置換通風的設(shè)計計算與節(jié)能效果比較

1、    置換通風的設(shè)計計算與節(jié)能效果比較         來源：歲月聯(lián)盟    作者：佚名    時間：2010-08-24                    摘要：轉(zhuǎn)換通風作為改善空調(diào)房間空氣品

2、質(zhì)的一種重要方式，近年來倍受關(guān)注。本文分別從人體熱舒適性和控制污染源以保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的角度討論了轉(zhuǎn)換通風送風量和送風溫度的，同時論證了合理設(shè)計條件下，置換通風的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：置換通風，熱舒適性，室內(nèi)空氣品質(zhì)，送風量  一、概述一般來說，相對于空調(diào)房間的混合通風方式而言，置換通風可以保證良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)而且節(jié)能。從地板或墻底部送風口所送冷風在地板表面上擴散開來，可形成"空氣湖(air lake)"；并且在熱源周圍形成浮力尾流(buoyant plume)慢慢，帶走熱量。由于風速較低，氣流組織紊動平緩，沒有大的渦流，因而室內(nèi)工作區(qū)空氣溫度在水平方向上比較一致，

3、而在垂直方向上分層，層高越大，這種現(xiàn)象越明顯。由熱源產(chǎn)生向上的尾流不僅可以帶走熱負荷，也將污濁的空氣從工作區(qū)帶到室內(nèi)上方，由設(shè)在頂部的排風口排出。底部風口送出的新的墻體，余熱及污染物在浮力及氣流組織的驅(qū)動力作用下向上運動，所以置換通風能在室內(nèi)工作區(qū)提供良好的空氣品質(zhì)。置換通風方式首先在北歐出現(xiàn)，并且在過去的二十年得到了廣泛的應(yīng)用，我國在近十年內(nèi)也展開了大量的研究。1-3置換通風雖然有一定的優(yōu)點，但也有其一定的適用條件。置換通風一般適用于污染源與發(fā)熱源相關(guān)的場所，且層高不低于2.5m，此時污濁空氣才易于被浮力尾流帶走；對房間的設(shè)計冷負荷也有一個上限，目前的研究表明，如果有足夠的空間來大型送風散流

4、裝置的話，房間冷負荷可達120w/。4當房間冷負荷過大，置換通風的動力能耗將顯著加大，性下降，而且送風裝置占地、占空間的矛盾也更為突出。由于置換通風的送風口處于工作區(qū)，送風溫度必須控制在人體舒適范圍內(nèi)，送風溫差的合理確定是置換通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的難點之一。如果送風溫差設(shè)計偏小，則會造成送風量偏大，送風散流裝置的尺寸大小和數(shù)量增多，設(shè)備投資加大；如果送風溫差過大，送風溫度必然較低，人體頭部與腳面之間溫差偏大，使人產(chǎn)生冷感，降低人體熱舒適性。根據(jù)Melikov和Nelson4的實驗發(fā)現(xiàn)33%的測試點上超過15%的人感動有吹風感，引起不適，40%測試點上人體頭腳溫差3超過，這超過了活動區(qū)環(huán)境條件的AS

5、HARE 5592標準。因此，合理的設(shè)計送風量和送風溫度是關(guān)系到置換通風保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和人體熱舒適性的一個重要因素。本文分別從人體熱舒適性和控制污染源保證室同空氣品質(zhì)的角度討論置換通風送風量和送風溫度的方法。二、送風量計算1.從人體熱舒適性角度對于置換通風，室內(nèi)空氣溫度在垂直方向的分布近似如圖1所示。Tf為腳面處(0.1m)溫度，由于地板的對流和輻射傳熱以及送風口周圍空氣的卷入，使其略高于送風Ts，Td為排風溫度，Th為1.1m高度，即人為坐姿時頭部高度的溫度。瑞典Mundt5理論推導出無量綱溫度f的計算式： (1)LT：通風量M3/h ：空氣密度Kg/m3Cp：空氣定壓比熱KJ/Kg

6、83; A：地板面積 一般情況下，可按下述數(shù)值?。簉：房間輻射換熱系數(shù)，r=5w/· r：房間對流換熱系數(shù)， c=4w/· 圖1 置換通風室內(nèi)溫度垂直分布垂直溫度分布是非線形的，且與通風量、熱負荷類型、壁面溫度、輻射熱空間尺寸、風口形式等均有關(guān)系。要想準確的描述它不僅很困難的，而且也沒這個必要。因為舒適性角度出發(fā)考慮這個問題，我們最關(guān)心的是人體頭部和腳部之間的溫度。Xiaoxiong Yuan71999根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)和理論分析，得到計算頭腳溫差的經(jīng)驗公式： (2)QO:室內(nèi)人員及電氣設(shè)備負荷w，Ql：室內(nèi)照明負荷w，Qe：結(jié)構(gòu)及太陽輻射熱負荷w,式中的經(jīng)驗系數(shù)值如下：A=

7、0.295， B=0.132， C=0.185上述公式在計算余熱量時，不計入室內(nèi)潛熱，因為置換通風中促成溫度分層的實際因素是顯熱。而濕度可按污染物濃度計算8hf3，再根據(jù)不同類型熱負荷大小，就可以利用相關(guān)經(jīng)驗公式確定在滿足人體熱舒適性條件下所需送風風量LT。2.從控制污染源濃度及室內(nèi)空氣品質(zhì)的角度考慮置換通風的換氣效率要高于混合通風，在保證相同的室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下，所需新風量要少于混合通風所需量，若仍采用混合通風方式確定新風量的經(jīng)驗數(shù)值來設(shè)計，必將導致新風量大，且浪費了冷量。其所需新風量的計算可采用下列經(jīng)驗公式6: n為換氣次數(shù)，Q為總負荷，Lm是混合通風方式下通風效率為1時的新風量，按AS

8、HRAE1989標準8規(guī)定，應(yīng)由每人最小新風量指標Rp(L/so人)和每地板所須最小新風量指標Rb(L/so人)之和確定： PD:人數(shù)，D：差異系數(shù)， A：地板面積，具體取值詳見表17。表1 ASHRAE62-1989R新風量要求 使用類型通風要求使用指標RPRb人員密度差異因數(shù)通風效率辦公空間3.00.350.0710.8零售商店3.50.850.150.751.00普通教室3.00.550.3510.90會議室2.50.350.511.003.送風量的確定送風量的大小L取LI與LT的較大值在特殊情況下，LI=LT，則空氣處理系統(tǒng)采用100%的新風，即空氣處理系統(tǒng)為直流式：一般情況下，LIL

9、T，則新風率R=LI/LT。三、 送風溫度的送風量一旦確定后，就可以根據(jù)負荷大小確定送風溫度Ts和排風溫度Td。 當室內(nèi)參數(shù)送風量L，送風量溫度Ts，排風溫度Td以及新風量LI確定后，就可以確定制冷系統(tǒng)總的冷負荷。四、計算示例一個置換通風辦公室，房間尺寸為4m×8m×3m(L×W×H)，圍護結(jié)構(gòu)冷負荷Qe為1.5Kw,照明冷負荷QI為0.2Kw，人員及設(shè)備冷負荷Qo為2Kw，單位面積的冷負荷指標115.6w/，室內(nèi)散濕量為0.25g/s，則=14800。試計算送風量和送風溫度。工作區(qū)設(shè)計溫度為24。解：根據(jù)公式2計算，取Thf=2.5,LT=1001.7

10、m3/h根據(jù)公式 6，且PD取4人，Lm=83.5m3/h根據(jù)公式4：=2.05，所需新風量為：LI=40.7m3/hLILT,L=LT=0.278m3/s,Th=24,Tf=24-2.5=21.5根據(jù)公式1：f=0.175，由此得到：Ts=19.5,Te=30.5T=Te-Ts=11.0若采用混合通風設(shè)計，按機器露點送風TL=13，送風溫差為13，新風量為Lm，由于置換通風室內(nèi)溫度垂直分布(21.5-30.5)，故為了增強可經(jīng) ，混合通風室內(nèi)設(shè)計溫度取平均值TN1=26，則送風量及新風比分別為：L1=0.236m3/s=849.6m3/h,R1=9.8%根據(jù)置換通風及混合通風的送風溫度及新風比可以確定系統(tǒng)的能耗。可以分別計算置換通風和混合通風的耗冷量Qd和Qm，對于置換通風，首選確定二次回風量L2以及一次回風混合點C的焓值iC： 對于混合通風，首選需要確定一次回風后的混合點焓值iC: 可以看出，采用置換通風設(shè)計，將會造成送風量加大，造成風機能耗加大，送風散流器的大小和數(shù)量增多。但由于新風量低于混合通風的設(shè)計值，且置換通風送風溫度(19.5)明顯高于混合式通風(13)，可有效利用二次回風，使整個系統(tǒng)能耗將于混合式通風，節(jié)能12%-18%9。五、結(jié)論置換通風送風量及送風溫度是通風系統(tǒng)設(shè)計的一個關(guān)鍵問題，涉及室內(nèi)空氣