進階 · 完整案例

案例診所:錯誤時間表下的課室通風

一個涵蓋質量平衡、預測控制、衝突指標,以及研究目標與健康聲稱差別的完整教學案例。

本案例把公開課室通風研究轉化為一組建模與評議任務。學生無需進入私人程式庫;公開文章、方程、核准圖像與已報告結果表足以完成結構化分析。

驅動問題

三間課室共用有限室外氣流容量。時間表預測佔用,但一班學生可能未通知便轉房,總風機容量也可能日間下降。應如何分配氣流?又應用哪個指標定義好決策?

數學概念

  • 離散時間質量平衡;
  • 單位與濃度變化;
  • 共用不等式約束;
  • 反應式與預測式控制;
  • 人員加權及最壞情況指標;
  • 配對實驗比較;
  • 敏感度與遞減回報。

教學序列

1. 先讀系統,後讀結果

學生查看公開研究筆記的共用氣流圖,辨認狀態變數、控制變數、擾動、約束與輸出,再在不引用已報告結論下寫出系統邊界。

2. 檢查一個質量平衡步驟

使用提供的房間體積、室外濃度、佔用與氣流指令,計算下一步濃度變化方向及約略大小,讓程式輸出重新連接到單位與守恆。

3. 比較控制器資訊

控制器使用時間表?使用 CO₂ 量測?前瞻?直接處理錯誤時間表?
固定時間表
反應式 CO₂濃度上升後
時間表 MPC間接
緩衝 MPC透過固定餘量

學生預測哪個控制器使用更多風機指令,以及哪個對未通報轉房反應最快。

4. 解讀兩個衝突指標

在合成基準中,預測控制器降低人員加權暴露,但不加權全日峰值較高。學生解釋共用容量目標如何改善一個指標,同時惡化另一個。

5. 挑戰 1000 ppm 線

學生把句子分成有支持、沒有支持或需要更多證據,尤其要分辨一致實驗目標與普遍健康或安全閾值。

6. 設計下一個實驗

小組各提出一項現場校準及獨立評估。好答案需交代量度甚麼、估計哪些參數、哪些資料必須留出,以及預先聲明哪個成功指標。

證據產物

  1. 系統邊界圖;
  2. 一個已檢查質量平衡計算;
  3. 控制器資訊表;
  4. 一段雙指標解讀;
  5. 聲稱分類表;
  6. 一頁下一實驗協議。

評核重點

案例重視單位一致、對控制資訊的因果推理、辨認指標衝突及有紀律的聲稱界線;不獎勵把已報告控制器當成完整樓宇方案。

延伸

進階小組可用不確定性分布取代固定五人緩衝,建立機會約束。延伸必須說清楚控制哪個概率,以及如何用獨立佔用紀錄校準。

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