通風空調系統環境模擬綜合實驗室建設構想

1 概述
隨著社會經濟的發展和科技的進步，人類對建筑環境的要求逐漸提高，建筑能耗增長快速。為了滿足人居環境構建與改善、建筑節能以及新能源等方面人才的需求，建筑環境與能源應用工程（以下簡稱“建環”）專業培養的人才應具有綜合運用所學專業知識與技能，分析和解決本專業領域工程技術問題的能力，具有參與系統的設計規劃、生產研發、施工管理等方面的能力[1]。實驗室是培養創新人才的搖籃，是現代化大學的心臟[2]，實驗室建設宜以培養能將理論與實踐相結合，應用所學專業知識和技術解決工程實際問題，具有較強工程實踐能力和創新能力的應用型人才為目標。
為了使建環專業畢業生滿足社會對人才的需求，初步提出通風空調系統環境模擬綜合實驗室建設構想。對陜西省內高校建環專業實驗室調研，發現：西交大、西科大等高校已經建成具有一定綜合性的通風空調系統綜合實驗室，效果顯著；西建大等部分高校著手考慮建設綜合實驗室，國內部分高校也已建成將空調、制冷系統、氣流組織等技術綜合到一起的實驗室[3]。總體而言，通風空調系統環境模擬綜合實驗室的搭建具有以下優越性：
①解決本專業實踐教學的內容和形式單一的問題。榆林學院建環專業認識實習、專業實習和畢業實習依次開設在第4、6 和8 學期，而大量專業課程開設在第5、6 學期，且認識實習時間較短，造成認識實習呈現走馬觀花式教學，學生基本處于感官上的認識，未能構建系統的全貌[4]。
綜合實驗室的搭建不僅可以解決專業實驗內容和形式單一問題，還能在實踐教學中有效促進學生對系統的認識，建立“工程系統”的概念[5]。
②有效提高學生的動手操作能力。目前本專業實驗雖然設置了部分綜合性實驗，但出于數量方面的考慮，多為專業教師操作，學生觀看，難以實現對學生動手操作和創新能力的培養[6]，綜合實驗室在一定程度上能夠補充這一不足。
③提高師生的科研創新能力。該實驗室綜合性較強，能夠為師生科研創新項目的展開提供一定的平臺，利于提高師生的科研創新能力。
2 建設理念及思路
基于榆林學院的辦學特色與自我定位，緊隨向應用型大學轉型的步伐，根據建環專業人才培養方案，結合本專業工程實踐性較強的特點，初步提出通風空調系統環境模擬實驗室的建設構想。該實驗室以“立足教學實踐，著眼科研創新”為建設理念：“立足教學實踐”，即基于專業實踐教學需求，將課堂教學與工程實際緊密結合；“著眼科研創新”是最大程度為師生創新和科研能力的培養與提高提供平臺。
通風空調系統環境模擬實驗室根據專業課程實踐教學大綱的設置，考慮本專業科研創新項目的需求，結合通風空調工程實際項目，將不同空氣處理系統、測試系統和自動控制系統最大程度地綜合起來。力求達到：能夠使學生關于通風空調系統的構成、系統運行、參數變化、測試儀器與設備、自動控制體系等有直觀的認識，便于理論課程的學習；能夠開展《通風工程》、《空氣調節》等專業課程實踐教學；提高師生關于設備的管理運行與動手操作能力；加強師生關于工程實際的認知；利于培養師生的科研創新能力。
在建設實施時，力爭實現“共建共享實驗室模式”，即設備廠商與高校共建共享實驗室：高校提供場地，雙方或廠商提供實驗設備，雙方人員參與實驗室建設[7]。實驗室建成后，可用于設備廠商的設備展示、推廣等，也可大力開展本專業實踐教學、學生創新性實驗和教師部分科研項目。
3 實驗室構成
通風空調系統環境模擬綜合實驗室主要包括三個系統：空氣處理系統、測試系統和自動控制系統。
3.1 空氣處理系統構成
根據陜北地區冬季氣溫較低特點，在空調系統的設計上考慮設備的防凍措施，在新風管室內段上設置新風閥，一方面滿足冬季防凍要求，另一方面可調節新風量的大小。陜北地區空氣含塵量較大，需要考慮新風過濾措施[8]，故在新風管上設置過濾器。為了說明空氣處理系統的構成，現將空氣處理流程予以說明，如圖1。

圖1 空氣處理流程示意圖
在空氣處理系統設計時需要達到以下要求，可采用下列建議措施，如表1。

表1 空氣處理系統的設計要求及建議措施匯總表
綜上所述，空氣處理系統主要設備包括：室外處理機、冷卻塔、過濾器、表冷器、加熱器、送風機、靜壓箱、送（回）風口（散流器、百葉風口等）、閥門構件等。
3.2 測試系統
測試系統包括：溫度、濕度、風速、CO2 和粉塵濃度等測試儀器與設備。為了能夠對空調室內不同位置、不同高度空氣的相關參數進行測試，需設置高度可調節的設備支架。
3.3 自動控制系統
為了實現對空氣處理系統主要設備工作性能的遠程監控及測試等功能，自動控制系統主要設備包括：計算機主機、控制柜、控制器、溫濕度風速等傳感器，并達到以下要求：
①風機電機必須變頻控制，實現遠程啟動；
②實現對各設備啟停、運行、故障等狀態遠程監控及顯示；
③實現溫度測試范圍16~30℃、精度為±0.1℃，濕度測試范圍45~60%、精度為±1%的溫濕度精確控制；
④實現空氣處理系統主要設備前后溫濕度、氣流速度數據的采集與顯示；
⑤系統具有壓差報警保護功能。
4 預期效果
搭建通風空調系統環境模擬實驗室，對觀摩教學、實踐教學、科研工作、學生專業創新項目的展開都能起到良好的作用，能夠鍛煉師生的動手操作和科研創新能力等。該實驗室建成后，預期達成以下幾方面的效果：
4.1 實驗教學方面
該實驗室可實現建環專業部分本科實驗教學項目的實施。根據設計構想，部分實驗項目匯總如表2。

表2 實驗教學項目匯總表
4.2 科研方面
綜合實驗室可開展多方向科研項目的測試等工作，現列舉部分可實現的科研項目，如：
①組合式空調機組功能段的性能測試研究；
②人體熱舒適影響參數的研究；
③通風空調系統氣流組織相關研究；
④空調房間污染物濃度分布規律研究；
⑤空調系統自動控制系統優化措施研究；
⑥陜北地區通風空調系統運行優化策略研究等。
4.3 學生自主創新方面
通風空調系統環境模擬實驗室綜合性較高，能夠為學生的創新實驗提供便利條件。如：
①空調機組功能段性能的測試及優化措施；
②不同制冷工況下，空調房間溫濕度、風速及CO2 濃度等相關參數測試；
③不同氣流組織形式下，空調房間溫濕度、風速及CO2 濃度等相關參數測試實驗；
④影響人體熱舒適參數的調研等。
5 總結
總之，通風空調系統環境模擬綜合實驗室的建設，需考慮建環專業的實際情況，緊密結合通風空調系統工程實際，堅持“立足教學實踐，著眼科研創新”的建設理念，能夠為教學實踐地有效開展、師生專業科研創新能力的培養與提高提供有力的支撐與保障。