暖通專業研究生建筑節能課程實踐教學案例分析

殷維　郝小禮　張國強等

摘要：文章對暖通專業研究生建筑節能課程實踐環節的方式進行了探索。教學中通過與三種不同類型單位在建筑節能技術方面的合作，既較好地完成了掌握建筑能耗現狀與熟悉節能技術的教學大綱要求，也提高了學生實際解決建筑節能技術問題的能力，學生還在實踐過程中找到了相關的研究課題。這一探索為暖通專業研究生建筑節能課程實踐教學方式提供了參考。

關鍵詞：暖通專業；研究生教育；建筑節能技術；企業合作；實踐教學

中圖分類號：G64244 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2014）03011803

一、背景概述

能源是人類社會生存和發展不可或缺的物質資源，它關系到一個國家的經濟命脈。中國近20年的能源生產與需求翻了一番，而且在未來一段時間內，能源的消耗還將呈快速增長的趨勢[1，2]。有關數據顯示，建筑能耗在國家總能耗中占有相當大的比例，在發達國家，建筑能耗占國家總能耗的30%以上。在中國，雖然當前建筑能耗在國家總能耗中只占25%左右，與發達國家相比相對偏低，但近幾年來，這個比例一直在增加。其中采暖、空調能耗比重較大，如某些大型公共建筑中空調用電量占建筑總用電量的50%以上 [3]。

在土木建筑相關學科中，供熱、供燃氣、通風及空調工程專業（簡稱暖通空調專業或暖通專業，本科專業名稱為建筑環境與能源應用工程）與建筑節能的相關性最為密切，是培養建筑節能人才的主要搖籃。因此，加強建筑節能課程的教學研究，提高人才培養質量，為社會輸送高素質的建筑節能專門人才十分必要。

作為工程應用專業，暖通專業實踐教學的主要目的是鞏固理論知識，提高設計能力。有關本科生實踐教學已有相關的研究成果，如朱穎心教授介紹了清華大學在認識實習、建筑實習與生產實習中所積累的一些經驗[4]；付祥釗教授等對重慶大學建筑環境與設備工程專業（暖通專業本科原名稱）2004級畢業生實踐教學效率進行調查分析，并得出有指導性的五條結論[5]；王怡教授等

分析了本科實踐教學中強調建筑能耗分析與節能優化后的教學效果[6]；韓星博士等則在畢業設計環節嘗試了情景模擬教學法，并分析其教學效果[7]。然而，現有文獻中鮮有針對暖通專業研究生實踐教學的研究。

雖然在本科階段已設置建筑節能課程，但是一般作為選修課而且未設置實踐環節，原因在于該課程帶有一定的科研性質，以工程技術教學為重點的本科階段難以深入開展相關知識的教學。研究生階段的建筑節能課程教學大綱，要求學生掌握國內外建筑能耗現狀、熟悉建筑節能技術。除理論講解外，實踐教學更能讓學生直觀地掌握相關信息與知識。本文通過案例分析，介紹研究生階段建筑節能課程實踐教學的方式及其效果。

二、建筑節能課程實踐教學合作案例

當前，諸多建筑節能技術還不成熟，尚處于研發階段，相關單位或企業迫切需要與科研院所進行合作。暖通專業研究生參與設備企業、政府部門、設計機構等的建筑節能工作，能夠了解建筑節能的實際需求，掌握當前節能技術，從而激發學生探索科學問題的熱情，培養其運用理論知識解決實際問題的能力。教師可引導學生把實踐中發現的問題作為自己的研究課題開展深入研究。此外，學校在此過程中也可掌握用人單位的需求，進而改進研究生培養方式等等。

筆者本次研究的案例是分別向中央空調企業、政府建設部門、房地產公司派駐研究生。這三個單位分別屬于能耗設備供應企業、政府主管部門、房屋建設單位。

（一）與設備企業合作

研究生派駐中央空調設備企業，參與設備運行狀態分析、建筑能耗調查等工作。合作期間，研究生先后三次參加企業的調查工作，一是某地表水源熱泵系統的水源水溫與設備運行狀態調查，二是某辦公樓的中央空調系統末端的用戶滿意度調查，三是某校園辦公樓分體空調能耗調查。

水源熱泵空調是南方地區一種相對節能的建筑制冷系統。此次地表水源熱泵系統的調查時間為7月初。研究生被分為兩組，第一組4人，第二組2人。第一組學生負責水溫調查，沿湖岸分布選取11個地點，每個點分別測量水體表面、0.5米深、1米深處的水溫，分別于上午8點、10點、12點，下午14點、16點、18點進行測量。第二組則在機房記錄水源熱泵主機的運動狀態，如冷卻水進出水溫度與流量、冷凍水進出水溫度與流量等等。期間兩組學生輪換工作，以讓每個學生都能夠實地測量湖水的實際溫度和水源熱泵主機的運行參數。在連續一個星期的測量中，學生親身體會到作為夏季空調冷源的湖水的全天以及連續幾天的變化規律，記錄了水源熱泵系統的運行效率與工況變化趨勢。在實地測量中發現：被遮陽的水體溫度相對略低，水面上自然風速較大時平均水溫較低，這些現象對水源熱泵湖水冷源的研究具有潛在的價值。

政府辦公建筑的中央空調系統規模較大，管路與末端設計相對復雜，用戶的使用滿意度與能耗情況是評價設計是否成功的重要指標。由2名教師帶領6名研究生，對一棟辦公建筑已運行5年的中央空調系統進行了問卷調查。主要問題有：溫度滿意度、濕度滿意度、吹風感滿意度、空氣品質滿意度、空調使用時長、開窗自然通風時長、感冒頻率等等。通過幾天的調查，實地測量了幾十間房屋的客觀室內環境數據，訪問了百余名用戶，收集到近百份有效的調查問卷。在調查與數據整理過程中，學生直接與辦公建筑用戶接觸，掌握了用戶最直觀的使用體驗，了解到用戶進行熱舒適相關行為的意愿，積累了政府辦公建筑空調熱舒適與能耗現狀的基礎數據。有學生提出：如果能夠建立某種機制，對有節能行為（如關閉空調、開窗自然通風）的辦公室人員進行獎勵，可能會促使更多人節省空調用電。

某設備企業為一所學校的擬建教學辦公大樓安裝空調系統，要求將原有的分體式空調與擬建中央空調系統的能耗進行對比，分析優劣，以確定空調安裝方案。1名教師帶領3名研究生，對學校原有數棟建筑的分體式空調進行了詳細的數量統計與功率分析，得到相應的能耗數據，為新建教學建筑的空調方案提供了重要參考，也為研究生自己的建筑能耗研究積累了實測數據。在調查中，有學生提出學校建筑中有大量的實驗室，而有相當一部分實驗室空調使用率比較低，所以分體式空調更適合這一類建筑，空調使用頻繁的辦公房或閱覽室則可安裝中央空調。可見，現場能耗調查實踐可引導學生發現很多通過建筑圖紙所不能發現的問題。

（二）與建設管理部門合作

與建設管理部門合作的項目是協助某政府機關申請國家建筑節能示范城市，主要任務是為政府提供技術支持，協助其制定相關的節能政策與方案。這次合作由3名教師帶隊，參與項目的研究生有5人。研究生主要負責能耗與技術資料收集與整理、數據處理與圖表繪制、文檔檢查與完善等。在協助政府部門完成城市建筑節能規劃的合作中，研究生較為全面地掌握了當地的能耗現狀，以及當地條件下可行的建筑節能技術類型與指標要求。

（三）與房地產公司合作

某房地產公司希望在項目中增加綠色建筑與節能的相關設計，因此擬設立建筑節能工作崗位，計劃專門聘請一位綠色建筑與節能的專業人員，但又無法確定此舉的可行性與必要性，所以請一名在讀的研究生進駐房地產公司參與相關工作，以觀察實際效果。實踐中發現這一合作模式不理想，一是房地產公司的角色是投資開發商，其對建筑專業技術的需求比較低，而工科研究生的主要優勢在技術，兩者有些不對應。二是研究生可去的部門主要有設計部和市場宣傳部，設計部的主要工作是與設計院或設計公司溝通協調，而研究生缺乏實際設計經驗，參與設計也不適合。三是公司已外聘專業綠色建筑與節能顧問咨詢公司參與建筑節能工作，暖通專業研究生能夠做的工作與之有重復，且同樣存在缺乏經驗的問題。而房地產公司市場部則純粹為宣傳部門，與專業技術無關，因此，研究生也無用武之地。總而言之，與房地產公司的實踐合作未取得預期效果，研究生的作用未得到體現。房地產公司也認識到這一崗位設置的必要性與可行性比較低。

三、實踐教學效果分析

在與空調設備公司的三次合作中，暖通專業研究生分別對湖水冷源、政府辦公樓、校園辦公樓進行了詳細的數據調查，獲得了地表水源系統、室內空調末端設備、不同類型辦公建筑的空調能耗與人體熱感覺數據。這一實踐活動對暖通專業研究生開展建筑能耗研究、系統設計與優化以及相應設備的研發具有重要的指導意義。研究生參與上述調查實踐活動后發表了兩篇科研論文。可見，這一實踐活動達到了鞏固基礎知識、提高學術水平的目的。

研究生在與政府的合作中，了解了區域建筑能耗特點與現狀，掌握了建筑節能技術的地區適用性，熟悉了相關政策條款，為自己的研究或今后參與建筑節能相關工作打下了良好基礎。同時，接納研究生實踐的政府部門也得到相應的專業技術支持，完成了自己的工作任務。這次合作使該城市成功獲批建筑節能示范城市，取得了一定的社會效益。

研究生參與房地產公司的實踐則不成功，原因在于房地產企業其本質屬于投資與管理公司，設計任務已經外包于設計院，綠色建筑節能技術任務則委托顧問咨詢公司負責，工程修筑由施工單位完成，而空調設備主要交由暖通設備公司處理，所以其對建筑節能相關技術的需求并不強烈。因此暖通專業研究生進入房地產公司進行建筑節能研究，難以施展自己的專業技能與獲取實踐經驗。

四、結語

研究表明，暖通專業研究生參與空調設備企業的建筑節能調查與系統優化，以及政府建筑節能的相關工作，不但能夠完成建筑節能課程教學大綱有關掌握國內外建筑能耗現狀與熟悉節能技術的要求，而且能夠激發學生的研究熱情，在實踐中能主動發現問題、分析問題和解決問題。暖通專業研究生在房地產公司的實踐活動雖未取得預期效果，但由此也積累了合作經驗。當然，上述與建筑節能技術有關單位的實踐合作僅限于幾次活動，具有一定的特殊性，暖通專業研究生教育與設計院、施工單位、設備研發企業等的合作實踐還有待進一步探索與總結。

參考文獻：

[1] 江澤民. 對中國能源問題的思考[J]. 上海交通大學學報， 2008，42（3）： 345-359.

[2] 華澤澎. 能源經濟學[M]. 山東東營： 石油大學出版社，1991.

[3] 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能發展研究報告2008[R].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[4] 朱穎心.工程實踐是培養學生專業能力的最好課堂[J]. 高等建筑教育，2003，12（4）：67-69.

[5] 付祥釗， 鄧曉梅， 孫嬋娟. 建筑環境與設備工程專業實踐教學效果調查與分析[J]. 高等建筑教育，2009， 18（1）：19-21.

[6] 王怡， 朱陸莉. 論建筑環境學教學中建筑節能分析能力的培養[J]. 高等建筑教育，2008， 17（2）：70-72.

[7] 韓星， 黃晨，等.情景模擬教學法在建筑環境與能源應用工程專業實踐教學中的應用[J]. 高等建筑教育. 2013， 22（2）：131-134.