陳 柳

(西安科技大學(xué) 能源學(xué)院,陜西 西安 710054)

目前，在學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中，重視基礎(chǔ)理論知識(shí)的培養(yǎng)，忽視動(dòng)手能力的培養(yǎng)，是由多方面因素造成的，但缺乏合適的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)是根本原因之一[1-2]。因此，為學(xué)生提供大量的實(shí)驗(yàn)室和開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和促進(jìn)學(xué)生從事創(chuàng)新活動(dòng)的基本保障[3-6]。

空調(diào)工程是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的主要專業(yè)課，課程綜合性及應(yīng)用性較強(qiáng)，對(duì)該課程建立中央空調(diào)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)非常必要[7]。本文建立的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)室建立了開放機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了資源共享，可用于大學(xué)生的課堂實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、研究生以及教師科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)等[8-9]。建立的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可應(yīng)用于其他相關(guān)的專業(yè)課程[10-12]。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制目的

基于學(xué)科發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，本著教學(xué)、測(cè)試及科研相結(jié)合的原則，研究開發(fā)可以進(jìn)行多種科學(xué)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)。建立的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可滿足以下3個(gè)層次實(shí)驗(yàn)的要求。

1)基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可提供中央空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行，學(xué)生可對(duì)中央空調(diào)的組成、各部分的功能及多工況空氣處理過(guò)程進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

2)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

在內(nèi)容上，強(qiáng)調(diào)綜合性和學(xué)科的交叉性，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的能力。中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可提供學(xué)生進(jìn)行制冷設(shè)備、風(fēng)系統(tǒng)及水系統(tǒng)管網(wǎng)、空氣處理設(shè)備、室內(nèi)的熱舒適性及空氣品質(zhì)以及中央空調(diào)系統(tǒng)控制的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

3)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，在中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展創(chuàng)新性研究實(shí)驗(yàn)，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力；同時(shí)，學(xué)生也可以就自己感興趣的領(lǐng)域進(jìn)行自主研發(fā)。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

本文所建立的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由冷熱源(風(fēng)冷熱泵機(jī)組、水源熱泵冷熱水機(jī)組及板式換熱器)、空氣處理設(shè)備(組合式空調(diào)機(jī)組及風(fēng)機(jī)盤管)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、自動(dòng)控制及測(cè)試系統(tǒng)組成，建立好的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖

冷熱源中的熱泵機(jī)組為空調(diào)系統(tǒng)提供冷熱源，可對(duì)熱泵機(jī)組性能進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)研究，另外，通過(guò)板式換熱器可調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫，從而提供不同工況的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

空氣處理設(shè)備中的組合式空調(diào)機(jī)組由新回風(fēng)混合段、過(guò)濾段、預(yù)表冷段、減濕段(轉(zhuǎn)輪除濕段)、檢修段、再冷段、加熱段、加濕段(電極加濕)、風(fēng)機(jī)段、熱回收段及送風(fēng)段等段位組成，可處理多種溫濕度工況，可研究不同的空氣處理熱濕及凈化處理設(shè)備的測(cè)試及實(shí)驗(yàn)研究。

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有送回風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)及各種送回風(fēng)口，各種送回風(fēng)口可用閥門進(jìn)行切換，通過(guò)送回風(fēng)管道及送回風(fēng)口等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空氣的風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)及氣流組織等的測(cè)試及實(shí)驗(yàn)研究。

空調(diào)水系統(tǒng)由流體輸送管道、配件、閥件、水泵及蓄水箱等組成，為空氣處理設(shè)備提供冷熱水源，通過(guò)控制電動(dòng)閥等可調(diào)節(jié)水流量及水溫，可對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)及管網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試及實(shí)驗(yàn)研究。

自動(dòng)控制及測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)溫度、濕度控制并顯示主要參數(shù)，可對(duì)冷熱源及水泵的進(jìn)出口水溫、水流量、壓力等參數(shù)、空氣處理設(shè)備的主要熱濕處理功能段的溫度、濕度、風(fēng)速及過(guò)濾器的壓力等參數(shù)、氣流組織的溫度、濕度、風(fēng)速、二氧化碳濃度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試及數(shù)據(jù)采集。

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要功能

建立的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要完成以下5類實(shí)驗(yàn)。

1)冷熱源的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的冷熱源包括風(fēng)冷熱泵機(jī)組、水源熱泵冷熱水機(jī)組及換熱器(水—水換熱器)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能對(duì)以上3種冷熱源進(jìn)行性能測(cè)試。

2)空氣處理設(shè)備的測(cè)試及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組合式空調(diào)機(jī)組包括新回風(fēng)混合段、過(guò)濾段、表冷段、噴水段、加熱段、加濕段(電加濕)、減濕段(轉(zhuǎn)輪除濕段)、熱回收段、風(fēng)機(jī)段、中效過(guò)濾段、消聲段及送風(fēng)段。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能對(duì)主要的熱濕處理設(shè)備及凈化設(shè)備進(jìn)行測(cè)試及優(yōu)化。

3)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的管網(wǎng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)是將組合式空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)送入空調(diào)房間。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能對(duì)該管網(wǎng)進(jìn)行性能測(cè)試。

4)空調(diào)水系統(tǒng)的管網(wǎng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的空調(diào)水系統(tǒng)將冷熱水供入組合式空調(diào)機(jī)組及風(fēng)機(jī)盤管等，水量及水溫可調(diào)節(jié)可控制。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能對(duì)該管網(wǎng)進(jìn)行性能測(cè)試。

5)氣流組織測(cè)試及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置了多種不同的送風(fēng)口及不同的布置形式形成不同的氣流組織形式，將直接影響室內(nèi)空氣的流速分布、溫濕度分布和人體熱舒適性。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求靈活變換送回風(fēng)策略，通過(guò)各風(fēng)閥的切換，可實(shí)現(xiàn)多種氣流組織形式，可研究不同氣流分布下室內(nèi)流速和溫濕度場(chǎng)，并可測(cè)量和控制室內(nèi)微氣候。

此外，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可完成相關(guān)專業(yè)課程的有關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)目前開發(fā)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所建立的中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，真實(shí)直觀，操作性強(qiáng)，可在各種工況下對(duì)冷熱源、空調(diào)處理設(shè)備、風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)及房間氣流組織性能等進(jìn)行測(cè)試及優(yōu)化。利用中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)方案的相應(yīng)目標(biāo)，完成多門課程的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已在西安科技大學(xué)多門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)生的課外科技活動(dòng)和科研研究中很好地發(fā)揮了作用。