建筑環境設備系統設計與分析案例庫建設研究與探索

摘" 要" 針對建筑環境設備系統設計與分析課程特點，進行案例庫設計與開發，為進一步激發學生學習興趣、提升工程實踐能力、強化學習效果打下良好基礎。

關鍵詞" 案例教學；建筑環境設備系統設計與分析；案例

庫；專業學位研究生；雙碳

中圖分類號：G643.2" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）15-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.15.049

0" 引言

學術學位研究生教育側重培養研究生學術研究能力，專業學位研究生教育主要培養具有較強專業知識運用能力和職業素養、能夠創造性地從事實際工作的高層次應用型專門人才[1]。目前，部分院校研究生培養過程中存在學術學位研究生和專業學位研究生培養過程雷同、培養模式單一的問題，偏離了學術學位研究生、專業學位研究生的培養初衷。

案例教學是推動專業學位研究生培養模式改革的重要手段。案例教學過程是從實踐中來，到實踐中去的過程，是知識的運用過程，是將隱性知識的傳遞過程表象化的過程。教學過程中，教師引導學生結合實際案例，運用所學知識，發現問題、分析問題和解決問題，從而在實踐中使學生掌握理論、形成觀點、提高能力[2]。與傳統的課堂教學相比，案例教學為學生提供了一個更高層次的學習機會，案例教學使教學內容更生動形象。案例教學效果依賴案例庫建設質量。教學案例要精心設計，既要符合課程和專業特征，同時還要滿足教學大綱、教學內容要求[3]。

1" 建筑環境設備系統設計與分析課程分析

我國城市不斷發展、能源消耗不斷增大，作為城市建筑能耗的大戶，如何以高質量的建筑環境設備系統保證建筑暖通空調系統的功能、質量和效益，是暖通空調行業人才所要解決的問題。

習近平總書記提出我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[4]。隨著“雙碳”戰略目標的明確以及人民群眾對高質量建筑環境需求的日益增長，建環專業人才培養面臨著前所未有的挑戰與更高要求。在當前建筑業面臨下行壓力、房地產行業經歷調整縮水的背景下，社會對建環專業人才的需求格局發生了深刻變化，暖通空調行業正處于關鍵的轉型升級期，對于建環專業人才培養來說，不僅意味著挑戰，更孕育著前所未有的市場機遇。

2003年，中原工學院能源與環境學院供熱、供燃氣、通風及空調工程獲批碩士學位點開始招收第一屆研究生；2012年，獲批土木工程一級學科碩士授權點；2013年，獲批建筑與土木工程專業學位點；2014年，獲批動力工程專業學位點；2019年，獲批能源動力、土木水利專業學位點。學院現有研究生約150名，土木水利、能源動力專業碩士作為學院研究生主要培養方向，每年招生人數比例占學院總招生人數的85%以上。建筑環境設備系統設計與分析課程作為滿足國家節能減排需求開設的課程，是土木水利、能源動力專業碩士研究生的一門專業課，是最具專業特色的綜合性專業核心課。通過本門課程學習，學生能掌握空調系統設計分析能力，建筑防排煙系統設計能力；掌握不同系統運行規律與自動控制調節理論知識、系統中各設備運行調節理論知識，為從事專業相關工程技術工作及科學研究工作打下堅實基礎。

經過長期建設，該課程建成了一支學歷層次較高、數量充足、結構合理的教學梯隊，并積累了一定的教學資源。目前課程組共有教師7名，均擁有豐富教學及管理經驗，并且取得了較好的教學成

績；采用了專業教學指導委員會推薦的優秀教材及參考資料，教學內容全面，教學資料齊全，部分內容初步采用案例教學法。但目前該課程還存在一些問題。比如，供熱、供燃氣、通風及空調工程學術型碩士研究生，以及土木水利、能源動力專業型碩士均開設建筑環境設備系統設計與分析課程，目前兩種不同類型的研究生采用同一種教學資料，并在一起上課，偏離了學術學位研究生、專業學位研究生的培養目標。針對專業學位研究生來說，該課程理論知識內容偏多、偏難，且側重基礎理論分析和探討，教學內容更新不及時，工程案例不足，導致學生對建筑環境設備系統設計與分析課程內容掌握得不理想，對于工程案例知識點的掌握程度達不到應用層次的理解維度，遇到實際工程問題還是無從

下手[5]。

2" 案例庫設計與開發

2.1" 依據培養目標修訂教學大綱

教學大綱是教學的基本文件，它反映該課程的教學目標、基本要求、教學重點、難點等[6]。

土木水利專業碩士培養學生應具有獨立從事建筑環境設備領域研究與創新、工程設計與運用、解決工程難題、管理與決策等能力，能夠勝任建筑環境設備系統實際工程項目施工組織設計、工程難題研究、現場施工管理等工作。

以專業學位研究生培養要求為基礎，開展建筑環境設備系統設計與分析教學大綱修訂。通過本課程應使學生掌握空調系統設計原理與方法，熟悉空調系統方案分析與確定分析，掌握設備選型分析與計算原理，通過案例分析增加學生分析能力與實踐能力；掌握管網流體參數變化時泵與風機的運行調節規律，熟悉與之對應的自動化控制系統調節方法與原理，掌握水力平衡調節原理；掌握建筑防排煙系統設計原理與方法，熟悉有關防排煙規范等專業內容，進而培養學生理論上能夠進行正確分析與解決專業相關問題的工程實踐能力。

2.2" 及時更新教學內容，提高教學內容合理性、先進性

目前，冷熱源基本采用電制冷+鍋爐（城市熱網）的傳統模式，“雙碳”目標下能源結構發生重大變化，化石能源將逐步退出建筑領域。要充分利用其他能源形式，以確保冷熱源方案先進合理，應充分利用地熱能、空氣熱能、生物質能等能源；要充分利用熱泵技術，應因地制宜合理采用水源熱泵、土壤源熱泵、空氣源熱泵技術等熱泵技術。

目前大家更多關注的是設計工況下冷熱負荷以及空氣狀態參數技術，對于空調系統運行調節關注度不足，其實房間的降溫/加熱與空氣質量控制技術不應相互割裂，應重點關注運行工況（部分負荷工況）技術，為此應適時補充空調系統運行調節技術，重點補充內容為以下幾點。

2.2.1" 空調系統分析

空調系統分析包括主要風機盤管加獨立新風系統分析、新風排風全熱交換系統分析以及主要設備選型及自動控制系統性能分析；一次回風系統分析，冬、夏季及過渡季節空調系統運行調節，空調系統全年運行工況分析；變風量空調系統分析，變流量系統型式、變流量系統的應用，空調區域的劃分原則、變流量系統運行控制分析，變流量系統風機運行能耗分析、變流量系統設備運行特點分析；水系統運行分析，水系統的劃分，水泵運行工況點確定，管網特性曲線分析與調整，多臺泵聯合運行分析、系統運行調節原理分析、水力平衡問題分析及水力穩定性分析、調節閥特性分析。

2.2.2" 空調系統變水溫調節過程分析

空調系統變水溫調節過程分析包括變水溫調節過程特點及意義，變水溫調節過程分析；變風量空調系統分析及應用；實例分析及能耗對比。

2.2.3" 防煙排煙系統設計與分析

防煙排煙系統設計與分析包括防煙排煙系統的分類、組成及工作原理，防排煙系統的設置原則與要求，防排煙系統設計，防煙排煙系統的施工與

安裝。

2.3" 結合工程實際，強化校企聯系，不斷提升學生工程實踐能力以及分析問題解決問題的能力

建筑環境設備系統設計與分析作為一門應用性、實踐性很強的專業核心課程，主要采取以課堂講授為主，結合現場教學和多媒體教學的模式。

案例分析與討論作為案例教學過程中重要的一環，教學過程中教師列舉實際工程案例，并對其進行詳細介紹，組織學生開展案例分析與討論活動。例如，教學中以鄭州市某小區空調系統為例，該系統末端采用天棚輻射+置換新風的溫濕度獨立控制系統，冬季由4臺土壤源熱泵提供熱源，夏季由4臺土壤源熱泵和2臺冷水機組提供冷源，新風系統夏季采用7℃/12℃的冷凍水，冬季采用45℃/40℃的空調熱水，天棚輻射系統夏季采用18℃/20℃的冷凍水，冬季采用28℃/26℃的空調熱水。并對建筑的冷熱負荷、機組的能效比等其他條件進行簡要介紹，針對此案例，第一步分組討論：針對系統優缺點、土壤熱平衡問題如何解決、熱泵和冷水機組的運行切換、冷卻塔如何選擇、土壤換熱器如何設計等問題由學生自發分組討論，找出存在問題，并提出解決問題具體方法。第二步集中匯報：由各小組成員面對全班成員進行匯報，匯報結束后教師進行點評。第三步案例分析與總結：課后，學生針對案例教學主要內容進行總結和分析，并撰寫分析報告，分析案例中的每個重點環節，并針對其中存在的主要問題提出解決方案。教師根據學生小組分析討論表現、匯報情況、報告質量等綜合評定成績。學生通過案例分析與討論，進行相互交流與思維碰撞，使學生對知識的掌握更深入、更全面；同時，課堂內容也更直觀、更生動，氣氛更活躍。

針對部分重點難點內容開展現場教學。如新風系統運行調節方法，通過案例比較不同系統的運行調節特點的同時，根據教學進度和內容，有針對性地引導學生走出教室，融入社會大課堂[6]，積極利用校內外實習基地，外出參觀調研實際工程案例，對空調系統運行情況進行動態跟蹤，監測實際運行數據、分析中央空調系統優缺點、發現項目中存在的問題、分析存在問題的原因并依據相關理論知識提出自己的解決方案，最后撰寫提交調研報告。

2.4" 案例庫建設與開發

根據“由簡入難、層層遞進”的原則進行案例庫建設和開發。依據課程大綱，梳理教學知識點，對案例內容總結梳理，一個教學案例盡可能多地覆蓋知識內容，案例之間應做到有效銜接，有助于學生接受理解教學內容，方便對課堂知識和課程體系整理和把握。

引入案例的內容要緊扣課程大綱，案例知識點要突出明確。案例庫的素材可以從縱向科研項目以及校企合作項目中提煉，也可以從實際工程中搜集，從實踐教學過程中篩選。

案例庫內容可以以文本、圖片、視頻、CAD圖紙等多種形式進行呈現。建筑環境設備系統設計與分析案例庫主要建設內容包括空調系統原理與方法；空調方案種類和分析；設備選型分析與計算原理；泵與風機性能及運行調節規律；空調系統控制原理與方法；建筑防排煙系統設計原理與方法；建筑環境設備系統其他重要專業知識點；實際工程圖紙；變風量空調系統；地源熱泵（地能熱泵）技術應用；空調系統運行調節與分析；HVAC系統的水力平衡及解決方案。

例如，以某大型紡織車間通風空調系統為例進行案例分析，大型紡織車間一般采用多風機并聯送風的運行方案，然而根據所學的流體輸配管網課程的相關知識，對兩臺同型號風機并聯工作的情況進行分析，發現針對于一定管網，隨著風機并聯臺數的增加，單臺風機運行的壓力升高，流量減小，效率一般會下降，引導學生思考為什么設計良好的大型紡織車間多風機（兩臺以上）并聯系統也能較好地工作呢？讓學生分析影響風機并聯運行的因素，學會利用風機性能曲線和管網特性曲線尋找多風機并聯運行的最佳工況點，同時針對該工程分析紡織廠空調系統的設計、安裝和運行調節要點。

知識點覆蓋空調方案種類和分析、設備選型分析與計算原理、泵與風機性能及運行調節規律、空調系統運行調節與分析、HVAC系統的水力平衡及解決方案多方面內容。從簡單到復雜，從個體到系統，層層遞進，提高學生分析和解決問題的能力。

2.5" 教學總結與反思

對每次案例教學情況應進行總結和反思，及時記錄課后心得體會，總結教學經驗，對教學過程案例與教學內容匹配情況、學生學習和互動情況、學習效果等進行反思，進一步完善案例教學內容和方法，提升教學質量。

3" 結束語

基于學院研究生課程建筑環境設備系統設計與分析的特點，開展案例庫建設。依據專業碩士培養目標要求，修訂新的教學大綱，及時更新教學內容，提高教學內容先進性，強化校企聯系，增加工程案例，激發學生學習興趣，提升工程實踐能力，強化學習效果。案例庫建設是一個系統工程，須經過長期的建設和相關的教學實踐，教師在今后的教學中應進一步收集整理典型案例，進一步完善案例庫建設內容，并在教學中進一步強化應用，不斷提升案例庫教學效果。

4" 參考文獻

[1] 郭叢斌，方晨晨，祝軍.案例教學是否促進了專業學位研究生實踐能力的發展？：基于全國公共管理碩士畢

業生調查數據的實證分析[J].學位與研究生教育，

2022（9）：44-53.

[2] 王艷艷，陳剛.《工程估價與投資控制》課程案例庫的構建研究[J].產業與科技論壇，2022，21（21）：139-140.

[3] 黃賢英，劉超，盧玲.專業學位研究生案例庫建設及案例設計探索研究：以大數據分析方向為例[J].工業和信息化教育，2021（9）：91-94.

[4] 住房和城鄉建設部關于印發“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃的通知[A/OL].（2022-03-11）[2023-09-

05].https：//www.mohurd.gov.cn/gongkai/zhengce/zhengcefilelib/202203/20220311_765109.html.

[5] 周建，潘如如，王蕾，等.紡織工程專業學位研究生的

機器視覺課程教學案例庫建設[J].輕紡工業與技術，

2021，50（10）：141-143.

[6] 朱彩霞，王聰民，馬富芹.工程認證背景下燃氣輸配課程改革與探索[J].中國教育技術裝備，2021（6）：82-84.

*項目來源：中原工學院專業學位碩士研究生課程教學案例庫建設項目“《建筑環境設備系統設計與分析》教學案例庫”（項目編號：ALK202213）。

作者簡介：朱彩霞，教授；王聰民，講師。