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 | 是 | 否 | 否 | 否 |
| 反應式 CO₂ | 否 | 是 | 否 | 濃度上升後 |
| 時間表 MPC | 是 | 是 | 是 | 間接 |
| 緩衝 MPC | 是 | 是 | 是 | 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
- 系統邊界圖;
- 一個已檢查質量平衡計算;
- 控制器資訊表;
- 一段雙指標解讀;
- 聲稱分類表;
- 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。