供熱工程與熱源教學中“知行合一”探索與實踐

[摘 要]供熱工程與熱源課程建設和改革中，改革思路和措施涵蓋教學特點、教學方法和教學模式。項目組從課程特點出發，總結教學規律，理論與實踐相結合，采用多媒體和板書合理搭配、理論教學和實踐有機結合的教學模式，注重學生實踐能力的培養和理論知識向實踐能力的轉化，提高學生的綜合設計能力和素質，實現教學目標。

[關鍵詞]供熱工程與熱源；教學；改革；知行合一

[中圖分類號] TU83 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）12-0124-02

供熱工程與熱源是一門專業課，研究建筑物采暖、生活熱水供給系統的設計、施工的工程應用性學科。本課培養學生認識和掌握熱量的轉換、輸送和傳遞、系統的設計、設備的選型，形成綜合的系統設計能力和工程應用能力，課程具有很強的實用性，對提高學生的設計和實踐能力具有重要意義。

寧波工程學院2006年開始招收建筑環境與設備工程專業本科生以來，即提出了培養“知行合一、雙核協同”的應用開發型高等技術人才的辦學目標。[1，2]供熱工程與熱源是建筑環境專業傳統的供暖、通風、空氣調節、建筑智能化內容的重要組成部分之一，是實現舒適健康的室內人工環境必不可少的學習內容。在供熱工程與熱源的教學過程中，激發學生的學習興趣，提高實踐能力，提高教學質量，是培養學生綜合素質的重要步驟。

一、課程特點

本課程的特點之一是實用性強，是建筑環境專業基本功的重要組成部分。

特點之二是在浙江及周邊地區，供熱系統普及度不廣，導致大部分學生對供熱系統比較陌生，或者認為“無用”而學習動力不強。

特點三是學生難以在生產實習中得到鍛煉。由于浙江地區供熱系統較少，因此認識實習、生產實習不便，學生日常生活中接觸較少，難以在實踐中得到鍛煉，因此“知行合一”就顯得尤為重要，執行過程也更加困難。

二、逐層深入的引導式教學

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

（一）系統教學

教學之初首先掌握供熱系統的宏觀組成：熱源（產生熱量）、供熱管網（輸送熱量）、熱用戶（使用熱量），形成系統的原理圖。供熱系統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要解決的重要問題之一，也就是供熱管網的問題。通過對問題的逐步提出和依次解答，使學生首先對供熱系統形成宏觀思路，便于授課過程中逐步解決細節問題。

（二）細節教學與項目教學相結合

在宏觀系統建立的基礎上，通過給定一個具體的小型別墅項目，逐個解決細節問題，幫助理解設計的流程。[3]

細節方面，引導學生思考該設計環節的意義、原因，自主得出結論。以熱負荷為例：

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，歸結為用戶損失了多少熱量的問題，引出系統負荷計算的方法。

損失熱量的途徑：（1）外門、外窗、屋頂、地面等外圍護結構在室內外溫差的驅動下向室外散熱；（2）運輸進房間的冷物料、過程等需要補充的熱量；（3）門窗縫隙滲入的冷空氣所需補充的熱量；（4）外門開啟時侵入的冷空氣需要補充的熱量。除了熱量損失以外，冬季室內還有一些得熱的途徑，如：（1）室內照明系統散熱；（2）太陽輻射得熱；（3）室內其他熱過程散熱；（4）人員散熱。

為了保證供暖系統能夠提供冬季不利條件下的負荷，忽略室內的得熱，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，在后面的計算中以修正系數的方式計入。

主要考慮圍護結構熱損失、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部分。

圍護結構散熱主要是溫差驅動下的熱傳遞過程，與圍護結構的傳熱性能有關，聯系傳熱學知識，計算過程基本耗熱量為：

Q = KFΔt （1）

其中，K為傳熱系數，見建筑設計參數；F為對應的傳熱面積；Δt即室內外溫差。

室內外溫差如何選取呢？由于實際室內外溫度狀態是一個動態的過程，實際圍護結構耗熱量是隨著室外氣象條件、室內使用情況隨時變化的。但是設計過程中，為簡化計算，按穩態傳熱處理，室內溫度選定一個設計值，即室內設計溫度；室外溫度根據歷年氣象資料選擇。

在上述基本耗熱量的基礎上，太陽輻射得熱量如何計入呢？常識是，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態過程。因此，計算中，考慮在基本耗熱量的基礎上乘以修正系數的方法，且不同朝向的圍護結構修正系數不同。

若建筑處于迎風區域，則需要考慮風力對圍護結構耗熱量的加強作用，因此考慮風力附加系數。

若建筑高度較高，熱氣流上升，導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%。

上述過程僅為負荷計算的理論講解，要把理論知識轉化為設計實踐，需要考慮建筑的具體情況。通過給定建筑的計算實踐，掌握計算方法，能夠鞏固和加深對理論知識的理解。

三、實踐環節

（一）教學中的實踐練習

實踐過程要與理論講解過程相結合，相互促進，才能加深對理論知識的理解，同時提高實踐能力。[4]教學過程中，每一部分的理論知識講解，都附加實際工程應用案例分析，應用理論知識解決實際問題，提高認識。仍以上述負荷計算為例，在理論知識的基礎上，附加一個單體別墅建筑的負荷計算作為設計案例，分析外圍護結構（外墻、外門、外窗、地面、屋頂的基本耗熱量和附加耗熱量；戶間傳熱量；冷風滲透耗熱量和冷風侵入耗熱量等），學習計算方法。

（二）虛擬實驗技術輔助實踐教學

實驗是輔助理解理論教學內容的重要實踐手段?？梢越Y合本校的實驗條件，設計虛擬實驗。如自然循環熱水采暖系統，從循環原理出發幫助學生理解密度差如何促進水循環、排氣如何實現、膨脹水箱的作用等知識點，形象的解釋抽象的理論。

供熱系統中的管網水力設計是系統正常運行的重要保障，可以設計管網水力系統虛擬實驗，使學生可通過操作、觀察、分析，掌握水力平衡、水力失調、定壓等知識點。

（三） 課程設計實踐環節

課程各環節知識學習結束之后，學生對供熱系統有了宏觀整體的把握，也都基本掌握了設計計算過程，這時就可以安排課程設計實踐環節進行整體設計練習了。從負荷計算、散熱末端設計計算、系統方案設計、水力計算、附屬設備設計選型等，實現對整棟建筑的供熱設計。

設計過程中，不僅僅要對理論知識加以練習，還需要考慮到建筑的使用過程。

1. 系統設計要符合建筑實際需要。如，散熱器的布置，不僅考慮供熱系統的功能實現，還需要考慮散熱器位置是否會影響建筑的使用功能、空間是否足夠布置設計面積的散熱器、是否影響建筑美觀等；

2. 以最經濟的方案實現建筑供熱。設計中不僅要實現供熱功能，還需要考慮系統的經濟性，盡量使系統最節約管材和運行費用。

3. 注意設計中細節的把握，如閥門、放氣閥的布置，散熱器支管的標高及與干管的連接等。

將理論知識學習和實踐有機結合，逐漸建立學生對供熱系統的認識，加深理解，掌握系統的設計方法，實現學生綜合素質的提高，是本課程的目的和任務。通過該課程的學習，學生基本能夠掌握供熱系統的設計方法和原則，熟練掌握系統設計各環節，能夠繪制供熱系統施工圖。

四、總結

供熱工程與熱源是實踐性很強的課程，但由于受到當地條件的制約，現場學習很難實現，教學過程中，采用理論聯系設計實際的方式，加深對理論知識的理解；通過圖片、視頻、描述等，形成對供熱系統的整體宏觀把握，提高學生實踐能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張麗娜，鞏學梅，魏莉莉. 基于華盛頓協議視角的建環專業人才培養模式探索[J].寧波工程學院，2015（1）：76-78.

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

[3] 商萍君，陳武. 項目教學法在供熱空調專業課教學中的應用構思[J].制冷空調與電力機械，2010（2）：92-95.

[4] 張治. 供熱工程課程的教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報（社會科學版）， 2011（1）：130-131.

[責任編輯：鐘 嵐]