供热工程与热源教学中“知行合一”探索与实践

[摘 要]供热工程与热源课程建设和改革中，改革思路和措施涵盖教学特点、教学方法和教学模式。项目组从课程特点出发，总结教学规律，理论与实践相结合，采用多媒体和板书合理搭配、理论教学和实践有机结合的教学模式，注重学生实践能力的培养和理论知识向实践能力的转化，提高学生的综合设计能力和素质，实现教学目标。

[关键词]供热工程与热源；教学；改革；知行合一

[中图分类号] TU83 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0124-02

供热工程与热源是一门专业课，研究建筑物采暖、生活热水供给系统的设计、施工的工程应用性学科。本课培养学生认识和掌握热量的转换、输送和传递、系统的设计、设备的选型，形成综合的系统设计能力和工程应用能力，课程具有很强的实用性，对提高学生的设计和实践能力具有重要意义。

宁波工程学院2006年开始招收建筑环境与设备工程专业本科生以来，即提出了培养“知行合一、双核协同”的应用开发型高等技术人才的办学目标。[1，2]供热工程与热源是建筑环境专业传统的供暖、通风、空气调节、建筑智能化内容的重要组成部分之一，是实现舒适健康的室内人工环境必不可少的学习内容。在供热工程与热源的教学过程中，激发学生的学习兴趣，提高实践能力，提高教学质量，是培养学生综合素质的重要步骤。

一、课程特点

本课程的特点之一是实用性强，是建筑环境专业基本功的重要组成部分。

特点之二是在浙江及周边地区，供热系统普及度不广，导致大部分学生对供热系统比较陌生，或者认为“无用”而学习动力不强。

特点三是学生难以在生产实习中得到锻炼。由于浙江地区供热系统较少，因此认识实习、生产实习不便，学生日常生活中接触较少，难以在实践中得到锻炼，因此“知行合一”就显得尤为重要，执行过程也更加困难。

二、逐层深入的引导式教学

首先，初步形成供热系统的范围和印象。由于宁波工程学院的学生绝大部分来自浙江及周边省市，北方同学较少，大部分同学对供热系统无直观印象。课程开始之初，通过图片、视频的形式，建立初步的感官印象，使学生了解供热系统的作用和目的，掌握供热系统的基本形态。

（一）系统教学

教学之初首先掌握供热系统的宏观组成：热源（产生热量）、供热管网（输送热量）、热用户（使用热量），形成系统的原理图。供热系统要解决的问题是提供用户生活热水和采暖的需要，首先要解决需要多少热量的问题。如何把热量输送并分配到各用户是供热系统要解决的重要问题之一，也就是供热管网的问题。通过对问题的逐步提出和依次解答，使学生首先对供热系统形成宏观思路，便于授课过程中逐步解决细节问题。

（二）细节教学与项目教学相结合

在宏观系统建立的基础上，通过给定一个具体的小型别墅项目，逐个解决细节问题，帮助理解设计的流程。[3]

细节方面，引导学生思考该设计环节的意义、原因，自主得出结论。以热负荷为例：

热源需要提供多少热量？用户需要多少热量？ 用户损失了多少热量，即需要补充多少热量？用户有哪些热损失途径，分别损失了多少热量？

上述一系列的问题提问，归结为用户损失了多少热量的问题，引出系统负荷计算的方法。

损失热量的途径：（1）外门、外窗、屋顶、地面等护结构在室内外温差的驱动下向室外散热；（2）运输进房间的冷物料、过程等需要补充的热量；（3）门窗缝隙渗入的冷空气所需补充的热量；（4）外门开启时侵入的冷空气需要补充的热量。除了热量损失以外，冬季室内还有一些得热的途径，如：（1）室内照明系统散热；（2）太阳辐射得热；（3）室内其他热过程散热；（4）人员散热。

为了保证供暖系统能够提供冬季不利条件下的负荷，忽略室内的得热，将其作为最不利条件下的热量缓冲的部分。太阳辐射得热作为附加耗热量，在后面的计算中以修正系数的方式计入。

主要考虑围护结构热损失、门窗缝隙渗入冷空气所需热量、外门侵入的冷空气所需的热量这几个部分。

围护结构散热主要是温差驱动下的热传递过程，与围护结构的传热性能有关，联系传热学知识，计算过程基本耗热量为：

Q = KFΔt （1）

其中，K为传热系数，见建筑设计参数；F为对应的传热面积；Δt即室内外温差。

室内外温差如何选取呢？由于实际室内外温度状态是一个动态的过程，实际围护结构耗热量是随着室外气象条件、室内使用情况随时变化的。但是设计过程中，为简化计算，按稳态传热处理，室内温度选定一个设计值，即室内设计温度；室外温度根据历年气象资料选择。

在上述基本耗热量的基础上，太阳辐射得热量如何计入呢？常识是，向阳面辐射得热量较大，背阴面较小，且全年太阳辐射得热量也是随着气象条件而变化的动态过程。因此，计算中，考虑在基本耗热量的基础上乘以修正系数的方法，且不同朝向的围护结构修正系数不同。

若建筑处于迎风区域，则需要考虑风力对围护结构耗热量的加强作用，因此考虑风力附加系数。

若建筑高度较高，热气流上升，导致大量热量聚集在屋顶而不能有效利用，因此层高较高的建筑需要增加高度附加值，但不能无限增加，一般高度附加的最大比例为15%。

上述过程仅为负荷计算的理论讲解，要把理论知识转化为设计实践，需要考虑建筑的具体情况。通过给定建筑的计算实践，掌握计算方法，能够巩固和加深对理论知识的理解。

三、实践环节

（一）教学中的实践练习

实践过程要与理论讲解过程相结合，相互促进，才能加深对理论知识的理解，同时提高实践能力。[4]教学过程中，每一部分的理论知识讲解，都附加实际工程应用案例分析，应用理论知识解决实际问题，提高认识。仍以上述负荷计算为例，在理论知识的基础上，附加一个单体别墅建筑的负荷计算作为设计案例，分析护结构（外墙、外门、外窗、地面、屋顶的基本耗热量和附加耗热量；户间传热量；冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量等），学习计算方法。

（二）虚拟实验技术辅助实践教学

实验是辅助理解理论教学内容的重要实践手段。可以结合本校的实验条件，设计虚拟实验。如自然循环热水采暖系统，从循环原理出发帮助学生理解密度差如何促进水循环、排气如何实现、膨胀水箱的作用等知识点，形象的解释抽象的理论。

供热系统中的管网水力设计是系统正常运行的重要保障，可以设计管网水力系统虚拟实验，使学生可通过操作、观察、分析，掌握水力平衡、水力失调、定压等知识点。

（三） 课程设计实践环节

课程各环节知识学习结束之后，学生对供热系统有了宏观整体的把握，也都基本掌握了设计计算过程，这时就可以安排课程设计实践环节进行整体设计练习了。从负荷计算、散热末端设计计算、系统方案设计、水力计算、附属设备设计选型等，实现对整栋建筑的供热设计。

设计过程中，不仅仅要对理论知识加以练习，还需要考虑到建筑的使用过程。

1. 系统设计要符合建筑实际需要。如，散热器的布置，不仅考虑供热系统的功能实现，还需要考虑散热器位置是否会影响建筑的使用功能、空间是否足够布置设计面积的散热器、是否影响建筑美观等；

2. 以最经济的方案实现建筑供热。设计中不仅要实现供热功能，还需要考虑系统的经济性，尽量使系统最节约管材和运行费用。

3. 注意设计中细节的把握，如阀门、放气阀的布置，散热器支管的标高及与干管的连接等。

将理论知识学习和实践有机结合，逐渐建立学生对供热系统的认识，加深理解，掌握系统的设计方法，实现学生综合素质的提高，是本课程的目的和任务。通过该课程的学习，学生基本能够掌握供热系统的设计方法和原则，熟练掌握系统设计各环节，能够绘制供热系统施工图。

四、总结

供热工程与热源是实践性很强的课程，但由于受到当地条件的制约，现场学习很难实现，教学过程中，采用理论联系设计实际的方式，加深对理论知识的理解；通过图片、视频、描述等，形成对供热系统的整体宏观把握，提高学生实践能力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张丽娜，巩学梅，魏莉莉. 基于华盛顿协议视角的建环专业人才培养模式探索[J].宁波工程学院，2015（1）：76-78.

[2] 高浩其，徐挺，李维维.“知行合一、双核协同”，现代工程师培养模式的探索[J].高等工程教育研究，2007（4）：18-21.

[3] 商萍君，陈武. 项目教学法在供热空调专业课教学中的应用构思[J].制冷空调与电力机械，2010（2）：92-95.

[4] 张治. 供热工程课程的教学改革与实践[J].安徽工业大学学报（社会科学版）， 2011（1）：130-131.