空氣調節與中央空調裝置課程項目教學

空氣調節與中央空調裝置是制冷專業中一門重要的專業課。筆者在教學中，除了講授書本基本知識外，還增加了與其密切相關的環保節能型空調系統項目教學，如冰蓄冷制冷系統和地源熱泵技術在空調系統的應用。以下以太陽能輔助地源熱泵技術項目教學為例展開論述。
一、布置課外作業，讓學生收集該項目的相關資料
首先教師對學生進行分組，每組６人比較合適，每人都有明確的分工，每個學生至少回答一個問題。教師把項目統圖復印給每一小組，并提出相關問題，讓學生在課前進行相關資料的收集。小組長對各組員回答的問題以海報的形式進行歸納總結。
此項目教學相關的問題是（至少６題）：解釋熱泵的概念；系統圖的組成；系統圖的工作原理；此技術的主要優點；目前應用中存在哪些問題，解決方法是什么；在收集資料和學習的過程中，各小組的疑問是什么。這次項目教學的系統圖——太陽能輔助地源熱泵技術系統圖，見下頁圖。
二、在授課過程中，讓學生成為主角
教師讓小組表述課外作業成果，表述過程中教師適當進行引導與鼓勵。然后教師結合學生的課外成果展示情況，再利用課件進行詳細講解。學生的課外作業歸納如下。
1.熱泵技術的基本概述
熱泵技術在空氣調節領域的應用中主要分為三類：空氣源熱泵、水源熱泵以及地源熱泵。在自然條件下，熱量只會從高溫物體傳向低溫物體。要想熱量從溫度較低的物體傳向溫度較高的物體必須借助一定的裝置，這個裝置就是熱泵技術裝置。地源熱泵在一些發達國家已使用了幾十年，主要用于生活熱水和空氣調節，即夏季的供冷和冬季的取暖。地源熱泵系統分為四種類型：地表水式地源熱泵、地下水式地源熱泵、垂直式地源熱泵、水平式地源熱泵。前兩種類型技術上和條件限制上較多，在我國推廣較難。后兩種類型屬地埋管地源熱泵，埋管換熱器需要一定面積的土地，因此地埋管地源熱泵空調系統非常適合在我國農村地區推廣應用。太陽能輔助地源熱泵技術系統就屬于后兩種中的一種。

太陽能輔助地源熱泵系統圖
2.太陽能輔助地源熱泵技術系統圖工作原理
太陽能輔助地源熱泵技術系統主要分三部分：制冷系統機組、間接制冷系統和冷卻系統（以夏季循環系統為例）。
（1）制冷系統機組，主要由壓縮機、四通換向閥、冷凝器、節流裝置和蒸發器四大部件組成。這四大部件通過銅管進行連接，內部充注一定量的制冷劑。制冷劑在機組內不停地進行循環流動，其工作過程為：壓縮→冷凝→節流→蒸發→壓縮四個熱力循環過程，通過制冷劑的相變過程可以實現熱量的轉移，實現制冷或制熱的目的。
①壓縮機是整個機組的“心臟”，把制冷劑從低溫低壓氣體壓縮為高溫高壓氣體。
②冷凝器是放熱即輸出熱量的設備。制冷劑在冷凝器中由氣態變為液態，此相變過程是需要放熱的，制冷劑把在蒸發器中吸收到的熱量以及壓縮機所消耗的能量在冷凝器中放走，放出的熱量被冷卻介質即土壤帶走，這樣整個系統就達到能量守恒。
③節流裝置主要是調節制冷劑的流量，起到節流降壓的作用。
④蒸發器是吸熱即輸出冷量設備，它的作用是使蒸發器內的制冷劑液態變為氣態，此相變過程是一個吸熱的過程，吸收被冷卻物體（一般為水）的熱量，達到制冷的目的。
⑤四通閥通過改變制冷劑的流向，實現制冷和制熱的轉換。夏季時的冷凝器在冬季時轉變為蒸發器，夏季時的蒸發器在冬季轉變為冷凝器。
（2）間接制冷系統。在間接制冷系統中，制冷設備冷凝器先放熱給某種液態物質（載冷劑），再利用升溫后的該液態物質在需要冷氣的區域中放出熱量，然后再進行循環。
載冷劑又稱為冷媒，它在間接制冷系統中作為一種中間介質，吸收降溫區域的熱量然后傳遞給蒸發器中的制冷劑，然后制冷劑又把熱量在冷凝器中釋放給冷卻水系統。
由上圖可以看出，由于制冷系統中的蒸發器里的制冷劑由液態變為氣態的過程中需要吸收熱量，吸收載冷劑的熱量后，使載冷劑的溫度降低，載冷劑降溫后通過載冷劑泵送到用冷區域，這樣通過空調末端設備風機盤管就會吹出冷風。
（3）冷卻系統。制冷系統機組冷凝器內的制冷劑是由氣態變為液態的過程，此過程是需要放熱，它把熱量傳到冷卻水中，由冷卻水帶走。然后冷卻水再與土壤換熱器進行熱交換后，回到太陽能地能疊加器進行熱交換，流回到蒸發器與制冷劑進行熱交換。
3.地源熱泵空調系統
（1）優點。
一是節能，屬于可再生環保的清潔能源。運用熱泵技術只消耗比較少的能量，卻能獲取較大的冷能或熱能，獲取的能量是消耗能量的4～7倍。該裝置的運行沒有任何污染，且不用遠距離輸送熱量。能量的取得不受時間和空間的限制，是可再生的清潔能源。
二是該系統節省空間和運行成本，使用壽命較長。該系統易損件少，維護相對簡單。由于所有的部件都安裝在室內或埋在地下，延長了使用壽命。地源熱泵機組緊湊，沒有冷卻塔和鍋爐房，節省空間。另外與傳統的空調系統相比，可節約30%～40%的運行成本。
三是噪聲小，吹出的冷風或暖風柔和舒適。
（2）缺點。
地源熱泵在我國農村的推廣十分不理想。首先，單獨住宅利用地源熱泵空調系統造價大概是400元每平方米，此費用對于農村普通家庭來說根本無法承擔。其次，農村的房屋隔熱措施普遍做得不好，這樣系統負荷增大，使用成本增高。再次，相對而言，地源熱泵空調系統仍是一個較為復雜的系統，在使用過程中容易造成誤操作，嚴重時甚至使系統損壞。
（3）解決方法。
一是政府把一部分節能減排的經費用于支持在農村推廣應用地源熱泵技術，按供熱面積給予居民補助，參照“家電下鄉”的政策進行補助。
二是建立地源熱泵行業組織，修訂、完善工程和產品標準，加強專業技術人員培訓，政府設立相應的專業輔助機構對農村已建的地源熱泵系統進行維護，專業技術人員對使用此系統的用戶進行再培訓。
三是除增大政府投入外，先進行試點建設，政府可以聯合多個部門，如建設、房管、環境監督等部門，在農村住房建設方面進行統一規劃。
三、小結
每個小組的互評和教師的課堂小結是*的。項目教學主要是以學生為主、教師為輔的方式進行。在每一次項目教學中，小組間互評是促進學生學習積極性的有效方法之一。教師可直接在黑板上畫上表格，讓每組的三位代表進行投票（不能投自己，只能投別人），獲票多的為優勝者。教師好準備一定的禮物，獎勵獲獎的小組。
教師的小結是*的。小結的主要內容是總結學生表現出的進步，包括肯定學生的學習主動性和熱情明顯提高，學生的語言表達能力得到了很好的鍛煉。后教師回答學生提出的問題，提出下一個項目的學習任務。