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1标准化病人在诊断学教学中的应用
1.1标准化病人的培训
首先是对标准化病人进行职业道德的培训,使他们在工作中必须具备守时、表演忠实于案例、回馈适当并“保持中立”的工作作风。下来对标准化病人进行的是医学知识培训。由于所选择的标准化病人都是非医学专业的,故为了能使其了解各种疾病所表现出的症状、体征,帮助其出色地完成任务,适当的基础知识教育是非常必要的。在这一环节中,由于体征的表演需要很多的技巧,所以成了培训中的重点和难点。
1.2标准化病人的应用
1.2.1在教学中的应用
在系统问诊和体格检查中,经过训练的标准化病人,模拟不同主诉的病例,提供恒定一致的病史资料,学生在接诊标准化病人时要进行问诊内容和技巧两方面的训练。现病史的采集过程使学生实现由学生到医师的角色转换,克服首次面对患者时羞涩、不安,甚至恐惧的心理,树立自信心。问诊的技巧着重交流技能的培养,通过反复训练,使学生逐步掌握介绍自己,使用过渡性语言,更好地获取病史资料等方法。在体格检查教学中,标准化病人接受学生全身体格检查,要求被动顺从、不厌其烦,绝不能给以任何暗示,要鼓励学生操作,并对其做出正确的评价或逐一指出错误,配合教师完成教学任务。
1.2.2临床技能考核评估中的应用
除教学外,标准化病人应用的一个重要方面就是对学生进行考核评估。在训练过程中,标准化病人必须对学生的每一问诊和检查的步骤、顺序、手法暗记在心,一旦训练完毕,迅速填写评估表对学生的查体技巧、交流沟通、职业形象等方面进行评分,并及时反馈和指导。
1.3标准化病人的优缺点
标准化病人应用的优点是:①在一定程度上缓解了临床教学资源的相对不足,克服了临床教学中患者不合作、不能多次利用的缺点,有利于解决患者就医与医学院教学之间的矛盾。②使考核更加公平、公正。每一名标准化病人培训一个内容,每位学生面对的是相同的病人,相同的问题,使评价公平真实。③有利于人文素质及应变能力的培养。长期以来,我国的医学教育重视理论知识和技能的传授,而人文素质教育存在缺陷。即将走上工作岗位的学生如何与病人沟通,如何处理突如其来的问题,都可以通过对标准化病人进行培训,使学生亲身体验对病人的人文关怀,锻炼其发现问题、分析问题、处理问题的能力。④有利于培养学生的临床思维能力。
标准化病人应用的缺点是:①标准化病人毕竟没有真病人的体征,虽经过一系列培训,但不能逼真地模拟所有体征。只能模拟疾病的主观部分,而难以模拟疾病的客观表现,能模仿的疾病种类和症状也是很有限的。②标准化病人要经专人招募与培训,要付给一定的报酬,需要有一定资金的支持,由于国家在医学教育经费投入上有限,使医学院校在此方面经费压力较大。
2电子标准化病人教学系统在诊断学教学中的应用
2.1心肺听诊触诊电子标准化病人
心肺听诊触诊电子标准化病人为上半身人体模型,其内部为腔性结构,有特制的音频传播介质,体表有胸部骨骼标志和心脏瓣膜听诊区及肺部听诊部位。教学软件将文字、声音、图像、解剖、生理、病理、血流动力学、心电图、X线、CT及彩色超声学有机地结合在一起。学生在课堂上就可真实地、直观地看到心脏跳动、瓣膜活动和各种杂音、异常呼吸音产生的机制,并可同步在模拟人相应的部位做听诊、触诊检查。
2.2腹部触诊电子标准化病人
腹部触诊电子标准化病人的身体及腹内脏器,是选用硅橡胶聚合物特殊制作,外观和质地极富真实感,肝脾等脏器设有软、中和硬三种质地的模块,内部采用机械传动装置。教学软件将相关的文字、动态图像、解剖、病理、血流动力学图、超声图等有机地结合在一起。并可模拟腹式呼吸,当腹式呼吸开始时,肝、胆囊和脾可随膈肌活动而下移或上升,并出现肝、胆囊、脾病变的各种阳性体征,给学生深刻的感性认识。
2.3电子标准化病人教学系统的优缺点
2.3.1电子标准化病人教学系统应用的优点
该系统的优点体现在:①它构建了多媒体技术与电子标准化病人相结合的教学新模式,在一定程度上解决了教学资源缺乏的问题。②可提供病理体征供学生反复多次的练习且不受时间限制,克服了临床教学中患者不配合现象,并在一定程度上缓解了实习医院的教学压力。③ 电子标准化病人教学系统中的多媒体教学软件将相关的文字、动态图像、解剖、病理、血流动力学图、超声图等有机地结合在一起使得教学内容图文并茂,易被学生接受。④可用于诊断学技能考核中,使考核更加公平,公正。
2.3.2电子标准化病人教学系统应用的局限性
信息技术、计算机技术和多媒体技术在现代远程继续教育中的应用促进了远程教育事业的发展,通过建立和完善现代远程教育网络及其教学系统,实现从传统教育模式到现代教育模式的转换。实现系统互操作,是实现对学生个别化终身教育和最终实现我国全民教育终身化的有效途径。
利用internet 进行远距离教育,可以克服传统远距离教育的局限性,使学习活动不受时间、空间的限制,但是由于现阶段网络教育标准没有广普及,造成标准各异的低水平学习管理系统重复建设,不同的系统之间不能够进行互操作,严重制约了网络教育的迅速发展。本文针对这一问题在研究了相关的网络教育技术标准和相关技术的基础上提出了一种全新的学习管理系统方案。
首先本文分析了现有系统之间不能够进行互操作的根本原因,并带着这些问题对我国现代网络教育技术标准体系中的相关标准的信息模型进行研究,用标准将其规范化,从而实现系统间的互操作。并在研究了国内外学习管理系统建设的成果和经验的基础上,提出了一种全新的远程教育平台的软件解决方案,详细讨论了整体架构、标准化实现。
该系统的实现将有利于实现教育系统间的互操作,适应现代网络教育发展的需求,对于网络教育的迅速发展和普及有重要意义.
关键词:
远程教育平台,网络教育技术标准,学习管理系统、学习者模型、xml,java
abstract:
the application of information, computer, and multimedia technology in modern e-learning promotes the development of e-learning. through the establishment and refinement of modern e-learning network and teaching system, the transformation from traditional education pattern to modern education pattern can come true and it can realize the interaction between different systems. furthermore, it is an effective approach to realize the student's life-long education individually and the whole country’s life-long education.
carrying through long-distance education by internet can overcome the limitation of traditional long-distance education. study will unlimited by time and space. however, the unpopular current network standard gives rise to repeated the low-level education system which will restrict the rapid development of e-learning terribly。
aiming at the problem, the paper researches the information model of modern e-learning technology and its realization, and realizes the sharing of educational resources and the interaction between different educational systems. a brand-new software resolving schema is proposed after the investigation of the accomplishments and experience of the e-learning platform construction in home and abroad, in addition, the whole structure and the realization of standard are being discussed in detail.
the system is in favor of the interaction between different systems. besides, it can fulfill the requirement of modern e-learning and provide a good guidance for developing e-learning
keywords:
e-learning platform,e-learning standards,learning management system,learner model,xml,java,
一、学习管理系统概述
1.系统功能概述
学习管理系统(learning management system,lms)是培训自动化管理系统,也是e-learning的基础架构。所有的学习管理系统都有如下的功能:用户注册管理、课件目录管理、学习者的信息数据记录以及向管理员汇报等。对于学习者来说,有助于安排计划学习进度,并且有助于与其他学习者间交流和协作学习。]对于管理员来说,有助于了解、追踪、分析和报导学习者的学习情况。绝大部分lms都不具备教学内容制作的功能,以至于lms使用者都需另外提供内容制作工具。目前,学习管理系统应用范围很广,在cltes的lms规范(celts-20)中有比较完善的lms实现方案,并且详细定义了其交换用课程集合模型和课评价信息模型。
2.系统架构
学习管理系统能够支持大规模教学活动。其系统框图如图1所示:
其结构体系主要由下列部分组成:
2.1学习系统
该模块主要的功能有:网络课程的显示、学习信息的提取、辅导和基本信息的查询。
网络课程显示主要是提供给学习者学习内容。它包括了课程的各个知识点和重点、难点问题。学生主要是通过这个模块的学习来完成对课程基本知识的理解和掌握。知识点的划分,学习者也可以根据自己的学习背景来选择自己的学习路径。
提供对学生的课后辅导,对学生的学习很有帮助。可以让学生和老师实现面对面的交流。
2.2教学教务管理
教学教务子系统负责整个教学过程的安排,主要负责管理所有的专业、课程,学生的学籍、教师,制定教学计划,学生注册之后的选课环节以及教师选择上课课件等功能。
专业课程的管理可以对专业和课程新增、修改、取消,可对专业课程信息检索查询,专业课程对应设置,可以根据实际教学需求开设专业学科。学生学籍档案管理提供登记、修改、删除等功能,还可以对学籍信息进行检索、统计查询,并具有标准化学号编制。教师管理是对教师新增、修改、删除、查询。管理员针对入学的学生制定对应的教学计划、选择课程、分配课程教师,实现了课程——教师——学生的关系。
2.3系统管理
系统管理子系统主要负责功能系统模块管理、用户组及用户的管理、权限管理。功能系统模块管理是指对模块能够进行灵活的扩展、修改、删减和合并,模块管理能够将平台中的所有子系统及其所属模块进行很好的管理;用户管理是实现用户角色分配,用户信息检索查询,能够将平台中的用户进行统一的管理;权限管理是对所有的用户根据角色的不同将对平台的使用权限进行划分和分配,这样可以提高系统的安全性并方便管理员维护。
3.理论信息模型
计算机技术和网络技术的发展有效地增强了教学环境和教学形式,丰富了教学资源,网络教学的发展带来了教学资源的极大丰富和各类教学系统的开发实现。由此带来的问题也越来越明显:质量差的教学系统间互操作没有保证,学习的进行依赖于特定的教学系统,这不利于教学质量的提高。
网络教育技术的标准化为解决上述问题提供了有效的途径和有力的保障。通过对某些基本教学技术进行规范化,为系统互操作提供了基础。
因此在系统的设计阶段怎样对平台进行标准化是解决教学系统的互操作和提高教学质量的关键。它所应该符合的celtsc中的相关标准,包括: lms(celts-20)和papi(celts-11)等等。
二、关键技术研究
1.j2ee技术研究
j2ee是英语java 2 enterprise edition的缩写。j2ee是一种利用java 2平台来简化诸多与多级企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。有多种基于java的技术所组成:enterprise javabeans(ejb)[19],java server pages(jsp),servlets,java naming and directory interface(jndi),the java transaction api(jta),corba,the jdbc data access api等。
j2ee提供了一个企业级的计算模型和运行环境用于开发和部署多层体系结构的应用,如图2所示。
图2 j2ee体系结构图
它通过提供企业计算环境所必需的各种服务,使得部署在j2ee平台上的多层应用可以实现高可用性、安全性、可扩展性和可靠性。它的优越性在于:计算平台支持java语言,使得基于j2ee标准开发的应用可以跨平台地移植;java语言非常安全、严格,这使开发者可以编写出非常可靠的代码; j2ee提供了企业计算中需要的所有服务,且更加易用;定义了标准接口,可以和许多厂商的产品配合,容易得到广泛的支持;j2ee树立了一个广泛而通用的标准,大大简化了应用开发和移植过程。
2.xml技术研究
xml是现今网络科技中应用十分广泛的技术之一。xml即可扩展标识语言(extensible markup language),它是由万维网协会(w3c)颁布的一种可扩展的标记语言。xml将sgml的灵活性与广为流传的html完美结合,更为简洁且具有良好的兼容性,从而使得现有的internet协议和软件更为协调,方便了相应的数据处理和传输。
xml一向致力于简便而快速地,根据企业、科学规范或者其他方面的需要来构造定制的标记集。同时,每一个企业甚至每一个人,都可以选择定义自己的xml标记集。xml的一个好处就在于能够共享这类“词汇表”,它们都使用同样的基本语法、分析程序以及其他工具。可共享的xml词汇表不仅提供了更易于查询的文档和数据库,而且为在不同的组织和计算机应用程序之间交换信息提供了一条途径。
xml的出现,大大改善当今的电脑以及网络世界。它的优势主要表现在:异构系统间的信息交流、不同来源数据的集成、更精确的搜索、多种应用得到的数据、本地计算和处理、数据的多样显示、粒状的更新、升级性、保值。
xml是面向数据的文本标记语言,它实现了数据、结构和显示的分离,因此光有xml标准还不够,必须有一些其它的标准来辅助xml完成显示、数据处理或者xml文档内部寻址等操作,这些xml相关标准共同组成了庞大的xml标准族。w3c 为了不同的标准成立了不同的工作组,这些工作组分工合作,着重针对xml技术中的不同问题焦点,先后推出了与xml相关的其它重要标准:
1.1文档类型定义(document type definition,dtd、xml schema)
通过dtd 和xml schema,用户可以定义xml文件的逻辑结构,即定义xml文件中的元素、元素的属性以及元素和元素的属性之间的关系。在早期,dtd已经用来表示sgml的文档结构,而schema是xml标准推出之后才研究的一种使用xml本身的语法来定义xml文档结构的标准。
1.2可扩展样式语言(extensible stylesheet language,xsl)
xsl是处理xml显示的一个标准,在这个标准中,xslt(xsltransformations)是xsl比较常用的部分。xslt是一种转换语言,它可以将xml文档转化成其他文档格式。其典型的应用就是运用xslt 将xml文档转化成html文档,并在浏览器中显示。因此xsl是针对xml 文档的表现外观的。
1.3可扩展链接语言(extensible link language,xll)
xll提供类似于html的链接,但功能更强大。xll 协议包括两个规范,xlink和xpointer。xlink处理xml 文档间的链接,它支持一些非常复杂的链接,包括双向链接、扩展链接以及间接链接。xpointer定义了在xml文档内部寻址的机制,它提供了对元素、符号串和xml 文档其它部分的引用。
1.4xml路径语言(xml path language,xpath)
xpath是寻址一个xml文档内的组成部分的一种语言,被设计成可为xsl和xpointer共同使用。它使用路径方法来表达xml 文档中的层次结构。
1.5xml简单应用编程接口(simple api for xml,sax)
sax 实际上是xml-dev 邮件列表协作产生的,并不是w3c 的标准,但事实上已和w3c 推荐标准有着同等地位,现由结构化信息标准促进组织(the organization for the advancement of structured information standards,oasis)负责维护与更新。这一个应用程序接口是基于事件驱动的。
1.6文档对象模型(document object model,dom)
dom将一个xml文档转换成程序中的一个树型的对象模型,这个树模型的结构与xml文档的结构相同。程序可以任意处理这个对象模型,包括增加、删除、修改子节点。
三、学习管理系统的设计及其标准化实现
1.系统设计
系统采用先前定义的三个模块来实现各部分功能为:
1.1学习系统
主要对学生的学习进行支持,为学生提供学习的课程以及多样的辅导形式,并对学生平时的一些基本数据信息进行管理。
1.2教学教务管理
实现学习管理系统中的教学活动,教学教育管理包括教学管理和教务管理两方面,教务管理是指对教学元素实体的管理,而教学管理则是管理它们之间的管理,这两方面相互配合,使教学活动不间断的进行。其功能主要有学生学籍管理、教师信息管理、专业课程管理、教学计划的制定和安排,以及辅导、考试的安排工作。
1.3系统管理
系统管理保证了学习管理系统的正常运行,包括系统变量管理、模块管理、用户管理以及权限管理。
2.学习系统
学习系统在学习管理系统中相当于学生的教室,是一个能启动课程、跟踪学生进度的应用子系统。网上授课就是将学生要学习的课程从数据库中动态的显示在页面上,并记录学生的学习进度;课后的辅导又分别由实时和非实时两种形式构成,可以通过语音聊天和教师进行交流,也可以通过bbs系统和faq管理来讨论问题;学生还可以看到自己的作业情况,能够方便的从平台中获取和提交。
2.1系统结构
学习系统可分为四个部分:网上授课、辅导管理、课程作业和信息查询。每一项下面又可以划分为若干小模块,详细结构如图5-6所示:
网上授课
网上授课模块要实现两个功能:课程显示和学习进度的纪录,课程显示时在叶面端对服务器短的课程数据进行动态显示。学习进度的纪录是按照标准化的格式将学生的学习进度信息传送给系统。
辅导管理
辅导管理包括语音聊天室、bbs、faq,为学生和教师提供全面的交互方式,避免了因为远程教育这种形式而造成的交流缺乏。
课程作业
课程作业模块主要是作业的下载和作业的提交功能,通过这个功能学生能过看到最新的作业信息。
信息查询
信息查询包括个人信息查询、成绩信息查询、作业情况查询以及学习进度查询四个方面,个人信息主要是指学生的一些简单的个人信息,成绩信息是指学生的平时成绩、考试成绩以及作业成绩。作业情况是学生对每次作业的完成情况以及教师对其作业的评价。学习进度是学生的每门课程的学习进度,方便学生对自己进行监督,促进学习的进行。
2.2课程交换用信息标准化实现
课程交换用信息的标准化实现主要是对交换用课程相关数据模型的支持和实现。我们采用的是lms规范中定义的交换用课程集合数据模型。
课程交换用信息的标准化要求能够简化课程在不同系统间的移动,即不同的系统都能够提取课程的组成成分、内容划分以及学习顺序,这是建立在统一的约定和标准之上的。考虑到这些因素,我们采用生成标准交互文件的方式来对课程的交换信息进行描述和存储,这个文件将跟随课程包一起作为课程的必不可少的一部分。文件的结构示例如下所示:
采用这种文件方式,使课程在系统间移动的复杂度大大将低,使得粒度为课程的资源在系统间的互操作成为可能。
2.3系统互操作标准化实现
系统互操作标准化就是对学习管理系统相关规范标准的支持和实现。系统平台所采用的信息模型为celts-20。
系统的互操作体现在:
启动课程
lms系统与课之间的通信
在lms系统间传递课程结构、学习行为、课程内容
存储学生表现数据
系统间的互操作是基于http绑定的,其中有许多的参数名值对,包括万维网启动参数、ieee需要参数和学生的课程信息参数,因此我们采用了将这些参数在互操作时进行表准化格式的传输,代码片断如下[20]:
3.教学教务管理
教学管理在远程教育中居于一个至关重要的地位,它起着调配教学资源、组织教学活动、总结教学数据等重要作用。教学管理系统使得教学能够顺利实施,也可实现整个教学管理过程的现代化和管理的规范化,另外还能及时、准确地反映教学现状,分析教学效果。教学管理可划分为三个相对独立的模块:课程管理、教务管理和系统管理,它为学生、教师、管理人员提供全面的服务。学生可以通过管理系统保存自己的个人档案,及时获取教学机构的最新信息,得到教师的帮助与辅导等;教师可通过管理系统设置课程与教学计划,查看学生的学习档案,提供有针对性的帮助;管理者可管理教师档案、学生档案、最新信息、对远程教学系统进行管理和维护等。
3.1子系统架构
教学子系统包括学生选课、教师选课件、教学计划管理、教学安排管理、辅导管理和考试安排;教务管理子系统包括学生学籍管理、作业管理、专业及课程关联、教师管理和学生成绩管理。如图5-7和5-8所示:
3.2管理机制
教学与教务系统是紧密联系的,教务管理子系统主要是实现对实体的管理功能,为教学管理子系统功能的实现提供基础,而教学管理子系统则实现了教学过程中的实体之间的关系管理功能,将这些教学过程中的必须元素组合起来,保证了教学流程的正常运行[40]。典型的教学过程的整个流程如图5-9所示:
管理员对平台上的专业和课程进行管理,保证了整个平台教学水平,对平台中的教师信息和学生学籍信息的管理,为制定教学计划做好了准备,这些都是教育平台的教学元素。
根据不同的年级、专业、层次教学教务管理员制定对应的教学计划,然后对当前学期的教学计划再制定对应的教学安排,教学计划中的数据包括年级、专业、层次、学期、课程,这样就确定了某个年级、某个层次、某个专业的学生各个学期的课程;再为每条教学计划确定一名教师,教师的信息为选择教师提供了依据,选择好教师之后教学安排就确定了。
教学安排确定之后,当被安排了教学计划的教师登陆平台之后,他就可以看到他这个学期将要教授的课程,这时他可以选择一门课件作为这门课程的教材,通常一门课程会对应多门课件,教师可以先查看课件再选择一门最为适合的课件。
当一个学生的教学计划和当前学期的教学安排都制定好之后,学生就可以登录平台进行选课了,登录后平台会给出这个学生的必选课和选修课列表,学生做出自己的选择之后提交,这样每个学生都会有自己的教学计划,
之后是网上授课阶段,其中包括作业的管理,教学管理子系统会安排辅导、考试,最后的考试成绩在教务管理子系统中进行管理。
4.系统管理
系统管理子系统是整个学习管理系统正常运转的关键子系统,它主要负责功能系统模块管理、用户组及用户的管理、权限管理[33]。功能系统模块管理是指对模块能够进行灵活的扩展、修改、删减和合并,模块管理能够将平台中的所有子系统及其所属模块进行很好的管理;用户管理是实现用户角色分配,用户信息检索查询,能够将平台中的用户进行统一的管理;权限管理是对所有的用户根据角色的不同将对平台的使用权限进行划分和分配,这样可以提高系统的安全性并方便管理员维护。
4.1系统架构
系统管理子系统分为三个子模块分别为:模块管理、用户管理和权限管理。用户管理又分为:用户组管理和用户管理。详细功能如图5-10所示:
4.2管理机制
资源管理子系统包含下面几部分的管理:用户管理、模块管理和权限管理。这三种管理功能联系紧密,相互影响,一般的流程如图5-11所示:
1. 用户管理
用户管理分为用户组管理和用户管理两部分。
系统目前拥有四种用户组:学生组、教师组、系统管理员组和教学教务管理员组,每个用户都是属于上述的其中一组。管理员可以添用户组,用户在注册的时候必须正确选择自己的用户组,从平台的安全性和易维护性考虑在用户注册的时候,应该对其可选的用户组范围进行一定的限制。
2. 模块管理
模块管理是可视化的功能模块管理,这样大大减少了管理员的技术负担,管理员不必人工操作平台中的各种文件,只需在页面上填入数值即可轻松的进行功能模块的管理,也使得平台的可扩展性大大增强。
3. 权限管理
权限管理和用户管理紧密相关,六种不同的用户组有六种不同的基本权限,每个用户都拥有自己所属用户组的基本权限,另外还拥有管理员设置的附加权限,以满足不同用户的需要。
关键词 化学实验室;换气次数;气流组织;室内压差;控制
中图分类号O6-3 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)46-0103-02
实验室设计是行业中常用的专项设计,包括了化学、生物、动物、物理实验室等各个类别。空调通风系统的设计包含了空气处理、制冷加热和除湿、气流组织、控制、安全等部分,它们是一个整体而不是独立系统。建工行业曾经出版过JGJ91-93 《科学实验室设计规范》,但如今过去了17年,期间出现了很多新的技术和标准,在国外则有SEFA、ASHRAE等组织有过专项研究。
对实验室的功能了解是通风系统选择和设计的决定因数。提供一个安全的环境给工作人员是首要目标在实验室的系统设计中。设计者要彻底研究所有的因数,找到最合适的设计。本文研究背景是某欧洲化工公司为复合生产线项目配套的化学实验室。这个项目的化学实验室由湿法化学间,加热间,恒温恒湿间,通用试验间、注塑间和办公间组成。除恒温恒湿间的环境,其他房间只需要温度控制,并且都没有洁净要求。ASHRAE规定实验室空调和通风设计参数包括以下:
1)室内外温度湿度要求;
2)空气质量;
3)设备和工艺热负荷,包括显热和潜热;
4)内部负荷的预期增加;
5)最小换气次数;
6)进风和补风;
7)排风设备类型;
8)控制和报警;
9)通风柜的尺寸和数量的调整可能;
10)房间压差;
11)设备和电源的备用。
本文针对其中实验室常用的4个通风标准包括换气次数,送排风形式,房间压差和控制系统进行了阐述。
1 换气次数的选择
《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室房间的最小换气量一般在6次/h~8次/h。
ASHRAE规定验室内的整体换气次数应由下列风量之决定:从局部排风设备或其他房间排风所排出的总风量;带走房间热负荷所需的制冷风量;最小换气次数需求。在使用情况下.实验室的最小换气次数应维持6次/h~10次/h。
在通常情况下>10次/时房间换气次数被认为是合适的。但是当实验室内有可能产生高热负荷的分析设备,或房间内有较大量的局部排风时,则可能需要相应增大换气量。湿法化学室有通风柜,加热间有大量的加热炉。通风柜的计算方法则参照《化工采暖通风和空调调节设计规范》中对轻、中度危害或有危险的有害物质,在室内顶棚有补风的情况下,通风柜的操作口最小吸风面速度0.5m/s。对于通风柜的使用率,当通风柜的数量大于2个时,则应该取60%~70%同时使用率。加热炉则是以维持炉内加热温度的热平衡法则计算所需的排风量。通过以上可以计算出总的安全通风量,此外负荷计算的空调风量,还有最小换气次数10次进行比较,三者取最大值。
2 送风和排风形式
《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室的排风量较大时,应设置室外新风补风系统,并计入新风负荷。
《科学实验室建筑设计规范》规定每个排风装置宜设独立的排风系统。同一个实验室内的所有排风装置宜合用一个排风系统。工作时间连续使用排风系统的实验室应设置送风系统,送风量宜为排风量的70%,并应根据工艺要求对送风进行空气净化处理。对于采暖地区,冬季应对送风进行加热。送风气流不应破坏实验室排风装置的正常工作。
ASHRAE 规定所有从化学实验室内排出的气体均需直接排出室外,而不能循环利用。因此,除非化学实验室也有洁净要求否则均需保持其相对于相邻区域为负压。而是否选择100%全新风送风系统,应做为实验室危险评估的一个重要部分。
实验室各个单元间设置了独立的排风系统,排风都安装在屋顶上。湿法化学间和加热间由于产生有毒、腐蚀、高温的气体,必须采用全新风处理。其他如工作人员进行计算机分析的通用实验间和进行材料测试的恒温恒湿间,100%全新风送风系统并不是唯一的选择。因为实验室不同的工艺职能,不一定要全新风通风或全新风空气处理。能满足工艺只能是首要的,100%的新风是针对通风柜的环境,而对于一般实验室循环空气处理能达到要求的,就不必要100%全新风。何况在全新风的空调环境下,能耗非常高。
3 房间压差
《化工采暖通风和空调调节设计规范》规定化验室应保持相对负压。
ASHRAE 规定所有从化学实验室内排出的气体均需直接排出室外,而不能循环利用。因此,除非化学实验室也有洁净要求否则均需保持其相对于相邻区域为负压。
这个规定其实要根据具体的实施对象。本项目中恒温恒湿间需要严格的温度、湿度控制范围,应该设计成正压。因为如果设计成负压,则相邻区域的空气去进入,一方面可能破坏温、湿度的控制精;另一方面如果污染的空气进入,也可能造成安全问题。而对于湿法化学间和加热间,为防止有毒、腐蚀、高温的气体或挥发物散发到房间,甚至散发到其他的区域,设计成负压是必须的。实验室建筑的办公区域,应相对于走廊和实验室始终维持正压。实验室内气流应从低危险区域流向高危险区域,最终通过各类通风柜或加热设备排到室外。
4 控制系统
控制应该把以上几项综合起来,可以满足整个实验室的房间压力、各房间压差、通风量、温湿度和各方面的安全控制要求,同时降低能耗。实验室内往往存在许多不利于人体健康的化学物质污染源,特别是有害气体,将其排除非常重要。但与此同时,能源往往会被大量的消耗,因而实验室的通风控制系统的要求从早期定风量,双稳态,变风量系统,到最新的适应性控制系统。所谓最为安全、舒适的环境,并要求最节能的方式是不能太过于奢望。系统响应迅速确保人身安全,以最高的精确性正确控制送排风的平衡和室内压力,提供最大的稳定性。尽量降低用户前期投入,同时减少用户在运行、能源消耗及维护等方面的费用。
ASHRAE 规定实验室控制一方面调整设备的温度和湿度控制;另一方面监控安全设施保护工作人员,用哪个系统,只要对当前实验室是合适的。
化学实验室的通风采用定风量还是变风量控制系统,这取决于设计者、使用者和设施管理者对其所要求的功能初次投资和运行费用等问题的综合考虑。定风量(CAV)系统被设计用来为所有的通风柜和加热炉提供总的排风流量,不管这些通风柜和加热炉是否被占用,总的流量都保持一定。这一方法采用机械限位挡块限制调节阀门开度,可能最大减小40%流量。变风量系统(VAV),则是系统容量的减小超过10%或20%的参差性设计。
本项目采用了定风量系统。因为系统从总体看不是大型系统,单独房间中需要排风的设备数量没有超过6个,最大、最小换气次数接近。在这种情况下则考虑采用定风量系统。它的优势是设计直接、系统简单,并且控制系统初投资成本低。通过人工调整压力相关型的风阀的叶片来设置通风柜、加热炉等的排风风量。当调节门处于某一特定开度时达到希望的通风柜面风速。房问补风风量要略低于设定的通风柜排风量,使湿法化学间和加热间为负压并保证足够的通风换气量。温度控制一般可通过将集中空调处理过的空气再加热或风机盘管实现。虽然它的劣势是灵活性差,将来的扩展会由于设备容量限制而受限。但是采取一些补助措施,定风量依然是现阶段对此类化学实验室的较好系统。这些措施是:预留一定的设备安装空间,为将来的实验室扩容保留了一定余地;通风柜尽量采用旁通型,使吸风面风速和排风量恒定;在可能增加风量变化的风管上增加压力无关型的定风量阀,现阶段的风量和将来变化的风量时,都不会影响风管压力,造成系统不稳定。
5 结论
实验室的通风设计首要解决的问题是安全性问题,还要考虑到为实验人员创造一个舒适的工作环境,解决温度、气流、噪音的问题,同时要保证最低的能源消耗,系统稳定,容易控制,易于操作管理。简而言之就是要从安全、舒适、节能、可靠运行方面进行设计。通过对此类型化学实验室涉及的换气次数、送排风形式、房间压差、控制系统标准,笔者建议:
1)换气次数至少应该以下三项指标值中取最大值:实验室工作区的设备的排风量,制冷负荷量对应的风量,最小换气次数为10次/h风量;
2)根据实际工作环境确定是否100%新风量;
3)通常情况下,走廊、办公区、实验区为气流的流动方向,上游相邻区为正压;
4)定风量仍然是经济实用的控制系统,能够满足部分实验室要求,做好将来扩容的措施。
参考文献
[1]《化工采暖通风和空调调节设计规范》HG/T 20698-2009.
[2]ASHRAE 1999 HVAC Applications Chapter13.