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关于建筑环境与设备工程专业若干问题的探讨

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作者:代写论文  来源:星论文网  发布时间:2012-06-05 19:09:00

  摘要:1998年本科专业目录调整,“供热空调与燃气工程”更名为“建筑环境与设备工程”,高等学校土建学科教学指导委员会建筑环境与设备工程专业指导委员会随之提出了该专业新的指导性培养方案。本文以本校对新培养方案的实践为基础,并结合与兄弟院校的交流,对建筑环境与设备工程专业的课程体系、培养目标定位、课程名称等提出一些建议。
  关键词:建筑环境与设备工程;培养方案;课程体系;培养目标;课程名称
  
  
  “建筑环境与设备工程”专业的前身是1998年专业目录调整前的“供热空调与燃气工程”专业,而后者是1993年由“供热通风与空气调节”和“燃气工程”两个专业合并而成。更名为“建筑环境与设备工程”之后,教指委在组织有关学校和人员进行研讨的基础上,提出了该专业的新的培养目标和培养计划(以下简称“新方案”),并据此组织了教材编写。至今有指导性意义的新方案出台已10年有余,为专业的发展起到了积极的促进作用。
  但随着专业的快速发展,新方案难免有缺陷和考虑不周的地方,各学校在实践过程中对新方案的利弊都有切身的体会和认识。最近几年教指委多次组织了不同形式和不同内容的教学改革研讨会,听取大家的意见和建议,以不断改进和修订培养方案。我校建筑环境与设备工程专业是从2001年开始全面执行新方案,本文以我校的实践为基础,并结合与兄弟院校的交流,对建筑环境与设备工程专业的培养方案进行探讨,并提出一些建议。
  一、专业的课程体系
  新方案与旧方案相比,变动最大的是课程体系。现就我校教师在教学实践中形成的共识,对课程体系提出若干思考。
  1.“流体输配管网”是新方案增设的课程,主要内容为泵与风机、本专业涉及的各种流体输配系统及其水力计算方法、管网的理论分析和数值分析等[1],这些内容对于本专业的学生培养来说都是很重要的内容。
  泵与风机的内容过去与流体力学在同一本教材中,名称为“流体力学泵与风机”。作为课程则有两种处理:一是一门课程,与教材同名;二是分为“流体力学”和“泵与风机”两门课程,用同一本教材。各种流体输配系统及其水力计算的内容,过去均在专业课程(比如“供热工程”、“工业通风”等)中学习。
  新方案增设“流体输配管网”课程的初衷是将原来各专业课中与流体输配有关的内容,集中在一起学习,有利于学生认识其共性,并可以减少内容的重复[2]。但是从教学实践来看,这样安排是不恰当的,原因有三:一是在专业课中不能不讲热媒的输配系统。以供暖工程为例,单管系统、双管系统、单双管混合系统、垂直系统、水平系统、上分式系统、下分式系统等这些供暖的系统形式及其特点和应用条件,在专业课是必须讲授的。既然如此,在“流体输配管网”课程中再罗列出来必然重复。目前的实际情况就是在“流体输配管网”和专业课的教材里都有这部分内容。二是就水力计算的内容来说,虽然不同的系统(水系统、蒸汽系统、风系统等),水力计算的原理基本相同,但计算方法却有许多的不同,因而合并到一门课程中,从内容上并不能合并,教材不能减少篇幅,学习不能减少学时。从实际情况看,“流体输配管网”的教材中,是把原来各专业课中有关水力计算的内容,全部照搬过来,因系统不同,方法不同,只能按系统分开讲述。三是无法安排上课的时间。如安排在专业课学习之前,则由于学生对专业课的有关内容不了解,而使这部分内容的学习效果较差,在各校交流时,这一点已经成为共识;如安排在专业课学习之后,则与其他内容(比如泵与风机等)应当安排在专业课之前学习发生冲突,并且实际上将出现有的专业课学习之后,进行课程设计的时候,因没有学习水力计算和泵与风机的内容而不能进行完整的设计。
  因此。我们建议,管网的理论分析和数值分析部分进入“流体力学”课程,本专业的各种流体输配系统形式及其水力计算仍回到各专业课,而将“流体输配管网”课程更名为“流体机械”,以现有的泵与风机内容为主。另外增加两部分内容:一是本专业涉及的各种阀门。尤其是电动调节阀、平衡阀、自力式压差控制阀和流量控制阀等新型阀门。近年来这些阀门已经被广泛应用于供暖和空调工程之中,对改善系统的性能具有很好的作用,有必要让本科生系统学习和掌握,而目前只是在一些专业课中简单提及,对工作原理、应用条件和选型方法没有详细的介绍。二是泵与风机的变速控制技术。供暖空调系统的一个显著特点是热(冷)负荷经常变化,为了响应负荷的变化,应当随之调整热媒的参数和流量,而集中调整流量的方式就是改变水泵风机并联运行的台数或者改变水泵风机的转速,这不但是保证供暖空调效果的需要,更是节能的需要。改变并联台数只能实现流量的阶梯式变化,技术也比较简单;而改变转速则可以实现流量的连续变化,技术也相对复杂,因而水泵风机的变速技术成为近年来供暖空调领域的研究热点,也被认为是这个领域重要的节能技术之一[3]。而目前的教材内容中,对于水泵风机的变速,只是分析其节能原理,缺乏工程中如何实现的内容,近年来这方面的研究成果和工程实例是丰富多彩的。
  2.“热质交换原理与设备”也是新方案增设的课程。增设这门课程的初衷,也是将原来过去分散在各专业课中与热质交换设备有关的内容,集中在一起学习,有利于学生认识其共性,并可以减少内容的重复[2]。而这样做与“流体输配管网”一样存在无法安排上课时间的问题,即安排在专业课之前,则由于学生缺乏专业课知识的背景而学习效果不好,若安排在专业课之后则与一些较为基础的内容应当在专业课之前学习有矛盾。并且实际上也会出现,专业课结束之后进行课程设计的时候,学生仍不能进行换热设备的计算,使课程设计不能完整进行。
  因此,我们建议取消这门课程,同时在“传热学”课程中,根据专业课内容的需要,适当加强传质方面的内容,而本专业涉及的各种热质交换设备及计算,仍回到各门专业课中。实际上热交换原理就是传热学,质交换原理就是传质学,“传热学”是本专业主要专业基础课之一,已经包含这两方面的内容。传热与传质,其规律有基本相同的数学表达,但毕竟是两种物理现象,所以可以考虑在加强传质方面的内容之后,将“传热学”更名为“传热传质学”。
  3.新方案将原“供热工程”的室内供暖部分、原“工业通风”和“空气调节”的部分内容合并[4],设“暖通空调”课程,目的是将室内热湿环境的控制技术集中在一起学习。从教学实践看,这样做有不尽合理的地方。室内供暖系统与室外供热管网均为集中供热系统的组成部分,前者为后者的用户,二者之间有许多的联系,比如前者的系统形式及散热器选择与后者的情况就有着密切的关系,因此这两部分内容不宜分开。通风工程是本专业的一个重要方面,是指以通风的方式改善室内(厂房内)空气质量的技术手段。新方案设置的“暖通空调”课程仅包括将室外的新鲜空气引入室内,将室内的污浊空气排向室外,无需对空气进行除尘和去毒处理的通风系统。其实这种系统较为少见,技术上也很简单,所以“暖通空调”课程的主要内容实际上成了室内供暖与空调部分内容的合并,二者是不同的技术方式,所以内容上也无法融合。而对于工业厂房中需要对含尘、有毒气体进行处理后再排放的通风系统,则单独开设课程,名称为“空气污染控制”(有的学校为“通风工程”)。
  鉴于以上情况,我们建议,取消“暖通空调”课程,室内供暖部分回到“供热工程”课程,恢复“空气调节”(或者“空调工程”)课程,有关通风的内容(不包括空调工程的通风)全部进入“通风工程”课程。从各校的实际情况看,有不少学校已经按如上方案运行,而没有执行教指委的新方案。我校在执行教学指导委员会的新方案10年之后,于2010年开始改为如上方案。
  4.“制冷技术”是旧方案和新方案都有的一门课程,作为空气调节的冷源,一直是本专业的主要专业课。实际上热泵与制冷有相同的热力循环,都是付出一定的能量代价,使热量从低温热源流向高温热源,在低温热源一端形成制冷效应,在高温热源一端形成制热效应。若利用其制冷效应,则称为制冷;若利用其制热效应则称为热泵;当然随着节能技术的发展,愈来愈多的系统两种效应同时利用。并且,就空调系统的热泵来看,往往是同一台机器,夏季制冷而成为制冷机,冬季制热而成为热泵。过去,由于热可以由煤炭等一次能源燃烧而较为容易地获得,而不必购置制冷机(热泵机)这样昂贵的机器及耗用宝贵的电力来获得,所以制冷机(热泵机)的制热效应长期没有被充分开发利用。随着能源的日益紧张,节能意识的日益增强,人们才逐渐重视并利用制冷机(热泵机)的制热效应,进行低品位能源的开发和应用[5]。在我国,除了风冷热泵稍早一些,1990年前后,水环热泵、地下水地源热泵、地埋管地源热泵才开始逐渐引进和应用,20年来,尤其是近10年来热泵技术在我国空调领域的应用有了飞速的发展,已经广泛应用于中央空调和家用空调。
  鉴于以上情况,我们认为:(1)由于热泵与制冷在原理和设备上的同一性(或统一性),二者的学习应在同一门课程中。关于课程的名称,如果从无论热泵和制冷都是“使热量从低温热源流向高温热源”来看,可以采用“热泵技术”;如果照顾习惯并把内容提示的更为明确,可以采用“制冷与热泵”。(2)要与时俱进,大力加强热泵方面的内容,把近年来我国乃至世界上热泵技术的发展和工程经验提炼到教材中。
  总结以上意见,我们提出的本专业课程体系的基本框架如下:
  专业基础课——流体力学、传热传质学、工程热力学、建筑环境学、流体机械。
  主要专业课——供热工程、空调工程、通风工程、锅炉及锅炉房设备、制冷与热泵、建筑设备自动化以及燃气方面的课程1~3门。
  二、专业的培养目标定位
  专业的培养目标,对本专业培养方案的制订、教学计划的安排以及考生、家长和社会各界对本专业的认识,都是很重要的。新方案对培养目标的表述为[2]:培养适应21 世纪我国社会主义现代化建设需要,德、智、体全面发展,基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、有创新意识的建筑环境与设备工程专业高级技术人才。毕业生能够从事工业与民用建筑室内环境及暖通空调、建筑给排水、燃气供应等公共设施系统、建筑热能供应系统的设计安装调试运行管理以及建筑自动化系统的方案制订,并具有初步的应用研究与开发能力。能在设计、研究、安装、物业管理以及工业企业等单位从事技术与管理工作。
  对这个表述我们谈一些想法:(1)1998年颁布的新专业目录中有给水排水工程专业,能够从事建筑给排水系统的技术工作,显然是该专业的培养目标之一。那么,在建筑环境与设备工程专业的培养目标中也有建筑给排水,就出现了两个专业培养目标的部分重叠,我们认为是不妥当的。学习一些相邻专业的课程,有利于工程之间的配合,当然是可以的。但培养目标不应当重叠。(2)表述中出现了“室内环境”,实际上,建筑环境与设备工程专业只能够解决室内的空气环境问题,即空气的温度、湿度、洁净度以及空气品质,而其他环境问题主要应当是建筑学专业考虑的。并且将“室内环境”及“暖通空调”并列也不恰当,因为室内空气环境的控制,正是通过暖通空调系统来实现的。
  这里,借鉴新方案关于培养目标的语言模式,我们给出一个培养目标的表述:本专业主要培养营造建筑内空气环境的高级技术人才,毕业生能够从事工业与民用建筑供暖、空调、通风等系统和集中供热系统、燃气供应系统的设计安装调试运行管理以及建筑自动化系统的方案制订,并具有初步的应用研究与开发能力。能在设计、研究、安装、物业管理以及工业企业等单位从事技术与管理工作。
  三、专业名称
  对目前的专业名称“建筑环境与设备工程”,本专业的教师和学生有很多的议论,社会各界包括考生和家长普遍感到困惑。首先,“建筑环境”是什么含义呢?从字面上可以是建筑外的环境,也可以是建筑内的环境,并且“环境”一词含义广泛,而本专业的主要任务是营造建筑内的空气环境。其次,建筑设备是什么含义呢?显然是建筑使用所应当配置的设备,自然包括暖通空调、燃气,也应该包括给排水、电梯、消防、强电弱电系统等,明显超出了本专业的范围。所以我们认为,现行的专业名称,与本专业的任务和培养目标之间有一定的不吻合度。这里我们提出几个专业名称,供有关方面参考。
  1.空气调节工程。人们一般认为,采用制冷机(热泵或其他方式)生产冷量(热量),来营造和控制室内热湿环境的系统为空调系统,实际上供暖可以提高室内空气温度,通风可以提高建筑内空气洁净度,改善空气质量,因而供暖和通风可以说是广义的空气调节。所以采用这个名称,与本专业的主要任务较为吻合,对于社会各界以及考生和家长正确认识这个专业都更为有利。这个名称的缺点是未能反映燃气供应。
  2.空气调节与燃气供应工程。这个名称倒是概括了本专业的全部任务,但似乎也有不妥。将“空气调节”与“燃气供应”并列,而实际上二者并不具有必然联系,难免让人感到奇怪。再者,从本专业的任务来看,主要是前者,后者的比重较小。
  据我们的了解,许多学校在执行新方案的过程中,与我们有相同或相似的体会和困惑,致使目前各校对新方案基本构架的执行,有许多的差异。当然,教指委提出的培养方案基本构架是指导性的,并不具有强制性,各校完全可以根据师资力量的特点、社会需要、地域等情况制订自己的培养方案。但是如果教指委提出的培养方案基本构架本身能够在实践中不断地改进和修正,那么就会更加有利于专业的发展。
  参考文献:
  [1] 付祥钊. 流体输配管网[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2001.
  [2] 肖勇全,李岱森. 建筑环境与设备工程专业教学计划总体框架的制定与探讨[J]. 高等建筑教育,2002(2):61-63.
  [3] 江亿. 我国建筑能耗状况及有效的节能途径[J]. 暖通空调,2005.
  [4] 陆亚俊,马最良,邹平华. 暖通空调(第二版)[M] . 北京:中国建筑工业出版社,2007.
  [5] 肖兰生,张瑞芝. 关于空调用热泵的若干概念辨析[J]. 暖通空调,2011,41(4):13-16.
  [资助项目:湖北省教学研究项目(编号2009181)]
 


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