淺談置換通風

1、淺談置換通風    摘要：置換通風是一種新的通風方式。置換通風以低速在房間下部送風，氣流以類似層流的活塞流狀態(tài)緩慢向上移動，到達一定高度受熱源和頂板的影響，產(chǎn)生紊流，形成紊流區(qū)，氣流出現(xiàn)熱力分層現(xiàn)象，置換通風由于能同時解決空調(diào)節(jié)能和改善室內(nèi)空氣品質兩大問題而越來越受到人們的關注。關鍵詞：置換通風 層流 熱力分層一、前言隨著人們生活水平的不斷提高，人們對室內(nèi)空氣品質的要求也越來越高。然而，隨著人們生活水平的不斷提高，各種新型建筑材料、裝修材料、日用化學品進入居民住宅，這些物品散發(fā)出的污染物直接導致了室內(nèi)空氣品質的下降，引起頭痛、困倦、惡心和流鼻涕等癥狀，此

2、類癥狀被統(tǒng)稱為 “病態(tài)建筑綜合癥1 ，所以人們越來越關注一種新型的通風方式置換通風。二、國內(nèi)外對置換通風的研究情況國外對置換通風的研究比較早，已有近百年的歷史, 20世紀40年代歐洲人Baturin最早對置換通風進行了系統(tǒng)和科學的研究2。早在1989年，國外學者Svensson對置換通風空調(diào)系統(tǒng)在北歐市場的應用情況進行過統(tǒng)計，在工業(yè)空調(diào)中置換通風空調(diào)系統(tǒng)約占50%，而在民用空調(diào)中為25%左右3。上世紀90年代，瑞士、德國等研究人員用實驗測試和理論分析的方法，對置換通風的許多方面，特別是在空氣品質和熱舒適性方面進行了細致的研究。與此同時，美國和日本的研究人員也對置換通風進行了研究，豐富和完善了置

3、換通風的各項技術。國內(nèi)對置換式通風的研究起步較晚，對置換通風的研究也只在近十幾年，目前許多技術尚未完善和成熟4，對其探索和研究還限于應用數(shù)值模擬和有限的實驗相結合的方法，但數(shù)值模擬占主要地位。國內(nèi)的上海大劇院就同時采用了座椅下送風的置換通風和樓層局部誘導送風和包廂的局部上送風的送風體系。三、置換通風原理與特點置換通風是依靠密度差所產(chǎn)生的壓差為動力來實現(xiàn)室內(nèi)空氣的置換。置換通風的送風分布靠近地板，送風速度一般為0.25m/s左右，送風溫差一般為2-4，送風動量低，以至于對室內(nèi)主導流無任何實際影響，使得送風氣流與室內(nèi)空氣摻混量很小，送入的較冷新鮮空氣因密度大首先沉積在房間底部，隨后慢慢擴散，像水一

4、樣彌漫到整個房間的底部，在地板上某一高度內(nèi)形成一個潔凈的“空氣湖”。當遇到熱源時，它被加熱，以自然對流的形式慢慢升起，氣流以類似層流的活塞流的狀態(tài)緩慢向上移動，同時污染物也被攜帶向房間的上部或側上部移動，脫離人的停留區(qū)，到達一定高度受熱源和頂板的影響，發(fā)生紊流現(xiàn)象，產(chǎn)生紊流區(qū)。如果熱羽流量在近頂棚處大于送風量，根據(jù)流體流動的連續(xù)性原理，必將有一部分熱濁氣流下降返回，因此在頂部形成一個熱濁空氣層。在任一個標高平面上的上升氣流流量等于送風量與回返氣流流量之和。因此必將在某一個平面上煙羽流量正好等于送風量，在該平面上回返空氣量等于零，氣流產(chǎn)生熱力分層現(xiàn)象。在穩(wěn)定狀態(tài)時，這個界面將室內(nèi)空氣在流態(tài)上分成

5、兩個區(qū)域：下部單向流動區(qū)和上部混合區(qū)?？諝鉁囟葓龊蜐舛葓鲈谶@兩個區(qū)域有非常明顯的差異，下部單向流動區(qū)存在一明顯垂直溫度梯度和濃度梯度，而上部紊流混合區(qū)溫度場和濃度場則比較均勻，接近排風的溫度和污染物濃度。因此，只要保證熱力分層高度在工作區(qū)以上，就可以保證人體處于的工作區(qū)具有優(yōu)良的空氣品質。四、置換通風的評價指標國內(nèi)外一些較為成熟的綜合或單項評價指標有：(1)當量評價指標。它是評價室內(nèi)環(huán)境的綜合指標。(2)主觀評價與客觀評價相結合的綜合評價方法。同濟大學的沈晉明于1997年建立起一套比較符合國際模式和我國國情的評價方法，這一方法主要有三條途徑，即客觀評價、主觀評價和個人背景資料評價。其中，客觀評

6、價是直接用室內(nèi)污染物指標來評價IAQ的方法，選擇具有代表性的污染物作為評價指標，來全面、公正地反映IAQ的狀況；主觀評價室內(nèi)空氣品質即人們進入待測室內(nèi)空氣品質的空間中，對室內(nèi)空氣品質填寫一張調(diào)查單，表示自己對空氣品質的滿意或者不滿意程度。(3)IAQ等級的模糊綜合評價。該方法的關鍵是建立IAQ等級評價的模糊數(shù)學模型，確定各類健康影響因素對可能出現(xiàn)的評判結果的影響程度。(4)計算流體動力學(簡稱CFD)技術對IAQ的評估。近年來，CFD技術己被應用于建筑通風空調(diào)設計領域。該方法利用室內(nèi)空氣的質量、動量和能量守恒原理，采用合適的湍流模型，給出適當?shù)倪吔鐥l件和初始條件，用CFD方法求出室內(nèi)各點的氣流

7、速度、溫度和相對濕度等。(5)通風效率”和“換氣效率”評價標準。這兩個指標是從發(fā)揮通風空調(diào)設備和系統(tǒng)的效應，進行有效通風，提高IAQ出發(fā)提出來的。五、置換通風適用的冷源是否采用置換通風的空調(diào)方式，首先要考慮選用何種冷源。置換通風要求采用中央冷水機組提供集中冷源，采用空氣處理設備集中處理空氣，采用水泵、水管輸送冷水。傳統(tǒng)的混合通風可以采用中央冷水機組也可以采用其他形式的冷源，比如分體式空調(diào)，VRV系統(tǒng)、單元式空調(diào)機組、直接蒸發(fā)式制冷機等等。選用何種主機與初投資和運行費用的多少有直接關系。對于小型空調(diào)系統(tǒng)，直接蒸發(fā)制冷設備總是比冷水機組便宜，但是中大型工程這方面的費用比較接近。運行費用通常與空氣處

8、理方法有關，當然還與采用何種主機及其運行有關。置換通風適用于采用冷水機組提供冷源的空調(diào)方式，若是用其他冷源形式一般不考慮采用置換通風。置換通風要求的送風溫度較高，冷水機組可以利用三通控制閥提供可變的換熱盤管溫度，因此采用這種設備穩(wěn)定性好。相反，直接蒸發(fā)制冷設備，具有固定的換熱盤管溫度，就算是采用多個壓縮機，盤管溫度也只能分檔調(diào)節(jié)。置換通風要求采用冷水機組，因此從經(jīng)濟性方面考慮，置換通風不適用于小型的空調(diào)系統(tǒng)。對于大中型系統(tǒng)，當初投資對業(yè)主來說是非常重要的考慮因素時，也應認真考慮。六、置換通風的適用性分析通?；旌贤L和置換通風系統(tǒng)要求相同的空氣流量。不同的是，在同樣的空氣流量下置換通風通常提供更

9、好的空氣品質。置換通風不允許我們大量減少空氣流量，也不是任何地方都適用。更適合采用置換通風的情形有以下幾種：(1) 污染物質比環(huán)境空氣溫度高或密度??；(2) 供給空氣比環(huán)境空氣溫度低；(3) 層高大的房間，例如房間層高大于3米。置換通風一般用于層高大于2.4米的房間，浮升力作為驅動力的置換通風在下列情形效率較低：(1) 層高低于2.3米；(2) 房間空氣擾動(湍流)強烈；(3) 污染物比環(huán)境空氣冷、密度大。參考文獻：1SteveMIndoor Air Quality-solution and stragiesJ1995(2)，255-260.2陳光，王東，偉方正等置換通風的發(fā)展及研究現(xiàn)狀J建筑熱能暖通空調(diào)，2007(2)，23-28.3Svensson A.Nordic Experiences of Displacement Ventilation SystemsJASHARE