制冷技术基础理论课程教学大纲编写思路

随着制冷技术的蓬勃发展，制冷专业各层次学生日益增多，如何做好制冷专业的基础课教学，使学生在就业岗位得心应手、游刃有余，显得尤其重要。笔者结合目前各级院校实际情况和制冷技术发展水平，对如何制定编写《制冷技术基础》这门课的教学大纲进行了探讨，同时也对如何有效地开展该课程的教学提出了一些合理化建议。
1 课程性质
制冷技术基础理论课程大纲的制定应该结合各级学校学科教学实际和学生接受水平，即立足专业基础，又结合具体实际。作为制冷学科一门专业基础理论课程，《制冷技术基础》这门课，学生应理解制冷专业基本概念，各种制冷方法的基本原理和主要结构，制冷剂的相关常识;着重掌握目前应用较广泛的蒸汽压缩式制冷循环基本原理和热力计算，多级压缩和复叠式制冷循环的基本知识，以及典型吸收式制冷机的原理与结构。
2 课程目标
本课程的目标针对不同级别的院校侧重点不同。职业院校制冷技术基础的授课目标首先要熟知制冷专业的基本概念，能够区分和运用制冷术语进行简单必要的沟通和交流。基本概念是制冷初学者入门所需必须掌握的，这对于学生正确掌握和理解制冷学科的知识至关重要。其次，要理解各种制冷方法的基本原理和主要结构，学会应用各种制冷方法，以至可以进行简单设计。理论和实践初结合，如何运用制冷基本原理和方法进行简单分析和研发，学生应知应会。再次，要熟悉两种主要的制冷方法，分别是蒸汽压缩式制冷循环和溴化锂吸收式制冷机。第一，能够运用蒸汽压缩式制冷循环(单级、多级、复叠、热泵)原理对实际制冷装置进行定性分析和定量热力计算，这是对蒸汽压缩式制冷循环最关键、最核心的要求。
另外，应该了解制冷剂的相关常识，能够选择并正确使用制冷剂，我国目前普冷领域使用较多的仍然是蒸汽压缩式制冷循环，而工质即时我们这里所说的制冷剂。因此，熟知各种制冷剂的性质和操作注意事项对于各位即将步入职场的职业院校学生尤为重要。第二，明白溴化锂吸收式制冷机的结构原理，可以运用其理论知识正确操作和使用吸收式制冷机。溴化锂吸收式制冷机广泛应用于各大型中央空调中，比较符合各级职业院校的就业定位，所以学生应该熟练掌握此部分知识。
3 课程内容
本课程内容主要分为九个部分，分别是:(1)热力学状态参数;(2)热力学定律;(3)热力过程和热力循环;(4)传热学;(5)湿空气的物理性质;(6)蒸汽压缩式制冷循环;(7)吸收式制冷机;(8)制冷剂;(9)制冷方法。
3．1热力学状态参数
热力学状态参数主要应该讲解集态和状态、热力学参数的分类、状态参数的分类及各主要参数的概念。这部分内容设置的目的主要是让学生学会区分和描述集态和状态，从而为后续制冷原理的学习打基础。而热力学参数和状态参数概念的讲解对于理解制冷过程及其计算必不可少。
3．2热力学定律
热力学定律是工程热力学中的经典内容，对于同属于动力工程及工程热物理的制冷专业来讲，这部分内容也是进行制冷系统计算的基础。这部分内容主要包括三个热力学定律:分别是热力学第零定律，热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第零定律是温度测量的原理;热力学第一定律向我们诠释了能量“量”之间的关系;而第二定律则向我们解释了能量“品质”的问题。简而言之，“量”保持守恒，“质”可能出现贬值。而这恰恰明晰了蒸汽压缩式制冷的循环过程，是进行制冷系统分析和计算的依据。量的守恒和质的变化构成了热力学定律的基础，揭示了热、功转换的本质规律。
3．3热力过程和热力循环
热力过程和热力循环可以作为高职院校选讲的内容。热力过程中可逆过程及其实质是学生应该理解的重点。热力循环应该学会区分热机循环和制冷循环，分别掌握其典型循环。而最典型理论循环—卡诺循环更应该是教学重点。卡诺循环是最典型的热机循环，逆卡诺循环是最典型的制冷循环。两种循环都是理想循环，是不可能实现的。卡诺定理是针对卡诺循环和逆卡诺循环的定性判断，可以作为定性分析制冷循环和热机循环的理论依据和判据。
3．4传热学
传热学部分，学生首先要了解热传递三种基本方式及其机理，这是掌握这部分内容的基础。其次要掌握各换热方式的计算方法:导热、对流换热和热辐射。导热部分的计算主要清楚一维稳态导热计算公式(平板、圆管)，理解各参数的物理意义和影响因素。制冷设备多以圆管为基本结构，而用冷场合的冷负荷计算过程中，围护结构多以平壁为主。所以这两种结构形式的导热公式对于制冷系统的定性分析和定量计算更为基础。对流换热部分主要掌握牛顿冷却公式，了解相似准则数。牛顿冷却公式是进行对流换热计算的关键公式，而确定对流换热系数则需要用到相似准则数，这都是制冷系统进行对流换热计算的关键。
热辐射这部分内容我们需要掌握黑体的四次方定律，这是热辐射计算公式中最简单的一个，也是用得最多的。另外，基尔霍夫定律是连接黑体和灰体及发射和吸收的关键桥梁，教学过程应该有所提及。同样，热辐射部分可以作为选讲。再次，应该掌握换热器，会进行传热系数和热阻的简单计算，明白传热系数和热阻的关系，可以对简单传热过程做分析;重点掌握制冷系统(蒸汽压缩制冷循环)常用换热器典型结构。要求较高的中等职业院校和高等职业院校还应该会对换热器进行简单计算。
3．5湿空气的物理性质
湿空气的物理性质部分学生应该主要掌握三个温度，三个湿度和焓湿图及其软件的使用。第一，理解干球温度、湿球温度和露点温度的基本概念和原理，这是进行空气侧调节的理论基础;第二，理解绝对湿度、相对湿度和含湿量的基本概念及其影响因素;这是空气侧调节的方法基础;第三，学会根据已知条件查询相关参数，可以在焓湿图上比较干球温度、湿球温度和露点温度，会使用焓湿图软件，这是进行生产实际的必要技能基础。
3．6蒸汽压缩式制冷循环
蒸汽压缩式制冷循环主要包括单级、多级、复叠和热泵循环，这部分理论知识紧密贴合当今我国生产实际，需要学生务必重视。其中单级制冷循环需要学生掌握理论循环和实际循环，会画lgP－h图，可以进行定性分析，会进行简单计算。这些内容是学习蒸汽压缩制冷循环的纽带，承上启下，根据热力学基础，分析蒸汽压缩式制冷理论循环，又可以为分析实际和双级、复叠式制冷循环乃至热泵循环奠定理论根基，是目前制冷技术基础这门学科学习的核心所在。
3．7吸收式制冷机
吸收式制冷机需要掌握吸收式制冷机的原理、常用工质对及常用的溴化锂吸收式制冷机的结构原理。吸收式制冷机用溶液的正循环实现了制冷剂的逆循环，满足热力学第二定律，以消耗热能为代价，能量交换满足热力学第一定律。单效和双效溴化锂吸收式制冷机的结构原理历来是本课程教学中的重点和难点，学生应该会画出单效和双效溴化锂吸收式制冷机的流程示意图，其中单效溴化锂吸收式制冷机流程图是重中之重。
3．8制冷剂
制冷剂部分学生主要应该掌握制冷剂基本要求及其替代，并熟知一些常用制冷剂及其性质和操作方法。此外，载冷剂和冷冻油的作用及选用也应该作为基础知识有所了解。
3．9制冷方法
尽管目前市场上主要应用的制冷方法是蒸气压缩式制冷循环，但是诸如空气压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、热电制冷、热声制冷和磁制冷技术也日趋成熟，尤其是空气压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷已经非常完善，学生应该重点理解并掌握。针对其他方法学生可以根据自己的兴趣自主选学部分内容。
4 课时安排
制冷技术基础课程具体的课时建议安排参见表1。



表1 制冷技术基础课程具体课时安排
5 教学实施建议
(1)教材应配备彩色lgP－h图，焓湿图，供教学过程中学生查询。专业理论教师和教室应该配备上述教学用图，供教学使用。
(2)教材尽量配备图片和模型轴测图，方便学生自主学习。教师应该广泛搜集资料，备课供教学使用。教材尽量配有电子课件，方便教师教学和学生自学。
(3)应该强调教师主导，学生为主体的教学意识，积极开展反转课堂和学生自主探究学习模式，教材应配有选学内容，学生可以自学。
(4)学校如果不开设流体力学专门课程，应该适当增加课时将流体力学课程中与制冷相关的主要内容并入本课程授课。
6 结语
总之，《制冷技术基础》是一门专业基础理论课，它对于深化学生工学理论基础，更好地贯彻理工科学生的学习思想和思维能力起到很好的促进作用。通过这门理论课的学习，也可以为各层级学生的制冷专业学习和从业之路建立坚实的知识基础和能力本源，为本专业学生今后进一步深造和钻研指明了方向和研究方法。本课程大纲的制定正是在基于以上课程教学目的编写的，对于各层级的学生知识和能力水平具有很好的提升作用，也为本专业教师的教科研和教学材料的撰写起到了抛砖引玉的示范作用。