近年來(lái)，一種新的通風(fēng)方式--置換通風(fēng)在我國(guó)日益受到設(shè)計(jì)人員和業(yè)主的關(guān)注。這種送風(fēng)方式與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)方式相比較，可使室內(nèi)工作區(qū)得到較高的空氣品質(zhì)、較高的熱舒適性并具有較高的通風(fēng)效率。1978年德國(guó)柏林的一家鑄造車(chē)間首次采用了置換通風(fēng)系統(tǒng)，從這以后，置換通風(fēng)系統(tǒng)逐漸在工業(yè)建筑、民用建筑及公共建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在北歐斯堪的納維亞國(guó)家，現(xiàn)在大約50％的工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)采用了置換通風(fēng)系統(tǒng)，大約25％的辦公室通風(fēng)系統(tǒng)采用了置換通風(fēng)系統(tǒng)。在中國(guó)，也有一些工程開(kāi)始采用置換通風(fēng)系統(tǒng)，并取得了一些令人滿(mǎn)意的結(jié)果。

置換通風(fēng)以低速在房間下部送風(fēng)，氣流以類(lèi)似層流的活塞流的狀態(tài)緩慢向上移動(dòng)，到達(dá)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)。氣流產(chǎn)生熱力分層現(xiàn)象，出現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域：下部單向流動(dòng)區(qū)和上部混合區(qū)?？諝鉁囟葓?chǎng)和濃度場(chǎng)在這兩個(gè)區(qū)域有非常明顯的不同特性，下部單向流動(dòng)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(chǎng)和濃度場(chǎng)則比較均勻，接近排風(fēng)的溫度和污染物濃度。因此，從理論上講，只要保證分層高度在工作區(qū)以上，首先由于送風(fēng)速度極小且送風(fēng)紊流度低，即可保證在工作區(qū)大部分區(qū)域風(fēng)速低于0.15m/s，不產(chǎn)生吹風(fēng)感；其次，新鮮清潔空氣直接送入工作區(qū)，先經(jīng)過(guò)人體，這樣就可以保證人體處于一個(gè)相對(duì)清潔的空氣環(huán)境中，從而有效地提高了工作區(qū)的空氣品質(zhì)。這種通風(fēng)形式不再完全受送風(fēng)的動(dòng)量控制而主要受熱源的熱浮升力作用，熱污染源形成的煙羽因密度低于周?chē)諝舛仙?。煙羽沿程不斷卷吸周?chē)諝獠⒘飨蝽敳?。如果煙羽流量在近頂棚處大于送風(fēng)量，根據(jù)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(gè)熱濁空氣層。根據(jù)連續(xù)性原理，在任一個(gè)標(biāo)高平面上的上升氣流流量Qp等于送風(fēng)量Qs與回返氣流流量Qr之和。因此必將在某一個(gè)平面上煙羽流量Qp正好等于送風(fēng)量Qs，在該平面上回返空氣量等于零。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，這個(gè)界面將室內(nèi)空氣在流態(tài)上分成兩個(gè)區(qū)域，即上部紊流混合區(qū)和下部單向流動(dòng)清潔區(qū)。置換通風(fēng)熱力分層情況如圖1所示。

空調(diào)節(jié)能和室內(nèi)空氣品質(zhì)是當(dāng)前暖通空調(diào)界面臨的兩大課題，而置換通風(fēng)能在一定程度上較好地解決這兩個(gè)問(wèn)題。
　　(1)為了在工作區(qū)獲得同樣的溫度，置換通風(fēng)系統(tǒng)所要求的送風(fēng)溫度高于混合通風(fēng)，這就為利用低品位能源以及在一年中更長(zhǎng)時(shí)間地利用自然通風(fēng)冷卻提供了可能性，以達(dá)到節(jié)能的效果。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，置換通風(fēng)與混合通風(fēng)相比，可以節(jié)約20％一50％的制冷耗費(fèi)。
　　(2)置換通風(fēng)可以對(duì)工作區(qū)的C02等污染物進(jìn)行更為有效的控制。它的通風(fēng)效能系數(shù)大于混合通風(fēng)，這樣就能達(dá)到改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的。

置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
　　(1)室內(nèi)溫度tn及工作區(qū)溫度梯度的確定
　　置換通風(fēng)房間內(nèi)工作區(qū)的溫度梯度tn是造成人體不舒適的重要因素。離地面0.1m的高度是人體腳踝 的位置，腳踝是人體暴露于空氣中的敏感部位。該處的空氣溫度t0.1不應(yīng)引起人體的不舒適。房間工作區(qū)的溫度tn往往取決于離地面1 .1m高度處的溫度(對(duì)坐姿人員如辦公、會(huì)議、講課、觀劇等)。

表1 室內(nèi)溫度tn及工作區(qū)溫度梯度

上述數(shù)據(jù)的取值根據(jù)工作人員的勞動(dòng)狀態(tài)確定。由于置換通風(fēng)在我國(guó)尚屬起步階段，現(xiàn)有的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)及暖通設(shè)計(jì)規(guī)范尚未作出規(guī)定?，F(xiàn)推薦歐洲及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)數(shù)據(jù)，如表2所列。

(2)送風(fēng)溫度的確定
　　送風(fēng)溫度由下式確定：
　　ts＝t1.1+Δtn((1-k)/c-1) (1)
　　式中：
　　ts--送風(fēng)溫度，tp--排風(fēng)溫度； c--停留區(qū)溫升系數(shù)，
　　c=Δtn/Δt=(t1.1-t0.1)/(tp-ts)，k--地面區(qū)溫升系數(shù)， k=Δt0.1/Δt=(t0.1-ts)/(tp-ts)。
　　停留區(qū)溫升系數(shù)c也可根據(jù)房間用途確定。表3列出各種房間的c值。

表3 各種房間停留區(qū)的溫升系數(shù)

(3)送風(fēng)量的確定
　　根據(jù)置換通風(fēng)熱力分層理論，界面上的煙羽流量與送風(fēng)流量相等。
　　Qs＝Qp m3/h (2)
　　當(dāng)熱源的數(shù)量與發(fā)熱量已知，可用下式求得煙羽流量：
　　Qp＝(3Bπ^2)^1/3 *(6/5)^4/3*Z^5/2
　　式中：B＝gβQs/ρ.Cρ
　　Qs--熱源熱量；
　　β--溫度膨脹系數(shù)；
　　α--煙羽對(duì)流卷吸系數(shù)(由實(shí)驗(yàn)確定)；
　　ρ--空氣密度；
　　Cρ--空氣定壓質(zhì)量比熱；
　　Zs--分層高度。
　　通常在民用建筑中的辦公室、教室等工作人員處于坐姿狀態(tài)，工業(yè)建筑中的工作人員處于站姿狀態(tài)。坐姿時(shí)的分層高度Zl＝1.1m，站姿時(shí)的分層高度Z2＝1.8m。

(4)送排風(fēng)溫差的確定
　　當(dāng)室內(nèi)發(fā)熱量已知，送風(fēng)量已確定的情況下，送排風(fēng)溫差是可以計(jì)算得到的。在置換通風(fēng)的房間內(nèi)，在滿(mǎn)足熱舒適性要求條件下，送排風(fēng)溫差隨著頂棚高度的增高而變大。歐洲國(guó)家根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)確定了送排風(fēng)溫差與房間高度的關(guān)系，如下表所列
　

表4 送排風(fēng)溫差與房間高度的關(guān)系

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