正文:摘要:科研与教学的结合已经成为培养高素质人才的必然趋势,如果能有目的把大学中的科研成果的转化到本科教学中去,那必将成为提高大学教学质量和培养高素质人才的一个有效途径。本文主要阐述了自然通风研究成果转化到“建筑物通风余热回收”实验中的方法,并且着重介绍了在实验过程中老师可以引导学生自己设计实验。
关键词:科研成果在本科教学中的转化;自然通风;膜式全热换热器
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引言
传统的实验教学模式已经满足不了社会对素质全面、实践能力强的复合型人才的需求,所以大学想要成为研究型大学,为社会培养创新型人才,就要有意识的把科研成果转化为专业实验,提高实验教学质量。
目前,在国内外已经出现很多教学与科研相结合的成功典范。比如美国麻省理工大学,学校在建校初期就紧抓教学与科研协调发展,不仅引进大批人才,而且加强人文学科的科研建设,把人文同理工学科相互渗透结合,使学校发展成为文理兼顾的世界一流大学。到目前为止,该校已经成功培养出16位诺贝尔获得者。另外英国的剑桥大学、牛津大学、日本的东京大学等世界一流大学无一不注重教学与科研的有机结合。在国内,北京大学的“产、学、研”一体格局所取得的成绩是有目共睹的。拥有百年历史的西南交通大学,也是人才培养和科学研究齐头并进的典范。所以国内外一流大学用成功的经验告诉我们教学与科研必须相互促进,相互结合。
我校很早就提出了“以乐学为理念,以导学为方法,培养应用型创新人才”,让学生在学习中得到乐趣,老师在实践中引导学生完成学习任务,其实就是要把科研成果引入本科教学中。为此我校首先对教学和科研相结合的新型教学模式开展了深入的讨论,对先前的教学方法进行了研究与改革。接下来的问题就是实践环节的教学配套问题。在学校的大力支持下,2008年我校环境与能源工程学院热能专业搭建了专门的自然通风实验台,目的上要把自然通风的研究成果移植到本科教学上。学生通过对设备构造的了解以及对实验数据的分析,加深了学生对理论知识的理解,培养了学生手脑并用的习惯,而且提高了学生的实际工作能力和处理实际工程问题的能力,并掌握了一种有效的试验方法。本文将对该实验项目的内容及教学状况进行具体的介绍。
1.建筑物通风余热回收
建筑节能与改善室内空气品质日渐成为国内外专家普遍关注的问题。首先改善室内空气质量最有效的方法之一就是增大新风量以稀释室内空气中的有害气体。增大新风量虽然能够保证建筑室内空气的换气次数,改善空气品质,带走多余的热量,但是同时也增大了空调新风负荷。气-气热交换器在自然通风中的应用很好的解决了这一问题。气-气热交换器是在满足室内新风需求的条件下,向室内提供新鲜且温度适宜的空气,对新风进行夏季预冷除湿、冬季预热加湿。其次目前,国内建筑能耗占全社会总能耗的比重比较大,热水、空调和采暖能耗占建筑能耗的65%左右。对室内排风进行能量回收,在运行良好的情况下可减少空调系统50%~80%的新风负荷。
1.1膜式全热换热器
膜式全热换热器是一种典型的气-气热交换器,不仅能够回收显热,还能够回收潜热,热回收效率很高。而且模式全热换热器还有结构简单,运行安全可靠,设备成本比较低,因而越来越受到人们的重视。本实验就是将膜式全热换热器应用于自然通风系统中进行余热回收。膜式自然通风余热回收装置可以实现在新排风间进行热、质交换。从而回收排风中的能量。在夏季工况下,室外新风的温湿度一般高与室内排风的温湿度,新风中的热量和湿量通过余热回收装置进行热湿回收,回收的热量与湿量与排风进行热、质交换,达到降温减湿目的;冬季工况正好与夏季工况相反,室内热量和湿量由排风传递给新风,相当于对新风进行了加热加湿处理。膜式通风余热回收装置可以同时回收排风中的显热和潜热,达到全热回收的目的,如图1所示。
图1 膜式余热回收示意图
1.2膜式全热换热器的换热效率
全热换热效率决定换热器的换热能力。全热换热效率包括显热换热效率、潜热换热效率和全热换热效率。所以本实验通过对参数的测量,计算通风余热回收装置的显热回收、潜热回收和全热回收效率,并对结果进行简要分析。热交换效率一般计算公式为:
- 显热交换效率(温度交换效率)
- 潜热交换效率(湿度交换效率)
- 全热换热效率(焓效率)
- 全热换热效率和显热换热效率、潜热换热效率之间的关系式为:
- 新风回收的冷量 (单位时间内)
式中
、
、
分别表示新风进、出口及排风进口的干球温度(℃);
、
、
;
、
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