试及优化实验。

实验平台设置了多种不同的送风口及不同的布置形式形成不同的气流组织形式，将直接影响室内空气的流速分布、温湿度分布和人体热舒适性。实验平台可根据实验需求灵活变换送回风策略，通过各风阀的切换，可实现多种气流组织形式，可研究不同气流分布下室内流速和温湿度场，并可测量和控制室内微气候。

此外，该实验平台还可完成相关专业课程的有关教学实验和科研实验。实验平台目前开发建设的实验项目如表1所示。

表1 中央空调实验平台开发建设的实验项目

4 结束语

本文所建立的中央空调实验平台先进，功能强大，真实直观，操作性强，可在各种工况下对冷热源、空调处理设备、风系统、水系统及房间气流组织性能等进行测试及优化。利用中央空调实验平台，更有利于培养学生的工程意识和动手能力，实现专业培养方案的相应目标，完成多门课程的验证实验、综合实验及创新实验。中央空调实验平台已在西安科技大学多门课程的实验教学、学生的课外科技活动和科研研究中很好地发挥了作用。