通风系统方式之置换通风

　　置换通风是一种新的通风方式。这种送风方式与传统的混合通风方式相比较，可使室内工作区得到较高的空气品质、较高的热舒适性并具有较高的通风效率。


　　图一ehvacr.com
　　置换通风以低速在房间下部送风，气流以类似层流的活塞流的状态缓慢向上移动，到达一定高度受热源和顶板的影响，发生紊流现象，产生紊流区。气流产生热力分层现象，出现两个区域：下部单向流动区和上部混合区。空气温度场和浓度场在这两个区域有非常明显的不同特性，下部单向流动区存在一明显垂直温度梯度和浓度梯度，而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风的温度和污染物浓度。因此，从理论上讲，只要保证分层高度在工作区以上，首先由于送风速度极小且送风紊流度低，即可保证在工作区大部分区域风速低于0.15m/s，不产生吹风感;其次，新鲜清洁空气直接送入工作区，先经过人体，这样就可以保证人体处于一个相对清洁的空气环境中，从而有效地提高了工作区的空气品质。这种通风形式不再完全受送风的动量控制而主要受热源的热浮升力作用，热污染源形成的烟羽因密度低于周围空气而上升。烟羽沿程不断卷吸周围空气并流向顶部。如果烟羽流量在


　　表1 室内温度tn及工作区温度梯度近顶棚处大于送风量，根据连续性原理，必将有一部分热浊气流下降返回。因此在顶部形成一个热浊空气层。根据连续性原理，在任一个标高平面上的上升气流流量Qp等于送风量Qs与回返气流流量Qr之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量Qp正好等于送风量Qs，在该平面上回返空气量等于零。在稳定状态时，这个界面将室内空气在流态上分成两个区域，即上部紊流混合区和下部单向流动清洁区。置换通风热力分层情况如图1所示。
　　空调节能和室内空气品质是当前暖通空调界面临的两大课题，而置换通风能在一定程度上较好地解决这两个问题。
　　(1)为了在工作区获得同样的温度，置换通风系统所要求的送风温度高于混合通风，这就为利用低品位能源以及在一年中更长时间地利用自然通风冷却提供了可能性，以达到节能的效果。根据有关资料统计，置换通风与混合通风相比，可以节约20%一50%的制冷耗费。
　　(2)置换通风可以对工作区的C02等污染物进行更为有效的控制。它的通风效能系数大于混合通风，这样就能达到改善室内空气品质的目的。
　　置换通风系统设计要点
　　(1)室内温度tn及工作区温度梯度的确定
　　置换通风房间内工作区的温度梯度tn是造成人体不舒适的重要因素。离地面0.1m的高度是人体脚踝 的位置，脚踝是人体暴露于空气中的敏感部位。该处的空气温度t0.1不应引起人体的不舒适。房间工作区的温度tn往往取决于离地面1 .1m高度处的温度(对坐姿人员如办公、会议、讲课、观剧等)。
　　表1 室内温度tn及工作区温度梯度
　　表1 室内温度tn及工作区温度梯度
　　上述数据的取值根据工作人员的劳动状态确定。由于置换通风在我国尚属起步阶段，现有的通风空调设计手册及暖通设计规范尚未作出规定。现推荐欧洲及国际标准中有关数据，如表2所列。
　　(2)送风温度的确定
　　送风温度由下式确定：
　　ts=t1.1+Δtn((1-k)/c-1) (1)
　　式中：
　　ts--送风温度，tp--排风温度; c--停留区温升系数，
　　c=Δtn/Δt=(t1.1-t0.1)/(tp-ts)，k--地面区温升系数， k=Δt0.1/Δt=(t0.1-ts)/(tp-ts)。暖通-空调-在线
　　停留区温升系数c也可根据房间用途确定。表3列出各种房间的c值。
　　表3 各种房间停留区的温升系数
　　3)送风量的确定
　　根据置换通风热力分层理论，界面上的烟羽流量与送风流量相等。
　　Qs=Qp m3/h (2)
　　当热源的数量与发热量已知，可用下式求得烟羽流量：
　　Qp=(3Bπ^2)^1/3 *(6/5)^4/3*Z^5/2
　　式中：B=gβQs/ρ.Cρ
　　Qs--热源热量;
　　β--温度膨胀系数;
　　α--烟羽对流卷吸系数(由实验确定);
　　ρ--空气密度;
　　Cρ--空气定压质量比热;
　　Zs--分层高度。
　　通常在民用建筑中的办公室、教室等工作人员处于坐姿状态，工业建筑中的工作人员处于站姿状态。坐姿时的分层高度Zl=1.1m，站姿时的分层高度Z2=1.8m。
　　(4)送排风温差的确定


　　表4 送排风温差与房间高度的关系
　　当室内发热量已知，送风量已确定的情况下，送排风温差是可以计算得到的。在置换通风的房间内，在满足热舒适性要求条件下，送排风温差随著顶棚高度的增高而变大。欧洲国家根据多年的经验确定了送排风温差与房间高度的关系。