发布时间：2023-03-16 15:53:54
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的制冷技术论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
（一）包装减量化优势突出，节能减排效果好
重型瓦楞纸板与各类木质纸板相比，密度要小的多，与同样厚度的普通瓦楞纸板相比，其重量也轻许多。如5层的AA型瓦楞纸板，其厚度约为10mm，与同厚度的木质包装箱相比，全纸包装箱重量约为其1/2，与同等厚度的普通纸板箱相比，重量也要轻近一半，但综合抗压性能却能与同等厚度的木箱不相上下。从这一点上来看，大大节约了资源的使用。如某企业研发的重型瓦楞纸板托盘，使用高定量的优质防水牛皮纸制作的AAA型重型瓦楞纸板做面板，上下两面同时包覆高性能的B型普通瓦楞纸板，脚柱采用了“回”型设计的竖楞普通瓦楞纸板支撑，四周由加强筋包裹，底部加强筋还采用了防水性能较好的10mmAA型重型瓦楞纸板进行包边处理。同原木质托盘相比，整体重量减低了60%。从强度测试结果来看，重型瓦楞全纸托盘强度高，可以经受标准承载10倍的荷载而不断裂。有数据统计，采用木质包装以每年消耗1亿立方米木材计算，假设其中的20%采用新型纸包装材料来替代，每年就可以节省2000万立方米的木材，相当于节约标准煤500万吨，减少CO2排放1286万吨。而这一推算也得到了实践的证实。
（二）缓冲性能良好，使用范围广泛
A型瓦楞是重型瓦楞纸板的主体结构，对于精密度较高的重型设备较具较好的缓冲性能，能有效减少碰撞、冲击带来的损害。早在2004年，一些家电企业就尝试在部分产品中使用重型瓦楞纸箱作为外包装，并逐步进行推广，节省了EPS等大量泡沫缓冲材料，目前，重型纸箱已广泛应用于对抗冲击和碰撞要求较高的产品包装中，缓冲效果明显。
（三）操作性及拆包性能好
木箱包装在操作时需要借助特殊工具完成包装作业，而且生产中，木箱的毛刺、钢钉等存在安全隐患，易对设备和操作人员造成损伤。通过对重型瓦楞纸箱辅助配件的结构进行设计、改造版式设计，可使其实现和木箱一样拆卸便捷的特点。如设计承重底座再套合重型瓦楞围板的方法，既利于装箱操作，且减少了不必要的工具使用，对搬运也不会造成不便。纸箱不用时，仍然可以折叠堆码放置，存储空间少，运输方便，可有效降低成本。（四）耐候性好，运输更安全在产品运输过程尤其是远洋运输过程中，包装中极易因温差，温度大等原因而产生水凝现象，会使电气产品受潮或损伤。重型瓦楞纸箱由于其制造结构，使得纸板内部充满空气，与外部环境可以得到较好的空气流通及热量交换，包装内外可以得到较好的动态温湿度平衡，可以有效避免水蒸汽因温度差造成的凝露现象。
二、其他制约应用的问题
首先是终端用户对新型纸包装材料的认识不足。部分客户认为，纸板包装强度差，不能达到木质包装的强度，重型瓦楞包装虽然性能大有提高，但用户仍认为其纸的属性不变，难以真正替代木质包装。第二，重型瓦楞纸箱包装的性能要求还有待提高，技术上需要改进。与木质包装箱相比，防水、防潮性差是纸类包装的劣势，重型瓦楞包装也不例外。这有待于在纸板涂布、复合材料技术方面加以改进。如蜂窝纸板，其边压强度较差，抗戳穿强度也有待提高，虽然在家电中应用良好，但还不能完全替代木箱包装。如国内有生产企业在市场推广中，主要瞄准的产品仅限定在300～500千克的重量范围内。再就是目前企业的配套设备生产能力不足，材料等要求的提高也制约了重型纸板产品的开发。第三，产品标准尚需统一，企业生产经营亟待规范。当前使用的GB/T6543-2008《运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》不适用于重型瓦楞纸箱包装，行业也没有对重型瓦楞纸箱做出明确的规定，标准的不健全，使得企业各自生产，只能在瓦楞纸板的定量及厚度上自定标准，一定程度上也制约了其推广应用。
三、如何解决
要推广重型瓦楞纸箱产品，首先企业要创新技术，提高生产能力及产品质量，要科学设计产品，不断优化选择工艺参数，积极进行调试设计。生产设备也要积极升级改造，以提高生产效率和产品质量，降低生产成本，拓展重型纸板产品。此外，在纸板的改性上，如防潮、防水等也要不断研究改进。其次，要不断宣传瓦楞纸板包装的优势，改变终端产品用户的理念。包装企业及行业协会要宣传绿色环保的政策及优势，强化用户环保意识。要改变用户的消费理念，包装企业也需要用高质量的纸箱解决方案让用户信服。当然，行业协会、政府部门也要加以引导，如用经济补贴等方式推进“以纸代木”的践行过程。
四、结语
关键词：电冰箱压缩机，火灾，电冰箱，原因，认定方法
随着我国经济的飞跃发展，电子科技技术日益进步，各种家用电器社会拥有量急剧增加，消费观念也在转变，电冰箱是常见的小型制冷设备，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，已逐步进入人们家庭，成为常用家电之一。由于电冰箱引起的火灾却不多见。自2009年至今紫金境内发生过一起电冰箱压缩机故障引发的火灾。针对目前电冰箱火灾调查应该加强和注意的问题作一归纳，望有益于消防事业。
一、 电冰箱工作原理
电冰箱是采用压缩机为制冷动力，压缩机将制冷剂进行循环压缩，当制冷剂由毛细管流入蒸发器时，制冷剂膨胀蒸发，产生物理吸热；当当制冷剂通过回流管和压缩机再回到再回到冷凝器时，产生物理散热。
电冰箱制冷系统核心部件是压缩机，大部分冰箱都是采用封闭式压缩机。压缩机由压缩机主体和电动机本体两部分构成，两者合二为一密封为一个钢制机体内。主要由汽缸、活塞、曲轴和连杆以及进、排气阀组成，可以实现吸气、压缩、排气、膨胀四大功能。
二、电冰箱引起火灾的原因
电冰箱引起火灾原因归类起来主要有以下两个方面。
1. 电气方面的原因
主要是电源线选择铺设不当、插头与插座接触不良或插头损坏造成短路起火等系列原因。
2. 压缩机故障引起
因辖区内一起电冰箱火灾经物证司法鉴定所鉴定为压缩机故障引起火灾，我主要针对此次火灾调查情况进行论述：
（1）压缩机吸气、排气阀片碎裂或变形，高低压室隔垫损坏，造成压缩机内部漏气。
（2）压缩机工作时电源被持续切断、接通。而这种情况一般处于电冰箱使用时间长、被淘汰后的冰箱被维修翻新后重新使用正常工作中的电冰箱，其制冷系统内的压力差颇丸压缩机吸气端的压力招高于0。098兆帕（1大气压），而排气侧的压力则高达1.177～1.275兆帕（相当于12～13大气压）。压缩机刚停止时，其两端仍保持着这个压力差，如果马上再启动，就必须有一个较大的启动力矩来克服这个压力差，从而迫使电动机的启动电流剧增，约超出正常值10偌，温度升高，在这种情况下，电动机很有可能被烧毁而起火。
（3）压缩机高压排气缓冲管断裂，运转时噪音明显增大，此时压缩机运转电流低于额定值。
（4）压缩机避震弹簧与外壳脱钩或断裂，使压缩机在启动和停机时，机壳内发生金属敲击声和振动噪声。免费论文。
（5）压缩机抱轴或卡缸。由于曲轴配合间隙太小，冷冻机油过少有沉淀、油质太差以及吸油不顺，升温造成的。
三、认定要点和依据
认定火灾原因时，对现场进行细致勘察，并提取物证，提取物证时必须要有证人和第三人在场并在物证带上签字，和填写提取物证清单和当事人签字。首先要判定起火特征，电冰箱本身故障引起火灾，则在确定起火点的前提下，对电源插头、插座及内部开关、压缩机作为检查对象。通过辖区内电冰箱火灾调查概括为：现场首先勘察火势蔓延的方向，并对燃烧的物体倒向进行勘察和拍照，逐步确定一个起火范围，将起火范围确定为电冰箱，随后对电冰箱进行细致勘察及拍照，电冰箱外壳已经完全碳化，而燃烧痕迹从底部压缩机位置向冰箱四周扩散，随后提取了被烧毁的冰箱以及其他物证，送往司法鉴定所进行鉴定。免费论文。
鉴定结果为：
1．冰箱残骸高温过火严重，底部铁甲完全锈蚀，电源线路部分保留有绝缘皮，绝缘皮表层燃烧碳化，内层为原材料，线路全线未发现熔痕。免费论文。
2.压缩机表面高温过火，表层锈蚀，外接毛细管，其毛细管有膨胀熔痕，其熔化部分金相组织为胞状晶，未熔化部分组织为等轴晶。
3.对压缩机进行切割，其内部结构保持原状，油完全变色，碳化严重，电机绕组相间值很小，严重偏差。
4.绕组铜丝，其表面附着有油碳化物，其金相组织为等轴晶，其受高温作用发生再结晶。
四、结束语
通过此次鉴定更加明确了电冰箱起火位置和原因，成功避免一起民事纠纷，也为以后电冰箱火灾调查工作奠定了一定基础。在电气火灾物证的现场提取及火灾物鉴定所鉴定，常见绝缘导线短路、过负载、漏电等电致起火机理的研究，以及如何结合实际情况，对所认定的火灾原因进行恰当表述等方面都还有待进一步加强和完善。
参考文献：
《火灾痕迹物证与原因认定》（吉林科技大学出版社）
通过对影响蒸发器换热量的讲因素??膨胀阀开度、空气温度、风量、蒸发温度、和冷凝温度等参数的分析，得出了不同参数对系统的影响和调节特性，提出了新的更适合于制冷系统的控制方法??风量控过热度、开度控室内温度的独立 控制原理和方法，这种控制方法更适合用于制冷空调系统。
关键词：蒸发嚣 电子膨胀闪工调节特性 控制方法 独立控制 符号
CD??开度系数
Z??轴向长度，m
Te. Tc??蒸发、冷凝温度，℃
Tin??室内温度，℃
Tα??换热器进口风温，℃
Fi??压缩机频率，Hz
Gr??制冷剂流量，kg/s
Gα??风量，m3/h
Tsu??过热度，℃
Tsb??过冷度，℃
Q??换热量，kW
ρ??介质密度，kg/m3
P-压力，Pa
h??介质焓，J/kg
A??管内截面积，m2
S??管内截面周长，m
A（z）??开度对应的截面积
d??管径
τ??管内表面切应力，N/m2
q??热流密度，W/m2
α??两相流空泡系数
g??重力加速度，9.8m/s2
u??流速，m/s
Ov??电子膨胀阀开度
下标
l??液相制冷剂
v??汽相制冷剂
a??空气
1.引言
随着制冷空调技术的迅速发展，空调器正在从传统的单室内机、单室外机的结构逐渐向单室外机多室内机及多室内机和多室外机系统发展，系统结构逐渐趋于复杂，具有代表性的变流量制冷系统（Variable Refrigerant Volume Air - conditioning System, 简称VRV）也从单元变流量制冷系统（SVRV）向多元变流量制冷系统发展（MVRV）[1-3]。对于多室内机的热回收系统来说，室内机可能同时做冷凝器或蒸发器使用，而且随着人民生活水平的提高，对室内热舒适性也提出了更高的要求，传统的一些控制方法已不能再适应新空调系统的需要。由于系统的复杂程度的增加，传统的一些基于制冷空调系统整体的控制算法都由于其兼容性和可扩展性等因素而受到了很大的局限，因此各室内机和室外机独立控制的思想已经被引入到制冷空调系统的控制之中，一些控制理论和算法如矩阵电子控制算法、人工神经元算法和模糊控制算法都已经被引用到实际的制冷空调系统中[4-8]。为使制冷空调系统能安全稳定的运行，除了在控制技术上提高之外，更要注重研究制冷空调系统本身的运行调节特性。本文在通过分析系统在制冷模式下电子膨胀阀开度、室内温度、室内机风量、蒸发温度、冷凝温度等对室内机换热的影响的基础上，得出了室内机的调节特性，找出了对室内机制冷模式下更合理的控制策略。
2.数学模型
2.1 电子膨胀阀
电子膨胀阀是通过步进电机等手段使阀芯产生连续位移，从而改变制冷剂流通面积的节流装置。研究表明，电子膨胀阀的流量特性可借鉴热力膨胀阀的研究成果[9-12]，其模型描述为：
能量方程：
hin=hout
(1)
动量方程：
2.2 蒸发管路及蒸发器模型
2.2.1管内制冷剂侧稳态模型
在VRV空调系统中，由于膨胀阀可能设置在离蒸发器较远的位置，节流后的两相制冷剂沿膨胀阀后的管路进入蒸发器，所以在该段管路及蒸发器内部的大部分区域制 剂处于两相流动状态；当液体过冷度较小时，由于管道阻力及上升立管中重力的影响，液态制冷剂将会出现闪蒸，闪蒸之后管路内的流动也为气、液两相流动；当室内换热器制热采用其出口电子膨胀阀控制制冷剂过冷度时，膨胀阀之后的高压液体管内仍然可能呈气、液两相状态。在制冷空调领域内，蒸发管路内制冷剂两相流呈环状流[13,14]，故本文以环状流建模。因制冷剂蒸发现象可能发生上述管段的任何位置，建模时必须在动量议程中考虑重力项。
能量守恒议程：
整理上述议程，分别得到气、液两相流的质量守恒方程和动量守恒方程。
质量守恒方程：
动量守恒方程：
式中 Ρtp=αρv+(1-α) ρl是微元管段中两相流体单位容积的质量，称为两相流体的密度。
在式（3）～（5）中存在P、α、uv和u1四个未知数，方程无法封闭求解。传统的方法采用空隙率经验公式作为补充方程，使方程封闭。但目前还不存在公认准确的空隙率模型计算公式；本文采用文献［4］所提出的两相界面关系方程使方程封闭。
气、液两相界面关系方程：
在式（3）～（6）四个方程中，共有P、α、uv和u1四个未知数，方程组封闭可解。
2.2.2 空气侧换热模型
因横流蒸发器外侧的空气流速较低，一般Re＜2000，且蒸发器沿气流方向的管排数较少，故忽略空气侧压降，只考虑质量守恒和能量守恒方程。
质量守恒方程：
能量守恒方程：
3.调节特性
数值求解蒸发管路和电子膨胀阀的数学模型，可以得出系统的仿真特性。对于选定的系统来说，换热器的几何参数为定值，是一个不可调的参数。因此，影响电子膨胀阀－蒸发器部分换热效果的因素主要有电子膨胀阀开度、换热风量、冷凝温度、蒸发温度、室内环境温度、换热器几何参数。
3.1 膨胀阀开度对蒸发器换热量的影响
如图1所示，当系统风量为600m3/h其他参数不变时，蒸发器换热量随膨胀阀相对开度的变化曲线。
图1 换热量随膨胀阀相对开度变化曲线
当电子膨胀阀开度很小时，通过蒸发器的制冷剂流量也很小，制冷剂很容易在蒸发器内变成热气体，在蒸发器出口处有一定的过热度，蒸发器两端的制冷剂焓差基本为一定值。因为制冷剂流量随电子膨胀阀开大而增加，在换热条件仍能保证蒸发器出口制冷剂过热时，出口制冷剂焓值变化不大，所以蒸发器的换热量也随流量的增加而逐渐增加。当膨胀阀继续开大，制冷剂流量增大到一定程度以后，换热条件已经不能使制冷剂出口有过热度，出口已经处于两相区，管外空气侧的流量和换热系数基本为定值，制冷剂流量的增大造成出口干度的降低，但管内制冷剂的换热系数会有所上升，因此，蒸发器换热量只随电子膨胀阀相对开度的增加略有上升。这说明，在蒸发器出口有过热度的情况下，通过调节电子膨胀阀的开度来调节蒸发器的换热量的效果是很明显的，而当蒸发器出口已出现回液的情况下，通过调节电子膨胀阀的开度来调节蒸发器的换热量收效甚微。
3.2 室内机风量对蒸发器换热量的影响
换热量随室内机风量的变化曲线如图2所示，当风量很小时，不能使管内的制冷剂完全蒸发，蒸发器出口有一定的回液，随着风量的增加，管外的换热系数也逐渐增加，空气带走的热量增多，因此蒸发器出口处的制冷剂干度也逐渐增加，制冷剂在蒸发器进出口的焓差逐渐增大，在制冷剂流量不变的情况下，换热量逐渐增大，当风量增大到一定程度以后，蒸发器内的制冷剂能够完全蒸发，风量增加使制冷剂只能进行显热交换，出口焓值变化已经不大，所以换热量随风量增大而略有增加。
图2 换热量随风量变化曲线
3.3 冷凝温度对蒸发器换热量的影响
在其他因素不变的情况下，冷凝温度、冷凝压力的变化主要通过影响制冷剂流量来影响蒸发器的换热量，如图3所示。随着冷凝压力的升高，电子膨胀阀的进出口压差也随着增大，在蒸发器能够保证制冷剂完全蒸发的情况下，制冷剂流量的增加也就意味着蒸发器换热量的增加。
图 3 换热量随冷凝温度变化曲线
3.4 蒸发温度对蒸发器换热量的影响
在其他因素不变的情况下，蒸发温度、蒸发压力的变化从两个方面来影响蒸发器的换热量，一方面随着蒸发温度（蒸发压力）的升高，电子膨胀阀的进出口压差减小，使得通过电子膨胀阀的制冷剂流量减小；另一方面，蒸发温度的升高，使得制冷剂与空气的换热温差减小，也使换热效果降低。两个方面的因素共同使蒸发器的换热量随着蒸发温度的升高而降低。如图4所示。
图4 换热量随蒸发温度变化曲线
3.5 室温对蒸发器换热量的影响
室内温度对蒸发器换热量的影响如图5所示。室内温度就是蒸发器空气侧的入口温度，当蒸发温度一定时，室内温度主要影响管内外的换热温差，由于经过蒸发器冷却，空气温度最多只能降低到蒸发温度，所以当风量一定时也决定了蒸发器的最大换热量。当室内温度很低时，蒸发器内的制冷剂不能完全蒸发，蒸发器出口有回液现象，随着室内温度的上升，换热器的换热量也逐渐上升，蒸发器出口的制冷剂干度也逐渐上升；当室内温度上升至一定值时，制冷剂能够完全蒸发，蒸发器出口有一定的过热度，由于制冷剂温度最高只能升到室内温度，制冷剂的在蒸发器出口的焓值变化很小，换热量随室温的增加略有上升。
图5 换热量随室温变化曲线
3.6 调节参数的联合影响
影响蒸发器换热量的参数中蒸发温度和冷凝温度是表征系统运行的参数，不能直接作为调节参数，室内温度是被控对象；如果系统正常运行，还需要蒸发器出口制冷剂保持一定的过热度以防止回液。因此，要控制的参数是室内温度和过热度，能作为调节参数的只有室内机风量和电子膨胀阀开度。室内机风量和电子膨胀阀开度对室内蒸发器的联合影响结果如图6所示。
图6 制冷量、过热度随膨胀阀开度和室内机风量的变化曲线
电子膨胀阀和蒸发器联合工作输入、输出状态方程可以用下式来表示：
结合前面的分析可以发现：
(1) 当蒸发器出口制冷剂已经过热时，因制冷剂出口焓值变化不大，电子膨胀阀所决定的制冷剂出流量是决定换热量的主要因素；风量对换热量不大，而对过热度影响较大。各调节手段民对应的控制对象之间可近似认为是相互独立的，此时B（t）是对角占优的。
(2) 当蒸发器出口为两相流时，蒸发器空气侧进出口温差基本为定值，换热量主要由风量决定，电子膨胀阀开度对换热量影响不大，但进、出口焓差与流量近似成反比，对出口干度的影响较大。室内机风量对过热度同样有较大的影响。此时B（t）是上三角矩阵。调节手段对控制对象的影响是有一定的耦合度的。
(3) 只要保证蒸发器出口为过热状态，就能实现调节手段与控制对象之间的独立调控。而在制冷空调系统中，保证蒸发器出口过热又是保证系统正常运行所必需的条件之一。所以在过热度优先控制的模式下，独立调节是可以实现的。
(4) 在蒸发器出口未过热的情况下，调节风量和调节膨胀阀开度对过热度有同等程度的影响。仍可以采用风量控过热度优先的方法，同时用膨胀阀开度来改善风量对过热度的调节，独立控制与适当的耦合也能取得同样效果。
根据上述分析，提出了风量Gα控制过热度Tsu，电子膨胀阀开度Qυ控制室内温度Tin的控制策略。
5.结论
在两个优先原则下，可以实现室内机风量与电子膨胀阀开度对室内温度与过热度的解耦控制，独立控制策略是可以实现的；独立控制策略可用于复杂的系统，可对整个系统采用分布式控制模式；独立控制策略便于实现模块化，不会因系统形式的改变而对控制方法产生较大的影响；独立控制策略有较强的可扩展性，不会由于系统的复杂而增加控制部分的成本。
参考文献
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新风直接供冷、蒸发冷却和夜间通风蓄冷这三种供冷方式属于节能、环保型供冷方式，复合通风空调系统就是将这三种供冷方式应用到常规空调系统中改造而成的，在确定复合通风空调系统高温期的运行方案时，冷水机组运行能耗是一个主要的指标，系统的运行方式不同，其能耗亦不同。因此，在评价各个系统方案时，其运行能耗比较应是在其优化运行时得到的数值。本章通过建立其能耗数学模型，对复合通风空调系统部分供冷期的运行方案进行优化，得到系统在不同负荷率的情况下使得系统能耗最小的最优方案。并以此作为方案选择的重要依据。
关键词 复合通风空调系统 能耗 运行 优化
中图分类号：TM925.12 文献标识码：A 文章编号：
1 复合通风空调系统
本文中的复合通风空调系统由以下三部分组成：
1）常规全空气空调系统，风机采用变风量运行。称此系统中的风机为S1风机。
2）间接蒸发冷却系统，自带冷却塔和水泵以提供冷却水，将冷却水送到办公楼每层空调机组中的间接蒸发表冷器，它与常规的全空气空调系统的表冷段串联在一起。对于本论文中的办公建筑，根据每层间接蒸发表冷器所需的循环水量，选用了五台与机组配套的冷却塔和一个冷却水泵，置于办公楼的屋顶。当室内处于部分负荷时可以完全代替空调机组，当单独运行不能满足室内负荷要求时可以用作新风预冷。系统初步方案原理图如图1。
3）新风系统，包括一个空气过滤器和一个送风机，置于空调机房内，通过吊顶送入室内，只对空气进行过滤而不进行热湿处理。称此风机为S2风机，风机采用定风量运行。
图1 复合通风空调系统原理图
Fig.2-8 The sketch of compound ventilation air-conditoning system
2 优化模型的建立
2.1 优化思想
最优化是人们在工程技术、科学研究、经济管理、交通运输和国防等诸多领域中经常遇到的问题，它讨论决策问题的最佳选择之特性，构造寻求最佳解的计算方法，研究这些计算方法的理论性质及实际计算表现[1。2]。
最优化技术是从所有可能方案中选择最合理的一种以达到最优目标的科学。这种技术是近二、三十年来随着电子计算机的普遍应用而发展起来的。人们能够对各类较大规模的优化问题利用计算机实施求解，使最优化方法成为工程设计、决策管理的一种实用工具[3.4]。
本文应用最优化技术是想针对供冷期中蒸发冷却、夜间通风蓄冷和新风直接供冷无法满足的时刻，给出这些时刻的最优运行方案，所谓最优，即能耗最小，因为最大限度的降低空调系统能耗是本论文的研究目的。故本文的优化目标为系统能耗。
本文针对哈尔滨工业大学硕士学位论文[5]中整个办公楼的设计负荷值，在该论文中已经通过比较计算确定了供冷期部分时间段的运行方案，剩余时间段将在K3方案和K4方案[5]之间进行选择，也就是说在单纯冷水机组制冷和有间接蒸发冷却预冷的冷水机组制冷之间进行选择。人工冷源选择了三台冷水机组，那么在不同负荷率的情况下，采用哪种方案以及这两种方案中开启哪几台冷水机组能耗最小呢？这就是本文想通过优化计算得到的结果。
2.2 数学模型
在供冷期的剩余时间内，不管采用哪种方案，系统均采用100%定风量（最小新风比）运行，故送风系统和排风系统部分的能耗为定值，即在能耗优化模型中这部分能耗是个常数。
对于冷水机组，本文选用螺杆式冷水机组作为空调系统的冷源，其部分负荷性能参数[6]见表1。根据设计负荷的大小，冷水机组的台数一般为2~4台，在此选择三台机组进行组合，机组的选择不考虑任何附加因素，即以设计负荷作为确定冷水机组型号的依据，其性能参数（参考开利23XL型产品）列于表1中。
表1 螺杆式冷水机组部分负荷性能参数
Table 4-1 perrormance parameters of part load of screw compressor refrigerating machine
表2 冷水机组的选择
Table 4-2 selection of screw compressor refrigerating machine
由于本文的目的是对复合通风空调系统和常规全空气空调系统的运行能耗进行对比分析，为简化计算，现做如下假设：
1）冷水机组负荷率可在100%~10%之间无级别调节；
2）忽略系统的热惰性，认为空调动态负荷即为冷水机组和间接蒸发冷却系统所承担的负荷；
3）空调负荷各子区间的功率百分比为该区间最大负荷率所对应的数值。
由于本文供冷期方案的选择是以整个办公楼能耗最小为目的，故以整个办公楼每小时的能耗为单目标函数建立其数学模型。
系统运行能耗的优化模型表达式如下：
系统能耗=冷水机组运行能耗+间接蒸发冷却系统运行能耗+风系统运行能耗
=（冷水机组能耗+冷冻水泵能耗+冷却水泵能耗+冷却塔风机能耗）+（间接蒸发冷却系统水泵能耗+5×间接蒸发冷却系统冷却塔风机能耗）+（S1送风机能耗+排风机能耗）
初步得出运行方案能耗优化目标函数式见公式（1）。
式中、――为整型变量，取0或1。取0表示关闭，取1表示开启；
――冷水机组每小时能耗（kWh）；
――与冷水机组配套的冷冻水泵每小时能耗（kWh）；
――与冷水机组配套的冷却水系统每小时能耗（kWh）；
――间接蒸发冷却系统冷却水泵每小时能耗（kWh）；
――间接蒸发冷却系统冷却塔风机每小时能耗（kWh）；
――办公楼风系统总能耗（kWh）；
――冷水机组的额定功率（kW）；
――功率百分数，即部分负荷时，冷水机组的输入功率占额定功率的百分数（%）；
――冷冻水泵的电功率（kW）；
――冷却水泵电功率（kW）；
――间接蒸发冷却系统冷却水泵功率（kW）；
――间接蒸发冷却系统冷却塔风机功率（kW）；
――送风机S1的功率（kW）；
――排风机总功率（kW）
式中下标i表示第i台冷水机组及其配套的冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机的性能参数。冷水机组及其冷冻水和冷却水系统的各项能耗计算公式见文献[5]。
因为是负荷率的函数，将表4-1的螺杆冷水机组部分负荷性能参数绘制成曲线发现，该性能曲线近似于抛物线，故用二次回归曲线对此进行拟合，冷水机组性能回归曲线方程[7]见公式（2）：
式中――第i台冷水机组在部分负荷时的制冷量（kW）；
――第i台冷水机组的额定制冷量（kW）；
――冷源的额定制冷量（kW）；
――第i台冷水机组的负荷率（%）；
――第i台冷水机组在部分负荷时的制冷量与冷源额定制冷量之比
根据上述分析，得到最终的能耗优化数学模型见公式（5），其约束条件见式子（6）。
（5）
【关键词】 建筑结构；内嵌管道式；空调系统；
生活水平的提高使得人们开始向室内环境的舒适性进行研究。人类在不断的发展过程中，经历了无数种利用建筑结构来调节室内空气的方式。其中，炕就是调节室内温度的一种应用结构，同时它也是一种非常典型的利用低品位能源来有效改善室内空气的建筑技术。而近几年由于机械工业制冷技术的不断发展与完善，机械式空调改善系统在生活中的应用也逐渐普遍起来了。这无疑会导致我国建筑耗能的不断增加，另外，全球气候变暖以及自然燃料物质的减少使得各个专家和研究者都在寻找新的低耗能技术，用以降低高品位能源的消耗，着重提高能源使用效率，缩减资源能源耗用成本。
低品位能源主要有地下水、夜间冷风、以及地下热源等等。其中有些低品位能源不需要进行机械来提供动力就可以达到收散能量的目的，例如，对夜间自然通风能源的利用就不需要外部机械来助力。而有些低品位能源的利用则需要有机械来提供动力，例如，水泵输送流体等，通过机械提供的动力将流体进行冷热量的交替循环，达到室内所需最适环境。总的来说，低品位能源的利用可以有效减少对常规机械空调系统的利用率，既能降低高品位能源的消耗又能有效的节约经济成本。
一、主动式利用低品位能源的内嵌管道式建筑结构的来源
在楼层的楼板、墙体、以及天花板处都有些许多内嵌管道，通过这些管道的循环流通，可以使管道内部流体进行冷热量的循环交替，在实际的管道利用中即使管道内部只有微小的温差也可以通过构建多个管道或者有效增大交换面积来实现对冷热量的大量收集，从而实现大量热能的交替循环。这就是通过内嵌管道来收集低品位能源进行室内空气有效调节的基本原理。由于这种内嵌管道需要机械水泵来提供水循环的动力，因此，就将这种运作结构称为主动式利用低品位能源的内嵌管道式建筑结构。这种建筑结构在西方国家的运用非常广泛，下面就通过对这种内嵌管道式空调系统的性能应用以及种类分析进行简单的阐述。[1]
二、内嵌管道式空调系统的类型及运用
内嵌管道式建筑体系就相当于一个能量交换器，它主要通过在管道中注入的水来与周围环境介质进行能量的交换。内嵌管道式建筑结构中采用的管道有三方面的应注意事项。其一，是管道材料的选用标准，管道是提供水热能传输的最重要载体，因此，管道材料的选用必须能保证其高效率的导热性，另外，管道是镶嵌在建筑物之间的，这必须要保证管道的耐压耐抗性能，同时管道的使用寿命也必须依据建筑物的使用而确定。其二，管道的管径也应按一定的标准来选用，在流量同等的情况下要通过适当的减小其摩擦阻率来减少水泵的压头，同时要保证管道内部的流体处于紊流的状态下进而维持水和管道内部的高效率导热性能。其三、管道内部的热水或者冷却水一般是采用地下热源交换器、地下热源、以及制冷机制冷等来产生。
1.开式系统外加冷却塔装置
内嵌管道式空调开式系统通常采用湿式冷却塔来制造冷却水。在实际的运用中，当管道周围的环境温度较低时，可以利用湿式冷却塔来制备冷却水，这种系统通常在夜间运作，当楼板或者天花板经管道水循环来达到降温的目的时，内嵌管道中的流体会将热量带走，最后经过冷却塔时实现流体的冷却。
一般来说，楼板、天花板、以及墙体都具有很大的热容性质，它可以在夜间积累冷能量供白天室内空气制冷使用，而白天管内水又会吸收室内人员散发出的热气，这就会使得室内的空气白天夜间都处在适度的范围之内。而在白天时，楼板或者天花板会将这些积累后的热量顺管道流体吸收后进入冷却塔，继而排放出去转供第二天使用。这种管道水循环式的交换体系可以将白天不需用的热量转化，实现了对低品位能源的有效利用，降低了传统空调系统中的高耗能。这种开式系统的效率虽然很高，但是在管道内部污垢处理方面却远不如闭式系统。[2]
2.闭式系统外加制冷、热泵装置
闭式系统中的管道内部循环水也可以经由制冷机来制备。首先，制冷机应提供给管道水循环系统高于其楼板表面空气的露点温度，这是为了有效防止天花板顶部结露而设的，其中循环水的温度可以低至于13度，这时制冷机会蒸发导致温度提高，极大的提升了制冷机的局部运行效率。与此同时，当房屋需要供热时，可以利用热泵来提供较低温度的热水，还可以与冷却塔装置并驾运行。[3]
在夜间时，如果管道周围的温度比较低，则可以将冷却塔装置投入使用，通过制备冷却水来有效的调降天花板的热度，并且可以将冷能量存储留至第二天白天使用。同样的运行方式，当白天室内温度过高时，要及时的将制冷设备投入制冷中，制备低温循环水以供天花板与楼板的耗用，以保持室内环境的舒畅。
综上所述，建筑结构内嵌管道式空调系统是一种不同于常规的新式空调系统，它主要是将空调系统中的管道结构设计在楼板或者天花板的混凝土中来增加管道內流体与混凝土之间的换热面积，这样做的优势在于当换热的温差过小时依旧可以获取较大的换热量。而在实际中，我们可以通过利用温度微高的冷水来运用于夏天的降温，利用温度较低的热水来应用于冬天的供暖，二者则可以通过低品位能源来进行获取。其中，能够提供这种空调系统的低品位能源主要是地下水、夏季自然冷源以及地下热源等等。另外，这种新式空调系统还需要水泵等提供动力的机械来保证其内部液体的循环运输，不仅大大降低了对高品位能源的消耗，还具有非常大的经济利用价值。
参考文献
[1] 徐新华，周利君，朱求源.《建筑结构内嵌管道式空调系统的技术与应用》——[建筑科学]，华中科技大学，建筑环境与设备工程系，湖北省，武汉，100045.2009，25（10）.
关键词：埋管式地源热泵，煤矿，设计，理论模拟
采用埋管式地源热泵系统可大量降低运行费用，比传统冷水机组和空气源热泵少30%，比电采暖少70%。能效比一般为4~6。在我国低碳节能的政策引导下，埋管式地源热泵在民用建筑小区的应用已经日渐广泛，但是在煤矿等生产厂区使用该技术的并不多。本文将从几个方面分析一下该技术在煤炭上应用的可行性与适用条件。
1埋管式地源热泵在煤矿应用的优点
（1）系统不燃油、不燃气、不燃煤，以便使煤矿本身节省能源，为市场提供更多优质煤。（2）系统可建造在煤矿的厂区，安装在绿地、停车场下，无燃烧，无排烟，也无废弃物，不需要堆放燃料废物的场地。（3）热泵既可供暖，又可制冷，制冷时产生的余热还可提供生活生产热水或为游泳池加热，最大限度的利用了能源。对于煤矿这种建筑类型较复杂的地方比较实用。（4）埋管式地源热泵的水系统采用全封闭循环，借助于地下土壤源温度场取冷或散热，不蒸发、不补水、循环往复，对于偏远缺水的煤矿来说较实用。（5）系统运行稳定，维护费用低，自动控制程度，无需专业人员操控。（6）系统不用冷却塔，从根本上杜绝了军团菌的滋生，对于煤矿工人特殊的工作环境，地上的非工作时间可以得到舒适的温湿度洁净环境，有利于身心健康。（7）埋管式地源热泵系统使用寿命可长达五十年，在煤矿的正常使用年限中无需更换。（8）系统无易燃、易爆隐患，在煤矿的特殊环境中安全始终是第一位的，使用这种系统更实用、放心。（9）系统不需要锅炉房、冷却塔及其它室外设备，不需要集中占地，为煤矿节省了地皮，产生附加经济效益[1]。
2埋管式地源热泵在煤矿中应用带来的长期效益
对于煤矿来说地下水资源尤其不能破坏，埋管式地源热泵系统就具备这种优势，以土地为热源，不破坏地下水资源、低噪音，而且不排放废气和废弃物，具备零污染的良好环保品质。
2.1弥补地下水资源短缺
我国地下淡水资源量为694km3,仅占世界地下淡水资源的0.6/10000。论文参考网。同时,由于我国地形、降水分布的地域性差异,使我国地下水资源具有南方丰富、北方贫乏的特征。地下水分布的不均匀性,为普遍地推广与应用地下水源热泵带来地域的局限性。
2.2缓解地下水超采
地下水超采是指两部分:一是浅层地下水超采;二是深层承压水超采。进入21世纪后,地下水源热泵系统在我国的发展十分迅速,其应用日益广泛。目前,有的部门和地区制定实施了一系列优惠政策和措施,使地下水源热泵系统的应用更为广泛。在这种形势下,我们更应该注意到地下水的双重性,它不仅是地下水源热泵优良的源与汇,而且是一种宝贵的资源,是人类赖以生存的最重要的基本物质之一。
为此考虑在水源稀缺的地方尽量采用埋管式地源热泵这种形式，高效环保，对地下水层也无破坏，可以保护人类的宝贵水资源，而且土壤热能是一种取之不尽用之不竭的可再生资源，使人类社会与自然环境协调发展,事在当代,功在千秋。
3 埋管式地源热泵系统设计的几大要点
3.1冷热负荷及冬夏季地下换热量计算
冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，参考有关空调系统设计手册，不再详细说明。
夏季地下换热量=夏季设计总冷负荷×(1-1/设计工况下热泵机组的制冷系数)，
冬季地下换热量=冬季设计总热负荷×(1-1/设计工况下热泵机组的供热系数)，
3.2确定地下换热器设计参数
埋管式地源热泵系统地下换热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积的限制，且换热性能比竖埋管小很多，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。垂直埋管有3种形式： U型管、套管型、单管型。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失；单管型的使用范围受水文地质条件的限制；所以一般选择U型管[2]。地下换热器设计是关键，国内外已有许多关于这方面理论研究，主要是数值模拟。论文参考网。通过模拟确定几大参数。
U型管理论推导过程一般为：（1）某地区土壤初始温度模拟；（2）U型地埋管换热器传热分析；（3）建模假设:在不影响工程精确度要求的前提下做合理的加设以使复杂问题简单化；（4）建立物理模型:因为土壤各个层面的传热特性不一致，将土壤分为三层：地表活动层、中层区和深层区进行处理[3]；（5）建立数学模型:在这个阶段要进行热传递方程的推导、对流、导热的分析以及对土壤的固态、液态以及气态并存的状态分别进行考虑；（6）输入实地测得的初始数据通过集成分析活应用大型集成软件进行分析求解[4]。
通过以上的理论模型得出比较合适的地下换热器参数，如：管材（综合考虑其传热性能耐腐蚀性以及经济性）、管径、钻井深度（既考虑热效率也要考虑经济实用性）、U型管间距、钻井间距（考虑其热干扰）、管内流速、管长等。同时，竖井个数的确定可参照下式：
竖井总数的确定按下式计算:竖井总数=0.5×竖井埋管总长/竖井深度
3.3水泵的选择
同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量长度，再乘以单位压降，得出总阻力[5]。计算所得最不利环路压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程，考虑一定的安全裕量。
4小结
由以上所述可得，埋管式地源热泵系统在煤矿中应用是有其适用性的而且有其不可取代的优点，而且通过理论模拟能更好地为设计服务、提高热效率。论文参考网。在煤矿的综合楼及办公楼、宿舍楼系统中，系统的供冷量远大于供热量，导致地下热交换器十分庞大，价格昂贵，为节约投资或受可用地面积限制，地下埋管可以按照设计供热工况下最大吸热量来设计，同时增加辅助换热装置（如冷却塔＋板式换热器，板式换热器主要是使建筑物内环路可以独立于冷却塔运行）承担供冷工况下超过地下埋管换热能力的那部分散热量。
[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南.北京：中国建筑工业出版社，2001.11
[2]谢汝镛.地源热泵系统的设计.现代空调，2001.3：33～74
[3] Giorgio boni et al. Sampling Strategiesand Assimilation of Ground Temperature for The Estimation of Surface EnergyBalance Components[J]. IEEE Transactions ongeoscience and remote sensing, 2001.1.
[4]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究：[硕士学位论文].重庆:重庆建筑大学，1997
[5]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例.现代空调，2001.3：88～100
论文摘要：从办学思路、教材设置、师资结构等方面讨论了目前高校建筑环境与设备工程专业中出现的问题和应改革的内容;结合中南大学建筑环境与设备工程专业教学实践,提出了明确办学思路、强调专业特色、加强实践环节等方面的专业教学体系改革的思路。
科学技术是第一生产力,是推动社会进步的巨大动力。人是从事科学技术的主体,因此当今社会的竞争就是人才的竞争。而人才核心竞争力的培养,主要来源于大学教育。为了适应社会的发展,教育部在上世纪末对大学很多专业都进行了调整,包括建筑环境与设备专业。论文百事通建筑环境与设备工程专业是根据教育部1998年颁布的全国普通高等学校本科专业目录,将“供热通风与空调工程”和“燃气工程”两专业合并,调整、拓宽组建而成的新专业[1]。该专业以培养从事工业与民用建筑室内环境及建筑设备、公共设施、建筑热能供应系统的设计和建筑自动化与能源管理工作的人才为目标。这次调整,不是简单的合并,而是产生了一个面向21世纪新的专业学科。近年来,该专业如雨后春笋般在全国范围91所各类众多高校中涌现出来,问题也随之凸现。笔者认为有必要进行深入的、切实可行的教学改革。
一、主要凸现的问题
(一)办学思路不清晰
虽然很多学校秉承了“厚基础、宽口径”的办学思想,在教学内容上增加了建筑环境、建筑热能供应以及建筑自动化等方面的知识,并把建筑环境学列为了专业的平台,搭建了新的本科专业的框架体系。但是“厚而宽”不是“大而全”。知识口径的拓宽不是各种知识的堆积和罗列。专业的办学首先要服从于所在大学的办学思路,即学校的定位。一般院校和重点院校不同,创新型大学与研究型大学和综合型大学也不同。如果全国九十一所建筑环境与设备专业的教学体系都参照某一两个名牌大学的教学体系,那么这样的后果是显而易见的:一,专业建设没有或者散失了原有专业的特色;二,专业培养出来的人才也没有特色。
(二)教材建设的质量不容乐观
目前围绕建筑环境与设备专业的教材种类繁多,质量参差不一。教材是教学内容的具体体现,教学体系中的教材应该具有知识的系统性、延续性和完整性。而不是各个知识块之间简单的粘贴或移动的关系。以《暖通空调》为例,集结了原来供热、供燃气及通风空调工程专业的主要专业课:《空气调节》、《工业通风》以及《供热工程》的主要内容。剔出了三门课管网输配的交叉部分,而另设了一门课:《流体输配管网》。但就这两门课程的教材来看,共同的缺点是把原来空调、通风和供热三门课的三个系统简单地归类总结,系统总结有余,阐述不足。使得在具体教学过程中,出现老师觉得不好讲,学生不易接受的情况。
(三)配套的师资队伍结构有待改善
由于建筑环境与设备专业由原来的暖通空调专业或燃气专业演变而来,因此师资基本上是暖通空调或燃气专业的。但是专业的领域已经扩充到建筑室内环境、建筑设备、公用设备和智能建筑等方面。专业的内涵已经由原来的设备或系统扩充到既包括设备、系统,也包括智能建筑。其中的弱势部分是智能建筑。因为智能建筑技术也是一门交叉学科,而大部分搞自动控制的人才是自动化专业、电气工程及其自动化专业或计算机专业的人员。对智能建筑、智能化系统及设备缺乏全面的了解和掌握,缺乏建筑结构、建筑设备、供热空调等方面的专业知识和理解。另一方面,搞设备的人才又缺少对建筑自动化、BAS功能科学要求的理解,缺少有效的上层控制管理逻辑与算法。两方面人才又缺少“接口”,从而制约了智能建筑技术的发展[2]。因此合理搭配师资,在教学安排方面与其它专业知识交叉融合,才能培养出新时代的建筑环境与设备复合型人才。
二、改革的内容
(一)明确办学思路,办出专业特色[3]
明确办学思路是确定专业人才培养目标和教学体系的前提和基础。是以科研人才为主,还是以工程技术人员为主,不仅与专业本身的内涵有关,更重要的是与专业所在大学的性质有关。这样才能形成专业建设和发展的良性竞争。办学思路还与专业特色有着密切联系。专业特色与专业在多年的建设发展过程中的教学和科研历史有关,如有的学校在暖通空调的系统工程方面是强项,而有的学校在制冷空调设备的研究与开发方面是强项。那么在培养人才方面,这些特色就应该很好的继承和发挥,在课程设置和训练中要体现出来。
(二)稳固基础知识,拓宽专业口径
建筑环境与设备专业是一门跨学科的工科专业,学生基础知识应包括数理方面、工程热物理方面、流体机械方面、建筑热物理方面和自动化控制的知识。只有牢固的基础知识,学生才能深刻地理解专业课程,拓宽本专业的服务领域。当然,正如前面强调的,专业办学的前提是要继承和发扬本专业的特色。这些基础知识本身就是属于很多领域,要与专业在建设和发展过程中的特色结合起来,构造和稳固所必需的专业基础知识。
专业知识的拓宽,是构架新时代建筑环境与设备专业教学体系的重要部分。专业教学体系不仅仅局限于暖通空调,或是供热供燃气,或是把这两方面的课程全部笼统地包括进去,或是把建筑环境、公用设备和智能建筑方面的知识硬塞进去。在专业学时有限的条件下,很有可能会造成各种知识的七拼八凑。因此,要有侧重点地把某些方面作为原本专业特色的延伸和发展,切忌一口吃成一个胖子的思想,盲目地贪大。
(三)编制优秀的教材,配备合理的师资队伍
正如前面所说,由于原有专业教学体系架构的割断和组合,使得最近几年采用的教材在编制上都有这样或那样的问题,因此在教材的建设方面还必需投入更多的精力。而选用合适的优秀教材的基础正是现在的教学体系的完善,必需从根本上理解和制定本专业的教学体系和知识模块。
师资的知识结构要分布合理,除了保留原来专业特色的知识结构以外,还要补充新的知识,如智能建筑和建筑环境方面的知识结构。师资的梯队建设也很重要。教学梯队的形成有利于知识传授的传承和不断更新。每个专业知识模块,也就是我们所说的课群下面,形成以教授为龙头,教授副教授主讲,青年教师为重要组成的教学梯队。
三、我校建筑环境与设备专业教学体系改革的几点思路
中南大学建筑环境与设备工程专业主要源于长沙铁道学院的制冷空调学科。长沙铁道学院从上世纪70年代起,就开展了制冷空调及冷藏运输方面的研究工作,1985年在机车车辆系成立制冷空调教研室,并开始招收制冷空调专业专科学生;1989年开始招收供热通风与空调专业本科学生;1998年根据教育部文件调整为建筑环境与设备专业。因此,在二十多年的建设中,形成了制冷与暖调、系统与设备并重的特色。我专业在调整后修订了教学计划,增加了供燃气、建筑环境和建筑自动化方面的知识模块,保留了原来的制冷方面的知识模块,包括有制冷原理、制冷压缩机和铁路车辆制冷、制冷装置自动化等课程。
目前已拟定完2008级新的教学体系和教学计划,主要的思路有如下几点。
(一)明确办学思路,与学校的定位一致。
我专业隶属于以本科生、研究生教育为主的高层次综合性大学——中南大学,学校的定位是立足湖南,面向全国,放眼世界,努力建设国内一流、国际上有重要影响的高水平、综合性、研究型、创新型大学[4]。因此,我专业的办学思路是以创新素质教育为核心,坚持全面发展的人才培养标准,面向社会主义市场经济的人才需求,培养出具有实践能力、创新能力,既懂技术又懂管理的复合型人才。
(二)继承和发扬专业特色,整合知识架构。
充分利用能源知识的平台。从2008年开始本专业与同属能源科学与工程学院的热能专业进行能源与动力大类招生,使学生在低年级的时候的基础知识面广,起到“厚基础、宽口径”的作用。
继续保留专业的特色之一:制冷模块。从毕业生就业的反馈来看,用人单位对既懂制冷,又懂暖通,既了解系统,又了解设备的人才非常欢迎。
加强暖通和建筑环境的优势。把空调、供热、通风和建筑环境的节能、环保、热舒适与空气品质结合起来,也是当前时展的需求。
减弱供燃气和燃烧模块。从本系教师多年从事的科研工作来看,燃气和燃烧模块并没有形成特色,因此可以适当减少其份额,作为选修课程开设。
加强智能建筑模块。智能建筑是楼宇发展的重要方向。本系在制冷和空调系统的自动化控制方面有着多年的研究和实践经验。可以在此基础上进一步扩充相关领域的知识内容。新晨
(四)加强实践环节,培养创新人才
实践环节包括实习、课程设计和毕业设计。实践环节应受到更多的重视。既保证实践环节的“量”,又要保证实践环节的“质”。即:实践环节的课时量必需严格保证,同时要求学生在实践环节动手、动脑,培养其综合运用所学知识和创新能力。
毕业设计从选题开始抓起,选题来源于教师的科研课题或工程实际,具有很强的实际意义和理论研究价值,有利于培养学生的综合能力。
严格把握好实践环节的考核。本系在近两年所有的专业实践环节考核中都涵盖有答辩部分的考核,既锻炼了学生的胆量、自信和表达能力,又能很客观地反映实际的情况。
参考文献:
[1]肖勇全,李岱森.建筑环境与设备工程专业[J].高等建筑教育,2002,(2).
[2]刘春蕾,赵三元,海.智能建筑相关专业课程体系建设研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2004,(4).
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关键词：课外活动；课题研究；综合素养
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0026?C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
2012年年初，笔者指导高一年级12位学生，以“油”为主题开展了“地沟油的制取与检测”等三个化学小课题研究活动，后来又指导这些学生参与“硫酸铜大晶体的制作”活动。笔者通过历时两年的观察、比较与分析，发现无论是在化学新授课教学还是在高三复习中，参加过课题研究的学生的问题意识、实验能力、思维的严密性以及处理问题的能力等方面都要优于其他学生。可见，开展化学小课题研究活动，对于学生化学综合素养的提升有着积极的影响。
1 课题选择
考虑到学生的知识能力、实验条件与活动时间等方面的限制，课题的针对性与适宜性则成了课题选择的首要因素。在选择课题时，指导教师对课题研究的方向、方法与成果等要进行预测和评估，以提高课题研究的可行性，也便于指导学生开展活动。
1.1 选题要贴近生活
化学课题研究要引导学生从生活走进化学，并应用化学知识去解决生活中的化学问题。宜选择学生身边的小问题作为研究对象，让学生感受到生活处处皆化学，并用化学视角来审视身边的世界。
化学课题也要突出化学学科特点，既可以是物质的制取，如“利用烟油制取家用洗涤膏”；也可以是物质性质的探究或物质检测，如“纯碱清洗厨房烟油的最佳条件”；还可以是有关STS问题，如“环保袋真的环保吗”。当然，将上述选题思路综合起来，也可以作为课题的选项。
1.2 课题要紧扣学生的知识结构与能力水平
化学课题要紧扣学生已有的知识结构，让学生有兴趣、有能力进行探究，但又要能在教师的指导下，借助于新知识、新方法，“跳一跳摘到桃子”。如果课题的内容和研究手段都脱离了学生的实际，学生就会觉得困难重重，其探究的积极性和课题研究价值就会受到影响。
1.3 课题要与研究条件相匹配
课题实验中用到的实验装置和基本操作都是中学常用的，并尽可能在实验室里完成，以增加实验探究的可操作性。例如，将混合油水经过“用纱布过滤分液漂白去色用餐巾纸过滤”制取地沟油，实验过程中用到加热、过滤、分液、吸附漂白等都是中学阶段常用的实验基本操作，在实验室里能够顺利完成。
囿于学校的实验条件和实验资源所限，有时需要借助于其他学校或者是社会上的资源。为确保研究活动的顺利推进，要为课题小组提供必要的书籍资料和上网便利，并开放实验室。
1.4 研究活动要突出综合性
当然，选择课题除注重实用性之外，还要注重研究活动的综合性。课题的综合性有助于学生综合能力的培养，可以实现研究活动教育影响的最大化。
2 课题培训
课题选定之后，指导教师要对开展课题的研究模式、方法手段以及研究过程中涉及到的新知识进行必要的培训辅导，以便为课题研究的顺利展开做好铺垫。
2.1 研究模式与实验原则
首先向学生介绍开展课题研究的一般思路和研究方法，让学生知道研究什么和怎样研究。在化学课题研究过程中要用事实、数据去说明，通过定量实验得出的结论才会严谨、逻辑。比如，控制变量法是开展课题研究活动中常用的一种实验方法，即将影响实验结果的诸多条件中的一个条件作为可变，其他条件保持不变，以此来探寻此条件的变化对实验结果的影响[1]。
2.2 新的知识内容
在探究化学问题时，经常会涉及到一些学生尚未学习的知识内容，因此，有必要对学生进行提前辅导。比如，高一学生在还没有学习选修5《有机化学基础》的情况下，学生开展“地沟油的制取与检测”课题研究，就要首先指导学生自学相关内容，然后讲解油脂（酯类）的水溶性、密度与熔点等。
2.3 新的技术方法
在探究活动中会用到一些中学阶段尚未接触到的技术和方法，因此，有必要结合原理进行讲解。同时，也可以利用学生开展课题研究的机会，向学生拓展一些前沿的化学探究技术，如手持技术等。
3 课题研究
为提高课题研究的效率，要对小组成员进行分工，具体落实小组成员的职责，并由一位组长负责召集协调。
3.1 理论研究先行
化学课题研究，采取的是一种开放式的研究方式。小组成员在已有化学知识的基础上，以解决具体问题为中心，利用书籍和网络资源，对研究对象进行检索、筛选、分类、鉴别和处理，并设计出研究方案和实验步骤。对于资料中有争议、有出入的内容，则要用实验进行验证，以确定最佳方案。课题研究方案经过小组讨论后交由指导教师审核。只有在理论上可行的方案，在实践中才有可能成功。
案例1 地沟油的检测方法
学生通过资料查阅，了解到地沟油与食用油的组成性质差异，并设计出三种对比检测方法：
（1）食物经高温熬煮后，部分有机物分解成可电离物质；同时，食物在烹调过程中添加了食盐等调味剂，在水相中具有良好的溶解性和导电性。因此，可以用检测水相电导率的方法鉴别地沟油与食用油；
（2）食用油在烹调之后，再与水、金属、微生物等作用，酸败程度高，导致地沟油的pH较低。因此，可以用检测水相pH的方法鉴别地沟油与食用油；
（3）由于地沟油是动物油和植物油的混合物，其中动物油含量高，相比植物油，其黏度和凝固点都较高。因此，可以用凝固法鉴别地沟油与食用油。
3.2 对问题给予方向性指导
对于在研究过程中出现的问题，指导教师虽然知道改进措施，但也不宜直接告知。而应当只是提出改进的方向，让学生自己动手进行尝试，让学生体验到实验探究的艰辛和乐趣。否则，只是简单“照方抓药”式的操作，其探究价值得不到体现，其课题研究意义也大打折扣。
案例2 制冷剂的选择
用化学方法让地沟油降温凝固，学生首先想到要选择溶解时吸热的物质作为制冷剂，经查找发现实验室里只有KNO3和NH4Cl两种能降温的物质。这两种物质中哪种物质的降温效果更强一些？如何设计实验进行探究呢？
此时指导老师进行引导：当比较两种物质性质上的差异时，只能采用控制变量法进行对照实验，首先要分析影响这两种物质降温效果的因素有哪些，然后加以控制。这样得出的结论才会严谨。
于是，学生在教师的指导下做了KNO3和NH4Cl降温效果的对比实验：用2支试管各取10 mL水（16.3℃），分别加入1.0 g KNO3和1.0 g NH4Cl，然后迅速振荡使KNO3和NH4Cl全部溶解，用温度传感器测量溶液的温度变化：
可以发现，同质量的NH4Cl比KNO3的制冷效果更好些，于是最终选择了NH4Cl作为制冷剂。
3.3 鼓励学生创新实验
由于中学生的化学知识有限，而要解决具体的化学问题，只能靠方法的创新去弥补知识的不足，这在客观上为学生创新能力的培养提供了土壤。
案例3 自制热过滤装置
学生在模拟制取地沟油的过滤环节遇到了问题，常常只过滤了一小部分油就已经凝固了（室温16.3℃），此时，学生在教师的鼓励下尝试改进过滤装置。学生在网络上搜索到如图2装置，但考虑到实验室没有此装置，因此课题小组就对该装置进行改进，设计出如图3装置，利用生石灰与水反应放热，可在一定时间内使过滤顺利完成[2]。
4 课题报告
将实验过程和研究结论以论文的形式呈现出来，通过论文答辩进一步发现课题研究中存在的问题，以提升课题研究的严谨性和论文书写的规范性。记录研究过程的所想、所感与所悟，加强自我反思改进，从而养成严谨的治学作风。
4.1 依照格式撰写论文
撰写课题研究论文，既是梳理研究活动的过程，更是科研思维的逻辑化、条理化和科学化过程。通过撰写论文，让学生初步掌握论文的写作模式，对学生以后从事课题研究起到了规范化作用。
案例4 论文的书写格式
“地沟油的制取与检测”的论文书写格式：
一、课题的研究意义。主要说明为什么会选择这个课题，这个课题要研究什么，研究这个课题有什么现实意义。
二、实验过程。包括地沟油的制取与地沟油的检测。需要说明在哪里取餐饮废油水（制取地沟油的原料）更有代表性，模拟制取地沟油有哪些操作步骤，在实验过程中遇到了什么问题以及怎样解决问题，制取的地沟油与食用油在外观上有何差异；地沟油与食用油的组成性质有何差异，如何利用性质差异进行检测，实验结果如何。
三、实验结论。分析实验事实与实验数据，提炼得出实验结论。
四、建议与体会。根据“实验结论”指导人们如何使用简易方法区分地沟油，怎样回收餐饮废油水，如何加以利用。
汇集整理小组成员在开展课题研究活动中的感想、感悟与收获。
指导学生按照论文的书写格式将实验研究过程进行梳理、完善。论文经课题小组讨论修改后再交由指导老师审阅。
学生的研究论文不仅要强调研究的过程、结论和活动收获，对实验过程中出现的一些异常现象和数据也要进行分析与讨论。
4.2 模拟答辩
课题小组就研究成果进行论文答辩，一方面，保障了学生参与课题研究的真实性，同时，也训练了学生的理论水平和语言组织能力。
为了让学生能够胜任答辩，可召集课题组成员和班级其他学生进行模拟答辩。首先由课题组中心发言人阐述课题的概况，然后其他学生进行提问，该课题组成员集体进行释疑。这样通过一问一答，课题组成员对课题的原理、过程和结论有了系统、深入的掌握。在答辩过程中出现的疑惑，课题小组再进行理论修补和实验完善，这样课题的研究不再是想当然，而是有理有据，并且更加全面、逻辑与严密，小组成员的思辨能力也得到了极大地训练与提升。
案例5 为什么选择沸石漂白地沟油
在回答其他学生提出的“为什么选择沸石漂白地沟油”时，课题组成员讲述了实验的探索过程：课题小组首先考虑到选择SO2、氯水和活性炭进行漂白，但SO2的漂白性是暂时性的；氯水具有强氧化性，会氧化地沟油，并会对后续地沟油的检测产生干扰；而用活性炭进行实验后，发现活性炭的细颗粒残留物导致地沟油的颜色更深，无法起到漂白作用。后经过查阅资料并进行实验，最终选择了沸石。
4.3 评价反思
无论是研究日记、活动感悟，还是答辩时评委老师与其他学校学生的提问，以及研究成果的获奖等，这些以促使学生反思改进为手段、以促进学生发展为目的的评价方式，实现了学生个体成长发展的最大化。
在研究活动和成果展示中，小组成员之间进行了充分的交流与讨论，通过“头脑风暴”，学生分析问题和解决问题更有了深度和广度。小组成员在研究过程中结成的互助关系与友谊，在后续的学习与生活中仍然延续着。
案例6 活动感想
有一位学生在答辩时感叹说：这种比赛不仅需要参赛者具有一定的知识储备，还要求参赛者具有缜密的思维和准确的口头表达。每当我们表达得不够严谨，或者表达得不够准确时，别的同学就会揪住这一点，不断地向我们提问。而且，一旦我们的回答不够完整或详细，又会引起别的同学的提问。
还有一位学生在活动总结时说：我爱化学，我爱实验，我爱答辩。如果以后还有这样的比赛，我还要参加，并会全力以赴，做到最好。
5 课题影响
参加课题研究活动学生的问题意识、实验意识和实验能力明显增强，这种影响在后续的化学学习过程中表露无疑。这些学生在以后课堂上的提问更多了，问题也更有了深度。在这些“领头羊”的带领下，班级的学生不再“乖乖”地去听了，而是会提出自己的看法与思考，会带着质疑的眼光去思考问题。当他们遇到疑惑时，首先想到是设计实验来解决，而不是简单地从理论上进行逻辑推导，这种依据实验的思维方式是学生化学素养提升的明显标志。
无论是实验条件的设定，还是数据的处理与分析，都要从“量”的角度进行思考与分析。从定性到定量，学生的思维方式有了质的跨越，学生体会到定量研究的必要性，其严谨、规范的思维能力得到了提升。
参与课题实验研究的学生，其相对丰富的直接经验对于化学间接知识的建构，也明显优于其他学生。学生在课题实验过程中产生的问题，他们会在后续的化学学习别留意和关注，这也是引领他们探索化学知识的引擎。
参考文献：
