高职供热通风与空调技术专业二年级《热水工程分体水控机集成方案设计》实训教案

高职供热通风与空调技术专业二年级《热水工程分体水控机集成方案设计》实训教案

一、课程概述

（一）课程定位与性质

本课程是高职供热通风与空调技术专业二年级核心实训课程，归属于“智能建筑设备系统集成”模块的专题设计项目。课程以真实热水工程为背景，聚焦分体式水控机的选型、集成与方案设计，培养学生系统思维、工程实践与创新应用能力。该课程在专业课程体系中处于承上启下的关键位置，前导课程为《流体力学泵与风机》《热工基础》《建筑给水排水工程》，后续支撑《热水系统调试与运维》《建筑节能技术》及毕业设计。课程性质为理实一体化专业实训课，总学时12学时，计1.5学分。

（二）设计理念与思路

遵循“岗课赛证”融通理念，对接智能楼宇管理员、供热通风与空调工程技术员、水处理工程师等岗位能力要求，融入世界技能大赛“制冷与空调”项目、全国职业院校技能大赛“建筑设备安装与调控”赛项标准。以典型工作任务为载体，构建“需求分析—方案设计—仿真调试—成果汇报”全流程项目化教学。课程设计采用逆向设计法，首先明确岗位所需的核心能力，继而确定学习证据，最后设计学习活动。课程思政贯穿始终，在热水节能方案中植入“双碳”战略，在设备选型中强调国产自主品牌，在图纸绘制中涵养工匠精神，在团队协作中践行社会主义核心价值观。

二、教学目标

（一）知识目标

1.掌握分体水控机的基本结构、工作原理与关键技术参数，包括流量传感器类型（霍尔、涡轮）、电动阀驱动方式（电磁式、电机式）、计量精度等级（C级、D级）、防护等级（IP65、IP68）以及通讯接口（RS485、M-Bus、LoRa、NB-IoT）。

2.熟悉热水工程系统构成，包括热源设备（燃气锅炉、空气源热泵、太阳能集热器）、蓄热装置（开式水箱、闭式承压罐）、输配管网（同程、异程）、末端设备（淋浴柱、洗手盆）与控制单元（DDC、PLC、单片机）。

3.理解分体水控机在热水工程中的集成方式与通信协议，重点掌握ModbusRTU、BACnetMS/TP及基于MQTT的物联网云平台对接架构。

4.掌握方案设计文件编制规范，包括设计说明书、设备清册、控制逻辑图（梯形图、功能块图）、施工图纸（系统图、平面图、大样图）以及投资估算表的编制规则。

（二）能力目标

1.能够根据项目需求书独立完成热水负荷逐时计算、设计秒流量计算、最不利环路水力计算，并据此进行分体水控机选型与台数配置。

2.能够运用AutoCAD或天正给排水软件绘制水控机安装平面图、系统原理图、电气控制接线图，图层设置符合《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001。

3.能够使用西门子LOGO!SoftComfort或三菱GXWorks2仿真软件搭建分体水控机控制逻辑，实现恒温控制、定时启停、防冻保护、远程抄表等功能，并完成在线模拟调试。

4.能够撰写规范的设计方案并在模拟评审会上使用PPT进行8分钟项目汇报，清晰阐述设计依据、技术路线、创新亮点，从容回答专家提问。

（三）素养目标

1.树立节能意识，在设计方案中主动采用变流量控制、夜间回温补偿、防垢吹扫等绿色低碳技术，能够定量计算方案的年节能量与二氧化碳减排量。

2.养成严谨细致的工作作风，严格执行《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242、《智能建筑设计标准》GB50314，图纸中杜绝错、漏、碰、缺。

3.增强团队协作意识，在六人小组中合理分担项目经理、设备工程师、控制工程师、造价工程师等角色，通过有效沟通化解技术分歧。

4.激发创新精神，针对高校宿舍、星级酒店、康养社区等不同应用场景提出个性化优化方案，如基于人脸识别的无感支付水控、基于用水行为预测的预加热策略。

三、教学内容与课时安排

（一）核心知识点

1.分体水控机类型、结构与选型依据【重要】

分体水控机按计量方式分为接触式IC卡、射频卡、扫码支付、人脸识别四类；按阀控方式分为先导阀、陶瓷阀、不锈钢球阀；按通讯方式分为有线M-Bus、无线LoRa、Cat.1。选型核心依据为公称流量、最大压力损失、工作环境温度及通讯协议兼容性。

1.热水工程系统水力计算与设备匹配【非常重要】【高频考点】

包括设计小时耗热量计算、设计秒流量计算、循环泵扬程计算、膨胀罐容积计算。设备匹配指水控机通径与给水支管管径一致，水控机总处理能力不低于系统设计流量的1.15倍，且考虑冬夏季工况切换。

1.分体水控机通信接口与协议【难点】【热点】

RS-485总线拓扑结构、终端电阻匹配、波特率设置；Modbus协议数据帧解析；NB-IoT模组AT指令集；异构协议转换器（网关）选型原则。当前行业热点为通过边缘计算网关实现水控机与楼宇自控系统的无缝融合。

1.控制逻辑设计方法【非常重要】【高频考点】

开关量控制：电动阀与水控机联锁、水泵交替运行；模拟量控制：基于回水温度的比例调节（P、PI）、变频水泵恒压供水；时序控制：节假日/工作日不同运行时刻表；安全联锁：超温保护、缺水保护、防冻循环。

1.施工图纸表达规范与识图【一般】

图幅选用、比例尺、线型设置、材料表编制。水控机系统图宜采用轴测画法，平面图应标注定位尺寸、安装标高及穿墙套管规格。

1.方案文档结构与撰写要求【重要】

采用建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》中方案设计阶段深度要求，正文不少于10页，包含计算书附录。需引用至少3项现行国家标准，并附设备技术参数表。

（二）技能训练点

1.水控机样本查阅与参数提取：从国产威博、常工、竞达及进口霍尼韦尔、丹佛斯样本中提取流量曲线、压损曲线、电气参数。

2.设备选型计算书编制：使用Excel编制输入参数区、计算过程区、结果输出区，设置条件格式自动判断是否满足要求。

3.系统原理图与平面布置图绘制：采用天正暖通T20绘制，插入图框、生成材料统计。

4.控制逻辑梯形图/功能块图编程：使用LOGO!SoftComfortV8.3，至少包含10个网络，应用定时器、计数器、比较器、算术运算指令。

5.仿真环境下系统联调与故障排除：人为设置传感器断线、阀门卡滞、通信超时故障，学生根据仿真曲线诊断故障点。

6.设计方案PPT制作与宣讲：应用金字塔原理组织内容，每页提炼关键词，借助动画演示水流方向与控制逻辑。

（三）课时分配

本实训项目共安排12学时，分3次课完成，每次4学时。

第一次课（第1-4学时）：项目导入与需求分析（0.5学时）、分体水控机结构与选型（1学时）、热水负荷计算与设备初选（1.5学时）、系统架构设计与集成方案研讨（1学时）。

第二次课（第5-8学时）：设备选型计算书复核（0.5学时）、控制逻辑基础指令讲解（1学时）、典型控制策略编程实现（1.5学时）、系统原理图绘制入门（1学时）。

第三次课（第9-12学时）：控制逻辑仿真调试（1学时）、平面布置图与大样图绘制（1学时）、方案说明书编制（0.5学时）、成果汇报与答辩（1.5学时）。

四、教学重点与难点

（一）教学重点【非常重要】【高频考点】

1.分体水控机选型计算与系统匹配。学生必须掌握依据热水负荷、供水压力、使用场景等参数选择合适机型与台数的方法，并能验算水控机最小工作压差是否满足最不利点流出水头。此部分直接对应岗位职业标准中“设备选型”模块，历年技能竞赛此题分值占比超过20%。

2.分体水控机控制逻辑设计。学生需理解时序启停、恒温控制、防冻保护等典型控制策略，并能通过梯形图或功能块图实现。重点考察能否根据系统工况自动切换手动/自动模式，能否在软件中设置密码保护防止非授权修改参数。

（二）教学难点【难点】【热点】

1.分体水控机通信协议解析与集成。不同厂家设备采用不同通信协议，且部分厂家通信协议不公开，如何在方案中通过网关或协议转换器实现异构设备互联是当前行业热点。学生需要理解主从查询周期、从机响应超时、CRC校验原理，并在方案中给出明确的网关配置表。

2.多工况下控制策略的优化。例如在峰谷电价、用水高峰低谷、季节性太阳辐照变化等条件下，如何动态调整水箱设定温度、循环泵启停温差、水控机预充值优惠策略，以达到节能与舒适的综合最优。这一难点也是学生创新设计的主要突破点。

五、教学准备

（一）师资要求

授课教师需具备供热通风与空调工程专业背景，持有高级技师或高级工程师职称，具有三年以上企业工程实践经验，主持或参与过两项以上热水系统智能化改造项目。教师应具备信息化教学能力，能够熟练使用仿真软件、在线教学平台及数字化资源开发工具。

（二）场地与设备

1.实训室配置热水工程模拟平台两套，每套包含全预混燃气锅炉（24kW）、板式换热器、300L蓄热水箱、立式多级离心泵、分体水控机实物样机（包括射频卡型和NB-IoT型各两台）、电动调节阀、温度变送器、压力变送器、电磁流量计。实训台开放西门子S7-1200PLC及昆仑通态触摸屏，学生可自编程序。

2.计算机房安装AutoCAD2022、天正给排水T20V8.0、EPLANElectricP8、西门子LOGO!SoftComfortV8.3、三菱GXWorks2、组态王7.5SP5，以及暖通空调系统动态仿真软件HY-ACLoad2024。

3.仿真教学软件：采用南京先极虚拟仿真实训系统，内置高校宿舍、星级酒店、医院住院部三个三维场景，学生可在虚拟场景中漫游、拆装设备、设置故障。

4.数字化教学资源：超星学习通平台建课，含企业真实案例库15个、设备三维模型30个、微课视频32个、交互式虚拟仿真实训任务包8个。平台自动记录学生学习轨迹并生成能力雷达图。

（三）教学资源

1.教材：《智能热水工程系统集成》（高职高专“十四五”规划教材，机械工业出版社，2023版），配套数字资源包含动画、习题及工程图纸。

2.规范标准：《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2016、《智能建筑设计标准》GB50314-2015、《民用建筑节水设计标准》GB50555-2010、《分体式智能水控机通用技术条件》CJ/T133-2022。

3.数字化资源：超星学习通平台课程网站，包含课件27个、习题库500题、讨论区主题帖、虚拟仿真快速入口。教师已录制《分体水控机拆解与组装》《Modbus协议报文捕获》等翻转课堂视频，总时长97分钟。

4.工具书：《给水排水设计手册》第二册《建筑给水排水》、《实用供热空调设计手册》第二版。

六、教学实施过程【核心】

（一）课前导学阶段（线上学习平台，预计学习时长60分钟）

教师在超星学习通发布本次实训项目任务书，任务书设定场景为：江南某高校新建18层学生公寓，每层20间宿舍，每间住宿4人，采用集中热水供应系统，热源为屋顶空气源热泵，设计供水温度55℃。现状问题为机械式热水表卡顿、计量不准，无法实现分室控温，学生投诉热水费用分摊不公。现要求各小组以工程公司设计部名义，针对该公寓完成基于分体水控机的智能热水计量与控制系统方案设计。任务书详细给出建筑层高、热水用水定额（50L/人·日）、冷水计算温度（5℃）、热水计算温度（55℃）、同时使用百分率（0.7）、热泵机组制热性能曲线、原管网走向图（PDF版）。任务书明确设计成果交付清单，包括设计说明书、设备选型计算书、系统原理图、一层与标准层水控机平面布置图、控制逻辑梯形图源文件、仿真运行录屏、汇报PPT。任务书附件提供《设计输入条件确认表》《设计过程记录表》《组内分工表》三个模板。

学生在课前需完成三项预习活动。第一项：观看微课视频《分体水控机内部结构与工作原理》，视频时长8分22秒，采用工业内窥镜拍摄水控机内部霍尔元件在叶轮旋转时的脉冲输出波形，并以动画演示电动阀从得电到全开的行程时间（3秒）。视频末尾设置三个选择题，分别考查水控机计量原理、阀门驱动类型、防护等级含义。第二项：阅读教材第二章第三节“水控机选型计算方法”，完成平台上的预习题。预习题共10道，分为选型参数辨析（4题）、计算公式应用（4题）、综合案例分析（2题）。系统自动批阅客观题，主观题由助教初步筛选典型答案供课中点评。第三项：以小组为单位在讨论区跟帖提出预习中遇到的困惑，教师整理高频问题，如“同时使用概率与设计秒流量的区别”“水控机最小启动流量如何确定”“RS485通信最大距离”。教师通过学习通后台数据发现，本届学生对于“流量与压力的关系”概念较为薄弱，近35%学生答错伯努利方程应用题，据此决定在课中增加10分钟流体力学基础回顾微环节。

（二）课中实训阶段（线下实训室，总计12学时）

1.情境导入与任务深度解读（约20分钟）【重要】

上课铃响，教师不急于打开PPT，而是播放一段1分30秒的现场录音，录音来自合作企业工程总监在酒店热水改造项目复盘会上的发言，总监语气沉重：“当初我们选型时只核了总流量，没仔细算最不利环路压力，结果装了80台分体水控机，有12台在高峰期因为进口压力低于最小工作压差，根本打不开，客人洗完头头发还是洗发水……”录音戛然而止，教室寂静片刻。教师提问：“如果你是这个项目的设计负责人，你在选型计算书中会额外验算哪个参数来避免这起质量事故？”学生短暂思考后，有学生回答“校核水控机前端最小动压”，教师肯定并板书“选型三要素：流量、压力、通迅”，继而切入本次课核心任务。

教师通过多媒体展示任务书关键参数表格，现场演示如何从建筑设计说明中提取宿舍层高、卫生间给水点当量，并利用广联达安装计量软件快速统计出该公寓总当量数为N=216。教师强调，本次方案设计必须包含四个强制性条款：必须采用分体式结构（水控机与刷卡器分离）、必须具备远程抄表功能、必须预留与校园一卡通对接接口、必须考虑热水系统冬季防冻。教师明确成果提交形式：第三次课结束前以小组为单位上传加密压缩包，评分权重为小组作品60%、个人贡献度30%、组间互评10%。各小组通过抽签决定设计场景微调：第一、二组针对研究生楼（用水规律夜间高），第三、四组针对留学生楼（用水高峰集中在早晚），第五、六组针对教师公寓（用水量平稳但间歇性）。这种差异化任务设计旨在防止方案雷同，同时培养学生适应不同业主需求的能力。

1.方案设计任务分解与分步实施（总时长约10学时）

教师将完整方案设计流程拆分为五个递进式子任务，每个子任务均遵循“微讲解—做中学—强反馈—再迭代”闭环。

（1）子任务一：热水负荷计算与水控机选型【非常重要】【高频考点】（第1-2学时）

教师首先在黑板右侧开辟“核心公式区”，手写设计小时耗热量计算公式Qh=Kh×m×qr×c×(tr-tl)×ρr/86400，并逐一解释各符号含义与常用取值。特别强调Kh（小时变化系数）需根据宿舍建筑类别按《建筑给水排水设计规范》GB50015表5.3.1-2插值计算，m取值（每间4人×20间×18层=1440人），qr取50L/人·日。教师板演数值代入过程，当计算至Qh≈582kW时，教师停顿，问学生：“这个热量全部由空气源热泵提供吗？”有学生回答应考虑热泵机组同时使用系数，教师表扬并补充“热泵机组总装机容量宜为设计小时耗热量的1.05~1.10倍”。接着教师将热量单位换算为kW，并转化为设计流量：G=0.86Qh/Δt，其中Δt为供水温差，取50℃（55-5），计算得G≈10.0m³/h。

教师随即展示威博智能水控有限公司分体水控机选型样册，电子版样册内置选型小工具。教师以设计流量10.0m³/h为例，输入参数，工具推荐DN25口径水控机，公称流量6.0m³/h，教师问“一台6方机能否满足10方总流量？”学生齐答“不能”，教师追问解决方案，学生提出“并联两台”或“放大口径”。教师引导：并联两台DN25，总能力12m³/h，满足1.2倍富余量要求。教师示范填写《设备选型记录表》，表中包含设计流量、单台公称流量、并联台数、校核流量、进出口压差、通讯方式选择。教师特别指出，压差校核是多数新手易漏项，必须在样本压损曲线上查得6.0m³/h对应压损为18kPa，加上管道局部阻力，确保最不利点水控机前端压差大于样本规定最小工作压差（通常≥20kPa）。

各小组领取差异化任务参数后开始独立计算。第一组研究生楼小时变化系数取1.8，计算得Qh=748kW，G=12.9m³/h，需要并联3台DN25。教师巡回发现第三组将同时使用概率0.7直接乘入设计秒流量公式导致流量虚高，教师立即召集全员，用白板画出“用水曲线与概率累加”示意图，指出设计小时耗热量已经考虑了小时变化系数，无需再乘同时使用概率。此错误共性问题讲解后，第三组迅速修正计算书。十五分钟后，各小组选型结果汇总至教师平板，教师随机调取第五组计算书投影点评，第五组选择DN32水控机（公称流量10m³/h）并联两台，总能力20m³/h，教师肯定其选型冗余合理，但提示DN32水控机单价较DN25高40%，是否经济？引导学生思考技术经济综合比选。课间，六组计算书全部提交至平台，教师快速批注典型问题。

（2）子任务二：系统架构设计与设备集成【非常重要】【难点】（第2-3学时）

此环节教师从“控制论”视角切入，引用钱学森《工程控制论》中系统概念，将热水系统定义为“能量流、物质流、信息流”三流合一系统。教师板书绘制系统拓扑图：顶层为云管理平台（B/S架构，含计费、报表、预警）；中间层为区域控制器（每层1台，兼作协议网关）；底层为末端设备（分体水控机、温度传感器、电动阀）。教师重点剖析区域控制器的重要性：它一方面通过ModbusRTU轮询采集本层40台水控机的累计流量、工作状态、故障代码，另一方面将这些数据打包通过MQTT协议上传至云平台，同时接收云平台下发的费率表、定时任务。

教师展示某五星级酒店热水系统改造项目实际系统图，图中清晰标注了水控机与电动阀的硬接线联锁逻辑：水控机干接点输出信号控制电动阀24VAC供电回路，电动阀全开状态反馈给水控机，水控机检测到流量脉冲后方可开始计费。教师指出这种硬接线方式可靠性最高，适用于对安全性要求严苛场景。接着教师引入“经济型方案”——采用有线M-Bus总线同时传输供电与数据，节省线缆但需配套专用主站。教师展示两种方案的造价对比表，引导学生根据任务书投资限额自行决策。

各小组进入架构设计阶段。教师要求每个小组在A3白纸上手绘系统架构框图，标明设备间通信协议与线缆选型。第二组采用无线方案，每台水控机内置LoRa模块，通过LoRa网关汇聚数据。教师蹲点该组，提醒LoRa在钢筋混凝土结构中的穿墙衰减问题，建议在走廊弱电井每三层增设中继器。第四组创新性地提出双网冗余设计：有线RS-485为主通道，4GCAT.1为备用通道，当主通道故障时自动切换。教师当即拍照上传班级群，并标注“创新思维，值得借鉴”。此子任务结束时，六个小组框图全部张贴于实训室白板，教师组织组际交叉观摩，每组成员到邻组框图前贴便利贴提出一个问题或建议。

（3）子任务三：控制逻辑详细设计【难点】【热点】（第3-5学时）

控制逻辑设计实训分四个阶段展开。第一阶段：教师用10分钟快速过一遍LOGO!SoftComfort软件界面，重点演示功能块FB的调用与参数设置。第二阶段：教师带领学生分步搭建“回水泵恒温循环控制”逻辑。传感器为Pt1000铂电阻，量程-50~150℃，对应模拟量输入值0~1000。教师设置比较器阈值：回水温度低于40℃启动回水泵，高于48℃停止回水泵，回差2℃。学生在教师机广播模式下同步操作，部分学生未将模拟量输入标定转换为实际温度值，导致启泵温度错乱。教师立即展示标定公式：实际温度=（AIW0/1000）×200-50，学生修正后逻辑正确。第三阶段：教师发布拓展任务，要求增加“防冻保护”子程序：当环境温度低于5℃且水泵停止超2小时，强制启动水泵微循环10分钟，防止管路冻结。此任务难度中等，各小组编程差异开始显现。第五组利用星期定时器与比较器结合，实现了仅在夜间低温时段执行防冻；第三组则采用万年历功能，锁定每年11月15日至次年3月15日防冻功能使能。教师肯定两方案均具工程价值。第四阶段：最高挑战任务——尝试在程序中加入防垢功能。教师提示：通过累积用水量触发电动阀全开冲洗，或每周固定时段加热至70℃并维持30分钟以杀灭军团菌。第一组迅速在程序中添加计数器，每累计500吨水激活冲洗子程序；第六组则设计参数可设的人机界面，通过触摸屏修改冲洗周期与时长。

教师在整个编程环节贯彻“脚手架”策略。对于编程基础薄弱学生，教师提供半成品程序，仅需补齐比较器阈值；对于中等学生，要求独立完成启停、防冻、报警三功能；对于学优生，鼓励尝试PID恒温控制，并辅以手把手指导PID参数整定口诀。至本子任务结束，所有小组均完成至少6个网络的梯形图，其中三组成功运行仿真并录屏。

（4）子任务四：施工图纸绘制【一般】（第5-6学时）

本环节聚焦工程语言表达。教师首先展示一套存在六处错误的错误图纸，请学生“找茬”。学生陆续发现：给水管标注DN25但图例为DN20、水控机标高1.2m与淋浴花洒接口1.1m冲突、信号线与强电线共管等。教师借机强调“图纸是工程师的语言，错误语言会直接导致返工损失”。随后教师以标准层为例，演示天正暖通绘制流程：插入建筑底图→布置淋浴柱、洗手盆给水点→沿墙敷设给水支管→在支管上插入水控机图块→标注管径、坡度、标高→添加电气信号线线型（D-D）→生成材料表。教师重点示范“系统图”画法：采用45°轴测画法，将水平管线与垂直管线清晰展开，并将水控机、电动阀、截止阀图例串联起来，同时标注各段管径。学生动手操作时，教师提供三个不同尺寸的底图（研究生楼单间带独卫、留学生楼双卫、教师公寓一卫一厨），各小组按任务书场景选用。机房内键盘声此起彼伏，有学生熟练使用“平行布线”“单管径标注”快捷键。教师巡视发现普遍问题：学生易遗漏水控机前检修阀及Y型过滤器，且过滤器安装方向错误。教师立即在投影上高亮显示某优秀作业，该作业清晰画出过滤器水流方向箭头，并标注“安装时滤网朝下”。学生修改后图纸趋于规范。由于学时限制，本环节不要求出硫酸图，但要求DWG文件内图层、字体、标注样式符合模板要求，并存为PDF提交互评。

（5）子任务五：方案设计说明书撰写【重要】（第6-7学时）

教师展示一份荣获省级优秀毕业设计的一等奖作品目录，共九章：1项目概况；2设计依据；3系统方案；4设备选型及参数；5控制策略；6安装与调试要求；7投资估算及效益分析；8运行维护建议；9附录。教师着重讲解第二章“设计依据”必须列出至少5项现行标准，且标准号必须完全正确，例如《建筑给水排水与节水通用规范》GB55020-2021为全文强条，必须严格执行。第四章设备选型部分需以表格形式呈现设备名称、型号、主要技术参数、数量、单位、备注，表格应编制至初设深度。第七章投资估算需包含设备费、安装费、调试费、税金，安装费可按设备费的15%~25%计取，税金按9%计取。教师分享一个反面案例：某学生方案投资估算漏计DN25电动阀控制线缆，仅此一项造成预算偏差4.7万元。学生听后纷纷在笔记本记录。

各小组开始分工撰写。教师建议组长先组织头脑风暴，用Xmind列出说明书提纲，再分头撰写。第一小组组员在撰写“节能效益分析”时产生分歧，一方主张用静态回收期，另一方主张动态回收期。教师介入，指出热水系统改造项目通常寿命15年，应采用动态回收期并取折现率6%。教师现场演示Excel中NPV函数计算净现值，小组采纳并写入方案。教师巡回中发现部分学生将“分体水控机”简化为“水控机”，立刻提醒必须使用全称，以区别于一体机，体现专业性。同时，教师强调在引用企业产品型号时务必标注“参考”二字，避免法律风险。经过两节课协作，各小组均形成约3000字初稿，待课后润色。

1.方案模拟仿真与初步验证（第8-9学时）

为突破“控制逻辑设计”这一难点并验证方案技术可行性，教师引入热水系统动态仿真实验环节。仿真平台基于LabVIEW开发，前端为三维可视化场景，后端为热力学与流体力学数学模型。教师首先演示：将某组设计的控制逻辑（回水泵启停温差设为6℃）导入仿真器，设定室外温度5℃，用水模式为早6-8点、晚18-23点两个高峰。运行仿真24小时（实际耗时40秒），观察回水温度曲线。曲线显示18点后用水量大，回水温度降至39℃，此时回水泵启动；但水泵持续运行至19点20分，温度刚升至48℃立即停泵，10分钟后用水再次拉低温度，水泵再次启动，如此反复导致每小时启停8次。教师提问：“这样的控制策略有何问题？”学生观察曲线后回答：“启停太频繁，影响电机寿命且舒适性差。”教师追问：“如何优化？”学生提议加大回差，将温差设定为5℃启、55℃停。教师现场修改参数重新仿真，启停频率降至每小时3次。教师总结：仿真就是在虚拟世界试错，以最低成本找到最优参数。

各小组将自编控制逻辑程序（或控制逻辑描述）输入仿真器，每组仿真耗时约8分钟。期间教师引导小组观察并记录三个关键指标：水箱水温波动幅度、循环泵累计运行时长、水控机计量准确度（仿真内置标准流量）。第二组发现其方案在午间低峰时水箱温度过高，热量散失大；第四组发现其电动阀与水控机联锁延时设置过短，导致关阀水击压力达1.6MPa，超出管道承压。学生根据仿真暴露的问题现场修改程序、调整参数，再次仿真，直至各项指标合理。机房不时响起“我们成功了”的低声欢呼。教师将各组仿真最优工况截图保存，作为方案可行性佐证材料。

1.小组协作与差异化指导（贯穿全过程）

教师在12学时中始终保持动态观察，实施三层差异化指导策略。对A层（能力超群，约8人），教师采用“放权+加压”方式，例如鼓励他们尝试将模糊PID控制算法用于水箱恒温，或研究水控机与光伏系统直流供电匹配方案，并提供《基于STM32的智能水控机开发手册》作为拓展资料。对B层（能力达标，约24人），教师提供标准化任务单与流程卡，重点指导其提高编程与绘图效率，如教授CAD动态块快速布置水嘴图例。对C层（基础薄弱，约4人），教师实施“手拉手”帮扶，为其配对A层学生担任“伙伴导师”，同时降低图纸深度要求——仅需绘制单间卫生间大样图，但必须标注完整。教师特别关注两位因前期网课缺漏导致流体计算障碍的学生，课后单独补习伯努利方程局部阻力计算方法。此外，教师运用实训室智慧大屏实时展示各小组任务进度条，对进度滞后的第二组，教师主动询问是遇到技术瓶颈还是分工不合理，并协助调整组内任务分配。整个实训过程中，教师既是技术专家，也是团队教练，还扮演着严苛的甲方代表，不断追问“有没有更经济的方案”“标准号是否为最新版本”，促使学生持续完善方案。

1.阶段性成果展示与即时反馈（每次课末20分钟，共3次）

首次课末，随机抽取第四组与第六组展示计算书与选型表。第四组PPT展示时，台下第三组学生举手：“你们选的是DN20水控机并联4台，但我们组同样参数选了DN25并联3台，哪个更优？”第四组答辩道：“我们考虑每台DN20单价低，且便于日后维护时小口径阀门轻便。”教师点评：两种思路皆可，但第四组需补充DN20水控机在总流量12.9m³/h时压损是否超限，建议课后校核。第二次课末，展示控制逻辑梯形图。第五组展示了带有星期定时器的防冻程序，但台下第一组指出其程序未设置手动复位按钮。第五组当即承认疏漏，教师肯定第一组观察细致，并重申“任何自动控制必须配备手动控制冗余”的规范要求。第三次课末，即最后一次课，进行全案汇报与答辩，详见下文。

（三）课后拓展阶段（线上+自主学习）

1.方案完善与成果提交

第三次课后，各小组根据课中仿真结论、组间互评意见及教师批注，对方案进行最后打磨。小组长组织成员修改说明书措辞、重绘模糊截图、压缩文件体积。六组均在截止时间前3小时完成上传。教师通过平台逐一审阅，其中一组在投资估算表中将空气源热泵主机价格错输为2.8万元（市场价约8万元），教师发回并留言“请核对设备询价单”，学生致电企业询价后更正。另有五组获一次性通过。教师从六组中遴选出两组方案推荐参加下月举行的校级“智能建造”创新设计竞赛。

1.企业专家线上讲座（第10学时之后安排）

周四晚19:00，合作企业——珠海亿力智能科技有限公司技术总监李工准时开启腾讯会议。讲座主题《双碳背景下智慧热水系统技术演进》，李工分享了该公司为北京冬奥村运动员公寓配备的分体水控机方案，重点介绍了采用无磁传感技术解决水质硬度高导致叶轮卡滞问题，以及基于数字孪生的运维平台如何实时映射2000台水控机状态。在互动环节，第二组学生提问：“我们在方案中选用了ModbusRTU有线通讯，但宿舍楼已经装修完毕，穿管布线困难，有没有无线替代方案且不显著增加成本？”李工解答：“可选用目前运营商主推的Cat.1方案，模组成本已降至45元/片，且无需铺设专用集中器，直接对接运营商物联网平台，推荐你们在方案中增加这一比选方案。”学生当场记录并决定修改方案。讲座结束后，学习通平台自动生成回放，未参与直播的学生补学并提交200字心得。

1.分层拓展学习任务

教师在学习通发布三层拓展任务，学生须至少选择一层完成。基础层任务：完成题库中关于水控机选型与控制的30道练习题，覆盖单选、多选、判断及计算，系统开放三次答题机会，取最高分。进阶层任务：调研市场上三种主流分体水控机品牌（如威博、常工、新天），对比其通信协议开放性与云平台对接能力，形成800字调研报告，需附官网截图或产品手册扫描件。挑战层任务：给定某既有酒店热水系统能耗审计报告（含逐月燃气耗量、用水量、电耗），学生需针对报告指出的“夜间无效保温能耗高”问题，提出分体水控机智能化改造方案，并运用动态回收期法估算投资回收年限，要求回收期不超过4年。数据显示，本次实训后，完成进阶及以上任务的学生占比达78%，较前期项目提升12个百分点。

七、教学评价

（一）过程性评价（占60%）

1.课前预习（10%）：学习通记录视频观看进度（须100%）、预习题正确率（取最高分）。教师设置视频不可拖拽，有效保障预习质量。预习题共10题，平均正确率86.5%，其中“设计秒流量与最大用水时流量区别”正确率仅62%，已作为课中重点讲解内容。

2.课中表现（30%）：包含四个观测点。子任务完成度（10%），由教师依据各小组提交的过程文件（计算书照片、框图手稿、梯形图截图、图纸草图）赋分；仿真操作规范性（5%），教师依据仿真录屏中参数修改次数、故障诊断路径合理性给分；小组协作参与度（10%），采用组内匿名互评，每人分配100分分配给同组其他三名成员，系统自动计算加权分；职业素养（5%），依据是否遵守6S管理、工具归位、图纸整洁、节约纸张等，由值日组长记录，教师确认。

3.课后拓展（20%）：基础层任务满分15分，进阶层任务满分20分，