通风空调系统环境模拟综合实验室建设构想

1 概述
随着社会经济的发展和科技的进步，人类对建筑环境的要求逐渐提高，建筑能耗增长快速。为了满足人居环境构建与改善、建筑节能以及新能源等方面人才的需求，建筑环境与能源应用工程（以下简称“建环”）专业培养的人才应具有综合运用所学专业知识与技能，分析和解决本专业领域工程技术问题的能力，具有参与系统的设计规划、生产研发、施工管理等方面的能力[1]。实验室是培养创新人才的摇篮，是现代化大学的心脏[2]，实验室建设宜以培养能将理论与实践相结合，应用所学专业知识和技术解决工程实际问题，具有较强工程实践能力和创新能力的应用型人才为目标。
为了使建环专业毕业生满足社会对人才的需求，初步提出通风空调系统环境模拟综合实验室建设构想。对陕西省内高校建环专业实验室调研，发现：西交大、西科大等高校已经建成具有一定综合性的通风空调系统综合实验室，效果显著；西建大等部分高校着手考虑建设综合实验室，国内部分高校也已建成将空调、制冷系统、气流组织等技术综合到一起的实验室[3]。总体而言，通风空调系统环境模拟综合实验室的搭建具有以下优越性：
①解决本专业实践教学的内容和形式单一的问题。榆林学院建环专业认识实习、专业实习和毕业实习依次开设在第4、6 和8 学期，而大量专业课程开设在第5、6 学期，且认识实习时间较短，造成认识实习呈现走马观花式教学，学生基本处于感官上的认识，未能构建系统的全貌[4]。
综合实验室的搭建不仅可以解决专业实验内容和形式单一问题，还能在实践教学中有效促进学生对系统的认识，建立“工程系统”的概念[5]。
②有效提高学生的动手操作能力。目前本专业实验虽然设置了部分综合性实验，但出于数量方面的考虑，多为专业教师操作，学生观看，难以实现对学生动手操作和创新能力的培养[6]，综合实验室在一定程度上能够补充这一不足。
③提高师生的科研创新能力。该实验室综合性较强，能够为师生科研创新项目的展开提供一定的平台，利于提高师生的科研创新能力。
2 建设理念及思路
基于榆林学院的办学特色与自我定位，紧随向应用型大学转型的步伐，根据建环专业人才培养方案，结合本专业工程实践性较强的特点，初步提出通风空调系统环境模拟实验室的建设构想。该实验室以“立足教学实践，着眼科研创新”为建设理念：“立足教学实践”，即基于专业实践教学需求，将课堂教学与工程实际紧密结合；“着眼科研创新”是最大程度为师生创新和科研能力的培养与提高提供平台。
通风空调系统环境模拟实验室根据专业课程实践教学大纲的设置，考虑本专业科研创新项目的需求，结合通风空调工程实际项目，将不同空气处理系统、测试系统和自动控制系统最大程度地综合起来。力求达到：能够使学生关于通风空调系统的构成、系统运行、参数变化、测试仪器与设备、自动控制体系等有直观的认识，便于理论课程的学习；能够开展《通风工程》、《空气调节》等专业课程实践教学；提高师生关于设备的管理运行与动手操作能力；加强师生关于工程实际的认知；利于培养师生的科研创新能力。
在建设实施时，力争实现“共建共享实验室模式”，即设备厂商与高校共建共享实验室：高校提供场地，双方或厂商提供实验设备，双方人员参与实验室建设[7]。实验室建成后，可用于设备厂商的设备展示、推广等，也可大力开展本专业实践教学、学生创新性实验和教师部分科研项目。
3 实验室构成
通风空调系统环境模拟综合实验室主要包括三个系统：空气处理系统、测试系统和自动控制系统。
3.1 空气处理系统构成
根据陕北地区冬季气温较低特点，在空调系统的设计上考虑设备的防冻措施，在新风管室内段上设置新风阀，一方面满足冬季防冻要求，另一方面可调节新风量的大小。陕北地区空气含尘量较大，需要考虑新风过滤措施[8]，故在新风管上设置过滤器。为了说明空气处理系统的构成，现将空气处理流程予以说明，如图1。

图1 空气处理流程示意图
在空气处理系统设计时需要达到以下要求，可采用下列建议措施，如表1。

表1 空气处理系统的设计要求及建议措施汇总表
综上所述，空气处理系统主要设备包括：室外处理机、冷却塔、过滤器、表冷器、加热器、送风机、静压箱、送（回）风口（散流器、百叶风口等）、阀门构件等。
3.2 测试系统
测试系统包括：温度、湿度、风速、CO2 和粉尘浓度等测试仪器与设备。为了能够对空调室内不同位置、不同高度空气的相关参数进行测试，需设置高度可调节的设备支架。
3.3 自动控制系统
为了实现对空气处理系统主要设备工作性能的远程监控及测试等功能，自动控制系统主要设备包括：计算机主机、控制柜、控制器、温湿度风速等传感器，并达到以下要求：
①风机电机必须变频控制，实现远程启动；
②实现对各设备启停、运行、故障等状态远程监控及显示；
③实现温度测试范围16~30℃、精度为±0.1℃，湿度测试范围45~60%、精度为±1%的温湿度精确控制；
④实现空气处理系统主要设备前后温湿度、气流速度数据的采集与显示；
⑤系统具有压差报警保护功能。
4 预期效果
搭建通风空调系统环境模拟实验室，对观摩教学、实践教学、科研工作、学生专业创新项目的展开都能起到良好的作用，能够锻炼师生的动手操作和科研创新能力等。该实验室建成后，预期达成以下几方面的效果：
4.1 实验教学方面
该实验室可实现建环专业部分本科实验教学项目的实施。根据设计构想，部分实验项目汇总如表2。

表2 实验教学项目汇总表
4.2 科研方面
综合实验室可开展多方向科研项目的测试等工作，现列举部分可实现的科研项目，如：
①组合式空调机组功能段的性能测试研究；
②人体热舒适影响参数的研究；
③通风空调系统气流组织相关研究；
④空调房间污染物浓度分布规律研究；
⑤空调系统自动控制系统优化措施研究；
⑥陕北地区通风空调系统运行优化策略研究等。
4.3 学生自主创新方面
通风空调系统环境模拟实验室综合性较高，能够为学生的创新实验提供便利条件。如：
①空调机组功能段性能的测试及优化措施；
②不同制冷工况下，空调房间温湿度、风速及CO2 浓度等相关参数测试；
③不同气流组织形式下，空调房间温湿度、风速及CO2 浓度等相关参数测试实验；
④影响人体热舒适参数的调研等。
5 总结
总之，通风空调系统环境模拟综合实验室的建设，需考虑建环专业的实际情况，紧密结合通风空调系统工程实际，坚持“立足教学实践，着眼科研创新”的建设理念，能够为教学实践地有效开展、师生专业科研创新能力的培养与提高提供有力的支撑与保障。