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制冷技術(shù)論文賞析八篇

發(fā)布時間:2023-03-16 15:53:54

序言:寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁,我們?yōu)槟x了8篇的制冷技術(shù)論文樣本,期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā),請盡情閱讀。

制冷技術(shù)論文

第1篇

(一)包裝減量化優(yōu)勢突出,節(jié)能減排效果好

重型瓦楞紙板與各類木質(zhì)紙板相比,密度要小的多,與同樣厚度的普通瓦楞紙板相比,其重量也輕許多。如5層的AA型瓦楞紙板,其厚度約為10mm,與同厚度的木質(zhì)包裝箱相比,全紙包裝箱重量約為其1/2,與同等厚度的普通紙板箱相比,重量也要輕近一半,但綜合抗壓性能卻能與同等厚度的木箱不相上下。從這一點上來看,大大節(jié)約了資源的使用。如某企業(yè)研發(fā)的重型瓦楞紙板托盤,使用高定量的優(yōu)質(zhì)防水牛皮紙制作的AAA型重型瓦楞紙板做面板,上下兩面同時包覆高性能的B型普通瓦楞紙板,腳柱采用了“回”型設(shè)計的豎楞普通瓦楞紙板支撐,四周由加強筋包裹,底部加強筋還采用了防水性能較好的10mmAA型重型瓦楞紙板進(jìn)行包邊處理。同原木質(zhì)托盤相比,整體重量減低了60%。從強度測試結(jié)果來看,重型瓦楞全紙托盤強度高,可以經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)承載10倍的荷載而不斷裂。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計,采用木質(zhì)包裝以每年消耗1億立方米木材計算,假設(shè)其中的20%采用新型紙包裝材料來替代,每年就可以節(jié)省2000萬立方米的木材,相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤500萬噸,減少CO2排放1286萬噸。而這一推算也得到了實踐的證實。

(二)緩沖性能良好,使用范圍廣泛

A型瓦楞是重型瓦楞紙板的主體結(jié)構(gòu),對于精密度較高的重型設(shè)備較具較好的緩沖性能,能有效減少碰撞、沖擊帶來的損害。早在2004年,一些家電企業(yè)就嘗試在部分產(chǎn)品中使用重型瓦楞紙箱作為外包裝,并逐步進(jìn)行推廣,節(jié)省了EPS等大量泡沫緩沖材料,目前,重型紙箱已廣泛應(yīng)用于對抗沖擊和碰撞要求較高的產(chǎn)品包裝中,緩沖效果明顯。

(三)操作性及拆包性能好

木箱包裝在操作時需要借助特殊工具完成包裝作業(yè),而且生產(chǎn)中,木箱的毛刺、鋼釘?shù)却嬖诎踩[患,易對設(shè)備和操作人員造成損傷。通過對重型瓦楞紙箱輔助配件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計、改造版式設(shè)計,可使其實現(xiàn)和木箱一樣拆卸便捷的特點。如設(shè)計承重底座再套合重型瓦楞圍板的方法,既利于裝箱操作,且減少了不必要的工具使用,對搬運也不會造成不便。紙箱不用時,仍然可以折疊堆碼放置,存儲空間少,運輸方便,可有效降低成本。(四)耐候性好,運輸更安全在產(chǎn)品運輸過程尤其是遠(yuǎn)洋運輸過程中,包裝中極易因溫差,溫度大等原因而產(chǎn)生水凝現(xiàn)象,會使電氣產(chǎn)品受潮或損傷。重型瓦楞紙箱由于其制造結(jié)構(gòu),使得紙板內(nèi)部充滿空氣,與外部環(huán)境可以得到較好的空氣流通及熱量交換,包裝內(nèi)外可以得到較好的動態(tài)溫濕度平衡,可以有效避免水蒸汽因溫度差造成的凝露現(xiàn)象。

二、其他制約應(yīng)用的問題

首先是終端用戶對新型紙包裝材料的認(rèn)識不足。部分客戶認(rèn)為,紙板包裝強度差,不能達(dá)到木質(zhì)包裝的強度,重型瓦楞包裝雖然性能大有提高,但用戶仍認(rèn)為其紙的屬性不變,難以真正替代木質(zhì)包裝。第二,重型瓦楞紙箱包裝的性能要求還有待提高,技術(shù)上需要改進(jìn)。與木質(zhì)包裝箱相比,防水、防潮性差是紙類包裝的劣勢,重型瓦楞包裝也不例外。這有待于在紙板涂布、復(fù)合材料技術(shù)方面加以改進(jìn)。如蜂窩紙板,其邊壓強度較差,抗戳穿強度也有待提高,雖然在家電中應(yīng)用良好,但還不能完全替代木箱包裝。如國內(nèi)有生產(chǎn)企業(yè)在市場推廣中,主要瞄準(zhǔn)的產(chǎn)品僅限定在300~500千克的重量范圍內(nèi)。再就是目前企業(yè)的配套設(shè)備生產(chǎn)能力不足,材料等要求的提高也制約了重型紙板產(chǎn)品的開發(fā)。第三,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尚需統(tǒng)一,企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營亟待規(guī)范。當(dāng)前使用的GB/T6543-2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》不適用于重型瓦楞紙箱包裝,行業(yè)也沒有對重型瓦楞紙箱做出明確的規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)的不健全,使得企業(yè)各自生產(chǎn),只能在瓦楞紙板的定量及厚度上自定標(biāo)準(zhǔn),一定程度上也制約了其推廣應(yīng)用。

三、如何解決

要推廣重型瓦楞紙箱產(chǎn)品,首先企業(yè)要創(chuàng)新技術(shù),提高生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量,要科學(xué)設(shè)計產(chǎn)品,不斷優(yōu)化選擇工藝參數(shù),積極進(jìn)行調(diào)試設(shè)計。生產(chǎn)設(shè)備也要積極升級改造,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,拓展重型紙板產(chǎn)品。此外,在紙板的改性上,如防潮、防水等也要不斷研究改進(jìn)。其次,要不斷宣傳瓦楞紙板包裝的優(yōu)勢,改變終端產(chǎn)品用戶的理念。包裝企業(yè)及行業(yè)協(xié)會要宣傳綠色環(huán)保的政策及優(yōu)勢,強化用戶環(huán)保意識。要改變用戶的消費理念,包裝企業(yè)也需要用高質(zhì)量的紙箱解決方案讓用戶信服。當(dāng)然,行業(yè)協(xié)會、政府部門也要加以引導(dǎo),如用經(jīng)濟(jì)補貼等方式推進(jìn)“以紙代木”的踐行過程。

四、結(jié)語

第2篇

關(guān)鍵詞:電冰箱壓縮機,火災(zāi),電冰箱,原因,認(rèn)定方法

 

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展,電子科技技術(shù)日益進(jìn)步,各種家用電器社會擁有量急劇增加,消費觀念也在轉(zhuǎn)變,電冰箱是常見的小型制冷設(shè)備,隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,已逐步進(jìn)入人們家庭,成為常用家電之一。由于電冰箱引起的火災(zāi)卻不多見。自2009年至今紫金境內(nèi)發(fā)生過一起電冰箱壓縮機故障引發(fā)的火災(zāi)。針對目前電冰箱火災(zāi)調(diào)查應(yīng)該加強和注意的問題作一歸納,望有益于消防事業(yè)。

一、 電冰箱工作原理

電冰箱是采用壓縮機為制冷動力,壓縮機將制冷劑進(jìn)行循環(huán)壓縮,當(dāng)制冷劑由毛細(xì)管流入蒸發(fā)器時,制冷劑膨脹蒸發(fā),產(chǎn)生物理吸熱;當(dāng)當(dāng)制冷劑通過回流管和壓縮機再回到再回到冷凝器時,產(chǎn)生物理散熱。

電冰箱制冷系統(tǒng)核心部件是壓縮機,大部分冰箱都是采用封閉式壓縮機。壓縮機由壓縮機主體和電動機本體兩部分構(gòu)成,兩者合二為一密封為一個鋼制機體內(nèi)。主要由汽缸、活塞、曲軸和連桿以及進(jìn)、排氣閥組成,可以實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣、膨脹四大功能。

二、電冰箱引起火災(zāi)的原因

電冰箱引起火災(zāi)原因歸類起來主要有以下兩個方面。

1. 電氣方面的原因

主要是電源線選擇鋪設(shè)不當(dāng)、插頭與插座接觸不良或插頭損壞造成短路起火等系列原因。

2. 壓縮機故障引起

因轄區(qū)內(nèi)一起電冰箱火災(zāi)經(jīng)物證司法鑒定所鑒定為壓縮機故障引起火災(zāi),我主要針對此次火災(zāi)調(diào)查情況進(jìn)行論述:

(1)壓縮機吸氣、排氣閥片碎裂或變形,高低壓室隔墊損壞,造成壓縮機內(nèi)部漏氣。

(2)壓縮機工作時電源被持續(xù)切斷、接通。而這種情況一般處于電冰箱使用時間長、被淘汰后的冰箱被維修翻新后重新使用正常工作中的電冰箱,其制冷系統(tǒng)內(nèi)的壓力差頗丸壓縮機吸氣端的壓力招高于0。098兆帕(1大氣壓),而排氣側(cè)的壓力則高達(dá)1.177~1.275兆帕(相當(dāng)于12~13大氣壓)。壓縮機剛停止時,其兩端仍保持著這個壓力差,如果馬上再啟動,就必須有一個較大的啟動力矩來克服這個壓力差,從而迫使電動機的啟動電流劇增,約超出正常值10偌,溫度升高,在這種情況下,電動機很有可能被燒毀而起火。

(3)壓縮機高壓排氣緩沖管斷裂,運轉(zhuǎn)時噪音明顯增大,此時壓縮機運轉(zhuǎn)電流低于額定值。

(4)壓縮機避震彈簧與外殼脫鉤或斷裂,使壓縮機在啟動和停機時,機殼內(nèi)發(fā)生金屬敲擊聲和振動噪聲。免費論文。

(5)壓縮機抱軸或卡缸。由于曲軸配合間隙太小,冷凍機油過少有沉淀、油質(zhì)太差以及吸油不順,升溫造成的。

三、認(rèn)定要點和依據(jù)

認(rèn)定火災(zāi)原因時,對現(xiàn)場進(jìn)行細(xì)致勘察,并提取物證,提取物證時必須要有證人和第三人在場并在物證帶上簽字,和填寫提取物證清單和當(dāng)事人簽字。首先要判定起火特征,電冰箱本身故障引起火災(zāi),則在確定起火點的前提下,對電源插頭、插座及內(nèi)部開關(guān)、壓縮機作為檢查對象。通過轄區(qū)內(nèi)電冰箱火災(zāi)調(diào)查概括為:現(xiàn)場首先勘察火勢蔓延的方向,并對燃燒的物體倒向進(jìn)行勘察和拍照,逐步確定一個起火范圍,將起火范圍確定為電冰箱,隨后對電冰箱進(jìn)行細(xì)致勘察及拍照,電冰箱外殼已經(jīng)完全碳化,而燃燒痕跡從底部壓縮機位置向冰箱四周擴(kuò)散,隨后提取了被燒毀的冰箱以及其他物證,送往司法鑒定所進(jìn)行鑒定。免費論文。

鑒定結(jié)果為:

1.冰箱殘骸高溫過火嚴(yán)重,底部鐵甲完全銹蝕,電源線路部分保留有絕緣皮,絕緣皮表層燃燒碳化,內(nèi)層為原材料,線路全線未發(fā)現(xiàn)熔痕。免費論文。

2.壓縮機表面高溫過火,表層銹蝕,外接毛細(xì)管,其毛細(xì)管有膨脹熔痕,其熔化部分金相組織為胞狀晶,未熔化部分組織為等軸晶。

3.對壓縮機進(jìn)行切割,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持原狀,油完全變色,碳化嚴(yán)重,電機繞組相間值很小,嚴(yán)重偏差。

4.繞組銅絲,其表面附著有油碳化物,其金相組織為等軸晶,其受高溫作用發(fā)生再結(jié)晶。

四、結(jié)束語

通過此次鑒定更加明確了電冰箱起火位置和原因,成功避免一起民事糾紛,也為以后電冰箱火災(zāi)調(diào)查工作奠定了一定基礎(chǔ)。在電氣火災(zāi)物證的現(xiàn)場提取及火災(zāi)物鑒定所鑒定,常見絕緣導(dǎo)線短路、過負(fù)載、漏電等電致起火機理的研究,以及如何結(jié)合實際情況,對所認(rèn)定的火災(zāi)原因進(jìn)行恰當(dāng)表述等方面都還有待進(jìn)一步加強和完善。

參考文獻(xiàn):

《火災(zāi)痕跡物證與原因認(rèn)定》(吉林科技大學(xué)出版社)

第3篇

通過對影響蒸發(fā)器換熱量的講因素??膨脹閥開度、空氣溫度、風(fēng)量、蒸發(fā)溫度、和冷凝溫度等參數(shù)的分析,得出了不同參數(shù)對系統(tǒng)的影響和調(diào)節(jié)特性,提出了新的更適合于制冷系統(tǒng)的控制方法??風(fēng)量控過熱度、開度控室內(nèi)溫度的獨立 控制原理和方法,這種控制方法更適合用于制冷空調(diào)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:蒸發(fā)囂 電子膨脹閃工調(diào)節(jié)特性 控制方法 獨立控制 符號

CD??開度系數(shù)

Z??軸向長度,m

Te. Tc??蒸發(fā)、冷凝溫度,℃

Tin??室內(nèi)溫度,℃

Tα??換熱器進(jìn)口風(fēng)溫,℃

Fi??壓縮機頻率,Hz

Gr??制冷劑流量,kg/s

Gα??風(fēng)量,m3/h

Tsu??過熱度,℃

Tsb??過冷度,℃

Q??換熱量,kW

ρ??介質(zhì)密度,kg/m3

P-壓力,Pa

h??介質(zhì)焓,J/kg

A??管內(nèi)截面積,m2

S??管內(nèi)截面周長,m

A(z)??開度對應(yīng)的截面積

d??管徑

τ??管內(nèi)表面切應(yīng)力,N/m2

q??熱流密度,W/m2

α??兩相流空泡系數(shù)

g??重力加速度,9.8m/s2

u??流速,m/s

Ov??電子膨脹閥開度

下標(biāo)

l??液相制冷劑

v??汽相制冷劑

a??空氣

1.引言

隨著制冷空調(diào)技術(shù)的迅速發(fā)展,空調(diào)器正在從傳統(tǒng)的單室內(nèi)機、單室外機的結(jié)構(gòu)逐漸向單室外機多室內(nèi)機及多室內(nèi)機和多室外機系統(tǒng)發(fā)展,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜,具有代表性的變流量制冷系統(tǒng)(Variable Refrigerant Volume Air - conditioning System, 簡稱VRV)也從單元變流量制冷系統(tǒng)(SVRV)向多元變流量制冷系統(tǒng)發(fā)展(MVRV)[1-3]。對于多室內(nèi)機的熱回收系統(tǒng)來說,室內(nèi)機可能同時做冷凝器或蒸發(fā)器使用,而且隨著人民生活水平的提高,對室內(nèi)熱舒適性也提出了更高的要求,傳統(tǒng)的一些控制方法已不能再適應(yīng)新空調(diào)系統(tǒng)的需要。由于系統(tǒng)的復(fù)雜程度的增加,傳統(tǒng)的一些基于制冷空調(diào)系統(tǒng)整體的控制算法都由于其兼容性和可擴(kuò)展性等因素而受到了很大的局限,因此各室內(nèi)機和室外機獨立控制的思想已經(jīng)被引入到制冷空調(diào)系統(tǒng)的控制之中,一些控制理論和算法如矩陣電子控制算法、人工神經(jīng)元算法和模糊控制算法都已經(jīng)被引用到實際的制冷空調(diào)系統(tǒng)中[4-8]。為使制冷空調(diào)系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運行,除了在控制技術(shù)上提高之外,更要注重研究制冷空調(diào)系統(tǒng)本身的運行調(diào)節(jié)特性。本文在通過分析系統(tǒng)在制冷模式下電子膨脹閥開度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)機風(fēng)量、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度等對室內(nèi)機換熱的影響的基礎(chǔ)上,得出了室內(nèi)機的調(diào)節(jié)特性,找出了對室內(nèi)機制冷模式下更合理的控制策略。

2.數(shù)學(xué)模型

2.1 電子膨脹閥

電子膨脹閥是通過步進(jìn)電機等手段使閥芯產(chǎn)生連續(xù)位移,從而改變制冷劑流通面積的節(jié)流裝置。研究表明,電子膨脹閥的流量特性可借鑒熱力膨脹閥的研究成果[9-12],其模型描述為:

能量方程:

hin=hout

(1)

動量方程:

2.2 蒸發(fā)管路及蒸發(fā)器模型

2.2.1管內(nèi)制冷劑側(cè)穩(wěn)態(tài)模型

在VRV空調(diào)系統(tǒng)中,由于膨脹閥可能設(shè)置在離蒸發(fā)器較遠(yuǎn)的位置,節(jié)流后的兩相制冷劑沿膨脹閥后的管路進(jìn)入蒸發(fā)器,所以在該段管路及蒸發(fā)器內(nèi)部的大部分區(qū)域制 劑處于兩相流動狀態(tài);當(dāng)液體過冷度較小時,由于管道阻力及上升立管中重力的影響,液態(tài)制冷劑將會出現(xiàn)閃蒸,閃蒸之后管路內(nèi)的流動也為氣、液兩相流動;當(dāng)室內(nèi)換熱器制熱采用其出口電子膨脹閥控制制冷劑過冷度時,膨脹閥之后的高壓液體管內(nèi)仍然可能呈氣、液兩相狀態(tài)。在制冷空調(diào)領(lǐng)域內(nèi),蒸發(fā)管路內(nèi)制冷劑兩相流呈環(huán)狀流[13,14],故本文以環(huán)狀流建模。因制冷劑蒸發(fā)現(xiàn)象可能發(fā)生上述管段的任何位置,建模時必須在動量議程中考慮重力項。

能量守恒議程:

整理上述議程,分別得到氣、液兩相流的質(zhì)量守恒方程和動量守恒方程。

質(zhì)量守恒方程:

動量守恒方程:

式中 Ρtp=αρv+(1-α) ρl是微元管段中兩相流體單位容積的質(zhì)量,稱為兩相流體的密度。

在式(3)~(5)中存在P、α、uv和u1四個未知數(shù),方程無法封閉求解。傳統(tǒng)的方法采用空隙率經(jīng)驗公式作為補充方程,使方程封閉。但目前還不存在公認(rèn)準(zhǔn)確的空隙率模型計算公式;本文采用文獻(xiàn)[4]所提出的兩相界面關(guān)系方程使方程封閉。

氣、液兩相界面關(guān)系方程:

在式(3)~(6)四個方程中,共有P、α、uv和u1四個未知數(shù),方程組封閉可解。

2.2.2 空氣側(cè)換熱模型

因橫流蒸發(fā)器外側(cè)的空氣流速較低,一般Re<2000,且蒸發(fā)器沿氣流方向的管排數(shù)較少,故忽略空氣側(cè)壓降,只考慮質(zhì)量守恒和能量守恒方程。

質(zhì)量守恒方程:

能量守恒方程:

3.調(diào)節(jié)特性

數(shù)值求解蒸發(fā)管路和電子膨脹閥的數(shù)學(xué)模型,可以得出系統(tǒng)的仿真特性。對于選定的系統(tǒng)來說,換熱器的幾何參數(shù)為定值,是一個不可調(diào)的參數(shù)。因此,影響電子膨脹閥-蒸發(fā)器部分換熱效果的因素主要有電子膨脹閥開度、換熱風(fēng)量、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、室內(nèi)環(huán)境溫度、換熱器幾何參數(shù)。

3.1 膨脹閥開度對蒸發(fā)器換熱量的影響

如圖1所示,當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量為600m3/h其他參數(shù)不變時,蒸發(fā)器換熱量隨膨脹閥相對開度的變化曲線。

圖1 換熱量隨膨脹閥相對開度變化曲線

當(dāng)電子膨脹閥開度很小時,通過蒸發(fā)器的制冷劑流量也很小,制冷劑很容易在蒸發(fā)器內(nèi)變成熱氣體,在蒸發(fā)器出口處有一定的過熱度,蒸發(fā)器兩端的制冷劑焓差基本為一定值。因為制冷劑流量隨電子膨脹閥開大而增加,在換熱條件仍能保證蒸發(fā)器出口制冷劑過熱時,出口制冷劑焓值變化不大,所以蒸發(fā)器的換熱量也隨流量的增加而逐漸增加。當(dāng)膨脹閥繼續(xù)開大,制冷劑流量增大到一定程度以后,換熱條件已經(jīng)不能使制冷劑出口有過熱度,出口已經(jīng)處于兩相區(qū),管外空氣側(cè)的流量和換熱系數(shù)基本為定值,制冷劑流量的增大造成出口干度的降低,但管內(nèi)制冷劑的換熱系數(shù)會有所上升,因此,蒸發(fā)器換熱量只隨電子膨脹閥相對開度的增加略有上升。這說明,在蒸發(fā)器出口有過熱度的情況下,通過調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的換熱量的效果是很明顯的,而當(dāng)蒸發(fā)器出口已出現(xiàn)回液的情況下,通過調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的換熱量收效甚微。

3.2 室內(nèi)機風(fēng)量對蒸發(fā)器換熱量的影響

換熱量隨室內(nèi)機風(fēng)量的變化曲線如圖2所示,當(dāng)風(fēng)量很小時,不能使管內(nèi)的制冷劑完全蒸發(fā),蒸發(fā)器出口有一定的回液,隨著風(fēng)量的增加,管外的換熱系數(shù)也逐漸增加,空氣帶走的熱量增多,因此蒸發(fā)器出口處的制冷劑干度也逐漸增加,制冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)出口的焓差逐漸增大,在制冷劑流量不變的情況下,換熱量逐漸增大,當(dāng)風(fēng)量增大到一定程度以后,蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑能夠完全蒸發(fā),風(fēng)量增加使制冷劑只能進(jìn)行顯熱交換,出口焓值變化已經(jīng)不大,所以換熱量隨風(fēng)量增大而略有增加。

圖2 換熱量隨風(fēng)量變化曲線

3.3 冷凝溫度對蒸發(fā)器換熱量的影響

在其他因素不變的情況下,冷凝溫度、冷凝壓力的變化主要通過影響制冷劑流量來影響蒸發(fā)器的換熱量,如圖3所示。隨著冷凝壓力的升高,電子膨脹閥的進(jìn)出口壓差也隨著增大,在蒸發(fā)器能夠保證制冷劑完全蒸發(fā)的情況下,制冷劑流量的增加也就意味著蒸發(fā)器換熱量的增加。

圖 3 換熱量隨冷凝溫度變化曲線

3.4 蒸發(fā)溫度對蒸發(fā)器換熱量的影響

在其他因素不變的情況下,蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力的變化從兩個方面來影響蒸發(fā)器的換熱量,一方面隨著蒸發(fā)溫度(蒸發(fā)壓力)的升高,電子膨脹閥的進(jìn)出口壓差減小,使得通過電子膨脹閥的制冷劑流量減小;另一方面,蒸發(fā)溫度的升高,使得制冷劑與空氣的換熱溫差減小,也使換熱效果降低。兩個方面的因素共同使蒸發(fā)器的換熱量隨著蒸發(fā)溫度的升高而降低。如圖4所示。

圖4 換熱量隨蒸發(fā)溫度變化曲線

3.5 室溫對蒸發(fā)器換熱量的影響

室內(nèi)溫度對蒸發(fā)器換熱量的影響如圖5所示。室內(nèi)溫度就是蒸發(fā)器空氣側(cè)的入口溫度,當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時,室內(nèi)溫度主要影響管內(nèi)外的換熱溫差,由于經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻,空氣溫度最多只能降低到蒸發(fā)溫度,所以當(dāng)風(fēng)量一定時也決定了蒸發(fā)器的最大換熱量。當(dāng)室內(nèi)溫度很低時,蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑不能完全蒸發(fā),蒸發(fā)器出口有回液現(xiàn)象,隨著室內(nèi)溫度的上升,換熱器的換熱量也逐漸上升,蒸發(fā)器出口的制冷劑干度也逐漸上升;當(dāng)室內(nèi)溫度上升至一定值時,制冷劑能夠完全蒸發(fā),蒸發(fā)器出口有一定的過熱度,由于制冷劑溫度最高只能升到室內(nèi)溫度,制冷劑的在蒸發(fā)器出口的焓值變化很小,換熱量隨室溫的增加略有上升。

圖5 換熱量隨室溫變化曲線

3.6 調(diào)節(jié)參數(shù)的聯(lián)合影響

影響蒸發(fā)器換熱量的參數(shù)中蒸發(fā)溫度和冷凝溫度是表征系統(tǒng)運行的參數(shù),不能直接作為調(diào)節(jié)參數(shù),室內(nèi)溫度是被控對象;如果系統(tǒng)正常運行,還需要蒸發(fā)器出口制冷劑保持一定的過熱度以防止回液。因此,要控制的參數(shù)是室內(nèi)溫度和過熱度,能作為調(diào)節(jié)參數(shù)的只有室內(nèi)機風(fēng)量和電子膨脹閥開度。室內(nèi)機風(fēng)量和電子膨脹閥開度對室內(nèi)蒸發(fā)器的聯(lián)合影響結(jié)果如圖6所示。

圖6 制冷量、過熱度隨膨脹閥開度和室內(nèi)機風(fēng)量的變化曲線

電子膨脹閥和蒸發(fā)器聯(lián)合工作輸入、輸出狀態(tài)方程可以用下式來表示:

結(jié)合前面的分析可以發(fā)現(xiàn):

(1) 當(dāng)蒸發(fā)器出口制冷劑已經(jīng)過熱時,因制冷劑出口焓值變化不大,電子膨脹閥所決定的制冷劑出流量是決定換熱量的主要因素;風(fēng)量對換熱量不大,而對過熱度影響較大。各調(diào)節(jié)手段民對應(yīng)的控制對象之間可近似認(rèn)為是相互獨立的,此時B(t)是對角占優(yōu)的。

(2) 當(dāng)蒸發(fā)器出口為兩相流時,蒸發(fā)器空氣側(cè)進(jìn)出口溫差基本為定值,換熱量主要由風(fēng)量決定,電子膨脹閥開度對換熱量影響不大,但進(jìn)、出口焓差與流量近似成反比,對出口干度的影響較大。室內(nèi)機風(fēng)量對過熱度同樣有較大的影響。此時B(t)是上三角矩陣。調(diào)節(jié)手段對控制對象的影響是有一定的耦合度的。

(3) 只要保證蒸發(fā)器出口為過熱狀態(tài),就能實現(xiàn)調(diào)節(jié)手段與控制對象之間的獨立調(diào)控。而在制冷空調(diào)系統(tǒng)中,保證蒸發(fā)器出口過熱又是保證系統(tǒng)正常運行所必需的條件之一。所以在過熱度優(yōu)先控制的模式下,獨立調(diào)節(jié)是可以實現(xiàn)的。

(4) 在蒸發(fā)器出口未過熱的情況下,調(diào)節(jié)風(fēng)量和調(diào)節(jié)膨脹閥開度對過熱度有同等程度的影響。仍可以采用風(fēng)量控過熱度優(yōu)先的方法,同時用膨脹閥開度來改善風(fēng)量對過熱度的調(diào)節(jié),獨立控制與適當(dāng)?shù)鸟詈弦材苋〉猛瑯有Ч?/p>

根據(jù)上述分析,提出了風(fēng)量Gα控制過熱度Tsu,電子膨脹閥開度Qυ控制室內(nèi)溫度Tin的控制策略。

5.結(jié)論

在兩個優(yōu)先原則下,可以實現(xiàn)室內(nèi)機風(fēng)量與電子膨脹閥開度對室內(nèi)溫度與過熱度的解耦控制,獨立控制策略是可以實現(xiàn)的;獨立控制策略可用于復(fù)雜的系統(tǒng),可對整個系統(tǒng)采用分布式控制模式;獨立控制策略便于實現(xiàn)模塊化,不會因系統(tǒng)形式的改變而對控制方法產(chǎn)生較大的影響;獨立控制策略有較強的可擴(kuò)展性,不會由于系統(tǒng)的復(fù)雜而增加控制部分的成本。

參考文獻(xiàn)

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2 荒野?匆? 空調(diào)環(huán)境技術(shù)の展望. 三菱電機技報,1992,66(4):2-3

3 石文星. 變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)特性及其控制策略研究. 清華大學(xué)博士學(xué)位論文, 2000

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9 中尾正喜他,年間冷房空調(diào)機の高效率制御(第2報). 空氣調(diào)和(衛(wèi)生工學(xué)會論文集,1996;60

11 Nakashima Y et al. Reversible Flow Type Linear Expansion Valve for Heat Pumpt. Hi-85-31;93)1555-1568

12 翁文,王瑾竹,蔣能照.電子膨脹閥的制冷劑流量特性的實驗研究.流體機械,1998;26(10):58

第4篇

新風(fēng)直接供冷、蒸發(fā)冷卻和夜間通風(fēng)蓄冷這三種供冷方式屬于節(jié)能、環(huán)保型供冷方式,復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)就是將這三種供冷方式應(yīng)用到常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中改造而成的,在確定復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)高溫期的運行方案時,冷水機組運行能耗是一個主要的指標(biāo),系統(tǒng)的運行方式不同,其能耗亦不同。因此,在評價各個系統(tǒng)方案時,其運行能耗比較應(yīng)是在其優(yōu)化運行時得到的數(shù)值。本章通過建立其能耗數(shù)學(xué)模型,對復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)部分供冷期的運行方案進(jìn)行優(yōu)化,得到系統(tǒng)在不同負(fù)荷率的情況下使得系統(tǒng)能耗最小的最優(yōu)方案。并以此作為方案選擇的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞 復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 能耗 運行 優(yōu)化

中圖分類號:TM925.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:

1 復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

本文中的復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由以下三部分組成:

1)常規(guī)全空氣空調(diào)系統(tǒng),風(fēng)機采用變風(fēng)量運行。稱此系統(tǒng)中的風(fēng)機為S1風(fēng)機。

2)間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),自帶冷卻塔和水泵以提供冷卻水,將冷卻水送到辦公樓每層空調(diào)機組中的間接蒸發(fā)表冷器,它與常規(guī)的全空氣空調(diào)系統(tǒng)的表冷段串聯(lián)在一起。對于本論文中的辦公建筑,根據(jù)每層間接蒸發(fā)表冷器所需的循環(huán)水量,選用了五臺與機組配套的冷卻塔和一個冷卻水泵,置于辦公樓的屋頂。當(dāng)室內(nèi)處于部分負(fù)荷時可以完全代替空調(diào)機組,當(dāng)單獨運行不能滿足室內(nèi)負(fù)荷要求時可以用作新風(fēng)預(yù)冷。系統(tǒng)初步方案原理圖如圖1。

3)新風(fēng)系統(tǒng),包括一個空氣過濾器和一個送風(fēng)機,置于空調(diào)機房內(nèi),通過吊頂送入室內(nèi),只對空氣進(jìn)行過濾而不進(jìn)行熱濕處理。稱此風(fēng)機為S2風(fēng)機,風(fēng)機采用定風(fēng)量運行。

圖1 復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖

Fig.2-8 The sketch of compound ventilation air-conditoning system

2 優(yōu)化模型的建立

2.1 優(yōu)化思想

最優(yōu)化是人們在工程技術(shù)、科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)管理、交通運輸和國防等諸多領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的問題,它討論決策問題的最佳選擇之特性,構(gòu)造尋求最佳解的計算方法,研究這些計算方法的理論性質(zhì)及實際計算表現(xiàn)[1。2]。

最優(yōu)化技術(shù)是從所有可能方案中選擇最合理的一種以達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)的科學(xué)。這種技術(shù)是近二、三十年來隨著電子計算機的普遍應(yīng)用而發(fā)展起來的。人們能夠?qū)Ω黝愝^大規(guī)模的優(yōu)化問題利用計算機實施求解,使最優(yōu)化方法成為工程設(shè)計、決策管理的一種實用工具[3.4]。

本文應(yīng)用最優(yōu)化技術(shù)是想針對供冷期中蒸發(fā)冷卻、夜間通風(fēng)蓄冷和新風(fēng)直接供冷無法滿足的時刻,給出這些時刻的最優(yōu)運行方案,所謂最優(yōu),即能耗最小,因為最大限度的降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是本論文的研究目的。故本文的優(yōu)化目標(biāo)為系統(tǒng)能耗。

本文針對哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文[5]中整個辦公樓的設(shè)計負(fù)荷值,在該論文中已經(jīng)通過比較計算確定了供冷期部分時間段的運行方案,剩余時間段將在K3方案和K4方案[5]之間進(jìn)行選擇,也就是說在單純冷水機組制冷和有間接蒸發(fā)冷卻預(yù)冷的冷水機組制冷之間進(jìn)行選擇。人工冷源選擇了三臺冷水機組,那么在不同負(fù)荷率的情況下,采用哪種方案以及這兩種方案中開啟哪幾臺冷水機組能耗最小呢?這就是本文想通過優(yōu)化計算得到的結(jié)果。

2.2 數(shù)學(xué)模型

在供冷期的剩余時間內(nèi),不管采用哪種方案,系統(tǒng)均采用100%定風(fēng)量(最小新風(fēng)比)運行,故送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)部分的能耗為定值,即在能耗優(yōu)化模型中這部分能耗是個常數(shù)。

對于冷水機組,本文選用螺桿式冷水機組作為空調(diào)系統(tǒng)的冷源,其部分負(fù)荷性能參數(shù)[6]見表1。根據(jù)設(shè)計負(fù)荷的大小,冷水機組的臺數(shù)一般為2~4臺,在此選擇三臺機組進(jìn)行組合,機組的選擇不考慮任何附加因素,即以設(shè)計負(fù)荷作為確定冷水機組型號的依據(jù),其性能參數(shù)(參考開利23XL型產(chǎn)品)列于表1中。

表1 螺桿式冷水機組部分負(fù)荷性能參數(shù)

Table 4-1 perrormance parameters of part load of screw compressor refrigerating machine

表2 冷水機組的選擇

Table 4-2 selection of screw compressor refrigerating machine

由于本文的目的是對復(fù)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和常規(guī)全空氣空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗進(jìn)行對比分析,為簡化計算,現(xiàn)做如下假設(shè):

1)冷水機組負(fù)荷率可在100%~10%之間無級別調(diào)節(jié);

2)忽略系統(tǒng)的熱惰性,認(rèn)為空調(diào)動態(tài)負(fù)荷即為冷水機組和間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)所承擔(dān)的負(fù)荷;

3)空調(diào)負(fù)荷各子區(qū)間的功率百分比為該區(qū)間最大負(fù)荷率所對應(yīng)的數(shù)值。

由于本文供冷期方案的選擇是以整個辦公樓能耗最小為目的,故以整個辦公樓每小時的能耗為單目標(biāo)函數(shù)建立其數(shù)學(xué)模型。

系統(tǒng)運行能耗的優(yōu)化模型表達(dá)式如下:

系統(tǒng)能耗=冷水機組運行能耗+間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運行能耗+風(fēng)系統(tǒng)運行能耗

=(冷水機組能耗+冷凍水泵能耗+冷卻水泵能耗+冷卻塔風(fēng)機能耗)+(間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)水泵能耗+5×間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻塔風(fēng)機能耗)+(S1送風(fēng)機能耗+排風(fēng)機能耗)

初步得出運行方案能耗優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)式見公式(1)。

式中、――為整型變量,取0或1。取0表示關(guān)閉,取1表示開啟;

――冷水機組每小時能耗(kWh);

――與冷水機組配套的冷凍水泵每小時能耗(kWh);

――與冷水機組配套的冷卻水系統(tǒng)每小時能耗(kWh);

――間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻水泵每小時能耗(kWh);

――間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻塔風(fēng)機每小時能耗(kWh);

――辦公樓風(fēng)系統(tǒng)總能耗(kWh);

――冷水機組的額定功率(kW);

――功率百分?jǐn)?shù),即部分負(fù)荷時,冷水機組的輸入功率占額定功率的百分?jǐn)?shù)(%);

――冷凍水泵的電功率(kW);

――冷卻水泵電功率(kW);

――間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻水泵功率(kW);

――間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻塔風(fēng)機功率(kW);

――送風(fēng)機S1的功率(kW);

――排風(fēng)機總功率(kW)

式中下標(biāo)i表示第i臺冷水機組及其配套的冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機的性能參數(shù)。冷水機組及其冷凍水和冷卻水系統(tǒng)的各項能耗計算公式見文獻(xiàn)[5]。

因為是負(fù)荷率的函數(shù),將表4-1的螺桿冷水機組部分負(fù)荷性能參數(shù)繪制成曲線發(fā)現(xiàn),該性能曲線近似于拋物線,故用二次回歸曲線對此進(jìn)行擬合,冷水機組性能回歸曲線方程[7]見公式(2):

式中――第i臺冷水機組在部分負(fù)荷時的制冷量(kW);

――第i臺冷水機組的額定制冷量(kW);

――冷源的額定制冷量(kW);

――第i臺冷水機組的負(fù)荷率(%);

――第i臺冷水機組在部分負(fù)荷時的制冷量與冷源額定制冷量之比

根據(jù)上述分析,得到最終的能耗優(yōu)化數(shù)學(xué)模型見公式(5),其約束條件見式子(6)。

(5)

第5篇

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu);內(nèi)嵌管道式;空調(diào)系統(tǒng);

生活水平的提高使得人們開始向室內(nèi)環(huán)境的舒適性進(jìn)行研究。人類在不斷的發(fā)展過程中,經(jīng)歷了無數(shù)種利用建筑結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的方式。其中,炕就是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu),同時它也是一種非常典型的利用低品位能源來有效改善室內(nèi)空氣的建筑技術(shù)。而近幾年由于機械工業(yè)制冷技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,機械式空調(diào)改善系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用也逐漸普遍起來了。這無疑會導(dǎo)致我國建筑耗能的不斷增加,另外,全球氣候變暖以及自然燃料物質(zhì)的減少使得各個專家和研究者都在尋找新的低耗能技術(shù),用以降低高品位能源的消耗,著重提高能源使用效率,縮減資源能源耗用成本。

低品位能源主要有地下水、夜間冷風(fēng)、以及地下熱源等等。其中有些低品位能源不需要進(jìn)行機械來提供動力就可以達(dá)到收散能量的目的,例如,對夜間自然通風(fēng)能源的利用就不需要外部機械來助力。而有些低品位能源的利用則需要有機械來提供動力,例如,水泵輸送流體等,通過機械提供的動力將流體進(jìn)行冷熱量的交替循環(huán),達(dá)到室內(nèi)所需最適環(huán)境。總的來說,低品位能源的利用可以有效減少對常規(guī)機械空調(diào)系統(tǒng)的利用率,既能降低高品位能源的消耗又能有效的節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

一、主動式利用低品位能源的內(nèi)嵌管道式建筑結(jié)構(gòu)的來源

在樓層的樓板、墻體、以及天花板處都有些許多內(nèi)嵌管道,通過這些管道的循環(huán)流通,可以使管道內(nèi)部流體進(jìn)行冷熱量的循環(huán)交替,在實際的管道利用中即使管道內(nèi)部只有微小的溫差也可以通過構(gòu)建多個管道或者有效增大交換面積來實現(xiàn)對冷熱量的大量收集,從而實現(xiàn)大量熱能的交替循環(huán)。這就是通過內(nèi)嵌管道來收集低品位能源進(jìn)行室內(nèi)空氣有效調(diào)節(jié)的基本原理。由于這種內(nèi)嵌管道需要機械水泵來提供水循環(huán)的動力,因此,就將這種運作結(jié)構(gòu)稱為主動式利用低品位能源的內(nèi)嵌管道式建筑結(jié)構(gòu)。這種建筑結(jié)構(gòu)在西方國家的運用非常廣泛,下面就通過對這種內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的性能應(yīng)用以及種類分析進(jìn)行簡單的闡述。[1]

二、內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的類型及運用

內(nèi)嵌管道式建筑體系就相當(dāng)于一個能量交換器,它主要通過在管道中注入的水來與周圍環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行能量的交換。內(nèi)嵌管道式建筑結(jié)構(gòu)中采用的管道有三方面的應(yīng)注意事項。其一,是管道材料的選用標(biāo)準(zhǔn),管道是提供水熱能傳輸?shù)淖钪匾d體,因此,管道材料的選用必須能保證其高效率的導(dǎo)熱性,另外,管道是鑲嵌在建筑物之間的,這必須要保證管道的耐壓耐抗性能,同時管道的使用壽命也必須依據(jù)建筑物的使用而確定。其二,管道的管徑也應(yīng)按一定的標(biāo)準(zhǔn)來選用,在流量同等的情況下要通過適當(dāng)?shù)臏p小其摩擦阻率來減少水泵的壓頭,同時要保證管道內(nèi)部的流體處于紊流的狀態(tài)下進(jìn)而維持水和管道內(nèi)部的高效率導(dǎo)熱性能。其三、管道內(nèi)部的熱水或者冷卻水一般是采用地下熱源交換器、地下熱源、以及制冷機制冷等來產(chǎn)生。

1.開式系統(tǒng)外加冷卻塔裝置

內(nèi)嵌管道式空調(diào)開式系統(tǒng)通常采用濕式冷卻塔來制造冷卻水。在實際的運用中,當(dāng)管道周圍的環(huán)境溫度較低時,可以利用濕式冷卻塔來制備冷卻水,這種系統(tǒng)通常在夜間運作,當(dāng)樓板或者天花板經(jīng)管道水循環(huán)來達(dá)到降溫的目的時,內(nèi)嵌管道中的流體會將熱量帶走,最后經(jīng)過冷卻塔時實現(xiàn)流體的冷卻。

一般來說,樓板、天花板、以及墻體都具有很大的熱容性質(zhì),它可以在夜間積累冷能量供白天室內(nèi)空氣制冷使用,而白天管內(nèi)水又會吸收室內(nèi)人員散發(fā)出的熱氣,這就會使得室內(nèi)的空氣白天夜間都處在適度的范圍之內(nèi)。而在白天時,樓板或者天花板會將這些積累后的熱量順管道流體吸收后進(jìn)入冷卻塔,繼而排放出去轉(zhuǎn)供第二天使用。這種管道水循環(huán)式的交換體系可以將白天不需用的熱量轉(zhuǎn)化,實現(xiàn)了對低品位能源的有效利用,降低了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的高耗能。這種開式系統(tǒng)的效率雖然很高,但是在管道內(nèi)部污垢處理方面卻遠(yuǎn)不如閉式系統(tǒng)。[2]

2.閉式系統(tǒng)外加制冷、熱泵裝置

閉式系統(tǒng)中的管道內(nèi)部循環(huán)水也可以經(jīng)由制冷機來制備。首先,制冷機應(yīng)提供給管道水循環(huán)系統(tǒng)高于其樓板表面空氣的露點溫度,這是為了有效防止天花板頂部結(jié)露而設(shè)的,其中循環(huán)水的溫度可以低至于13度,這時制冷機會蒸發(fā)導(dǎo)致溫度提高,極大的提升了制冷機的局部運行效率。與此同時,當(dāng)房屋需要供熱時,可以利用熱泵來提供較低溫度的熱水,還可以與冷卻塔裝置并駕運行。[3]

在夜間時,如果管道周圍的溫度比較低,則可以將冷卻塔裝置投入使用,通過制備冷卻水來有效的調(diào)降天花板的熱度,并且可以將冷能量存儲留至第二天白天使用。同樣的運行方式,當(dāng)白天室內(nèi)溫度過高時,要及時的將制冷設(shè)備投入制冷中,制備低溫循環(huán)水以供天花板與樓板的耗用,以保持室內(nèi)環(huán)境的舒暢。

綜上所述,建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)是一種不同于常規(guī)的新式空調(diào)系統(tǒng),它主要是將空調(diào)系統(tǒng)中的管道結(jié)構(gòu)設(shè)計在樓板或者天花板的混凝土中來增加管道內(nèi)流體與混凝土之間的換熱面積,這樣做的優(yōu)勢在于當(dāng)換熱的溫差過小時依舊可以獲取較大的換熱量。而在實際中,我們可以通過利用溫度微高的冷水來運用于夏天的降溫,利用溫度較低的熱水來應(yīng)用于冬天的供暖,二者則可以通過低品位能源來進(jìn)行獲取。其中,能夠提供這種空調(diào)系統(tǒng)的低品位能源主要是地下水、夏季自然冷源以及地下熱源等等。另外,這種新式空調(diào)系統(tǒng)還需要水泵等提供動力的機械來保證其內(nèi)部液體的循環(huán)運輸,不僅大大降低了對高品位能源的消耗,還具有非常大的經(jīng)濟(jì)利用價值。

參考文獻(xiàn)

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第6篇

關(guān)鍵詞:埋管式地源熱泵,煤礦,設(shè)計,理論模擬

 

采用埋管式地源熱泵系統(tǒng)可大量降低運行費用,比傳統(tǒng)冷水機組和空氣源熱泵少30%,比電采暖少70%。能效比一般為4~6。在我國低碳節(jié)能的政策引導(dǎo)下,埋管式地源熱泵在民用建筑小區(qū)的應(yīng)用已經(jīng)日漸廣泛,但是在煤礦等生產(chǎn)廠區(qū)使用該技術(shù)的并不多。本文將從幾個方面分析一下該技術(shù)在煤炭上應(yīng)用的可行性與適用條件。

1埋管式地源熱泵在煤礦應(yīng)用的優(yōu)點

(1)系統(tǒng)不燃油、不燃?xì)狻⒉蝗济海员闶姑旱V本身節(jié)省能源,為市場提供更多優(yōu)質(zhì)煤。(2)系統(tǒng)可建造在煤礦的廠區(qū),安裝在綠地、停車場下,無燃燒,無排煙,也無廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地。(3)熱泵既可供暖,又可制冷,制冷時產(chǎn)生的余熱還可提供生活生產(chǎn)熱水或為游泳池加熱,最大限度的利用了能源。對于煤礦這種建筑類型較復(fù)雜的地方比較實用。(4)埋管式地源熱泵的水系統(tǒng)采用全封閉循環(huán),借助于地下土壤源溫度場取冷或散熱,不蒸發(fā)、不補水、循環(huán)往復(fù),對于偏遠(yuǎn)缺水的煤礦來說較實用。(5)系統(tǒng)運行穩(wěn)定,維護(hù)費用低,自動控制程度,無需專業(yè)人員操控。(6)系統(tǒng)不用冷卻塔,從根本上杜絕了軍團(tuán)菌的滋生,對于煤礦工人特殊的工作環(huán)境,地上的非工作時間可以得到舒適的溫濕度潔凈環(huán)境,有利于身心健康。(7)埋管式地源熱泵系統(tǒng)使用壽命可長達(dá)五十年,在煤礦的正常使用年限中無需更換。(8)系統(tǒng)無易燃、易爆隱患,在煤礦的特殊環(huán)境中安全始終是第一位的,使用這種系統(tǒng)更實用、放心。(9)系統(tǒng)不需要鍋爐房、冷卻塔及其它室外設(shè)備,不需要集中占地,為煤礦節(jié)省了地皮,產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2埋管式地源熱泵在煤礦中應(yīng)用帶來的長期效益

對于煤礦來說地下水資源尤其不能破壞,埋管式地源熱泵系統(tǒng)就具備這種優(yōu)勢,以土地為熱源,不破壞地下水資源、低噪音,而且不排放廢氣和廢棄物,具備零污染的良好環(huán)保品質(zhì)。

2.1彌補地下水資源短缺

我國地下淡水資源量為694km3,僅占世界地下淡水資源的0.6/10000。論文參考網(wǎng)。同時,由于我國地形、降水分布的地域性差異,使我國地下水資源具有南方豐富、北方貧乏的特征。地下水分布的不均勻性,為普遍地推廣與應(yīng)用地下水源熱泵帶來地域的局限性。

2.2緩解地下水超采

地下水超采是指兩部分:一是淺層地下水超采;二是深層承壓水超采。進(jìn)入21世紀(jì)后,地下水源熱泵系統(tǒng)在我國的發(fā)展十分迅速,其應(yīng)用日益廣泛。目前,有的部門和地區(qū)制定實施了一系列優(yōu)惠政策和措施,使地下水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用更為廣泛。在這種形勢下,我們更應(yīng)該注意到地下水的雙重性,它不僅是地下水源熱泵優(yōu)良的源與匯,而且是一種寶貴的資源,是人類賴以生存的最重要的基本物質(zhì)之一。

為此考慮在水源稀缺的地方盡量采用埋管式地源熱泵這種形式,高效環(huán)保,對地下水層也無破壞,可以保護(hù)人類的寶貴水資源,而且土壤熱能是一種取之不盡用之不竭的可再生資源,使人類社會與自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,事在當(dāng)代,功在千秋。

3 埋管式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的幾大要點

3.1冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計算

冷熱負(fù)荷計算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計算方法相同,參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計手冊,不再詳細(xì)說明。

夏季地下?lián)Q熱量=夏季設(shè)計總冷負(fù)荷×(1-1/設(shè)計工況下熱泵機組的制冷系數(shù)),

冬季地下?lián)Q熱量=冬季設(shè)計總熱負(fù)荷×(1-1/設(shè)計工況下熱泵機組的供熱系數(shù)),

3.2確定地下?lián)Q熱器設(shè)計參數(shù)

埋管式地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱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積的限制,且換熱性能比豎埋管小很多,所以在實際工程中,一般采用垂直埋管布置方式。垂直埋管有3種形式: U型管、套管型、單管型。套管型的內(nèi)、外管中流體熱交換時存在熱損失;單管型的使用范圍受水文地質(zhì)條件的限制;所以一般選擇U型管[2]。地下?lián)Q熱器設(shè)計是關(guān)鍵,國內(nèi)外已有許多關(guān)于這方面理論研究,主要是數(shù)值模擬。論文參考網(wǎng)。通過模擬確定幾大參數(shù)。

U型管理論推導(dǎo)過程一般為:(1)某地區(qū)土壤初始溫度模擬;(2)U型地埋管換熱器傳熱分析;(3)建模假設(shè):在不影響工程精確度要求的前提下做合理的加設(shè)以使復(fù)雜問題簡單化;(4)建立物理模型:因為土壤各個層面的傳熱特性不一致,將土壤分為三層:地表活動層、中層區(qū)和深層區(qū)進(jìn)行處理[3];(5)建立數(shù)學(xué)模型:在這個階段要進(jìn)行熱傳遞方程的推導(dǎo)、對流、導(dǎo)熱的分析以及對土壤的固態(tài)、液態(tài)以及氣態(tài)并存的狀態(tài)分別進(jìn)行考慮;(6)輸入實地測得的初始數(shù)據(jù)通過集成分析活應(yīng)用大型集成軟件進(jìn)行分析求解[4]。

通過以上的理論模型得出比較合適的地下?lián)Q熱器參數(shù),如:管材(綜合考慮其傳熱性能耐腐蝕性以及經(jīng)濟(jì)性)、管徑、鉆井深度(既考慮熱效率也要考慮經(jīng)濟(jì)實用性)、U型管間距、鉆井間距(考慮其熱干擾)、管內(nèi)流速、管長等。同時,豎井個數(shù)的確定可參照下式:

豎井總數(shù)的確定按下式計算:豎井總數(shù)=0.5×豎井埋管總長/豎井深度

3.3水泵的選擇

同程系統(tǒng)中,選擇壓力損失最大的熱泵機組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進(jìn)行阻力計算。可采用當(dāng)量長度法,將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長度,和管道實際長度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)量長度,再乘以單位壓降,得出總阻力[5]。計算所得最不利環(huán)路壓力損失,再加上熱泵機組、平衡閥和其他設(shè)備元件的壓力損失,確定水泵的揚程,考慮一定的安全裕量。

4小結(jié)

由以上所述可得,埋管式地源熱泵系統(tǒng)在煤礦中應(yīng)用是有其適用性的而且有其不可取代的優(yōu)點,而且通過理論模擬能更好地為設(shè)計服務(wù)、提高熱效率。論文參考網(wǎng)。在煤礦的綜合樓及辦公樓、宿舍樓系統(tǒng)中,系統(tǒng)的供冷量遠(yuǎn)大于供熱量,導(dǎo)致地下熱交換器十分龐大,價格昂貴,為節(jié)約投資或受可用地面積限制,地下埋管可以按照設(shè)計供熱工況下最大吸熱量來設(shè)計,同時增加輔助換熱裝置(如冷卻塔+板式換熱器,板式換熱器主要是使建筑物內(nèi)環(huán)路可以獨立于冷卻塔運行)承擔(dān)供冷工況下超過地下埋管換熱能力的那部分散熱量。

[1]徐偉等.地源熱泵工程技術(shù)指南.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.11

[2]謝汝鏞.地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計.現(xiàn)代空調(diào),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.地源熱泵研究(1)——地下?lián)Q熱器性能研究:[碩士學(xué)位論文].重慶:重慶建筑大學(xué),1997

[5]肖益民等.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計施工方法及應(yīng)用實例.現(xiàn)代空調(diào),2001.3:88~100

第7篇

論文摘要:從辦學(xué)思路、教材設(shè)置、師資結(jié)構(gòu)等方面討論了目前高校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)中出現(xiàn)的問題和應(yīng)改革的內(nèi)容;結(jié)合中南大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)實踐,提出了明確辦學(xué)思路、強調(diào)專業(yè)特色、加強實踐環(huán)節(jié)等方面的專業(yè)教學(xué)體系改革的思路。

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力,是推動社會進(jìn)步的巨大動力。人是從事科學(xué)技術(shù)的主體,因此當(dāng)今社會的競爭就是人才的競爭。而人才核心競爭力的培養(yǎng),主要來源于大學(xué)教育。為了適應(yīng)社會的發(fā)展,教育部在上世紀(jì)末對大學(xué)很多專業(yè)都進(jìn)行了調(diào)整,包括建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)。論文百事通建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)是根據(jù)教育部1998年頒布的全國普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄,將“供熱通風(fēng)與空調(diào)工程”和“燃?xì)夤こ獭眱蓪I(yè)合并,調(diào)整、拓寬組建而成的新專業(yè)[1]。該專業(yè)以培養(yǎng)從事工業(yè)與民用建筑室內(nèi)環(huán)境及建筑設(shè)備、公共設(shè)施、建筑熱能供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計和建筑自動化與能源管理工作的人才為目標(biāo)。這次調(diào)整,不是簡單的合并,而是產(chǎn)生了一個面向21世紀(jì)新的專業(yè)學(xué)科。近年來,該專業(yè)如雨后春筍般在全國范圍91所各類眾多高校中涌現(xiàn)出來,問題也隨之凸現(xiàn)。筆者認(rèn)為有必要進(jìn)行深入的、切實可行的教學(xué)改革。

一、主要凸現(xiàn)的問題

(一)辦學(xué)思路不清晰

雖然很多學(xué)校秉承了“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的辦學(xué)思想,在教學(xué)內(nèi)容上增加了建筑環(huán)境、建筑熱能供應(yīng)以及建筑自動化等方面的知識,并把建筑環(huán)境學(xué)列為了專業(yè)的平臺,搭建了新的本科專業(yè)的框架體系。但是“厚而寬”不是“大而全”。知識口徑的拓寬不是各種知識的堆積和羅列。專業(yè)的辦學(xué)首先要服從于所在大學(xué)的辦學(xué)思路,即學(xué)校的定位。一般院校和重點院校不同,創(chuàng)新型大學(xué)與研究型大學(xué)和綜合型大學(xué)也不同。如果全國九十一所建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)的教學(xué)體系都參照某一兩個名牌大學(xué)的教學(xué)體系,那么這樣的后果是顯而易見的:一,專業(yè)建設(shè)沒有或者散失了原有專業(yè)的特色;二,專業(yè)培養(yǎng)出來的人才也沒有特色。

(二)教材建設(shè)的質(zhì)量不容樂觀

目前圍繞建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)的教材種類繁多,質(zhì)量參差不一。教材是教學(xué)內(nèi)容的具體體現(xiàn),教學(xué)體系中的教材應(yīng)該具有知識的系統(tǒng)性、延續(xù)性和完整性。而不是各個知識塊之間簡單的粘貼或移動的關(guān)系。以《暖通空調(diào)》為例,集結(jié)了原來供熱、供燃?xì)饧巴L(fēng)空調(diào)工程專業(yè)的主要專業(yè)課:《空氣調(diào)節(jié)》、《工業(yè)通風(fēng)》以及《供熱工程》的主要內(nèi)容。剔出了三門課管網(wǎng)輸配的交叉部分,而另設(shè)了一門課:《流體輸配管網(wǎng)》。但就這兩門課程的教材來看,共同的缺點是把原來空調(diào)、通風(fēng)和供熱三門課的三個系統(tǒng)簡單地歸類總結(jié),系統(tǒng)總結(jié)有余,闡述不足。使得在具體教學(xué)過程中,出現(xiàn)老師覺得不好講,學(xué)生不易接受的情況。

(三)配套的師資隊伍結(jié)構(gòu)有待改善

由于建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)由原來的暖通空調(diào)專業(yè)或燃?xì)鈱I(yè)演變而來,因此師資基本上是暖通空調(diào)或燃?xì)鈱I(yè)的。但是專業(yè)的領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)充到建筑室內(nèi)環(huán)境、建筑設(shè)備、公用設(shè)備和智能建筑等方面。專業(yè)的內(nèi)涵已經(jīng)由原來的設(shè)備或系統(tǒng)擴(kuò)充到既包括設(shè)備、系統(tǒng),也包括智能建筑。其中的弱勢部分是智能建筑。因為智能建筑技術(shù)也是一門交叉學(xué)科,而大部分搞自動控制的人才是自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)或計算機專業(yè)的人員。對智能建筑、智能化系統(tǒng)及設(shè)備缺乏全面的了解和掌握,缺乏建筑結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備、供熱空調(diào)等方面的專業(yè)知識和理解。另一方面,搞設(shè)備的人才又缺少對建筑自動化、BAS功能科學(xué)要求的理解,缺少有效的上層控制管理邏輯與算法。兩方面人才又缺少“接口”,從而制約了智能建筑技術(shù)的發(fā)展[2]。因此合理搭配師資,在教學(xué)安排方面與其它專業(yè)知識交叉融合,才能培養(yǎng)出新時代的建筑環(huán)境與設(shè)備復(fù)合型人才。

二、改革的內(nèi)容

(一)明確辦學(xué)思路,辦出專業(yè)特色[3]

明確辦學(xué)思路是確定專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)體系的前提和基礎(chǔ)。是以科研人才為主,還是以工程技術(shù)人員為主,不僅與專業(yè)本身的內(nèi)涵有關(guān),更重要的是與專業(yè)所在大學(xué)的性質(zhì)有關(guān)。這樣才能形成專業(yè)建設(shè)和發(fā)展的良性競爭。辦學(xué)思路還與專業(yè)特色有著密切聯(lián)系。專業(yè)特色與專業(yè)在多年的建設(shè)發(fā)展過程中的教學(xué)和科研歷史有關(guān),如有的學(xué)校在暖通空調(diào)的系統(tǒng)工程方面是強項,而有的學(xué)校在制冷空調(diào)設(shè)備的研究與開發(fā)方面是強項。那么在培養(yǎng)人才方面,這些特色就應(yīng)該很好的繼承和發(fā)揮,在課程設(shè)置和訓(xùn)練中要體現(xiàn)出來。

(二)穩(wěn)固基礎(chǔ)知識,拓寬專業(yè)口徑

建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)是一門跨學(xué)科的工科專業(yè),學(xué)生基礎(chǔ)知識應(yīng)包括數(shù)理方面、工程熱物理方面、流體機械方面、建筑熱物理方面和自動化控制的知識。只有牢固的基礎(chǔ)知識,學(xué)生才能深刻地理解專業(yè)課程,拓寬本專業(yè)的服務(wù)領(lǐng)域。當(dāng)然,正如前面強調(diào)的,專業(yè)辦學(xué)的前提是要繼承和發(fā)揚本專業(yè)的特色。這些基礎(chǔ)知識本身就是屬于很多領(lǐng)域,要與專業(yè)在建設(shè)和發(fā)展過程中的特色結(jié)合起來,構(gòu)造和穩(wěn)固所必需的專業(yè)基礎(chǔ)知識。

專業(yè)知識的拓寬,是構(gòu)架新時代建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)教學(xué)體系的重要部分。專業(yè)教學(xué)體系不僅僅局限于暖通空調(diào),或是供熱供燃?xì)?或是把這兩方面的課程全部籠統(tǒng)地包括進(jìn)去,或是把建筑環(huán)境、公用設(shè)備和智能建筑方面的知識硬塞進(jìn)去。在專業(yè)學(xué)時有限的條件下,很有可能會造成各種知識的七拼八湊。因此,要有側(cè)重點地把某些方面作為原本專業(yè)特色的延伸和發(fā)展,切忌一口吃成一個胖子的思想,盲目地貪大。

(三)編制優(yōu)秀的教材,配備合理的師資隊伍

正如前面所說,由于原有專業(yè)教學(xué)體系架構(gòu)的割斷和組合,使得最近幾年采用的教材在編制上都有這樣或那樣的問題,因此在教材的建設(shè)方面還必需投入更多的精力。而選用合適的優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)正是現(xiàn)在的教學(xué)體系的完善,必需從根本上理解和制定本專業(yè)的教學(xué)體系和知識模塊。

師資的知識結(jié)構(gòu)要分布合理,除了保留原來專業(yè)特色的知識結(jié)構(gòu)以外,還要補充新的知識,如智能建筑和建筑環(huán)境方面的知識結(jié)構(gòu)。師資的梯隊建設(shè)也很重要。教學(xué)梯隊的形成有利于知識傳授的傳承和不斷更新。每個專業(yè)知識模塊,也就是我們所說的課群下面,形成以教授為龍頭,教授副教授主講,青年教師為重要組成的教學(xué)梯隊。

三、我校建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)教學(xué)體系改革的幾點思路

中南大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)主要源于長沙鐵道學(xué)院的制冷空調(diào)學(xué)科。長沙鐵道學(xué)院從上世紀(jì)70年代起,就開展了制冷空調(diào)及冷藏運輸方面的研究工作,1985年在機車車輛系成立制冷空調(diào)教研室,并開始招收制冷空調(diào)專業(yè)專科學(xué)生;1989年開始招收供熱通風(fēng)與空調(diào)專業(yè)本科學(xué)生;1998年根據(jù)教育部文件調(diào)整為建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)。因此,在二十多年的建設(shè)中,形成了制冷與暖調(diào)、系統(tǒng)與設(shè)備并重的特色。我專業(yè)在調(diào)整后修訂了教學(xué)計劃,增加了供燃?xì)狻⒔ㄖh(huán)境和建筑自動化方面的知識模塊,保留了原來的制冷方面的知識模塊,包括有制冷原理、制冷壓縮機和鐵路車輛制冷、制冷裝置自動化等課程。

目前已擬定完2008級新的教學(xué)體系和教學(xué)計劃,主要的思路有如下幾點。

(一)明確辦學(xué)思路,與學(xué)校的定位一致。

我專業(yè)隸屬于以本科生、研究生教育為主的高層次綜合性大學(xué)——中南大學(xué),學(xué)校的定位是立足湖南,面向全國,放眼世界,努力建設(shè)國內(nèi)一流、國際上有重要影響的高水平、綜合性、研究型、創(chuàng)新型大學(xué)[4]。因此,我專業(yè)的辦學(xué)思路是以創(chuàng)新素質(zhì)教育為核心,堅持全面發(fā)展的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),面向社會主義市場經(jīng)濟(jì)的人才需求,培養(yǎng)出具有實踐能力、創(chuàng)新能力,既懂技術(shù)又懂管理的復(fù)合型人才。

(二)繼承和發(fā)揚專業(yè)特色,整合知識架構(gòu)。

充分利用能源知識的平臺。從2008年開始本專業(yè)與同屬能源科學(xué)與工程學(xué)院的熱能專業(yè)進(jìn)行能源與動力大類招生,使學(xué)生在低年級的時候的基礎(chǔ)知識面廣,起到“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的作用。

繼續(xù)保留專業(yè)的特色之一:制冷模塊。從畢業(yè)生就業(yè)的反饋來看,用人單位對既懂制冷,又懂暖通,既了解系統(tǒng),又了解設(shè)備的人才非常歡迎。

加強暖通和建筑環(huán)境的優(yōu)勢。把空調(diào)、供熱、通風(fēng)和建筑環(huán)境的節(jié)能、環(huán)保、熱舒適與空氣品質(zhì)結(jié)合起來,也是當(dāng)前時展的需求。

減弱供燃?xì)夂腿紵K。從本系教師多年從事的科研工作來看,燃?xì)夂腿紵K并沒有形成特色,因此可以適當(dāng)減少其份額,作為選修課程開設(shè)。

加強智能建筑模塊。智能建筑是樓宇發(fā)展的重要方向。本系在制冷和空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制方面有著多年的研究和實踐經(jīng)驗。可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)充相關(guān)領(lǐng)域的知識內(nèi)容。新晨

(四)加強實踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)創(chuàng)新人才

實踐環(huán)節(jié)包括實習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。實踐環(huán)節(jié)應(yīng)受到更多的重視。既保證實踐環(huán)節(jié)的“量”,又要保證實踐環(huán)節(jié)的“質(zhì)”。即:實踐環(huán)節(jié)的課時量必需嚴(yán)格保證,同時要求學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)動手、動腦,培養(yǎng)其綜合運用所學(xué)知識和創(chuàng)新能力。

畢業(yè)設(shè)計從選題開始抓起,選題來源于教師的科研課題或工程實際,具有很強的實際意義和理論研究價值,有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

嚴(yán)格把握好實踐環(huán)節(jié)的考核。本系在近兩年所有的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)考核中都涵蓋有答辯部分的考核,既鍛煉了學(xué)生的膽量、自信和表達(dá)能力,又能很客觀地反映實際的情況。

參考文獻(xiàn):

[1]肖勇全,李岱森.建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)[J].高等建筑教育,2002,(2).

[2]劉春蕾,趙三元,海.智能建筑相關(guān)專業(yè)課程體系建設(shè)研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,(4).

第8篇

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關(guān)鍵詞:課外活動;課題研究;綜合素養(yǎng)

文章編號:1005?C6629(2014)7?C0026?C04 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

2012年年初,筆者指導(dǎo)高一年級12位學(xué)生,以“油”為主題開展了“地溝油的制取與檢測”等三個化學(xué)小課題研究活動,后來又指導(dǎo)這些學(xué)生參與“硫酸銅大晶體的制作”活動。筆者通過歷時兩年的觀察、比較與分析,發(fā)現(xiàn)無論是在化學(xué)新授課教學(xué)還是在高三復(fù)習(xí)中,參加過課題研究的學(xué)生的問題意識、實驗?zāi)芰Α⑺季S的嚴(yán)密性以及處理問題的能力等方面都要優(yōu)于其他學(xué)生。可見,開展化學(xué)小課題研究活動,對于學(xué)生化學(xué)綜合素養(yǎng)的提升有著積極的影響。

1 課題選擇

考慮到學(xué)生的知識能力、實驗條件與活動時間等方面的限制,課題的針對性與適宜性則成了課題選擇的首要因素。在選擇課題時,指導(dǎo)教師對課題研究的方向、方法與成果等要進(jìn)行預(yù)測和評估,以提高課題研究的可行性,也便于指導(dǎo)學(xué)生開展活動。

1.1 選題要貼近生活

化學(xué)課題研究要引導(dǎo)學(xué)生從生活走進(jìn)化學(xué),并應(yīng)用化學(xué)知識去解決生活中的化學(xué)問題。宜選擇學(xué)生身邊的小問題作為研究對象,讓學(xué)生感受到生活處處皆化學(xué),并用化學(xué)視角來審視身邊的世界。

化學(xué)課題也要突出化學(xué)學(xué)科特點,既可以是物質(zhì)的制取,如“利用煙油制取家用洗滌膏”;也可以是物質(zhì)性質(zhì)的探究或物質(zhì)檢測,如“純堿清洗廚房煙油的最佳條件”;還可以是有關(guān)STS問題,如“環(huán)保袋真的環(huán)保嗎”。當(dāng)然,將上述選題思路綜合起來,也可以作為課題的選項。

1.2 課題要緊扣學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)與能力水平

化學(xué)課題要緊扣學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu),讓學(xué)生有興趣、有能力進(jìn)行探究,但又要能在教師的指導(dǎo)下,借助于新知識、新方法,“跳一跳摘到桃子”。如果課題的內(nèi)容和研究手段都脫離了學(xué)生的實際,學(xué)生就會覺得困難重重,其探究的積極性和課題研究價值就會受到影響。

1.3 課題要與研究條件相匹配

課題實驗中用到的實驗裝置和基本操作都是中學(xué)常用的,并盡可能在實驗室里完成,以增加實驗探究的可操作性。例如,將混合油水經(jīng)過“用紗布過濾分液漂白去色用餐巾紙過濾”制取地溝油,實驗過程中用到加熱、過濾、分液、吸附漂白等都是中學(xué)階段常用的實驗基本操作,在實驗室里能夠順利完成。

囿于學(xué)校的實驗條件和實驗資源所限,有時需要借助于其他學(xué)校或者是社會上的資源。為確保研究活動的順利推進(jìn),要為課題小組提供必要的書籍資料和上網(wǎng)便利,并開放實驗室。

1.4 研究活動要突出綜合性

當(dāng)然,選擇課題除注重實用性之外,還要注重研究活動的綜合性。課題的綜合性有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),可以實現(xiàn)研究活動教育影響的最大化。

2 課題培訓(xùn)

課題選定之后,指導(dǎo)教師要對開展課題的研究模式、方法手段以及研究過程中涉及到的新知識進(jìn)行必要的培訓(xùn)輔導(dǎo),以便為課題研究的順利展開做好鋪墊。

2.1 研究模式與實驗原則

首先向?qū)W生介紹開展課題研究的一般思路和研究方法,讓學(xué)生知道研究什么和怎樣研究。在化學(xué)課題研究過程中要用事實、數(shù)據(jù)去說明,通過定量實驗得出的結(jié)論才會嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯。比如,控制變量法是開展課題研究活動中常用的一種實驗方法,即將影響實驗結(jié)果的諸多條件中的一個條件作為可變,其他條件保持不變,以此來探尋此條件的變化對實驗結(jié)果的影響[1]。

2.2 新的知識內(nèi)容

在探究化學(xué)問題時,經(jīng)常會涉及到一些學(xué)生尚未學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容,因此,有必要對學(xué)生進(jìn)行提前輔導(dǎo)。比如,高一學(xué)生在還沒有學(xué)習(xí)選修5《有機化學(xué)基礎(chǔ)》的情況下,學(xué)生開展“地溝油的制取與檢測”課題研究,就要首先指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)相關(guān)內(nèi)容,然后講解油脂(酯類)的水溶性、密度與熔點等。

2.3 新的技術(shù)方法

在探究活動中會用到一些中學(xué)階段尚未接觸到的技術(shù)和方法,因此,有必要結(jié)合原理進(jìn)行講解。同時,也可以利用學(xué)生開展課題研究的機會,向?qū)W生拓展一些前沿的化學(xué)探究技術(shù),如手持技術(shù)等。

3 課題研究

為提高課題研究的效率,要對小組成員進(jìn)行分工,具體落實小組成員的職責(zé),并由一位組長負(fù)責(zé)召集協(xié)調(diào)。

3.1 理論研究先行

化學(xué)課題研究,采取的是一種開放式的研究方式。小組成員在已有化學(xué)知識的基礎(chǔ)上,以解決具體問題為中心,利用書籍和網(wǎng)絡(luò)資源,對研究對象進(jìn)行檢索、篩選、分類、鑒別和處理,并設(shè)計出研究方案和實驗步驟。對于資料中有爭議、有出入的內(nèi)容,則要用實驗進(jìn)行驗證,以確定最佳方案。課題研究方案經(jīng)過小組討論后交由指導(dǎo)教師審核。只有在理論上可行的方案,在實踐中才有可能成功。

案例1 地溝油的檢測方法

學(xué)生通過資料查閱,了解到地溝油與食用油的組成性質(zhì)差異,并設(shè)計出三種對比檢測方法:

(1)食物經(jīng)高溫熬煮后,部分有機物分解成可電離物質(zhì);同時,食物在烹調(diào)過程中添加了食鹽等調(diào)味劑,在水相中具有良好的溶解性和導(dǎo)電性。因此,可以用檢測水相電導(dǎo)率的方法鑒別地溝油與食用油;

(2)食用油在烹調(diào)之后,再與水、金屬、微生物等作用,酸敗程度高,導(dǎo)致地溝油的pH較低。因此,可以用檢測水相pH的方法鑒別地溝油與食用油;

(3)由于地溝油是動物油和植物油的混合物,其中動物油含量高,相比植物油,其黏度和凝固點都較高。因此,可以用凝固法鑒別地溝油與食用油。

3.2 對問題給予方向性指導(dǎo)

對于在研究過程中出現(xiàn)的問題,指導(dǎo)教師雖然知道改進(jìn)措施,但也不宜直接告知。而應(yīng)當(dāng)只是提出改進(jìn)的方向,讓學(xué)生自己動手進(jìn)行嘗試,讓學(xué)生體驗到實驗探究的艱辛和樂趣。否則,只是簡單“照方抓藥”式的操作,其探究價值得不到體現(xiàn),其課題研究意義也大打折扣。

案例2 制冷劑的選擇

用化學(xué)方法讓地溝油降溫凝固,學(xué)生首先想到要選擇溶解時吸熱的物質(zhì)作為制冷劑,經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)實驗室里只有KNO3和NH4Cl兩種能降溫的物質(zhì)。這兩種物質(zhì)中哪種物質(zhì)的降溫效果更強一些?如何設(shè)計實驗進(jìn)行探究呢?

此時指導(dǎo)老師進(jìn)行引導(dǎo):當(dāng)比較兩種物質(zhì)性質(zhì)上的差異時,只能采用控制變量法進(jìn)行對照實驗,首先要分析影響這兩種物質(zhì)降溫效果的因素有哪些,然后加以控制。這樣得出的結(jié)論才會嚴(yán)謹(jǐn)。

于是,學(xué)生在教師的指導(dǎo)下做了KNO3和NH4Cl降溫效果的對比實驗:用2支試管各取10 mL水(16.3℃),分別加入1.0 g KNO3和1.0 g NH4Cl,然后迅速振蕩使KNO3和NH4Cl全部溶解,用溫度傳感器測量溶液的溫度變化:

可以發(fā)現(xiàn),同質(zhì)量的NH4Cl比KNO3的制冷效果更好些,于是最終選擇了NH4Cl作為制冷劑。

3.3 鼓勵學(xué)生創(chuàng)新實驗

由于中學(xué)生的化學(xué)知識有限,而要解決具體的化學(xué)問題,只能靠方法的創(chuàng)新去彌補知識的不足,這在客觀上為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了土壤。

案例3 自制熱過濾裝置

學(xué)生在模擬制取地溝油的過濾環(huán)節(jié)遇到了問題,常常只過濾了一小部分油就已經(jīng)凝固了(室溫16.3℃),此時,學(xué)生在教師的鼓勵下嘗試改進(jìn)過濾裝置。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上搜索到如圖2裝置,但考慮到實驗室沒有此裝置,因此課題小組就對該裝置進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計出如圖3裝置,利用生石灰與水反應(yīng)放熱,可在一定時間內(nèi)使過濾順利完成[2]。

4 課題報告

將實驗過程和研究結(jié)論以論文的形式呈現(xiàn)出來,通過論文答辯進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)課題研究中存在的問題,以提升課題研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和論文書寫的規(guī)范性。記錄研究過程的所想、所感與所悟,加強自我反思改進(jìn),從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)。

4.1 依照格式撰寫論文

撰寫課題研究論文,既是梳理研究活動的過程,更是科研思維的邏輯化、條理化和科學(xué)化過程。通過撰寫論文,讓學(xué)生初步掌握論文的寫作模式,對學(xué)生以后從事課題研究起到了規(guī)范化作用。

案例4 論文的書寫格式

“地溝油的制取與檢測”的論文書寫格式:

一、課題的研究意義。主要說明為什么會選擇這個課題,這個課題要研究什么,研究這個課題有什么現(xiàn)實意義。

二、實驗過程。包括地溝油的制取與地溝油的檢測。需要說明在哪里取餐飲廢油水(制取地溝油的原料)更有代表性,模擬制取地溝油有哪些操作步驟,在實驗過程中遇到了什么問題以及怎樣解決問題,制取的地溝油與食用油在外觀上有何差異;地溝油與食用油的組成性質(zhì)有何差異,如何利用性質(zhì)差異進(jìn)行檢測,實驗結(jié)果如何。

三、實驗結(jié)論。分析實驗事實與實驗數(shù)據(jù),提煉得出實驗結(jié)論。

四、建議與體會。根據(jù)“實驗結(jié)論”指導(dǎo)人們?nèi)绾问褂煤喴追椒▍^(qū)分地溝油,怎樣回收餐飲廢油水,如何加以利用。

匯集整理小組成員在開展課題研究活動中的感想、感悟與收獲。

指導(dǎo)學(xué)生按照論文的書寫格式將實驗研究過程進(jìn)行梳理、完善。論文經(jīng)課題小組討論修改后再交由指導(dǎo)老師審閱。

學(xué)生的研究論文不僅要強調(diào)研究的過程、結(jié)論和活動收獲,對實驗過程中出現(xiàn)的一些異常現(xiàn)象和數(shù)據(jù)也要進(jìn)行分析與討論。

4.2 模擬答辯

課題小組就研究成果進(jìn)行論文答辯,一方面,保障了學(xué)生參與課題研究的真實性,同時,也訓(xùn)練了學(xué)生的理論水平和語言組織能力。

為了讓學(xué)生能夠勝任答辯,可召集課題組成員和班級其他學(xué)生進(jìn)行模擬答辯。首先由課題組中心發(fā)言人闡述課題的概況,然后其他學(xué)生進(jìn)行提問,該課題組成員集體進(jìn)行釋疑。這樣通過一問一答,課題組成員對課題的原理、過程和結(jié)論有了系統(tǒng)、深入的掌握。在答辯過程中出現(xiàn)的疑惑,課題小組再進(jìn)行理論修補和實驗完善,這樣課題的研究不再是想當(dāng)然,而是有理有據(jù),并且更加全面、邏輯與嚴(yán)密,小組成員的思辨能力也得到了極大地訓(xùn)練與提升。

案例5 為什么選擇沸石漂白地溝油

在回答其他學(xué)生提出的“為什么選擇沸石漂白地溝油”時,課題組成員講述了實驗的探索過程:課題小組首先考慮到選擇SO2、氯水和活性炭進(jìn)行漂白,但SO2的漂白性是暫時性的;氯水具有強氧化性,會氧化地溝油,并會對后續(xù)地溝油的檢測產(chǎn)生干擾;而用活性炭進(jìn)行實驗后,發(fā)現(xiàn)活性炭的細(xì)顆粒殘留物導(dǎo)致地溝油的顏色更深,無法起到漂白作用。后經(jīng)過查閱資料并進(jìn)行實驗,最終選擇了沸石。

4.3 評價反思

無論是研究日記、活動感悟,還是答辯時評委老師與其他學(xué)校學(xué)生的提問,以及研究成果的獲獎等,這些以促使學(xué)生反思改進(jìn)為手段、以促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為目的的評價方式,實現(xiàn)了學(xué)生個體成長發(fā)展的最大化。

在研究活動和成果展示中,小組成員之間進(jìn)行了充分的交流與討論,通過“頭腦風(fēng)暴”,學(xué)生分析問題和解決問題更有了深度和廣度。小組成員在研究過程中結(jié)成的互助關(guān)系與友誼,在后續(xù)的學(xué)習(xí)與生活中仍然延續(xù)著。

案例6 活動感想

有一位學(xué)生在答辯時感嘆說:這種比賽不僅需要參賽者具有一定的知識儲備,還要求參賽者具有縝密的思維和準(zhǔn)確的口頭表達(dá)。每當(dāng)我們表達(dá)得不夠嚴(yán)謹(jǐn),或者表達(dá)得不夠準(zhǔn)確時,別的同學(xué)就會揪住這一點,不斷地向我們提問。而且,一旦我們的回答不夠完整或詳細(xì),又會引起別的同學(xué)的提問。

還有一位學(xué)生在活動總結(jié)時說:我愛化學(xué),我愛實驗,我愛答辯。如果以后還有這樣的比賽,我還要參加,并會全力以赴,做到最好。

5 課題影響

參加課題研究活動學(xué)生的問題意識、實驗意識和實驗?zāi)芰γ黠@增強,這種影響在后續(xù)的化學(xué)學(xué)習(xí)過程中表露無疑。這些學(xué)生在以后課堂上的提問更多了,問題也更有了深度。在這些“領(lǐng)頭羊”的帶領(lǐng)下,班級的學(xué)生不再“乖乖”地去聽了,而是會提出自己的看法與思考,會帶著質(zhì)疑的眼光去思考問題。當(dāng)他們遇到疑惑時,首先想到是設(shè)計實驗來解決,而不是簡單地從理論上進(jìn)行邏輯推導(dǎo),這種依據(jù)實驗的思維方式是學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)提升的明顯標(biāo)志。

無論是實驗條件的設(shè)定,還是數(shù)據(jù)的處理與分析,都要從“量”的角度進(jìn)行思考與分析。從定性到定量,學(xué)生的思維方式有了質(zhì)的跨越,學(xué)生體會到定量研究的必要性,其嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的思維能力得到了提升。

參與課題實驗研究的學(xué)生,其相對豐富的直接經(jīng)驗對于化學(xué)間接知識的建構(gòu),也明顯優(yōu)于其他學(xué)生。學(xué)生在課題實驗過程中產(chǎn)生的問題,他們會在后續(xù)的化學(xué)學(xué)習(xí)別留意和關(guān)注,這也是引領(lǐng)他們探索化學(xué)知識的引擎。

參考文獻(xiàn):

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