空气调节与中央空调装置课程项目教学

空气调节与中央空调装置是制冷专业中一门重要的专业课。笔者在教学中，除了讲授书本基本知识外，还增加了与其密切相关的环保节能型空调系统项目教学，如冰蓄冷制冷系统和地源热泵技术在空调系统的应用。以下以太阳能辅助地源热泵技术项目教学为例展开论述。
一、布置课外作业，让学生收集该项目的相关资料
首先教师对学生进行分组，每组６人比较合适，每人都有明确的分工，每个学生至少回答一个问题。教师把项目统图复印给每一小组，并提出相关问题，让学生在课前进行相关资料的收集。小组长对各组员回答的问题以海报的形式进行归纳总结。
此项目教学相关的问题是（至少６题）：解释热泵的概念；系统图的组成；系统图的工作原理；此技术的主要优点；目前应用中存在哪些问题，解决方法是什么；在收集资料和学习的过程中，各小组的疑问是什么。这次项目教学的系统图——太阳能辅助地源热泵技术系统图，见下页图。
二、在授课过程中，让学生成为主角
教师让小组表述课外作业成果，表述过程中教师适当进行引导与鼓励。然后教师结合学生的课外成果展示情况，再利用课件进行详细讲解。学生的课外作业归纳如下。
1.热泵技术的基本概述
热泵技术在空气调节领域的应用中主要分为三类：空气源热泵、水源热泵以及地源热泵。在自然条件下，热量只会从高温物体传向低温物体。要想热量从温度较低的物体传向温度较高的物体必须借助一定的装置，这个装置就是热泵技术装置。地源热泵在一些发达国家已使用了几十年，主要用于生活热水和空气调节，即夏季的供冷和冬季的取暖。地源热泵系统分为四种类型：地表水式地源热泵、地下水式地源热泵、垂直式地源热泵、水平式地源热泵。前两种类型技术上和条件限制上较多，在我国推广较难。后两种类型属地埋管地源热泵，埋管换热器需要一定面积的土地，因此地埋管地源热泵空调系统非常适合在我国农村地区推广应用。太阳能辅助地源热泵技术系统就属于后两种中的一种。

太阳能辅助地源热泵系统图
2.太阳能辅助地源热泵技术系统图工作原理
太阳能辅助地源热泵技术系统主要分三部分：制冷系统机组、间接制冷系统和冷却系统（以夏季循环系统为例）。
（1）制冷系统机组，主要由压缩机、四通换向阀、冷凝器、节流装置和蒸发器四大部件组成。这四大部件通过铜管进行连接，内部充注一定量的制冷剂。制冷剂在机组内不停地进行循环流动，其工作过程为：压缩→冷凝→节流→蒸发→压缩四个热力循环过程，通过制冷剂的相变过程可以实现热量的转移，实现制冷或制热的目的。
①压缩机是整个机组的“心脏”，把制冷剂从低温低压气体压缩为高温高压气体。
②冷凝器是放热即输出热量的设备。制冷剂在冷凝器中由气态变为液态，此相变过程是需要放热的，制冷剂把在蒸发器中吸收到的热量以及压缩机所消耗的能量在冷凝器中放走，放出的热量被冷却介质即土壤带走，这样整个系统就达到能量守恒。
③节流装置主要是调节制冷剂的流量，起到节流降压的作用。
④蒸发器是吸热即输出冷量设备，它的作用是使蒸发器内的制冷剂液态变为气态，此相变过程是一个吸热的过程，吸收被冷却物体（一般为水）的热量，达到制冷的目的。
⑤四通阀通过改变制冷剂的流向，实现制冷和制热的转换。夏季时的冷凝器在冬季时转变为蒸发器，夏季时的蒸发器在冬季转变为冷凝器。
（2）间接制冷系统。在间接制冷系统中，制冷设备冷凝器先放热给某种液态物质（载冷剂），再利用升温后的该液态物质在需要冷气的区域中放出热量，然后再进行循环。
载冷剂又称为冷媒，它在间接制冷系统中作为一种中间介质，吸收降温区域的热量然后传递给蒸发器中的制冷剂，然后制冷剂又把热量在冷凝器中释放给冷却水系统。
由上图可以看出，由于制冷系统中的蒸发器里的制冷剂由液态变为气态的过程中需要吸收热量，吸收载冷剂的热量后，使载冷剂的温度降低，载冷剂降温后通过载冷剂泵送到用冷区域，这样通过空调末端设备风机盘管就会吹出冷风。
（3）冷却系统。制冷系统机组冷凝器内的制冷剂是由气态变为液态的过程，此过程是需要放热，它把热量传到冷却水中，由冷却水带走。然后冷却水再与土壤换热器进行热交换后，回到太阳能地能叠加器进行热交换，流回到蒸发器与制冷剂进行热交换。
3.地源热泵空调系统
（1）优点。
一是节能，属于可再生环保的清洁能源。运用热泵技术只消耗比较少的能量，却能获取较大的冷能或热能，获取的能量是消耗能量的4～7倍。该装置的运行没有任何污染，且不用远距离输送热量。能量的取得不受时间和空间的限制，是可再生的清洁能源。
二是该系统节省空间和运行成本，使用寿命较长。该系统易损件少，维护相对简单。由于所有的部件都安装在室内或埋在地下，延长了使用寿命。地源热泵机组紧凑，没有冷却塔和锅炉房，节省空间。另外与传统的空调系统相比，可节约30%～40%的运行成本。
三是噪声小，吹出的冷风或暖风柔和舒适。
（2）缺点。
地源热泵在我国农村的推广十分不理想。首先，单独住宅利用地源热泵空调系统造价大概是400元每平方米，此费用对于农村普通家庭来说根本无法承担。其次，农村的房屋隔热措施普遍做得不好，这样系统负荷增大，使用成本增高。再次，相对而言，地源热泵空调系统仍是一个较为复杂的系统，在使用过程中容易造成误操作，严重时甚至使系统损坏。
（3）解决方法。
一是政府把一部分节能减排的经费用于支持在农村推广应用地源热泵技术，按供热面积给予居民补助，参照“家电下乡”的政策进行补助。
二是建立地源热泵行业组织，修订、完善工程和产品标准，加强专业技术人员培训，政府设立相应的专业辅助机构对农村已建的地源热泵系统进行维护，专业技术人员对使用此系统的用户进行再培训。
三是除增大政府投入外，先进行试点建设，政府可以联合多个部门，如建设、房管、环境监督等部门，在农村住房建设方面进行统一规划。
三、小结
每个小组的互评和教师的课堂小结是*的。项目教学主要是以学生为主、教师为辅的方式进行。在每一次项目教学中，小组间互评是促进学生学习积极性的有效方法之一。教师可直接在黑板上画上表格，让每组的三位代表进行投票（不能投自己，只能投别人），获票多的为优胜者。教师好准备一定的礼物，奖励获奖的小组。
教师的小结是*的。小结的主要内容是总结学生表现出的进步，包括肯定学生的学习主动性和热情明显提高，学生的语言表达能力得到了很好的锻炼。后教师回答学生提出的问题，提出下一个项目的学习任务。