發布時間：2023-03-16 15:53:54
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的制冷技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
（一）包裝減量化優勢突出，節能減排效果好
重型瓦楞紙板與各類木質紙板相比，密度要小的多，與同樣厚度的普通瓦楞紙板相比，其重量也輕許多。如5層的AA型瓦楞紙板，其厚度約為10mm，與同厚度的木質包裝箱相比，全紙包裝箱重量約為其1/2，與同等厚度的普通紙板箱相比，重量也要輕近一半，但綜合抗壓性能卻能與同等厚度的木箱不相上下。從這一點上來看，大大節約了資源的使用。如某企業研發的重型瓦楞紙板托盤，使用高定量的優質防水牛皮紙制作的AAA型重型瓦楞紙板做面板，上下兩面同時包覆高性能的B型普通瓦楞紙板，腳柱采用了“回”型設計的豎楞普通瓦楞紙板支撐，四周由加強筋包裹，底部加強筋還采用了防水性能較好的10mmAA型重型瓦楞紙板進行包邊處理。同原木質托盤相比，整體重量減低了60%。從強度測試結果來看，重型瓦楞全紙托盤強度高，可以經受標準承載10倍的荷載而不斷裂。有數據統計，采用木質包裝以每年消耗1億立方米木材計算，假設其中的20%采用新型紙包裝材料來替代，每年就可以節省2000萬立方米的木材，相當于節約標準煤500萬噸，減少CO2排放1286萬噸。而這一推算也得到了實踐的證實。
（二）緩沖性能良好，使用范圍廣泛
A型瓦楞是重型瓦楞紙板的主體結構，對于精密度較高的重型設備較具較好的緩沖性能，能有效減少碰撞、沖擊帶來的損害。早在2004年，一些家電企業就嘗試在部分產品中使用重型瓦楞紙箱作為外包裝，并逐步進行推廣，節省了EPS等大量泡沫緩沖材料，目前，重型紙箱已廣泛應用于對抗沖擊和碰撞要求較高的產品包裝中，緩沖效果明顯。
（三）操作性及拆包性能好
木箱包裝在操作時需要借助特殊工具完成包裝作業，而且生產中，木箱的毛刺、鋼釘等存在安全隱患，易對設備和操作人員造成損傷。通過對重型瓦楞紙箱輔助配件的結構進行設計、改造版式設計，可使其實現和木箱一樣拆卸便捷的特點。如設計承重底座再套合重型瓦楞圍板的方法，既利于裝箱操作，且減少了不必要的工具使用，對搬運也不會造成不便。紙箱不用時，仍然可以折疊堆碼放置，存儲空間少，運輸方便，可有效降低成本。（四）耐候性好，運輸更安全在產品運輸過程尤其是遠洋運輸過程中，包裝中極易因溫差，溫度大等原因而產生水凝現象，會使電氣產品受潮或損傷。重型瓦楞紙箱由于其制造結構，使得紙板內部充滿空氣，與外部環境可以得到較好的空氣流通及熱量交換，包裝內外可以得到較好的動態溫濕度平衡，可以有效避免水蒸汽因溫度差造成的凝露現象。
二、其他制約應用的問題
首先是終端用戶對新型紙包裝材料的認識不足。部分客戶認為，紙板包裝強度差，不能達到木質包裝的強度，重型瓦楞包裝雖然性能大有提高，但用戶仍認為其紙的屬性不變，難以真正替代木質包裝。第二，重型瓦楞紙箱包裝的性能要求還有待提高，技術上需要改進。與木質包裝箱相比，防水、防潮性差是紙類包裝的劣勢，重型瓦楞包裝也不例外。這有待于在紙板涂布、復合材料技術方面加以改進。如蜂窩紙板，其邊壓強度較差，抗戳穿強度也有待提高，雖然在家電中應用良好，但還不能完全替代木箱包裝。如國內有生產企業在市場推廣中，主要瞄準的產品僅限定在300～500千克的重量范圍內。再就是目前企業的配套設備生產能力不足，材料等要求的提高也制約了重型紙板產品的開發。第三，產品標準尚需統一，企業生產經營亟待規范。當前使用的GB/T6543-2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》不適用于重型瓦楞紙箱包裝，行業也沒有對重型瓦楞紙箱做出明確的規定，標準的不健全，使得企業各自生產，只能在瓦楞紙板的定量及厚度上自定標準，一定程度上也制約了其推廣應用。
三、如何解決
要推廣重型瓦楞紙箱產品，首先企業要創新技術，提高生產能力及產品質量，要科學設計產品，不斷優化選擇工藝參數，積極進行調試設計。生產設備也要積極升級改造，以提高生產效率和產品質量，降低生產成本，拓展重型紙板產品。此外，在紙板的改性上，如防潮、防水等也要不斷研究改進。其次，要不斷宣傳瓦楞紙板包裝的優勢，改變終端產品用戶的理念。包裝企業及行業協會要宣傳綠色環保的政策及優勢，強化用戶環保意識。要改變用戶的消費理念，包裝企業也需要用高質量的紙箱解決方案讓用戶信服。當然，行業協會、政府部門也要加以引導，如用經濟補貼等方式推進“以紙代木”的踐行過程。
四、結語
關鍵詞：電冰箱壓縮機，火災，電冰箱，原因，認定方法
隨著我國經濟的飛躍發展，電子科技技術日益進步，各種家用電器社會擁有量急劇增加，消費觀念也在轉變，電冰箱是常見的小型制冷設備，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，已逐步進入人們家庭，成為常用家電之一。由于電冰箱引起的火災卻不多見。自2009年至今紫金境內發生過一起電冰箱壓縮機故障引發的火災。針對目前電冰箱火災調查應該加強和注意的問題作一歸納，望有益于消防事業。
一、 電冰箱工作原理
電冰箱是采用壓縮機為制冷動力，壓縮機將制冷劑進行循環壓縮，當制冷劑由毛細管流入蒸發器時，制冷劑膨脹蒸發，產生物理吸熱；當當制冷劑通過回流管和壓縮機再回到再回到冷凝器時，產生物理散熱。
電冰箱制冷系統核心部件是壓縮機，大部分冰箱都是采用封閉式壓縮機。壓縮機由壓縮機主體和電動機本體兩部分構成，兩者合二為一密封為一個鋼制機體內。主要由汽缸、活塞、曲軸和連桿以及進、排氣閥組成，可以實現吸氣、壓縮、排氣、膨脹四大功能。
二、電冰箱引起火災的原因
電冰箱引起火災原因歸類起來主要有以下兩個方面。
1. 電氣方面的原因
主要是電源線選擇鋪設不當、插頭與插座接觸不良或插頭損壞造成短路起火等系列原因。
2. 壓縮機故障引起
因轄區內一起電冰箱火災經物證司法鑒定所鑒定為壓縮機故障引起火災，我主要針對此次火災調查情況進行論述：
（1）壓縮機吸氣、排氣閥片碎裂或變形，高低壓室隔墊損壞，造成壓縮機內部漏氣。
（2）壓縮機工作時電源被持續切斷、接通。而這種情況一般處于電冰箱使用時間長、被淘汰后的冰箱被維修翻新后重新使用正常工作中的電冰箱，其制冷系統內的壓力差頗丸壓縮機吸氣端的壓力招高于0。098兆帕（1大氣壓），而排氣側的壓力則高達1.177～1.275兆帕（相當于12～13大氣壓）。壓縮機剛停止時，其兩端仍保持著這個壓力差，如果馬上再啟動，就必須有一個較大的啟動力矩來克服這個壓力差，從而迫使電動機的啟動電流劇增，約超出正常值10偌，溫度升高，在這種情況下，電動機很有可能被燒毀而起火。
（3）壓縮機高壓排氣緩沖管斷裂，運轉時噪音明顯增大，此時壓縮機運轉電流低于額定值。
（4）壓縮機避震彈簧與外殼脫鉤或斷裂，使壓縮機在啟動和停機時，機殼內發生金屬敲擊聲和振動噪聲。免費論文。
（5）壓縮機抱軸或卡缸。由于曲軸配合間隙太小，冷凍機油過少有沉淀、油質太差以及吸油不順，升溫造成的。
三、認定要點和依據
認定火災原因時，對現場進行細致勘察，并提取物證，提取物證時必須要有證人和第三人在場并在物證帶上簽字，和填寫提取物證清單和當事人簽字。首先要判定起火特征，電冰箱本身故障引起火災，則在確定起火點的前提下，對電源插頭、插座及內部開關、壓縮機作為檢查對象。通過轄區內電冰箱火災調查概括為：現場首先勘察火勢蔓延的方向，并對燃燒的物體倒向進行勘察和拍照，逐步確定一個起火范圍，將起火范圍確定為電冰箱，隨后對電冰箱進行細致勘察及拍照，電冰箱外殼已經完全碳化，而燃燒痕跡從底部壓縮機位置向冰箱四周擴散，隨后提取了被燒毀的冰箱以及其他物證，送往司法鑒定所進行鑒定。免費論文。
鑒定結果為：
1．冰箱殘骸高溫過火嚴重，底部鐵甲完全銹蝕，電源線路部分保留有絕緣皮，絕緣皮表層燃燒碳化，內層為原材料，線路全線未發現熔痕。免費論文。
2.壓縮機表面高溫過火，表層銹蝕，外接毛細管，其毛細管有膨脹熔痕，其熔化部分金相組織為胞狀晶，未熔化部分組織為等軸晶。
3.對壓縮機進行切割，其內部結構保持原狀，油完全變色，碳化嚴重，電機繞組相間值很小，嚴重偏差。
4.繞組銅絲，其表面附著有油碳化物，其金相組織為等軸晶，其受高溫作用發生再結晶。
四、結束語
通過此次鑒定更加明確了電冰箱起火位置和原因，成功避免一起民事糾紛，也為以后電冰箱火災調查工作奠定了一定基礎。在電氣火災物證的現場提取及火災物鑒定所鑒定，常見絕緣導線短路、過負載、漏電等電致起火機理的研究，以及如何結合實際情況，對所認定的火災原因進行恰當表述等方面都還有待進一步加強和完善。
參考文獻：
《火災痕跡物證與原因認定》（吉林科技大學出版社）
通過對影響蒸發器換熱量的講因素??膨脹閥開度、空氣溫度、風量、蒸發溫度、和冷凝溫度等參數的分析，得出了不同參數對系統的影響和調節特性，提出了新的更適合于制冷系統的控制方法??風量控過熱度、開度控室內溫度的獨立 控制原理和方法，這種控制方法更適合用于制冷空調系統。
關鍵詞：蒸發囂 電子膨脹閃工調節特性 控制方法 獨立控制 符號
CD??開度系數
Z??軸向長度，m
Te. Tc??蒸發、冷凝溫度，℃
Tin??室內溫度，℃
Tα??換熱器進口風溫，℃
Fi??壓縮機頻率，Hz
Gr??制冷劑流量，kg/s
Gα??風量，m3/h
Tsu??過熱度，℃
Tsb??過冷度，℃
Q??換熱量，kW
ρ??介質密度，kg/m3
P-壓力，Pa
h??介質焓，J/kg
A??管內截面積，m2
S??管內截面周長，m
A（z）??開度對應的截面積
d??管徑
τ??管內表面切應力，N/m2
q??熱流密度，W/m2
α??兩相流空泡系數
g??重力加速度，9.8m/s2
u??流速，m/s
Ov??電子膨脹閥開度
下標
l??液相制冷劑
v??汽相制冷劑
a??空氣
1.引言
隨著制冷空調技術的迅速發展，空調器正在從傳統的單室內機、單室外機的結構逐漸向單室外機多室內機及多室內機和多室外機系統發展，系統結構逐漸趨于復雜，具有代表性的變流量制冷系統（Variable Refrigerant Volume Air - conditioning System, 簡稱VRV）也從單元變流量制冷系統（SVRV）向多元變流量制冷系統發展（MVRV）[1-3]。對于多室內機的熱回收系統來說，室內機可能同時做冷凝器或蒸發器使用，而且隨著人民生活水平的提高，對室內熱舒適性也提出了更高的要求，傳統的一些控制方法已不能再適應新空調系統的需要。由于系統的復雜程度的增加，傳統的一些基于制冷空調系統整體的控制算法都由于其兼容性和可擴展性等因素而受到了很大的局限，因此各室內機和室外機獨立控制的思想已經被引入到制冷空調系統的控制之中，一些控制理論和算法如矩陣電子控制算法、人工神經元算法和模糊控制算法都已經被引用到實際的制冷空調系統中[4-8]。為使制冷空調系統能安全穩定的運行，除了在控制技術上提高之外，更要注重研究制冷空調系統本身的運行調節特性。本文在通過分析系統在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內溫度、室內機風量、蒸發溫度、冷凝溫度等對室內機換熱的影響的基礎上，得出了室內機的調節特性，找出了對室內機制冷模式下更合理的控制策略。
2.數學模型
2.1 電子膨脹閥
電子膨脹閥是通過步進電機等手段使閥芯產生連續位移，從而改變制冷劑流通面積的節流裝置。研究表明，電子膨脹閥的流量特性可借鑒熱力膨脹閥的研究成果[9-12]，其模型描述為：
能量方程：
hin=hout
(1)
動量方程：
2.2 蒸發管路及蒸發器模型
2.2.1管內制冷劑側穩態模型
在VRV空調系統中，由于膨脹閥可能設置在離蒸發器較遠的位置，節流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進入蒸發器，所以在該段管路及蒸發器內部的大部分區域制 劑處于兩相流動狀態；當液體過冷度較小時，由于管道阻力及上升立管中重力的影響，液態制冷劑將會出現閃蒸，閃蒸之后管路內的流動也為氣、液兩相流動；當室內換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過冷度時，膨脹閥之后的高壓液體管內仍然可能呈氣、液兩相狀態。在制冷空調領域內，蒸發管路內制冷劑兩相流呈環狀流[13,14]，故本文以環狀流建模。因制冷劑蒸發現象可能發生上述管段的任何位置，建模時必須在動量議程中考慮重力項。
能量守恒議程：
整理上述議程，分別得到氣、液兩相流的質量守恒方程和動量守恒方程。
質量守恒方程：
動量守恒方程：
式中 Ρtp=αρv+(1-α) ρl是微元管段中兩相流體單位容積的質量，稱為兩相流體的密度。
在式（3）～（5）中存在P、α、uv和u1四個未知數，方程無法封閉求解。傳統的方法采用空隙率經驗公式作為補充方程，使方程封閉。但目前還不存在公認準確的空隙率模型計算公式；本文采用文獻［4］所提出的兩相界面關系方程使方程封閉。
氣、液兩相界面關系方程：
在式（3）～（6）四個方程中，共有P、α、uv和u1四個未知數，方程組封閉可解。
2.2.2 空氣側換熱模型
因橫流蒸發器外側的空氣流速較低，一般Re＜2000，且蒸發器沿氣流方向的管排數較少，故忽略空氣側壓降，只考慮質量守恒和能量守恒方程。
質量守恒方程：
能量守恒方程：
3.調節特性
數值求解蒸發管路和電子膨脹閥的數學模型，可以得出系統的仿真特性。對于選定的系統來說，換熱器的幾何參數為定值，是一個不可調的參數。因此，影響電子膨脹閥－蒸發器部分換熱效果的因素主要有電子膨脹閥開度、換熱風量、冷凝溫度、蒸發溫度、室內環境溫度、換熱器幾何參數。
3.1 膨脹閥開度對蒸發器換熱量的影響
如圖1所示，當系統風量為600m3/h其他參數不變時，蒸發器換熱量隨膨脹閥相對開度的變化曲線。
圖1 換熱量隨膨脹閥相對開度變化曲線
當電子膨脹閥開度很小時，通過蒸發器的制冷劑流量也很小，制冷劑很容易在蒸發器內變成熱氣體，在蒸發器出口處有一定的過熱度，蒸發器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因為制冷劑流量隨電子膨脹閥開大而增加，在換熱條件仍能保證蒸發器出口制冷劑過熱時，出口制冷劑焓值變化不大，所以蒸發器的換熱量也隨流量的增加而逐漸增加。當膨脹閥繼續開大，制冷劑流量增大到一定程度以后，換熱條件已經不能使制冷劑出口有過熱度，出口已經處于兩相區，管外空氣側的流量和換熱系數基本為定值，制冷劑流量的增大造成出口干度的降低，但管內制冷劑的換熱系數會有所上升，因此，蒸發器換熱量只隨電子膨脹閥相對開度的增加略有上升。這說明，在蒸發器出口有過熱度的情況下，通過調節電子膨脹閥的開度來調節蒸發器的換熱量的效果是很明顯的，而當蒸發器出口已出現回液的情況下，通過調節電子膨脹閥的開度來調節蒸發器的換熱量收效甚微。
3.2 室內機風量對蒸發器換熱量的影響
換熱量隨室內機風量的變化曲線如圖2所示，當風量很小時，不能使管內的制冷劑完全蒸發，蒸發器出口有一定的回液，隨著風量的增加，管外的換熱系數也逐漸增加，空氣帶走的熱量增多，因此蒸發器出口處的制冷劑干度也逐漸增加，制冷劑在蒸發器進出口的焓差逐漸增大，在制冷劑流量不變的情況下，換熱量逐漸增大，當風量增大到一定程度以后，蒸發器內的制冷劑能夠完全蒸發，風量增加使制冷劑只能進行顯熱交換，出口焓值變化已經不大，所以換熱量隨風量增大而略有增加。
圖2 換熱量隨風量變化曲線
3.3 冷凝溫度對蒸發器換熱量的影響
在其他因素不變的情況下，冷凝溫度、冷凝壓力的變化主要通過影響制冷劑流量來影響蒸發器的換熱量，如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高，電子膨脹閥的進出口壓差也隨著增大，在蒸發器能夠保證制冷劑完全蒸發的情況下，制冷劑流量的增加也就意味著蒸發器換熱量的增加。
圖 3 換熱量隨冷凝溫度變化曲線
3.4 蒸發溫度對蒸發器換熱量的影響
在其他因素不變的情況下，蒸發溫度、蒸發壓力的變化從兩個方面來影響蒸發器的換熱量，一方面隨著蒸發溫度（蒸發壓力）的升高，電子膨脹閥的進出口壓差減小，使得通過電子膨脹閥的制冷劑流量減小；另一方面，蒸發溫度的升高，使得制冷劑與空氣的換熱溫差減小，也使換熱效果降低。兩個方面的因素共同使蒸發器的換熱量隨著蒸發溫度的升高而降低。如圖4所示。
圖4 換熱量隨蒸發溫度變化曲線
3.5 室溫對蒸發器換熱量的影響
室內溫度對蒸發器換熱量的影響如圖5所示。室內溫度就是蒸發器空氣側的入口溫度，當蒸發溫度一定時，室內溫度主要影響管內外的換熱溫差，由于經過蒸發器冷卻，空氣溫度最多只能降低到蒸發溫度，所以當風量一定時也決定了蒸發器的最大換熱量。當室內溫度很低時，蒸發器內的制冷劑不能完全蒸發，蒸發器出口有回液現象，隨著室內溫度的上升，換熱器的換熱量也逐漸上升，蒸發器出口的制冷劑干度也逐漸上升；當室內溫度上升至一定值時，制冷劑能夠完全蒸發，蒸發器出口有一定的過熱度，由于制冷劑溫度最高只能升到室內溫度，制冷劑的在蒸發器出口的焓值變化很小，換熱量隨室溫的增加略有上升。
圖5 換熱量隨室溫變化曲線
3.6 調節參數的聯合影響
影響蒸發器換熱量的參數中蒸發溫度和冷凝溫度是表征系統運行的參數，不能直接作為調節參數，室內溫度是被控對象；如果系統正常運行，還需要蒸發器出口制冷劑保持一定的過熱度以防止回液。因此，要控制的參數是室內溫度和過熱度，能作為調節參數的只有室內機風量和電子膨脹閥開度。室內機風量和電子膨脹閥開度對室內蒸發器的聯合影響結果如圖6所示。
圖6 制冷量、過熱度隨膨脹閥開度和室內機風量的變化曲線
電子膨脹閥和蒸發器聯合工作輸入、輸出狀態方程可以用下式來表示：
結合前面的分析可以發現：
(1) 當蒸發器出口制冷劑已經過熱時，因制冷劑出口焓值變化不大，電子膨脹閥所決定的制冷劑出流量是決定換熱量的主要因素；風量對換熱量不大，而對過熱度影響較大。各調節手段民對應的控制對象之間可近似認為是相互獨立的，此時B（t）是對角占優的。
(2) 當蒸發器出口為兩相流時，蒸發器空氣側進出口溫差基本為定值，換熱量主要由風量決定，電子膨脹閥開度對換熱量影響不大，但進、出口焓差與流量近似成反比，對出口干度的影響較大。室內機風量對過熱度同樣有較大的影響。此時B（t）是上三角矩陣。調節手段對控制對象的影響是有一定的耦合度的。
(3) 只要保證蒸發器出口為過熱狀態，就能實現調節手段與控制對象之間的獨立調控。而在制冷空調系統中，保證蒸發器出口過熱又是保證系統正常運行所必需的條件之一。所以在過熱度優先控制的模式下，獨立調節是可以實現的。
(4) 在蒸發器出口未過熱的情況下，調節風量和調節膨脹閥開度對過熱度有同等程度的影響。仍可以采用風量控過熱度優先的方法，同時用膨脹閥開度來改善風量對過熱度的調節，獨立控制與適當的耦合也能取得同樣效果。
根據上述分析，提出了風量Gα控制過熱度Tsu，電子膨脹閥開度Qυ控制室內溫度Tin的控制策略。
5.結論
在兩個優先原則下，可以實現室內機風量與電子膨脹閥開度對室內溫度與過熱度的解耦控制，獨立控制策略是可以實現的；獨立控制策略可用于復雜的系統，可對整個系統采用分布式控制模式；獨立控制策略便于實現模塊化，不會因系統形式的改變而對控制方法產生較大的影響；獨立控制策略有較強的可擴展性，不會由于系統的復雜而增加控制部分的成本。
參考文獻
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新風直接供冷、蒸發冷卻和夜間通風蓄冷這三種供冷方式屬于節能、環保型供冷方式，復合通風空調系統就是將這三種供冷方式應用到常規空調系統中改造而成的，在確定復合通風空調系統高溫期的運行方案時，冷水機組運行能耗是一個主要的指標，系統的運行方式不同，其能耗亦不同。因此，在評價各個系統方案時，其運行能耗比較應是在其優化運行時得到的數值。本章通過建立其能耗數學模型，對復合通風空調系統部分供冷期的運行方案進行優化，得到系統在不同負荷率的情況下使得系統能耗最小的最優方案。并以此作為方案選擇的重要依據。
關鍵詞 復合通風空調系統 能耗 運行 優化
中圖分類號：TM925.12 文獻標識碼：A 文章編號：
1 復合通風空調系統
本文中的復合通風空調系統由以下三部分組成：
1）常規全空氣空調系統，風機采用變風量運行。稱此系統中的風機為S1風機。
2）間接蒸發冷卻系統，自帶冷卻塔和水泵以提供冷卻水，將冷卻水送到辦公樓每層空調機組中的間接蒸發表冷器，它與常規的全空氣空調系統的表冷段串聯在一起。對于本論文中的辦公建筑，根據每層間接蒸發表冷器所需的循環水量，選用了五臺與機組配套的冷卻塔和一個冷卻水泵，置于辦公樓的屋頂。當室內處于部分負荷時可以完全代替空調機組，當單獨運行不能滿足室內負荷要求時可以用作新風預冷。系統初步方案原理圖如圖1。
3）新風系統，包括一個空氣過濾器和一個送風機，置于空調機房內，通過吊頂送入室內，只對空氣進行過濾而不進行熱濕處理。稱此風機為S2風機，風機采用定風量運行。
圖1 復合通風空調系統原理圖
Fig.2-8 The sketch of compound ventilation air-conditoning system
2 優化模型的建立
2.1 優化思想
最優化是人們在工程技術、科學研究、經濟管理、交通運輸和國防等諸多領域中經常遇到的問題，它討論決策問題的最佳選擇之特性，構造尋求最佳解的計算方法，研究這些計算方法的理論性質及實際計算表現[1。2]。
最優化技術是從所有可能方案中選擇最合理的一種以達到最優目標的科學。這種技術是近二、三十年來隨著電子計算機的普遍應用而發展起來的。人們能夠對各類較大規模的優化問題利用計算機實施求解，使最優化方法成為工程設計、決策管理的一種實用工具[3.4]。
本文應用最優化技術是想針對供冷期中蒸發冷卻、夜間通風蓄冷和新風直接供冷無法滿足的時刻，給出這些時刻的最優運行方案，所謂最優，即能耗最小，因為最大限度的降低空調系統能耗是本論文的研究目的。故本文的優化目標為系統能耗。
本文針對哈爾濱工業大學碩士學位論文[5]中整個辦公樓的設計負荷值，在該論文中已經通過比較計算確定了供冷期部分時間段的運行方案，剩余時間段將在K3方案和K4方案[5]之間進行選擇，也就是說在單純冷水機組制冷和有間接蒸發冷卻預冷的冷水機組制冷之間進行選擇。人工冷源選擇了三臺冷水機組，那么在不同負荷率的情況下，采用哪種方案以及這兩種方案中開啟哪幾臺冷水機組能耗最小呢？這就是本文想通過優化計算得到的結果。
2.2 數學模型
在供冷期的剩余時間內，不管采用哪種方案，系統均采用100%定風量（最小新風比）運行，故送風系統和排風系統部分的能耗為定值，即在能耗優化模型中這部分能耗是個常數。
對于冷水機組，本文選用螺桿式冷水機組作為空調系統的冷源，其部分負荷性能參數[6]見表1。根據設計負荷的大小，冷水機組的臺數一般為2~4臺，在此選擇三臺機組進行組合，機組的選擇不考慮任何附加因素，即以設計負荷作為確定冷水機組型號的依據，其性能參數（參考開利23XL型產品）列于表1中。
表1 螺桿式冷水機組部分負荷性能參數
Table 4-1 perrormance parameters of part load of screw compressor refrigerating machine
表2 冷水機組的選擇
Table 4-2 selection of screw compressor refrigerating machine
由于本文的目的是對復合通風空調系統和常規全空氣空調系統的運行能耗進行對比分析，為簡化計算，現做如下假設：
1）冷水機組負荷率可在100%~10%之間無級別調節；
2）忽略系統的熱惰性，認為空調動態負荷即為冷水機組和間接蒸發冷卻系統所承擔的負荷；
3）空調負荷各子區間的功率百分比為該區間最大負荷率所對應的數值。
由于本文供冷期方案的選擇是以整個辦公樓能耗最小為目的，故以整個辦公樓每小時的能耗為單目標函數建立其數學模型。
系統運行能耗的優化模型表達式如下：
系統能耗=冷水機組運行能耗+間接蒸發冷卻系統運行能耗+風系統運行能耗
=（冷水機組能耗+冷凍水泵能耗+冷卻水泵能耗+冷卻塔風機能耗）+（間接蒸發冷卻系統水泵能耗+5×間接蒸發冷卻系統冷卻塔風機能耗）+（S1送風機能耗+排風機能耗）
初步得出運行方案能耗優化目標函數式見公式（1）。
式中、――為整型變量，取0或1。取0表示關閉，取1表示開啟；
――冷水機組每小時能耗（kWh）；
――與冷水機組配套的冷凍水泵每小時能耗（kWh）；
――與冷水機組配套的冷卻水系統每小時能耗（kWh）；
――間接蒸發冷卻系統冷卻水泵每小時能耗（kWh）；
――間接蒸發冷卻系統冷卻塔風機每小時能耗（kWh）；
――辦公樓風系統總能耗（kWh）；
――冷水機組的額定功率（kW）；
――功率百分數，即部分負荷時，冷水機組的輸入功率占額定功率的百分數（%）；
――冷凍水泵的電功率（kW）；
――冷卻水泵電功率（kW）；
――間接蒸發冷卻系統冷卻水泵功率（kW）；
――間接蒸發冷卻系統冷卻塔風機功率（kW）；
――送風機S1的功率（kW）；
――排風機總功率（kW）
式中下標i表示第i臺冷水機組及其配套的冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機的性能參數。冷水機組及其冷凍水和冷卻水系統的各項能耗計算公式見文獻[5]。
因為是負荷率的函數，將表4-1的螺桿冷水機組部分負荷性能參數繪制成曲線發現，該性能曲線近似于拋物線，故用二次回歸曲線對此進行擬合，冷水機組性能回歸曲線方程[7]見公式（2）：
式中――第i臺冷水機組在部分負荷時的制冷量（kW）；
――第i臺冷水機組的額定制冷量（kW）；
――冷源的額定制冷量（kW）；
――第i臺冷水機組的負荷率（%）；
――第i臺冷水機組在部分負荷時的制冷量與冷源額定制冷量之比
根據上述分析，得到最終的能耗優化數學模型見公式（5），其約束條件見式子（6）。
（5）
【關鍵詞】 建筑結構；內嵌管道式；空調系統；
生活水平的提高使得人們開始向室內環境的舒適性進行研究。人類在不斷的發展過程中，經歷了無數種利用建筑結構來調節室內空氣的方式。其中，炕就是調節室內溫度的一種應用結構，同時它也是一種非常典型的利用低品位能源來有效改善室內空氣的建筑技術。而近幾年由于機械工業制冷技術的不斷發展與完善，機械式空調改善系統在生活中的應用也逐漸普遍起來了。這無疑會導致我國建筑耗能的不斷增加，另外，全球氣候變暖以及自然燃料物質的減少使得各個專家和研究者都在尋找新的低耗能技術，用以降低高品位能源的消耗，著重提高能源使用效率，縮減資源能源耗用成本。
低品位能源主要有地下水、夜間冷風、以及地下熱源等等。其中有些低品位能源不需要進行機械來提供動力就可以達到收散能量的目的，例如，對夜間自然通風能源的利用就不需要外部機械來助力。而有些低品位能源的利用則需要有機械來提供動力，例如，水泵輸送流體等，通過機械提供的動力將流體進行冷熱量的交替循環，達到室內所需最適環境。總的來說，低品位能源的利用可以有效減少對常規機械空調系統的利用率，既能降低高品位能源的消耗又能有效的節約經濟成本。
一、主動式利用低品位能源的內嵌管道式建筑結構的來源
在樓層的樓板、墻體、以及天花板處都有些許多內嵌管道，通過這些管道的循環流通，可以使管道內部流體進行冷熱量的循環交替，在實際的管道利用中即使管道內部只有微小的溫差也可以通過構建多個管道或者有效增大交換面積來實現對冷熱量的大量收集，從而實現大量熱能的交替循環。這就是通過內嵌管道來收集低品位能源進行室內空氣有效調節的基本原理。由于這種內嵌管道需要機械水泵來提供水循環的動力，因此，就將這種運作結構稱為主動式利用低品位能源的內嵌管道式建筑結構。這種建筑結構在西方國家的運用非常廣泛，下面就通過對這種內嵌管道式空調系統的性能應用以及種類分析進行簡單的闡述。[1]
二、內嵌管道式空調系統的類型及運用
內嵌管道式建筑體系就相當于一個能量交換器，它主要通過在管道中注入的水來與周圍環境介質進行能量的交換。內嵌管道式建筑結構中采用的管道有三方面的應注意事項。其一，是管道材料的選用標準，管道是提供水熱能傳輸的最重要載體，因此，管道材料的選用必須能保證其高效率的導熱性，另外，管道是鑲嵌在建筑物之間的，這必須要保證管道的耐壓耐抗性能，同時管道的使用壽命也必須依據建筑物的使用而確定。其二，管道的管徑也應按一定的標準來選用，在流量同等的情況下要通過適當的減小其摩擦阻率來減少水泵的壓頭，同時要保證管道內部的流體處于紊流的狀態下進而維持水和管道內部的高效率導熱性能。其三、管道內部的熱水或者冷卻水一般是采用地下熱源交換器、地下熱源、以及制冷機制冷等來產生。
1.開式系統外加冷卻塔裝置
內嵌管道式空調開式系統通常采用濕式冷卻塔來制造冷卻水。在實際的運用中，當管道周圍的環境溫度較低時，可以利用濕式冷卻塔來制備冷卻水，這種系統通常在夜間運作，當樓板或者天花板經管道水循環來達到降溫的目的時，內嵌管道中的流體會將熱量帶走，最后經過冷卻塔時實現流體的冷卻。
一般來說，樓板、天花板、以及墻體都具有很大的熱容性質，它可以在夜間積累冷能量供白天室內空氣制冷使用，而白天管內水又會吸收室內人員散發出的熱氣，這就會使得室內的空氣白天夜間都處在適度的范圍之內。而在白天時，樓板或者天花板會將這些積累后的熱量順管道流體吸收后進入冷卻塔，繼而排放出去轉供第二天使用。這種管道水循環式的交換體系可以將白天不需用的熱量轉化，實現了對低品位能源的有效利用，降低了傳統空調系統中的高耗能。這種開式系統的效率雖然很高，但是在管道內部污垢處理方面卻遠不如閉式系統。[2]
2.閉式系統外加制冷、熱泵裝置
閉式系統中的管道內部循環水也可以經由制冷機來制備。首先，制冷機應提供給管道水循環系統高于其樓板表面空氣的露點溫度，這是為了有效防止天花板頂部結露而設的，其中循環水的溫度可以低至于13度，這時制冷機會蒸發導致溫度提高，極大的提升了制冷機的局部運行效率。與此同時，當房屋需要供熱時，可以利用熱泵來提供較低溫度的熱水，還可以與冷卻塔裝置并駕運行。[3]
在夜間時，如果管道周圍的溫度比較低，則可以將冷卻塔裝置投入使用，通過制備冷卻水來有效的調降天花板的熱度，并且可以將冷能量存儲留至第二天白天使用。同樣的運行方式，當白天室內溫度過高時，要及時的將制冷設備投入制冷中，制備低溫循環水以供天花板與樓板的耗用，以保持室內環境的舒暢。
綜上所述，建筑結構內嵌管道式空調系統是一種不同于常規的新式空調系統，它主要是將空調系統中的管道結構設計在樓板或者天花板的混凝土中來增加管道內流體與混凝土之間的換熱面積，這樣做的優勢在于當換熱的溫差過小時依舊可以獲取較大的換熱量。而在實際中，我們可以通過利用溫度微高的冷水來運用于夏天的降溫，利用溫度較低的熱水來應用于冬天的供暖，二者則可以通過低品位能源來進行獲取。其中，能夠提供這種空調系統的低品位能源主要是地下水、夏季自然冷源以及地下熱源等等。另外，這種新式空調系統還需要水泵等提供動力的機械來保證其內部液體的循環運輸，不僅大大降低了對高品位能源的消耗，還具有非常大的經濟利用價值。
參考文獻
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關鍵詞：埋管式地源熱泵，煤礦，設計，理論模擬
采用埋管式地源熱泵系統可大量降低運行費用，比傳統冷水機組和空氣源熱泵少30%，比電采暖少70%。能效比一般為4~6。在我國低碳節能的政策引導下，埋管式地源熱泵在民用建筑小區的應用已經日漸廣泛，但是在煤礦等生產廠區使用該技術的并不多。本文將從幾個方面分析一下該技術在煤炭上應用的可行性與適用條件。
1埋管式地源熱泵在煤礦應用的優點
（1）系統不燃油、不燃氣、不燃煤，以便使煤礦本身節省能源，為市場提供更多優質煤。（2）系統可建造在煤礦的廠區，安裝在綠地、停車場下，無燃燒，無排煙，也無廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地。（3）熱泵既可供暖，又可制冷，制冷時產生的余熱還可提供生活生產熱水或為游泳池加熱，最大限度的利用了能源。對于煤礦這種建筑類型較復雜的地方比較實用。（4）埋管式地源熱泵的水系統采用全封閉循環，借助于地下土壤源溫度場取冷或散熱，不蒸發、不補水、循環往復，對于偏遠缺水的煤礦來說較實用。（5）系統運行穩定，維護費用低，自動控制程度，無需專業人員操控。（6）系統不用冷卻塔，從根本上杜絕了軍團菌的滋生，對于煤礦工人特殊的工作環境，地上的非工作時間可以得到舒適的溫濕度潔凈環境，有利于身心健康。（7）埋管式地源熱泵系統使用壽命可長達五十年，在煤礦的正常使用年限中無需更換。（8）系統無易燃、易爆隱患，在煤礦的特殊環境中安全始終是第一位的，使用這種系統更實用、放心。（9）系統不需要鍋爐房、冷卻塔及其它室外設備，不需要集中占地，為煤礦節省了地皮，產生附加經濟效益[1]。
2埋管式地源熱泵在煤礦中應用帶來的長期效益
對于煤礦來說地下水資源尤其不能破壞，埋管式地源熱泵系統就具備這種優勢，以土地為熱源，不破壞地下水資源、低噪音，而且不排放廢氣和廢棄物，具備零污染的良好環保品質。
2.1彌補地下水資源短缺
我國地下淡水資源量為694km3,僅占世界地下淡水資源的0.6/10000。論文參考網。同時,由于我國地形、降水分布的地域性差異,使我國地下水資源具有南方豐富、北方貧乏的特征。地下水分布的不均勻性,為普遍地推廣與應用地下水源熱泵帶來地域的局限性。
2.2緩解地下水超采
地下水超采是指兩部分:一是淺層地下水超采;二是深層承壓水超采。進入21世紀后,地下水源熱泵系統在我國的發展十分迅速,其應用日益廣泛。目前,有的部門和地區制定實施了一系列優惠政策和措施,使地下水源熱泵系統的應用更為廣泛。在這種形勢下,我們更應該注意到地下水的雙重性,它不僅是地下水源熱泵優良的源與匯,而且是一種寶貴的資源,是人類賴以生存的最重要的基本物質之一。
為此考慮在水源稀缺的地方盡量采用埋管式地源熱泵這種形式，高效環保，對地下水層也無破壞，可以保護人類的寶貴水資源，而且土壤熱能是一種取之不盡用之不竭的可再生資源，使人類社會與自然環境協調發展,事在當代,功在千秋。
3 埋管式地源熱泵系統設計的幾大要點
3.1冷熱負荷及冬夏季地下換熱量計算
冷熱負荷計算與常規空調系統冷熱負荷計算方法相同，參考有關空調系統設計手冊，不再詳細說明。
夏季地下換熱量=夏季設計總冷負荷×(1-1/設計工況下熱泵機組的制冷系數)，
冬季地下換熱量=冬季設計總熱負荷×(1-1/設計工況下熱泵機組的供熱系數)，
3.2確定地下換熱器設計參數
埋管式地源熱泵系統地下換熱器一般采用垂直或水平布置方式。水平布置受可利用土地面積的限制，且換熱性能比豎埋管小很多，所以在實際工程中，一般采用垂直埋管布置方式。垂直埋管有3種形式： U型管、套管型、單管型。套管型的內、外管中流體熱交換時存在熱損失；單管型的使用范圍受水文地質條件的限制；所以一般選擇U型管[2]。地下換熱器設計是關鍵，國內外已有許多關于這方面理論研究，主要是數值模擬。論文參考網。通過模擬確定幾大參數。
U型管理論推導過程一般為：（1）某地區土壤初始溫度模擬；（2）U型地埋管換熱器傳熱分析；（3）建模假設:在不影響工程精確度要求的前提下做合理的加設以使復雜問題簡單化；（4）建立物理模型:因為土壤各個層面的傳熱特性不一致，將土壤分為三層：地表活動層、中層區和深層區進行處理[3]；（5）建立數學模型:在這個階段要進行熱傳遞方程的推導、對流、導熱的分析以及對土壤的固態、液態以及氣態并存的狀態分別進行考慮；（6）輸入實地測得的初始數據通過集成分析活應用大型集成軟件進行分析求解[4]。
通過以上的理論模型得出比較合適的地下換熱器參數，如：管材（綜合考慮其傳熱性能耐腐蝕性以及經濟性）、管徑、鉆井深度（既考慮熱效率也要考慮經濟實用性）、U型管間距、鉆井間距（考慮其熱干擾）、管內流速、管長等。同時，豎井個數的確定可參照下式：
豎井總數的確定按下式計算:豎井總數=0.5×豎井埋管總長/豎井深度
3.3水泵的選擇
同程系統中，選擇壓力損失最大的熱泵機組所在環路作為最不利環路進行阻力計算。可采用當量長度法，將局部阻力件轉換成當量長度，和管道實際長度相加得到各不同管徑管段的總當量長度，再乘以單位壓降，得出總阻力[5]。計算所得最不利環路壓力損失，再加上熱泵機組、平衡閥和其他設備元件的壓力損失，確定水泵的揚程，考慮一定的安全裕量。
4小結
由以上所述可得，埋管式地源熱泵系統在煤礦中應用是有其適用性的而且有其不可取代的優點，而且通過理論模擬能更好地為設計服務、提高熱效率。論文參考網。在煤礦的綜合樓及辦公樓、宿舍樓系統中，系統的供冷量遠大于供熱量，導致地下熱交換器十分龐大，價格昂貴，為節約投資或受可用地面積限制，地下埋管可以按照設計供熱工況下最大吸熱量來設計，同時增加輔助換熱裝置（如冷卻塔＋板式換熱器，板式換熱器主要是使建筑物內環路可以獨立于冷卻塔運行）承擔供冷工況下超過地下埋管換熱能力的那部分散熱量。
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論文摘要：從辦學思路、教材設置、師資結構等方面討論了目前高校建筑環境與設備工程專業中出現的問題和應改革的內容;結合中南大學建筑環境與設備工程專業教學實踐,提出了明確辦學思路、強調專業特色、加強實踐環節等方面的專業教學體系改革的思路。
科學技術是第一生產力,是推動社會進步的巨大動力。人是從事科學技術的主體,因此當今社會的競爭就是人才的競爭。而人才核心競爭力的培養,主要來源于大學教育。為了適應社會的發展,教育部在上世紀末對大學很多專業都進行了調整,包括建筑環境與設備專業。論文百事通建筑環境與設備工程專業是根據教育部1998年頒布的全國普通高等學校本科專業目錄,將“供熱通風與空調工程”和“燃氣工程”兩專業合并,調整、拓寬組建而成的新專業[1]。該專業以培養從事工業與民用建筑室內環境及建筑設備、公共設施、建筑熱能供應系統的設計和建筑自動化與能源管理工作的人才為目標。這次調整,不是簡單的合并,而是產生了一個面向21世紀新的專業學科。近年來,該專業如雨后春筍般在全國范圍91所各類眾多高校中涌現出來,問題也隨之凸現。筆者認為有必要進行深入的、切實可行的教學改革。
一、主要凸現的問題
(一)辦學思路不清晰
雖然很多學校秉承了“厚基礎、寬口徑”的辦學思想,在教學內容上增加了建筑環境、建筑熱能供應以及建筑自動化等方面的知識,并把建筑環境學列為了專業的平臺,搭建了新的本科專業的框架體系。但是“厚而寬”不是“大而全”。知識口徑的拓寬不是各種知識的堆積和羅列。專業的辦學首先要服從于所在大學的辦學思路,即學校的定位。一般院校和重點院校不同,創新型大學與研究型大學和綜合型大學也不同。如果全國九十一所建筑環境與設備專業的教學體系都參照某一兩個名牌大學的教學體系,那么這樣的后果是顯而易見的:一,專業建設沒有或者散失了原有專業的特色;二,專業培養出來的人才也沒有特色。
(二)教材建設的質量不容樂觀
目前圍繞建筑環境與設備專業的教材種類繁多,質量參差不一。教材是教學內容的具體體現,教學體系中的教材應該具有知識的系統性、延續性和完整性。而不是各個知識塊之間簡單的粘貼或移動的關系。以《暖通空調》為例,集結了原來供熱、供燃氣及通風空調工程專業的主要專業課:《空氣調節》、《工業通風》以及《供熱工程》的主要內容。剔出了三門課管網輸配的交叉部分,而另設了一門課:《流體輸配管網》。但就這兩門課程的教材來看,共同的缺點是把原來空調、通風和供熱三門課的三個系統簡單地歸類總結,系統總結有余,闡述不足。使得在具體教學過程中,出現老師覺得不好講,學生不易接受的情況。
(三)配套的師資隊伍結構有待改善
由于建筑環境與設備專業由原來的暖通空調專業或燃氣專業演變而來,因此師資基本上是暖通空調或燃氣專業的。但是專業的領域已經擴充到建筑室內環境、建筑設備、公用設備和智能建筑等方面。專業的內涵已經由原來的設備或系統擴充到既包括設備、系統,也包括智能建筑。其中的弱勢部分是智能建筑。因為智能建筑技術也是一門交叉學科,而大部分搞自動控制的人才是自動化專業、電氣工程及其自動化專業或計算機專業的人員。對智能建筑、智能化系統及設備缺乏全面的了解和掌握,缺乏建筑結構、建筑設備、供熱空調等方面的專業知識和理解。另一方面,搞設備的人才又缺少對建筑自動化、BAS功能科學要求的理解,缺少有效的上層控制管理邏輯與算法。兩方面人才又缺少“接口”,從而制約了智能建筑技術的發展[2]。因此合理搭配師資,在教學安排方面與其它專業知識交叉融合,才能培養出新時代的建筑環境與設備復合型人才。
二、改革的內容
(一)明確辦學思路,辦出專業特色[3]
明確辦學思路是確定專業人才培養目標和教學體系的前提和基礎。是以科研人才為主,還是以工程技術人員為主,不僅與專業本身的內涵有關,更重要的是與專業所在大學的性質有關。這樣才能形成專業建設和發展的良性競爭。辦學思路還與專業特色有著密切聯系。專業特色與專業在多年的建設發展過程中的教學和科研歷史有關,如有的學校在暖通空調的系統工程方面是強項,而有的學校在制冷空調設備的研究與開發方面是強項。那么在培養人才方面,這些特色就應該很好的繼承和發揮,在課程設置和訓練中要體現出來。
(二)穩固基礎知識,拓寬專業口徑
建筑環境與設備專業是一門跨學科的工科專業,學生基礎知識應包括數理方面、工程熱物理方面、流體機械方面、建筑熱物理方面和自動化控制的知識。只有牢固的基礎知識,學生才能深刻地理解專業課程,拓寬本專業的服務領域。當然,正如前面強調的,專業辦學的前提是要繼承和發揚本專業的特色。這些基礎知識本身就是屬于很多領域,要與專業在建設和發展過程中的特色結合起來,構造和穩固所必需的專業基礎知識。
專業知識的拓寬,是構架新時代建筑環境與設備專業教學體系的重要部分。專業教學體系不僅僅局限于暖通空調,或是供熱供燃氣,或是把這兩方面的課程全部籠統地包括進去,或是把建筑環境、公用設備和智能建筑方面的知識硬塞進去。在專業學時有限的條件下,很有可能會造成各種知識的七拼八湊。因此,要有側重點地把某些方面作為原本專業特色的延伸和發展,切忌一口吃成一個胖子的思想,盲目地貪大。
(三)編制優秀的教材,配備合理的師資隊伍
正如前面所說,由于原有專業教學體系架構的割斷和組合,使得最近幾年采用的教材在編制上都有這樣或那樣的問題,因此在教材的建設方面還必需投入更多的精力。而選用合適的優秀教材的基礎正是現在的教學體系的完善,必需從根本上理解和制定本專業的教學體系和知識模塊。
師資的知識結構要分布合理,除了保留原來專業特色的知識結構以外,還要補充新的知識,如智能建筑和建筑環境方面的知識結構。師資的梯隊建設也很重要。教學梯隊的形成有利于知識傳授的傳承和不斷更新。每個專業知識模塊,也就是我們所說的課群下面,形成以教授為龍頭,教授副教授主講,青年教師為重要組成的教學梯隊。
三、我校建筑環境與設備專業教學體系改革的幾點思路
中南大學建筑環境與設備工程專業主要源于長沙鐵道學院的制冷空調學科。長沙鐵道學院從上世紀70年代起,就開展了制冷空調及冷藏運輸方面的研究工作,1985年在機車車輛系成立制冷空調教研室,并開始招收制冷空調專業專科學生;1989年開始招收供熱通風與空調專業本科學生;1998年根據教育部文件調整為建筑環境與設備專業。因此,在二十多年的建設中,形成了制冷與暖調、系統與設備并重的特色。我專業在調整后修訂了教學計劃,增加了供燃氣、建筑環境和建筑自動化方面的知識模塊,保留了原來的制冷方面的知識模塊,包括有制冷原理、制冷壓縮機和鐵路車輛制冷、制冷裝置自動化等課程。
目前已擬定完2008級新的教學體系和教學計劃,主要的思路有如下幾點。
(一)明確辦學思路,與學校的定位一致。
我專業隸屬于以本科生、研究生教育為主的高層次綜合性大學——中南大學,學校的定位是立足湖南,面向全國,放眼世界,努力建設國內一流、國際上有重要影響的高水平、綜合性、研究型、創新型大學[4]。因此,我專業的辦學思路是以創新素質教育為核心,堅持全面發展的人才培養標準,面向社會主義市場經濟的人才需求,培養出具有實踐能力、創新能力,既懂技術又懂管理的復合型人才。
(二)繼承和發揚專業特色,整合知識架構。
充分利用能源知識的平臺。從2008年開始本專業與同屬能源科學與工程學院的熱能專業進行能源與動力大類招生,使學生在低年級的時候的基礎知識面廣,起到“厚基礎、寬口徑”的作用。
繼續保留專業的特色之一:制冷模塊。從畢業生就業的反饋來看,用人單位對既懂制冷,又懂暖通,既了解系統,又了解設備的人才非常歡迎。
加強暖通和建筑環境的優勢。把空調、供熱、通風和建筑環境的節能、環保、熱舒適與空氣品質結合起來,也是當前時展的需求。
減弱供燃氣和燃燒模塊。從本系教師多年從事的科研工作來看,燃氣和燃燒模塊并沒有形成特色,因此可以適當減少其份額,作為選修課程開設。
加強智能建筑模塊。智能建筑是樓宇發展的重要方向。本系在制冷和空調系統的自動化控制方面有著多年的研究和實踐經驗。可以在此基礎上進一步擴充相關領域的知識內容。新晨
(四)加強實踐環節,培養創新人才
實踐環節包括實習、課程設計和畢業設計。實踐環節應受到更多的重視。既保證實踐環節的“量”,又要保證實踐環節的“質”。即:實踐環節的課時量必需嚴格保證,同時要求學生在實踐環節動手、動腦,培養其綜合運用所學知識和創新能力。
畢業設計從選題開始抓起,選題來源于教師的科研課題或工程實際,具有很強的實際意義和理論研究價值,有利于培養學生的綜合能力。
嚴格把握好實踐環節的考核。本系在近兩年所有的專業實踐環節考核中都涵蓋有答辯部分的考核,既鍛煉了學生的膽量、自信和表達能力,又能很客觀地反映實際的情況。
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關鍵詞：課外活動；課題研究；綜合素養
文章編號：1005?C6629（2014）7?C0026?C04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
2012年年初，筆者指導高一年級12位學生，以“油”為主題開展了“地溝油的制取與檢測”等三個化學小課題研究活動，后來又指導這些學生參與“硫酸銅大晶體的制作”活動。筆者通過歷時兩年的觀察、比較與分析，發現無論是在化學新授課教學還是在高三復習中，參加過課題研究的學生的問題意識、實驗能力、思維的嚴密性以及處理問題的能力等方面都要優于其他學生。可見，開展化學小課題研究活動，對于學生化學綜合素養的提升有著積極的影響。
1 課題選擇
考慮到學生的知識能力、實驗條件與活動時間等方面的限制，課題的針對性與適宜性則成了課題選擇的首要因素。在選擇課題時，指導教師對課題研究的方向、方法與成果等要進行預測和評估，以提高課題研究的可行性，也便于指導學生開展活動。
1.1 選題要貼近生活
化學課題研究要引導學生從生活走進化學，并應用化學知識去解決生活中的化學問題。宜選擇學生身邊的小問題作為研究對象，讓學生感受到生活處處皆化學，并用化學視角來審視身邊的世界。
化學課題也要突出化學學科特點，既可以是物質的制取，如“利用煙油制取家用洗滌膏”；也可以是物質性質的探究或物質檢測，如“純堿清洗廚房煙油的最佳條件”；還可以是有關STS問題，如“環保袋真的環保嗎”。當然，將上述選題思路綜合起來，也可以作為課題的選項。
1.2 課題要緊扣學生的知識結構與能力水平
化學課題要緊扣學生已有的知識結構，讓學生有興趣、有能力進行探究，但又要能在教師的指導下，借助于新知識、新方法，“跳一跳摘到桃子”。如果課題的內容和研究手段都脫離了學生的實際，學生就會覺得困難重重，其探究的積極性和課題研究價值就會受到影響。
1.3 課題要與研究條件相匹配
課題實驗中用到的實驗裝置和基本操作都是中學常用的，并盡可能在實驗室里完成，以增加實驗探究的可操作性。例如，將混合油水經過“用紗布過濾分液漂白去色用餐巾紙過濾”制取地溝油，實驗過程中用到加熱、過濾、分液、吸附漂白等都是中學階段常用的實驗基本操作，在實驗室里能夠順利完成。
囿于學校的實驗條件和實驗資源所限，有時需要借助于其他學校或者是社會上的資源。為確保研究活動的順利推進，要為課題小組提供必要的書籍資料和上網便利，并開放實驗室。
1.4 研究活動要突出綜合性
當然，選擇課題除注重實用性之外，還要注重研究活動的綜合性。課題的綜合性有助于學生綜合能力的培養，可以實現研究活動教育影響的最大化。
2 課題培訓
課題選定之后，指導教師要對開展課題的研究模式、方法手段以及研究過程中涉及到的新知識進行必要的培訓輔導，以便為課題研究的順利展開做好鋪墊。
2.1 研究模式與實驗原則
首先向學生介紹開展課題研究的一般思路和研究方法，讓學生知道研究什么和怎樣研究。在化學課題研究過程中要用事實、數據去說明，通過定量實驗得出的結論才會嚴謹、邏輯。比如，控制變量法是開展課題研究活動中常用的一種實驗方法，即將影響實驗結果的諸多條件中的一個條件作為可變，其他條件保持不變，以此來探尋此條件的變化對實驗結果的影響[1]。
2.2 新的知識內容
在探究化學問題時，經常會涉及到一些學生尚未學習的知識內容，因此，有必要對學生進行提前輔導。比如，高一學生在還沒有學習選修5《有機化學基礎》的情況下，學生開展“地溝油的制取與檢測”課題研究，就要首先指導學生自學相關內容，然后講解油脂（酯類）的水溶性、密度與熔點等。
2.3 新的技術方法
在探究活動中會用到一些中學階段尚未接觸到的技術和方法，因此，有必要結合原理進行講解。同時，也可以利用學生開展課題研究的機會，向學生拓展一些前沿的化學探究技術，如手持技術等。
3 課題研究
為提高課題研究的效率，要對小組成員進行分工，具體落實小組成員的職責，并由一位組長負責召集協調。
3.1 理論研究先行
化學課題研究，采取的是一種開放式的研究方式。小組成員在已有化學知識的基礎上，以解決具體問題為中心，利用書籍和網絡資源，對研究對象進行檢索、篩選、分類、鑒別和處理，并設計出研究方案和實驗步驟。對于資料中有爭議、有出入的內容，則要用實驗進行驗證，以確定最佳方案。課題研究方案經過小組討論后交由指導教師審核。只有在理論上可行的方案，在實踐中才有可能成功。
案例1 地溝油的檢測方法
學生通過資料查閱，了解到地溝油與食用油的組成性質差異，并設計出三種對比檢測方法：
（1）食物經高溫熬煮后，部分有機物分解成可電離物質；同時，食物在烹調過程中添加了食鹽等調味劑，在水相中具有良好的溶解性和導電性。因此，可以用檢測水相電導率的方法鑒別地溝油與食用油；
（2）食用油在烹調之后，再與水、金屬、微生物等作用，酸敗程度高，導致地溝油的pH較低。因此，可以用檢測水相pH的方法鑒別地溝油與食用油；
（3）由于地溝油是動物油和植物油的混合物，其中動物油含量高，相比植物油，其黏度和凝固點都較高。因此，可以用凝固法鑒別地溝油與食用油。
3.2 對問題給予方向性指導
對于在研究過程中出現的問題，指導教師雖然知道改進措施，但也不宜直接告知。而應當只是提出改進的方向，讓學生自己動手進行嘗試，讓學生體驗到實驗探究的艱辛和樂趣。否則，只是簡單“照方抓藥”式的操作，其探究價值得不到體現，其課題研究意義也大打折扣。
案例2 制冷劑的選擇
用化學方法讓地溝油降溫凝固，學生首先想到要選擇溶解時吸熱的物質作為制冷劑，經查找發現實驗室里只有KNO3和NH4Cl兩種能降溫的物質。這兩種物質中哪種物質的降溫效果更強一些？如何設計實驗進行探究呢？
此時指導老師進行引導：當比較兩種物質性質上的差異時，只能采用控制變量法進行對照實驗，首先要分析影響這兩種物質降溫效果的因素有哪些，然后加以控制。這樣得出的結論才會嚴謹。
于是，學生在教師的指導下做了KNO3和NH4Cl降溫效果的對比實驗：用2支試管各取10 mL水（16.3℃），分別加入1.0 g KNO3和1.0 g NH4Cl，然后迅速振蕩使KNO3和NH4Cl全部溶解，用溫度傳感器測量溶液的溫度變化：
可以發現，同質量的NH4Cl比KNO3的制冷效果更好些，于是最終選擇了NH4Cl作為制冷劑。
3.3 鼓勵學生創新實驗
由于中學生的化學知識有限，而要解決具體的化學問題，只能靠方法的創新去彌補知識的不足，這在客觀上為學生創新能力的培養提供了土壤。
案例3 自制熱過濾裝置
學生在模擬制取地溝油的過濾環節遇到了問題，常常只過濾了一小部分油就已經凝固了（室溫16.3℃），此時，學生在教師的鼓勵下嘗試改進過濾裝置。學生在網絡上搜索到如圖2裝置，但考慮到實驗室沒有此裝置，因此課題小組就對該裝置進行改進，設計出如圖3裝置，利用生石灰與水反應放熱，可在一定時間內使過濾順利完成[2]。
4 課題報告
將實驗過程和研究結論以論文的形式呈現出來，通過論文答辯進一步發現課題研究中存在的問題，以提升課題研究的嚴謹性和論文書寫的規范性。記錄研究過程的所想、所感與所悟，加強自我反思改進，從而養成嚴謹的治學作風。
4.1 依照格式撰寫論文
撰寫課題研究論文，既是梳理研究活動的過程，更是科研思維的邏輯化、條理化和科學化過程。通過撰寫論文，讓學生初步掌握論文的寫作模式，對學生以后從事課題研究起到了規范化作用。
案例4 論文的書寫格式
“地溝油的制取與檢測”的論文書寫格式：
一、課題的研究意義。主要說明為什么會選擇這個課題，這個課題要研究什么，研究這個課題有什么現實意義。
二、實驗過程。包括地溝油的制取與地溝油的檢測。需要說明在哪里取餐飲廢油水（制取地溝油的原料）更有代表性，模擬制取地溝油有哪些操作步驟，在實驗過程中遇到了什么問題以及怎樣解決問題，制取的地溝油與食用油在外觀上有何差異；地溝油與食用油的組成性質有何差異，如何利用性質差異進行檢測，實驗結果如何。
三、實驗結論。分析實驗事實與實驗數據，提煉得出實驗結論。
四、建議與體會。根據“實驗結論”指導人們如何使用簡易方法區分地溝油，怎樣回收餐飲廢油水，如何加以利用。
匯集整理小組成員在開展課題研究活動中的感想、感悟與收獲。
指導學生按照論文的書寫格式將實驗研究過程進行梳理、完善。論文經課題小組討論修改后再交由指導老師審閱。
學生的研究論文不僅要強調研究的過程、結論和活動收獲，對實驗過程中出現的一些異常現象和數據也要進行分析與討論。
4.2 模擬答辯
課題小組就研究成果進行論文答辯，一方面，保障了學生參與課題研究的真實性，同時，也訓練了學生的理論水平和語言組織能力。
為了讓學生能夠勝任答辯，可召集課題組成員和班級其他學生進行模擬答辯。首先由課題組中心發言人闡述課題的概況，然后其他學生進行提問，該課題組成員集體進行釋疑。這樣通過一問一答，課題組成員對課題的原理、過程和結論有了系統、深入的掌握。在答辯過程中出現的疑惑，課題小組再進行理論修補和實驗完善，這樣課題的研究不再是想當然，而是有理有據，并且更加全面、邏輯與嚴密，小組成員的思辨能力也得到了極大地訓練與提升。
案例5 為什么選擇沸石漂白地溝油
在回答其他學生提出的“為什么選擇沸石漂白地溝油”時，課題組成員講述了實驗的探索過程：課題小組首先考慮到選擇SO2、氯水和活性炭進行漂白，但SO2的漂白性是暫時性的；氯水具有強氧化性，會氧化地溝油，并會對后續地溝油的檢測產生干擾；而用活性炭進行實驗后，發現活性炭的細顆粒殘留物導致地溝油的顏色更深，無法起到漂白作用。后經過查閱資料并進行實驗，最終選擇了沸石。
4.3 評價反思
無論是研究日記、活動感悟，還是答辯時評委老師與其他學校學生的提問，以及研究成果的獲獎等，這些以促使學生反思改進為手段、以促進學生發展為目的的評價方式，實現了學生個體成長發展的最大化。
在研究活動和成果展示中，小組成員之間進行了充分的交流與討論，通過“頭腦風暴”，學生分析問題和解決問題更有了深度和廣度。小組成員在研究過程中結成的互助關系與友誼，在后續的學習與生活中仍然延續著。
案例6 活動感想
有一位學生在答辯時感嘆說：這種比賽不僅需要參賽者具有一定的知識儲備，還要求參賽者具有縝密的思維和準確的口頭表達。每當我們表達得不夠嚴謹，或者表達得不夠準確時，別的同學就會揪住這一點，不斷地向我們提問。而且，一旦我們的回答不夠完整或詳細，又會引起別的同學的提問。
還有一位學生在活動總結時說：我愛化學，我愛實驗，我愛答辯。如果以后還有這樣的比賽，我還要參加，并會全力以赴，做到最好。
5 課題影響
參加課題研究活動學生的問題意識、實驗意識和實驗能力明顯增強，這種影響在后續的化學學習過程中表露無疑。這些學生在以后課堂上的提問更多了，問題也更有了深度。在這些“領頭羊”的帶領下，班級的學生不再“乖乖”地去聽了，而是會提出自己的看法與思考，會帶著質疑的眼光去思考問題。當他們遇到疑惑時，首先想到是設計實驗來解決，而不是簡單地從理論上進行邏輯推導，這種依據實驗的思維方式是學生化學素養提升的明顯標志。
無論是實驗條件的設定，還是數據的處理與分析，都要從“量”的角度進行思考與分析。從定性到定量，學生的思維方式有了質的跨越，學生體會到定量研究的必要性，其嚴謹、規范的思維能力得到了提升。
參與課題實驗研究的學生，其相對豐富的直接經驗對于化學間接知識的建構，也明顯優于其他學生。學生在課題實驗過程中產生的問題，他們會在后續的化學學習別留意和關注，這也是引領他們探索化學知識的引擎。
參考文獻：
