制冷技術基礎理論課程教學大綱編寫思路

王鑫特

(北京市工貿技師學院機電分院,北京 102206)

0 引言

隨著制冷技術的蓬勃發(fā)展，制冷專業(yè)各層次學生日益增多，如何做好制冷專業(yè)的基礎課教學，使學生在就業(yè)崗位得心應手、游刃有余，顯得尤其重要。筆者結合目前各級院校實際情況和制冷技術發(fā)展水平，對如何制定編寫《制冷技術基礎》這門課的教學大綱進行了探討，同時也對如何有效地開展該課程的教學提出了一些合理化建議。

1 課程性質

制冷技術基礎理論課程大綱的制定應該結合各級學校學科教學實際和學生接受水平，即立足專業(yè)基礎，又結合具體實際。作為制冷學科一門專業(yè)基礎理論課程，《制冷技術基礎》這門課，學生應理解制冷專業(yè)基本概念，各種制冷方法的基本原理和主要結構，制冷劑的相關常識；著重掌握目前應用較廣泛的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)基本原理和熱力計算，多級壓縮和復疊式制冷循環(huán)的基本知識，以及典型吸收式制冷機的原理與結構。

2 課程目標

本課程的目標針對不同級別的院校側重點不同。職業(yè)院校制冷技術基礎的授課目標首先要熟知制冷專業(yè)的基本概念，能夠區(qū)分和運用制冷術語進行簡單必要的溝通和交流。基本概念是制冷初學者入門所需必須掌握的，這對于學生正確掌握和理解制冷學科的知識至關重要。其次，要理解各種制冷方法的基本原理和主要結構，學會應用各種制冷方法，以至可以進行簡單設計。理論和實踐初結合，如何運用制冷基本原理和方法進行簡單分析和研發(fā)，學生應知應會。再次，要熟悉兩種主要的制冷方法，分別是蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和溴化鋰吸收式制冷機。第一，能夠運用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)(單級、多級、復疊、熱泵)原理對實際制冷裝置進行定性分析和定量熱力計算，這是對蒸汽壓縮式制冷循環(huán)最關鍵、最核心的要求。另外，應該了解制冷劑的相關常識，能夠選擇并正確使用制冷劑，我國目前普冷領域使用較多的仍然是蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，而工質即時我們這里所說的制冷劑。因此，熟知各種制冷劑的性質和操作注意事項對于各位即將步入職場的職業(yè)院校學生尤為重要。第二，明白溴化鋰吸收式制冷機的結構原理，可以運用其理論知識正確操作和使用吸收式制冷機。溴化鋰吸收式制冷機廣泛應用于各大型中央空調中，比較符合各級職業(yè)院校的就業(yè)定位，所以學生應該熟練掌握此部分知識。

3 課程內容

本課程內容主要分為九個部分，分別是：(1)熱力學狀態(tài)參數(shù)；(2)熱力學定律；(3)熱力過程和熱力循環(huán)；(4)傳熱學；(5)濕空氣的物理性質；(6)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)；(7)吸收式制冷機；(8)制冷劑；(9)制冷方法。

3.1 熱力學狀態(tài)參數(shù)

熱力學狀態(tài)參數(shù)主要應該講解集態(tài)和狀態(tài)、熱力學參數(shù)的分類、狀態(tài)參數(shù)的分類及各主要參數(shù)的概念。這部分內容設置的目的主要是讓學生學會區(qū)分和描述集態(tài)和狀態(tài)，從而為后續(xù)制冷原理的學習打基礎。而熱力學參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)概念的講解對于理解制冷過程及其計算必不可少。

3.2 熱力學定律

熱力學定律是工程熱力學中的經(jīng)典內容，對于同屬于動力工程及工程熱物理的制冷專業(yè)來講，這部分內容也是進行制冷系統(tǒng)計算的基礎。這部分內容主要包括三個熱力學定律：分別是熱力學第零定律，熱力學第一定律和熱力學第二定律。熱力學第零定律是溫度測量的原理；熱力學第一定律向我們詮釋了能量“量”之間的關系；而第二定律則向我們解釋了能量“品質”的問題。簡而言之，“量”保持守恒，“質”可能出現(xiàn)貶值。而這恰恰明晰了蒸汽壓縮式制冷的循環(huán)過程，是進行制冷系統(tǒng)分析和計算的依據(jù)。量的守恒和質的變化構成了熱力學定律的基礎，揭示了熱、功轉換的本質規(guī)律。

3.3 熱力過程和熱力循環(huán)

熱力過程和熱力循環(huán)可以作為高職院校選講的內容。熱力過程中可逆過程及其實質是學生應該理解的重點。熱力循環(huán)應該學會區(qū)分熱機循環(huán)和制冷循環(huán)，分別掌握其典型循環(huán)。而最典型理論循環(huán)—卡諾循環(huán)更應該是教學重點。卡諾循環(huán)是最典型的熱機循環(huán)，逆卡諾循環(huán)是最典型的制冷循環(huán)。兩種循環(huán)都是理想循環(huán)，是不可能實現(xiàn)的。卡諾定理是針對卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)的定性判斷，可以作為定性分析制冷循環(huán)和熱機循環(huán)的理論依據(jù)和判據(jù)。

3.4 傳熱學

傳熱學部分，學生首先要了解熱傳遞三種基本方式及其機理，這是掌握這部分內容的基礎。其次要掌握各換熱方式的計算方法：導熱、對流換熱和熱輻射。導熱部分的計算主要清楚一維穩(wěn)態(tài)導熱計算公式(平板、圓管)，理解各參數(shù)的物理意義和影響因素。制冷設備多以圓管為基本結構，而用冷場合的冷負荷計算過程中，圍護結構多以平壁為主。所以這兩種結構形式的導熱公式對于制冷系統(tǒng)的定性分析和定量計算更為基礎。對流換熱部分主要掌握牛頓冷卻公式，了解相似準則數(shù)。牛頓冷卻公式是進行對流換熱計算的關鍵公式，而確定對流換熱系數(shù)則需要用到相似準則數(shù)，這都是制冷系統(tǒng)進行對流換熱計算的關鍵。熱輻射這部分內容我們需要掌握黑體的四次方定律，這是熱輻射計算公式中最簡單的一個，也是用得最多的。另外，基爾霍夫定律是連接黑體和灰體及發(fā)射和吸收的關鍵橋梁，教學過程應該有所提及。同樣，熱輻射部分可以作為選講。再次，應該掌握換熱器，會進行傳熱系數(shù)和熱阻的簡單計算，明白傳熱系數(shù)和熱阻的關系，可以對簡單傳熱過程做分析；重點掌握制冷系統(tǒng)(蒸汽壓縮制冷循環(huán))常用換熱器典型結構。要求較高的中等職業(yè)院校和高等職業(yè)院校還應該會對換熱器進行簡單計算。

3.5 濕空氣的物理性質

濕空氣的物理性質部分學生應該主要掌握三個溫度，三個濕度和焓濕圖及其軟件的使用。第一，理解干球溫度、濕球溫度和露點溫度的基本概念和原理，這是進行空氣側調節(jié)的理論基礎；第二，理解絕對濕度、相對濕度和含濕量的基本概念及其影響因素；這是空氣側調節(jié)的方法基礎；第三，學會根據(jù)已知條件查詢相關參數(shù)，可以在焓濕圖上比較干球溫度、濕球溫度和露點溫度，會使用焓濕圖軟件，這是進行生產(chǎn)實際的必要技能基礎。

3.6 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)

蒸汽壓縮式制冷循環(huán)主要包括單級、多級、復疊和熱泵循環(huán)，這部分理論知識緊密貼合當今我國生產(chǎn)實際，需要學生務必重視。其中單級制冷循環(huán)需要學生掌握理論循環(huán)和實際循環(huán)，會畫lgP-h圖，可以進行定性分析，會進行簡單計算。這些內容是學習蒸汽壓縮制冷循環(huán)的紐帶，承上啟下，根據(jù)熱力學基礎，分析蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)，又可以為分析實際和雙級、復疊式制冷循環(huán)乃至熱泵循環(huán)奠定理論根基，是目前制冷技術基礎這門學科學習的核心所在。

3.7 吸收式制冷機

吸收式制冷機需要掌握吸收式制冷機的原理、常用工質對及常用的溴化鋰吸收式制冷機的結構原理。吸收式制冷機用溶液的正循環(huán)實現(xiàn)了制冷劑的逆循環(huán)，滿足熱力學第二定律，以消耗熱能為代價，能量交換滿足熱力學第一定律。單效和雙效溴化鋰吸收式制冷機的結構原理歷來是本課程教學中的重點和難點，學生應該會畫出單效和雙效溴化鋰吸收式制冷機的流程示意圖，其中單效溴化鋰吸收式制冷機流程圖是重中之重。

3.8 制冷劑

制冷劑部分學生主要應該掌握制冷劑基本要求及其替代，并熟知一些常用制冷劑及其性質和操作方法。此外，載冷劑和冷凍油的作用及選用也應該作為基礎知識有所了解。

3.9 制冷方法

盡管目前市場上主要應用的制冷方法是蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，但是諸如空氣壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、熱電制冷、熱聲制冷和磁制冷技術也日趨成熟，尤其是空氣壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷已經(jīng)非常完善，學生應該重點理解并掌握。針對其他方法學生可以根據(jù)自己的興趣自主選學部分內容。

4 課時安排

制冷技術基礎課程具體的課時建議安排參見表1。

表1 制冷技術基礎課程具體課時安排

序號 《制冷技術基礎》教學內容與要求參考學時8制冷劑制冷劑基本要求及替代了解制冷劑基本要求及其替代2常用制冷劑掌握常用制冷劑2載冷劑掌握載冷劑要求及常用載冷劑2冷凍機油掌握冷凍機油的作用及選用29制冷方法空氣壓縮式制冷了解空氣壓縮式制冷循環(huán)原理2蒸汽噴射式制冷了解空氣噴射式制冷循環(huán)原理2熱電制冷了解熱電制冷原理2熱聲制冷了解熱聲制冷原理2磁制冷了解磁制冷原理210復習和習題課本書主要內容復習題2總計72

5 教學實施建議

(1)教材應配備彩色lgP-h圖，焓濕圖，供教學過程中學生查詢。專業(yè)理論教師和教室應該配備上述教學用圖，供教學使用。

(2)教材盡量配備圖片和模型軸測圖，方便學生自主學習。教師應該廣泛搜集資料，備課供教學使用。教材盡量配有電子課件，方便教師教學和學生自學。

(3)應該強調教師主導，學生為主體的教學意識，積極開展反轉課堂和學生自主探究學習模式，教材應配有選學內容，學生可以自學。

(4)學校如果不開設流體力學專門課程，應該適當增加課時將流體力學課程中與制冷相關的主要內容并入本課程授課。

6 結語

總之，《制冷技術基礎》 是一門專業(yè)基礎理論課，它對于深化學生工學理論基礎，更好地貫徹理工科學生的學習思想和思維能力起到很好的促進作用。通過這門理論課的學習，也可以為各層級學生的制冷專業(yè)學習和從業(yè)之路建立堅實的知識基礎和能力本源，為本專業(yè)學生今后進一步深造和鉆研指明了方向和研究方法。本課程大綱的制定正是在基于以上課程教學目的編寫的，對于各層級的學生知識和能力水平具有很好的提升作用，也為本專業(yè)教師的教科研和教學材料的撰寫起到了拋磚引玉的示范作用。