置换通风空调系统的研究

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摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视置换通风空调系统的应用，置换通风空调系统对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍置换通风空调系统的研究的有关内容。

关键词置换；通风；空调；系统；原理；技术；性能；

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：

引言

近年来，能源的紧缺以及室内空气品质问题同益严峻，置换通风以其独特的气流组织，既保证了工作区良好的空气质量，又有效的利用了空间上下温度分层达到节能的效果，很好地解决了能耗与室内空气品质之间的矛盾。

一、置换通风的发展及应用现状

置换通风作为一种古老的通风方式，其应用已经有数百年的历史。1978年，德国柏林的一家铸造车间首次采用了置换通风系统，明显改善了厂房的空气质量，并且节约能量。从此，置换通风系统逐渐在工业建筑、民用建筑及公共建筑中得到了广泛的应用，特别是在北欧斯堪的纳维亚国家应用十分广泛。在80年代中，置换通风又被用于办公室等商业建筑中，以提高办公环境的空气质量。日本和美国在90年代初，也出于改善室内空气质量的目的开始关注这种通风形式，并结合各自建筑的实际条件，展开相应的实验和数值模拟，拓展了置换通风的应用范围。此后，置换通风的概念逐渐为许多国家所接受，各国相继开始了这方面

的研究及应用。

在我国，置换通风技术的应用在近几年得到了较快发展。据不完全统计，至2001年底，置换通风已经在我国的多个地区得到推广，都具有工程上的应用实例。香港汇丰银行、国家大剧院。1、上海大剧院”、上海东方艺术中心、深圳文化中心音乐厅、上海松江TigerPark公司的塑料制袋生产厂及南京爱立信通讯有限公司江宁厂房等都是置换通风系统在工业建筑及公共建筑中典型应用。置换通风作为一种新型的空调气流组织形式，在厂房通风及高大公共建筑通风方面与传统的混合通风方式相比较有着明显的优势，尤其是它在解决厂房内的污染物控制方面。山东省大众日报社的印报车间的原有的上侧送风，同侧下部回风的空调系统通风方式使在排风口附近回流区的工作人员长期处于对健康不利的工作环境中，运用置换通风的气流组织方式，采用下供上回式的通风方式成功解决了室内空气品质差的问题，为工作人员提供了一个良好的工作环境，由于减少了冷负荷，系统的能耗也得到了降低。上海体育馆将原有的比赛大厅的空调系统改造为置换通风形式的空调系统后，无论是在冬季还是在夏季，置换通风在人员停留区的C02浓度都比混合通风小得多，事实证明，在空气品质上，置换通风有着传统的混合通风无可比拟的优点。

二、置换通风空调系统原理

空调发展到现在，其任务已不仅限于保证室内的温湿度要求，而应向更高层面朝创造良好的舒适环境，提高室内空气品质和节约能源的方向发展。最近几年，空调系统设计的一种新方法一置换通风空调系统，由于在热舒适、室内空气品质和节能方面的优越性，在欧洲已被广泛采用。人们对于重力循环式供热系统并不陌生;由于供回水温度的差异在下降管与锅炉之间存在着一个由于密度造成的压差，这个压差形成了整个系统循环的动力。

置换通风空调系统就是基于这个原理来工作的:在房间的下部设置送风口，以低于室内温度约3-4℃的温度低速送人新风。由于新风的温度低于室温，相对密度较高，故新风停留在室内的地板上并弥漫开来，形成一个“新风湖”。在发热物体如人体、计算机等部位，新风受热上升，降低发热物体的表面温度，带走热量及有害物。排风则在房间的上部进行，即尽可能只排除最热的、有害物含量最浓的部分空气。典型的置换通风空调系统如图l所示。

图1置换通风空调系统示意图

三、置换通风系统的分析

置换通风空调系统的性能主要从以下五个方面来衡量，即温度分布、流动分布、污染物分布、舒适性以及能耗分析。影响性能的参数主要有换气次数、单位面积的负荷、热源、墙的特性、层高及散流器形式等。

1．温度分布

由热源产生的羽流在密度差的作用下向上浮升，同时卷吸周围较冷的环境空气进入其中。在羽流不断上升的过程中，羽流内部的空气密度逐步增加，温度逐步降低；羽流外部的空气密度逐步降低，温度逐步升高。因此，在房间垂直方向上形成温度梯度，温度呈层状分布。 。底层为低温空气区，也是人的停留区，顶部为高温空气区，余热和污染物主要集中于此区域内，温度最高，污染物的浓度也最高。 图2为一典型的置换通风空调系统下室内温度分布曲线。

图2置换通风的温度分稚曲线

2．流动分布

室内空气的流动速度低，速度场平稳，呈层流或低紊流状态，首先因为以低微风速送风，送风区内无大的空气流动：在微弱的压差作用下，新风慢慢弥漫到房间的底部区域，吸收余热，再以自然对流的形式向上慢慢升起。由于室内无大的空气流动，污染物在人员停留区不会横向扩散，而被上升的气流直接携带到上部的非人员活动区。

3．污染物分布

置换通风系统内部流场平稳，不像上送式通风流场那样存在大的回流流动，因此污染物不会在全室内混合、扩散，而在垂直方向上形成如温度那样的分层特点。由于人体散热，会使人体周围空气形成热对流气流。这种热对流气流包围着人体表面，同时携带人体散发的污染物向上流动。另一方面，人体呼出的气流温度也高于通常的室内温度，同样使得呼出气流在自身浮力作用下向上流动。可见，这两种作用都使得人员释放的污染物保持自下而上的运动方向。这种污染物的扩散方向与人员活动区内置换通风自下而上的主导气流方向一致，因而避免了污染物在室内的循环，有利于污染物的迅速排除。

4．舒适性

置换通风空调系统中不舒适的因素主要是温度梯度过大以及温度分布不均匀而给人们带来的不舒适感。增大流量可以降低温度梯度，但这同时意味着地板附近的空气的高流速及增大温度分布的不均匀而给人们带来不舒适感的可能性。ASHRAE标准55―1992推荐了一个最大允许的温度梯度：2℃／m，ISO标准7730则要求地板以上O．1米到1．1米的最大温度梯度为36C／m。考虑到由于置换通风空调系统中由于温度分布不均匀而给人们带来的不舒适感中脚踝对于较低温度的感觉，垂直方向的温度梯度最好小于2℃／m。

5．能耗分析

置换通风空调系统的～个十分显著的特点就是能耗小，同传统的上送式通风系统相比，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％～50％的制冷能耗。此外，由于送风温度的提高，冷水温度也相应提高，冷冻机的COP可提高5～10％。

结束语

置换通风以其提高人体舒适性，保证良好的空气品质、降低运行成本的优势渐渐显示出它在“舒适、健康，节能”方面的强大生命力。越来越多的科研、设计以及房屋开发商开始关注置换通风的发展，这是置换通风广泛使用的巨大动力。相信在可持续发展及以人为本的大趋势下，置换通风必将大有用武之地。

参考文献

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