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建筑給水排水本科教學論文推薦
根據(jù)合肥工業(yè)大學本科“給水排水科學與工程”專業(yè)新版培養(yǎng)計劃和教學大綱要求，學生實踐能力、動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯著加強，實踐、實驗環(huán)節(jié)學時數(shù)均有增加。一直以來，各有能力的高校為滿足創(chuàng)新和綜合設(shè)計實驗的要求，不斷嘗試自制實驗平臺。本研究建立的建筑熱水系統(tǒng)實驗裝置平臺將輔助支持本專業(yè)教學，保證課程實驗的順利進行。在該平臺裝置建設(shè)之初，項目負責人及相關(guān)教師采用文獻調(diào)研和親自到相關(guān)單位調(diào)研兩種方式，分析研究了當前建筑給水排水實驗平臺設(shè)置現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前建筑熱水實驗裝置尚無成套設(shè)備，僅有部分建筑給水排水系統(tǒng)實驗裝置實現(xiàn)熱水給水供應，卻沒有實現(xiàn)建筑熱水系統(tǒng)循環(huán)方式的模擬，相關(guān)參數(shù)收集不全面，因此不能很好地形象地進行本科實驗和相關(guān)的技術(shù)參數(shù)研究。伴隨我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國民生活水平的顯著提高，各種高層、超高層民用住宅、綜合寫字樓、高級酒店、賓館等大批涌現(xiàn)，專為高層建筑設(shè)計的給水排水技術(shù)也在逐步完善。熱水供應系統(tǒng)是高層建筑給水排水系統(tǒng)的一個重要組成部分，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的很多房地產(chǎn)開發(fā)商更是將其作為一個賣點進行宣傳，在一些有地熱資源的城市，開發(fā)商更是對業(yè)主承諾在家就能用上溫泉水。可見熱水供應系統(tǒng)已然成為一個衡量建筑檔次的標準。在熱水供應系統(tǒng)的普及之下，該系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)存在的一些問題也日益凸顯出來。比如，一些開發(fā)商對熱水供應系統(tǒng)的選擇不當，導致其在供水安全性、穩(wěn)定性上存在問題和隱患，影響居民在使用熱水時的舒適度和安全性，等等。因此，必須加強對熱水供應系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計研究，熱水供應系統(tǒng)應向著更高效、更節(jié)能、更智能的方向發(fā)展。建立建筑給水排水本科教學創(chuàng)新實驗平臺———熱水系統(tǒng)實驗裝置可用于給水排水科學與工程本科專業(yè)必修課《建筑給水排水工程》等相關(guān)課程和實踐教學環(huán)節(jié)以及創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性實驗中，同時，該裝置也可為本科生綜合創(chuàng)新實踐和其他課外創(chuàng)新活動提供實驗平臺，彌補實驗室建筑給水排水實驗設(shè)備不足的現(xiàn)狀，該裝置面向給水排水科學與工程專業(yè)本科生和市政工程專業(yè)研究生，此平臺的搭建既可為教學環(huán)節(jié)開展綜合性、設(shè)計性實驗，也可應用到認識、生產(chǎn)實習和創(chuàng)新實驗等實踐活動環(huán)節(jié)中，還可為相關(guān)老師、研究生開展熱水流量等研究提供實驗平臺，進一步能夠解決諸如建筑熱水循環(huán)管網(wǎng)的流量分配計算或者分析高層建筑熱水供應系統(tǒng)的故障根源等若干細節(jié)問題，為建筑熱水系統(tǒng)的實際應用做出貢獻。
一、裝置的創(chuàng)新點
1.給水方式和循環(huán)方式切換。該裝置設(shè)置了52個電磁閥，通過控制相應的電磁閥，可對上行下給和下行上給兩種供水方式進行切換，回水管網(wǎng)可實現(xiàn)干管循環(huán)和支管循環(huán)兩種不同循環(huán)方式間的切換。2.自動控制與監(jiān)測。該裝置設(shè)置了2個電磁流量計、7個壓力傳感器和4個溫度傳感器，可對主要參數(shù)壓力、流量、溫度實現(xiàn)全自動監(jiān)測。3.模擬運行與實際相接近。該裝置總長20余米，高近7米，各配水點之間的距離與實際非常接近，很好地模擬了熱水系統(tǒng)工作狀況時的出流狀態(tài)。4.實驗演示與科學研究相結(jié)合。該裝置既能模擬熱水的制備、貯存、輸送、循環(huán)使用等過程進行實驗演示，還能對熱水系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)、計算公式等進行科學研究。
二、實驗裝置的研制方案
建筑熱水系統(tǒng)實驗裝置主要由貯水設(shè)備、增壓設(shè)備、加熱設(shè)備、配水管網(wǎng)、回水管網(wǎng)、控制系統(tǒng)和閥門附件等組成，如圖一所示。圖一建筑熱水系統(tǒng)實驗平臺原理示意圖（一）貯水設(shè)備。水箱是最常用的貯水設(shè)備，該裝置設(shè)置了一個長、寬、高分別為1.2m的、不銹鋼板焊接而成的貯水箱，該水箱可用來貯存冷水和回收熱水，熱水從水龍頭放出后經(jīng)排水管道收集回該水箱中。水箱設(shè)置進水管、出水管和泄水管。（二）增壓設(shè)備。給水系統(tǒng)中常用的增壓設(shè)備有水泵和氣壓罐。其中水泵是最常用的增壓設(shè)備。且熱水系統(tǒng)中需要設(shè)置循環(huán)水泵來促進熱水在管道中的循環(huán)流動，循環(huán)水泵常采用管道離心泵。該裝置設(shè)置水泵為增壓設(shè)備，根據(jù)壓力及水頭損失計算，最終給水水泵選取某型號變頻水泵，流量為5.6m3/h，揚程為16m，功率為0.75kW。循環(huán)水泵選取某型號管道泵，流量4m3/h，揚程15m，功率0.55KW。（三）加熱設(shè)備。局部熱水系統(tǒng)有燃氣熱水器、電熱水器、太陽能熱水器等加熱設(shè)備，對于集中熱水供應系統(tǒng)，常見的加熱設(shè)備是熱水鍋爐、水加熱器、加熱水箱等。該裝置中的加熱設(shè)備選用某品牌儲水式電熱水器，三臺并聯(lián)使用。該熱水器由電腦智能控制，可儲水80L，同時可用遙控器進行遠距離控制，熱水器設(shè)有半膽加熱、整膽加熱、全速增容等工作方式，半膽加熱功率為1000W，溫度升高1℃所需時間約為4.8min；整膽加熱功率為2000W，溫度升高1℃需要的時間約為2.4min；全速增容功率為3000W，溫度升高1℃需要的時間約為1.6min。（四）配水管網(wǎng)。配水管網(wǎng)是將被加熱到一定溫度的熱水從水加熱器配送至各個配水點，按水平干管的敷設(shè)位置可分為：上行下給、中分式以及下行上給三種形式。本裝置中，可通過對電磁閥的控制，自由切換上行下給和下行上給兩種不同的供水方式。干管設(shè)在頂層天花板下、吊頂內(nèi)或技術(shù)夾層中的上行下給式適用于設(shè)置高位水箱的居住與公共建筑和地下管線較多的工業(yè)廠房。干管埋地、設(shè)在底層或地下室中的下行上給式適用于利用室外給水管網(wǎng)水壓直接供水的工業(yè)與民用建筑。（五）回水管網(wǎng)。為了保證各用水點隨時都能放出指定溫度的熱水，在立管、水平干管甚至支管設(shè)置回水管，熱水經(jīng)過回水管網(wǎng)流回至加熱器，此設(shè)置可以補充管網(wǎng)所散失的熱量。按照設(shè)置回水管網(wǎng)的方式不同，可分為全循環(huán)、半循環(huán)和無循環(huán)三種方式。由于該裝置的配水管網(wǎng)采用的是上行下給和下行上給這兩種不同供水方式間進行切換，回水管網(wǎng)也必須通過對電磁閥的控制實現(xiàn)相應的變換，故對于下行上給方式，回水管采用全循環(huán)方式，對于上行下給方式，回水管采用立管循環(huán)方式，且本裝置采用的是機械循環(huán)方式，在回水干管上設(shè)置一個管道循環(huán)泵。（六）閥門、儀表、附件。1.閥門。建筑熱水系統(tǒng)實驗平臺裝置體積較大，裝置中所需閥門較多，為了提高實驗的可操作性，該實驗裝置中共安裝了52個電磁閥來控制相應閥門的開關(guān)。冷水加熱后會產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣聚集在管內(nèi)則會影響裝置的使用，針對此現(xiàn)象，裝置在最頂端設(shè)置了2個DN25的自動排氣閥，用來排除管內(nèi)水蒸氣。同時在裝置的最低端設(shè)置了一個泄空閥以便在試驗結(jié)束后及時排空裝置中的水，以免對裝置的使用壽命造成影響。2.儀表。該實驗裝置中設(shè)置了4個溫度傳感器、2臺電磁流量計和7個壓力傳感器用來測量和記錄水溫、水頭損失、配水流量及循環(huán)流量等相關(guān)物理量。溫度傳感器的量程為0—80℃，用來監(jiān)測熱水水箱出水、最不利點及回水溫度。電磁流量計設(shè)置于配水干管和回水干管上，用來測量配水流量和循環(huán)流量，流量計量-程為0—5L/s，適用溫度為0—80℃。壓力傳感器用來測量水泵出口、各立管最高處、最不利點處和循環(huán)水泵進水管處的壓力，計算水頭損失，量程為0—0.6MPa，適用溫度為0—80℃。3.附件。裝置中在熱水箱的出水口處設(shè)置了管道過濾器，用來過濾水中的雜質(zhì)，以免影響電磁閥的使用效果；在水泵的進水和出水管上均設(shè)置了橡膠可曲柔性接頭，以防止水泵運行時產(chǎn)生的振動對管道及裝置造成不利影響；在裝置的回水管道上設(shè)置了膨脹水罐，以免出現(xiàn)安全隱患。（七）控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)自動控制和記錄，裝置中共設(shè)置了4個控制箱和1個控制柜，用來控制電磁閥、水泵等設(shè)備的開閉，記錄并保存溫度、流量、壓力等物理量，可以實時顯示該系統(tǒng)的壓力，溫度，流量等信息。
三、實驗裝置的特性
針對目前實驗教學中存在建筑給水排水實驗裝置不足的問題，開發(fā)研制建筑熱水系統(tǒng)實驗平臺，為學生提供了一套具有創(chuàng)新性、設(shè)計性和綜合性的實驗裝置，為課程實踐、認識實習和科研創(chuàng)新提供了先進的硬件設(shè)施，為學生的課程學習和實踐學習創(chuàng)造了良好的實驗環(huán)境。（一）實驗裝置的靈活操作性。通過電磁閥的設(shè)置，實現(xiàn)了實驗裝置較高的靈活性和綜合性。根據(jù)給水方式的不同，可對上行下給和下行上給兩種不同的供水方式進行切換，同時回水管網(wǎng)可實現(xiàn)干管循環(huán)和支管循環(huán)兩種循環(huán)方式的切換。另外，裝置配制自動控制與監(jiān)測系統(tǒng)，可對主要參數(shù)實現(xiàn)全自動監(jiān)測。該實驗裝置平臺合理并充分地利用了有限空間，同時綜合考慮其他因素，具備較高的靈活性和綜合性，可用于學生的創(chuàng)新性、設(shè)計性和綜合性實驗及師生科研工作，能較好地服務于教學實踐和科研活動。（二）實驗裝置的經(jīng)濟實用性。在使用中可根據(jù)實際運行的不同情況采用不同的控制條件，同時，自動控制的實現(xiàn)大大地提高了工作效率。此裝置所使用的配件方便可得，普通市場即可購買齊全，所需成本較低。該裝置又很好地模擬了實際生活中建筑熱水系統(tǒng)的運行過程，研究成果為學生的實踐教學提供了有益的理論指導。如此一來，既滿足了實驗需求，又為項目節(jié)省了資金，一舉兩得，經(jīng)濟實用。（三）實驗裝置的先進性。該建筑熱水系統(tǒng)實驗平臺的建設(shè)規(guī)模接近實際，不僅可實現(xiàn)兩種不同供水方式間的切換，回水管網(wǎng)還可實現(xiàn)兩種不同循環(huán)方式的切換。另外，裝置可實現(xiàn)對主要參數(shù)的全自動監(jiān)測，實時顯示系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等信息，可以用來模擬熱水的制備、貯存、輸送、循環(huán)使用等過程，還可以通過對水頭損失、循環(huán)流量、配水流量等參數(shù)的記錄進行實驗研究，為建筑熱水系統(tǒng)的設(shè)計應用提供了理論指導，具有創(chuàng)新性和先進性。（四）實驗裝置的多功能性建筑熱水系統(tǒng)實驗裝置可用于建筑熱水系統(tǒng)運行過程工藝參數(shù)確定及相關(guān)技術(shù)與理論研究等方面。不僅可用于“建筑給水排水工程”理論課程學習，同時適用于學生設(shè)計性、創(chuàng)新性和綜合性實驗，還可以作為校內(nèi)實習基地的一部分，用于學生的生產(chǎn)實習、認識實習等實踐環(huán)節(jié)，以及建筑給水排水系統(tǒng)相關(guān)的科學研究。
四、結(jié)束語
建筑熱水供應系統(tǒng)作為當今社會建筑給水排水的主要系統(tǒng)之一，已經(jīng)被廣泛地應用于酒店、賓館、高層住宅、公寓等場所，建筑熱水系統(tǒng)實驗平臺裝置的研制可用于模擬熱水的制備、貯存、輸送、循環(huán)使用等過程，可對水頭損失、配水流量、循環(huán)流量等參數(shù)進行實驗研究。通過控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對所有閥門的自動控制，以及流量、壓力、溫度等物理參數(shù)的自動記錄和保存，為相關(guān)教學實踐活動和科學研究提供了有力支撐。
參考文獻：
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