供熱工程與熱源教學(xué)中“知行合一”探索與實(shí)踐

[摘 要]供熱工程與熱源課程建設(shè)和改革中，改革思路和措施涵蓋教學(xué)特點(diǎn)、教學(xué)方法和教學(xué)模式。項(xiàng)目組從課程特點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)教學(xué)規(guī)律，理論與實(shí)踐相結(jié)合，采用多媒體和板書合理搭配、理論教學(xué)和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)和理論知識(shí)向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]供熱工程與熱源；教學(xué)；改革；知行合一

[中圖分類號(hào)] TU83 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）12-0124-02

供熱工程與熱源是一門專業(yè)課，研究建筑物采暖、生活熱水供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工的工程應(yīng)用性學(xué)科。本課培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握熱量的轉(zhuǎn)換、輸送和傳遞、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型，形成綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用能力，課程具有很強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)提高學(xué)生的設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力具有重要意義。

寧波工程學(xué)院2006年開始招收建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)本科生以來，即提出了培養(yǎng)“知行合一、雙核協(xié)同”的應(yīng)用開發(fā)型高等技術(shù)人才的辦學(xué)目標(biāo)。[1，2]供熱工程與熱源是建筑環(huán)境專業(yè)傳統(tǒng)的供暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、建筑智能化內(nèi)容的重要組成部分之一，是實(shí)現(xiàn)舒適健康的室內(nèi)人工環(huán)境必不可少的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在供熱工程與熱源的教學(xué)過程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)踐能力，提高教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要步驟。

一、課程特點(diǎn)

本課程的特點(diǎn)之一是實(shí)用性強(qiáng)，是建筑環(huán)境專業(yè)基本功的重要組成部分。

特點(diǎn)之二是在浙江及周邊地區(qū)，供熱系統(tǒng)普及度不廣，導(dǎo)致大部分學(xué)生對(duì)供熱系統(tǒng)比較陌生，或者認(rèn)為“無用”而學(xué)習(xí)動(dòng)力不強(qiáng)。

特點(diǎn)三是學(xué)生難以在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中得到鍛煉。由于浙江地區(qū)供熱系統(tǒng)較少，因此認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)不便，學(xué)生日常生活中接觸較少，難以在實(shí)踐中得到鍛煉，因此“知行合一”就顯得尤為重要，執(zhí)行過程也更加困難。

二、逐層深入的引導(dǎo)式教學(xué)

首先，初步形成供熱系統(tǒng)的范圍和印象。由于寧波工程學(xué)院的學(xué)生絕大部分來自浙江及周邊省市，北方同學(xué)較少，大部分同學(xué)對(duì)供熱系統(tǒng)無直觀印象。課程開始之初，通過圖片、視頻的形式，建立初步的感官印象，使學(xué)生了解供熱系統(tǒng)的作用和目的，掌握供熱系統(tǒng)的基本形態(tài)。

（一）系統(tǒng)教學(xué)

教學(xué)之初首先掌握供熱系統(tǒng)的宏觀組成：熱源（產(chǎn)生熱量）、供熱管網(wǎng)（輸送熱量）、熱用戶（使用熱量），形成系統(tǒng)的原理圖。供熱系統(tǒng)要解決的問題是提供用戶生活熱水和采暖的需要，首先要解決需要多少熱量的問題。如何把熱量輸送并分配到各用戶是供熱系統(tǒng)要解決的重要問題之一，也就是供熱管網(wǎng)的問題。通過對(duì)問題的逐步提出和依次解答，使學(xué)生首先對(duì)供熱系統(tǒng)形成宏觀思路，便于授課過程中逐步解決細(xì)節(jié)問題。

（二）細(xì)節(jié)教學(xué)與項(xiàng)目教學(xué)相結(jié)合

在宏觀系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，通過給定一個(gè)具體的小型別墅項(xiàng)目，逐個(gè)解決細(xì)節(jié)問題，幫助理解設(shè)計(jì)的流程。[3]

細(xì)節(jié)方面，引導(dǎo)學(xué)生思考該設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的意義、原因，自主得出結(jié)論。以熱負(fù)荷為例：

熱源需要提供多少熱量？→用戶需要多少熱量？ →用戶損失了多少熱量，即需要補(bǔ)充多少熱量？→用戶有哪些熱損失途徑，分別損失了多少熱量？

上述一系列的問題提問，歸結(jié)為用戶損失了多少熱量的問題，引出系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算的方法。

損失熱量的途徑：（1）外門、外窗、屋頂、地面等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在室內(nèi)外溫差的驅(qū)動(dòng)下向室外散熱；（2）運(yùn)輸進(jìn)房間的冷物料、過程等需要補(bǔ)充的熱量；（3）門窗縫隙滲入的冷空氣所需補(bǔ)充的熱量；（4）外門開啟時(shí)侵入的冷空氣需要補(bǔ)充的熱量。除了熱量損失以外，冬季室內(nèi)還有一些得熱的途徑，如：（1）室內(nèi)照明系統(tǒng)散熱；（2）太陽輻射得熱；（3）室內(nèi)其他熱過程散熱；（4）人員散熱。

為了保證供暖系統(tǒng)能夠提供冬季不利條件下的負(fù)荷，忽略室內(nèi)的得熱，將其作為最不利條件下的熱量緩沖的部分。太陽輻射得熱作為附加耗熱量，在后面的計(jì)算中以修正系數(shù)的方式計(jì)入。

主要考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失、門窗縫隙滲入冷空氣所需熱量、外門侵入的冷空氣所需的熱量這幾個(gè)部分。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱主要是溫差驅(qū)動(dòng)下的熱傳遞過程，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能有關(guān)，聯(lián)系傳熱學(xué)知識(shí)，計(jì)算過程基本耗熱量為：

Q = KFΔt （1）

其中，K為傳熱系數(shù)，見建筑設(shè)計(jì)參數(shù)；F為對(duì)應(yīng)的傳熱面積；Δt即室內(nèi)外溫差。

室內(nèi)外溫差如何選取呢？由于實(shí)際室內(nèi)外溫度狀態(tài)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，實(shí)際圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量是隨著室外氣象條件、室內(nèi)使用情況隨時(shí)變化的。但是設(shè)計(jì)過程中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，按穩(wěn)態(tài)傳熱處理，室內(nèi)溫度選定一個(gè)設(shè)計(jì)值，即室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度；室外溫度根據(jù)歷年氣象資料選擇。

在上述基本耗熱量的基礎(chǔ)上，太陽輻射得熱量如何計(jì)入呢？常識(shí)是，向陽面輻射得熱量較大，背陰面較小，且全年太陽輻射得熱量也是隨著氣象條件而變化的動(dòng)態(tài)過程。因此，計(jì)算中，考慮在基本耗熱量的基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)的方法，且不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)修正系數(shù)不同。

若建筑處于迎風(fēng)區(qū)域，則需要考慮風(fēng)力對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量的加強(qiáng)作用，因此考慮風(fēng)力附加系數(shù)。

若建筑高度較高，熱氣流上升，導(dǎo)致大量熱量聚集在屋頂而不能有效利用，因此層高較高的建筑需要增加高度附加值，但不能無限增加，一般高度附加的最大比例為15%。

上述過程僅為負(fù)荷計(jì)算的理論講解，要把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)實(shí)踐，需要考慮建筑的具體情況。通過給定建筑的計(jì)算實(shí)踐，掌握計(jì)算方法，能夠鞏固和加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

三、實(shí)踐環(huán)節(jié)

（一）教學(xué)中的實(shí)踐練習(xí)

實(shí)踐過程要與理論講解過程相結(jié)合，相互促進(jìn)，才能加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)提高實(shí)踐能力。[4]教學(xué)過程中，每一部分的理論知識(shí)講解，都附加實(shí)際工程應(yīng)用案例分析，應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題，提高認(rèn)識(shí)。仍以上述負(fù)荷計(jì)算為例，在理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)單體別墅建筑的負(fù)荷計(jì)算作為設(shè)計(jì)案例，分析外圍護(hù)結(jié)構(gòu)（外墻、外門、外窗、地面、屋頂?shù)幕竞臒崃亢透郊雍臒崃浚粦糸g傳熱量；冷風(fēng)滲透耗熱量和冷風(fēng)侵入耗熱量等），學(xué)習(xí)計(jì)算方法。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)輔助實(shí)踐教學(xué)

實(shí)驗(yàn)是輔助理解理論教學(xué)內(nèi)容的重要實(shí)踐手段?？梢越Y(jié)合本校的實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)。如自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)，從循環(huán)原理出發(fā)幫助學(xué)生理解密度差如何促進(jìn)水循環(huán)、排氣如何實(shí)現(xiàn)、膨脹水箱的作用等知識(shí)點(diǎn)，形象的解釋抽象的理論。

供熱系統(tǒng)中的管網(wǎng)水力設(shè)計(jì)是系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，可以設(shè)計(jì)管網(wǎng)水力系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生可通過操作、觀察、分析，掌握水力平衡、水力失調(diào)、定壓等知識(shí)點(diǎn)。

（三） 課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)

課程各環(huán)節(jié)知識(shí)學(xué)習(xí)結(jié)束之后，學(xué)生對(duì)供熱系統(tǒng)有了宏觀整體的把握，也都基本掌握了設(shè)計(jì)計(jì)算過程，這時(shí)就可以安排課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)練習(xí)了。從負(fù)荷計(jì)算、散熱末端設(shè)計(jì)計(jì)算、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、水力計(jì)算、附屬設(shè)備設(shè)計(jì)選型等，實(shí)現(xiàn)對(duì)整棟建筑的供熱設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)過程中，不僅僅要對(duì)理論知識(shí)加以練習(xí)，還需要考慮到建筑的使用過程。

1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要符合建筑實(shí)際需要。如，散熱器的布置，不僅考慮供熱系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，還需要考慮散熱器位置是否會(huì)影響建筑的使用功能、空間是否足夠布置設(shè)計(jì)面積的散熱器、是否影響建筑美觀等；

2. 以最經(jīng)濟(jì)的方案實(shí)現(xiàn)建筑供熱。設(shè)計(jì)中不僅要實(shí)現(xiàn)供熱功能，還需要考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，盡量使系統(tǒng)最節(jié)約管材和運(yùn)行費(fèi)用。

3. 注意設(shè)計(jì)中細(xì)節(jié)的把握，如閥門、放氣閥的布置，散熱器支管的標(biāo)高及與干管的連接等。

將理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，逐漸建立學(xué)生對(duì)供熱系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，加深理解，掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，是本課程的目的和任務(wù)。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本能夠掌握供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和原則，熟練掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)，能夠繪制供熱系統(tǒng)施工圖。

四、總結(jié)

供熱工程與熱源是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，但由于受到當(dāng)?shù)貤l件的制約，現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)很難實(shí)現(xiàn)，教學(xué)過程中，采用理論聯(lián)系設(shè)計(jì)實(shí)際的方式，加深對(duì)理論知識(shí)的理解；通過圖片、視頻、描述等，形成對(duì)供熱系統(tǒng)的整體宏觀把握，提高學(xué)生實(shí)踐能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 張麗娜，鞏學(xué)梅，魏莉莉. 基于華盛頓協(xié)議視角的建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索[J].寧波工程學(xué)院，2015（1）：76-78.

[2] 高浩其，徐挺，李維維.“知行合一、雙核協(xié)同”，現(xiàn)代工程師培養(yǎng)模式的探索[J].高等工程教育研究，2007（4）：18-21.

[3] 商萍君，陳武. 項(xiàng)目教學(xué)法在供熱空調(diào)專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用構(gòu)思[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2010（2）：92-95.

[4] 張治. 供熱工程課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2011（1）：130-131.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]