《工程熱力學(xué)》教學(xué)中的節(jié)能環(huán)保教育

董韶峰，董少龍，彭惠蘭

(1．華北水利水電學(xué)院環(huán)境與市政工程學(xué)院，河南鄭州450011;2．鄭州市中原區(qū)鄭上路小學(xué)，河南鄭州450007;3．廣州航海高等?？茖W(xué)校，廣東廣州510725)

《工程熱力學(xué)》教學(xué)中的節(jié)能環(huán)保教育

董韶峰1，董少龍2，彭惠蘭3

(1．華北水利水電學(xué)院環(huán)境與市政工程學(xué)院，河南鄭州450011;2．鄭州市中原區(qū)鄭上路小學(xué)，河南鄭州450007;3．廣州航海高等專科學(xué)校，廣東廣州510725)

在《工程熱力學(xué)》教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合生活和生產(chǎn)實(shí)踐，從空調(diào)節(jié)能、低碳理念角度揭示節(jié)能的潛力和必要性。在課堂上滲透節(jié)能環(huán)保教育，不但提高了課堂教學(xué)的趣味性，而且強(qiáng)化了學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識(shí)。

《工程熱力學(xué)》;節(jié)能環(huán)保;教育

《工程熱力學(xué)》作為物理學(xué)的一個(gè)分支，是高等學(xué)校熱能動(dòng)力、制冷低溫和暖通空調(diào)等理工專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，也是專業(yè)主干課程。目前全人類所面臨的能源危機(jī)、氣候異常等亟待解決的問題，歸根結(jié)底都屬于能量的利用和轉(zhuǎn)化范疇，能量利用和轉(zhuǎn)化與節(jié)能環(huán)保息息相關(guān)?！豆こ虩崃W(xué)》關(guān)于能量利用和轉(zhuǎn)化中的能量守恒和能質(zhì)貶值理論，對(duì)于當(dāng)今所提倡的“低碳生活”、“低碳經(jīng)濟(jì)”不但具有指導(dǎo)作用，更具有評(píng)判作用。筆者擬通過以下四個(gè)方面來探討教學(xué)中的節(jié)能環(huán)保教育問題。

一、空調(diào)節(jié)能

空調(diào)與日常生活息息相關(guān)，同時(shí)大學(xué)生也有學(xué)以致用的迫切愿望。在教學(xué)中結(jié)合空調(diào)節(jié)能來授課，一方面增加了理論知識(shí)的趣味性，另一方面也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

制冷循環(huán)的理論對(duì)空調(diào)節(jié)能的實(shí)踐有重要的指導(dǎo)意義。例如，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)等于制冷量除以理論耗電量，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)等于冷源熱力學(xué)溫度除以冷熱源溫差［1］(P81)。在理想情況下，夏季空調(diào)熱源溫度就是室外大氣溫度，冷源溫度就是室內(nèi)設(shè)定溫度。室內(nèi)設(shè)定溫度越低，室外空氣溫度越高，制冷系數(shù)就越小。也就是說，實(shí)現(xiàn)同樣的制冷量，室內(nèi)設(shè)置溫度越低，理論耗電量就會(huì)越大。室外溫度雖然隨時(shí)變化，不能人為控制，但我們可以提高室內(nèi)溫度來省電節(jié)能。據(jù)測(cè)算，中央空調(diào)供冷時(shí)室內(nèi)溫度每提高1℃可節(jié)能約10%［2］(P888)。在日本，曾有人想通過設(shè)計(jì)大方得體、涼快的男士辦公室服飾來設(shè)定更高的夏季室內(nèi)空調(diào)溫度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。2007年，國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)《關(guān)于嚴(yán)格執(zhí)行公共建筑空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的通知》，規(guī)定:“包括國(guó)家機(jī)關(guān)、社會(huì)團(tuán)體、企事業(yè)組織和個(gè)體工商戶，除醫(yī)院等特殊單位以及在生產(chǎn)工藝上對(duì)溫度有特定要求并經(jīng)批準(zhǔn)的用戶之外，夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得低于26℃，冬季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得高于20℃?！?/p>

為了節(jié)能減排，依據(jù)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員要選用高能效比的設(shè)備;淘汰對(duì)臭氧層破壞強(qiáng)和溫室效應(yīng)嚴(yán)重的制冷劑，研發(fā)和使用環(huán)境友好型制冷劑;提倡變頻空調(diào)、非電空調(diào)的使用。對(duì)于中央空調(diào)，要通過節(jié)能設(shè)計(jì)、嚴(yán)管施工和優(yōu)化運(yùn)行達(dá)到節(jié)能目的。

二、節(jié)能措施

在教學(xué)中，教師可適時(shí)引入提高能量利用率的措施:回?zé)帷⒃贌?、熱電?lián)產(chǎn)和熱電冷聯(lián)產(chǎn)等?；?zé)峋褪抢脭M排放到環(huán)境中的熱量預(yù)熱下一輪循環(huán)的工質(zhì)，一方面可以提高循環(huán)的效率;另一方面，在減少廢熱排放的同時(shí)也降低了排氣溫度，減輕了對(duì)環(huán)境的熱污染。再熱是把做功能力較低的工質(zhì)繼續(xù)加熱使其做功能力提高，然后讓其繼續(xù)膨脹做功，再熱措施既提高了循環(huán)效率，也減少了溫室氣體的排放，在發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán)中廣泛采用。熱電聯(lián)產(chǎn)是為了充分利用乏汽的能量。由于乏汽溫度低，既沒有利用價(jià)值又對(duì)環(huán)境造成熱污染。于是，我們讓蒸汽少做一些功(少發(fā)一點(diǎn)電)，在較高溫度(125℃或者其他工藝需要的溫度)排出汽輪機(jī)，進(jìn)入下一個(gè)用能設(shè)備(采暖、干燥、化工等)加以利用。目前，部分學(xué)者還提出了熱電冷聯(lián)產(chǎn)的思路，即相對(duì)低品位的熱量用于空調(diào)、采暖或其他工藝，相對(duì)高品質(zhì)的能量用于發(fā)電。這些節(jié)能措施實(shí)現(xiàn)了大材大用，小材小用，力求能量利用率達(dá)到100%。

在教學(xué)中，教師把這些節(jié)能措施進(jìn)行系統(tǒng)的歸納總結(jié)，使學(xué)生體會(huì)到“能盡其用”在工程實(shí)踐中的重要意義。

三、節(jié)能方向

以空調(diào)為例，按照輸入能量不同可分為兩大類，第一類是耗電空調(diào)(消耗電能)，第二類是非電空調(diào)(不消耗電能，消耗熱能)。從前述能量利用流程上看，非電空調(diào)在節(jié)約能源方面明顯優(yōu)于耗電空調(diào)。但是，幾乎家家戶戶都會(huì)選購小型分體式耗電空調(diào)，究其原因，就在于耗電空調(diào)體積小、安裝使用移機(jī)方便、產(chǎn)品系列化和市場(chǎng)化程度高、價(jià)格優(yōu)惠。我國(guó)每年夏季6～8月份電力出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，就是因?yàn)橄募究照{(diào)耗電在用電總量中占很大比例。非電空調(diào)是解決這一問題的出路之一，但由于初投資高、設(shè)備龐大、安裝場(chǎng)合有特定要求、配套設(shè)備繁多、設(shè)計(jì)和控制復(fù)雜、需要專業(yè)人員操作等，目前主要應(yīng)用在公共建筑中。節(jié)能減排對(duì)空調(diào)發(fā)展提出的新要求，就是要集中使用低品位能量，并且要求向體積小型化、產(chǎn)品系列化和市場(chǎng)化、使用可靠化邁進(jìn)。

總之，節(jié)能措施的發(fā)展方向?yàn)?在通過技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化管理提高常規(guī)能源利用效率的同時(shí)，積極探索開發(fā)利用太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能等綠色能源以替代日漸衰竭的常規(guī)礦物燃料，這些措施的實(shí)施將降低溫室氣體的排放。

四、結(jié)語

大學(xué)生是未來社會(huì)實(shí)踐的參與者和決策者，在課堂教學(xué)中滲透節(jié)能環(huán)保教育，可以強(qiáng)化他們的節(jié)能環(huán)保意識(shí)，促使他們科學(xué)用能，在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新，在提高能源利用率的同時(shí)推廣綠色能源，開發(fā)利用新能源，找到節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境的最優(yōu)方法。

［1］廉樂明．工程熱力學(xué)(第五版)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004．

［2］陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

Energy Conservation and Environment Protection Education in Engineering Thermodynamic Teaching

DONG Shao-feng1，DONG Shao-long2，PENG Hui-lan3
(1．Environmental Engineering Department，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 50011，China;2．Zhengshang Road Primary School，Zhengzhou 450007，China;3．Guangzhou Maritime College，Guangzhou 510725，China)

During teaching practice of Engineering Thermodynamic，the potential and necessity of energy conservation are revealed from the viewpoints of energy conservation in air－conditioning and low－carbon notion by combining it with life and production practice．The energy conservation and environment protection education are launched through the introduction of energy saving method and energy saving trend．All these can not only make the class teaching more interesting but also intensify the notion of energy conservation and environment protection．

Engineering thermodynamics;Energy conversation and environment protection;Education

G642．0

A

1008—4444(2011)04—0174—02

2011－05－12

董韶峰(1977—)，女，河南登封人，華北水利水電學(xué)院環(huán)境與市政工程學(xué)院講師，在讀博士研究生。

(責(zé)任編輯:王菊芹)