摘要：置換通風(fēng)是一種新的通風(fēng)方式。置換通風(fēng)以低速在房間下部送風(fēng)，氣流以類似層流的活塞流狀態(tài)緩慢向上移動，到達(dá)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(fēng)由于能同時解決空調(diào)節(jié)能和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)兩大問題而越來越受到人們的關(guān)注。
關(guān)鍵詞：置換通風(fēng)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(zhì)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(xué)品進(jìn)入居民住宅，這些物品散發(fā)出的污染物直接導(dǎo)致了室內(nèi)空氣品質(zhì)的下降，引起頭痛、困倦、惡心和流鼻涕等癥狀，此類癥狀被統(tǒng)稱為 “病態(tài)建筑綜合癥[1]，所以人們越來越關(guān)注一種新型的通風(fēng)方式——置換通風(fēng)。
二、國內(nèi)外對置換通風(fēng)的研究情況
國外對置換通風(fēng)的研究比較早，已有近百年的歷史, 20世紀(jì)40年代歐洲人Baturin最早對置換通風(fēng)進(jìn)行了系統(tǒng)和科學(xué)的研究[2]。早在1989年，國外學(xué)者Svensson對置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在北歐市場的應(yīng)用情況進(jìn)行過統(tǒng)計，在工業(yè)空調(diào)中置換通風(fēng)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(jì)90年代，瑞士、德國等研究人員用實(shí)驗(yàn)測試和理論分析的方法，對置換通風(fēng)的許多方面，特別是在空氣品質(zhì)和熱舒適性方面進(jìn)行了細(xì)致的研究。與此同時，美國和日本的研究人員也對置換通風(fēng)進(jìn)行了研究，豐富和完善了置換通風(fēng)的各項(xiàng)技術(shù)。
國內(nèi)對置換式通風(fēng)的研究起步較晚，對置換通風(fēng)的研究也只在近十幾年，目前許多技術(shù)尚未完善和成熟[4]，對其探索和研究還限于應(yīng)用數(shù)值模擬和有限的實(shí)驗(yàn)相結(jié)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(fēng)的置換通風(fēng)和樓層局部誘導(dǎo)送風(fēng)和包廂的局部上送風(fēng)的送風(fēng)體系。
三、置換通風(fēng)原理與特點(diǎn)
置換通風(fēng)是依靠密度差所產(chǎn)生的壓差為動力來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的置換。置換通風(fēng)的送風(fēng)分布靠近地板，送風(fēng)速度一般為0.25m/s左右，送風(fēng)溫差一般為2-4℃，送風(fēng)動量低，以至于對室內(nèi)主導(dǎo)流無任何實(shí)際影響，使得送風(fēng)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(kuò)散，像水一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(dāng)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(cè)上部移動，脫離人的停留區(qū)，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)。如果熱羽流量在近頂棚處大于送風(fēng)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(biāo)高平面上的上升氣流流量等于送風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(zhì)。
四、置換通風(fēng)的評價指標(biāo)
國內(nèi)外一些較為成熟的綜合或單項(xiàng)評價指標(biāo)有：
(1)當(dāng)量評價指標(biāo)。它是評價室內(nèi)環(huán)境的綜合指標(biāo)。
(2)主觀評價與客觀評價相結(jié)合的綜合評價方法。同濟(jì)大學(xué)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，客觀評價是直接用室內(nèi)污染物指標(biāo)來評價IAQ的方法，選擇具有代表性的污染物作為評價指標(biāo)，來全面、公正地反映IAQ的狀況；主觀評價室內(nèi)空氣品質(zhì)即人們進(jìn)入待測室內(nèi)空氣品質(zhì)的空間中，對室內(nèi)空氣品質(zhì)填寫一張調(diào)查單，表示自己對空氣品質(zhì)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(guān)鍵是建立IAQ等級評價的模糊數(shù)學(xué)模型，確定各類健康影響因素對可能出現(xiàn)的評判結(jié)果的影響程度。
(4)計算流體動力學(xué)(簡稱CFD)技術(shù)對IAQ的評估。近年來，CFD技術(shù)己被應(yīng)用于建筑通風(fēng)空調(diào)設(shè)計領(lǐng)域。該方法利用室內(nèi)空氣的質(zhì)量、動量和能量守恒原理，采用合適的湍流模型，給出適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條件，用CFD方法求出室內(nèi)各點(diǎn)的氣流速度、溫度和相對濕度等。
(5)通風(fēng)效率”和“換氣效率”評價標(biāo)準(zhǔn)。這兩個指標(biāo)是從發(fā)揮通風(fēng)空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)的效應(yīng)，進(jìn)行有效通風(fēng)，提高IAQ出發(fā)提出來的。
五、置換通風(fēng)適用的冷源
是否采用置換通風(fēng)的空調(diào)方式，首先要考慮選用何種冷源。置換通風(fēng)要求采用中央冷水機(jī)組提供集中冷源，采用空氣處理設(shè)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(fēng)可以采用中央冷水機(jī)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(jī)組、直接蒸發(fā)式制冷機(jī)等等。
選用何種主機(jī)與初投資和運(yùn)行費(fèi)用的多少有直接關(guān)系。對于小型空調(diào)系統(tǒng)，直接蒸發(fā)制冷設(shè)備總是比冷水機(jī)組便宜，但是中大型工程這方面的費(fèi)用比較接近。運(yùn)行費(fèi)用通常與空氣處理方法有關(guān)，當(dāng)然還與采用何種主機(jī)及其運(yùn)行有關(guān)。
置換通風(fēng)適用于采用冷水機(jī)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(fēng)。置換通風(fēng)要求的送風(fēng)溫度較高，冷水機(jī)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(shè)備穩(wěn)定性好。相反，直接蒸發(fā)制冷設(shè)備，具有固定的換熱盤管溫度，就算是采用多個壓縮機(jī)，盤管溫度也只能分檔調(diào)節(jié)。
置換通風(fēng)要求采用冷水機(jī)組，因此從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，置換通風(fēng)不適用于小型的空調(diào)系統(tǒng)。對于大中型系統(tǒng)，當(dāng)初投資對業(yè)主來說是非常重要的考慮因素時，也應(yīng)認(rèn)真考慮。
六、置換通風(fēng)的適用性分析
通常混合通風(fēng)和置換通風(fēng)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(fēng)通常提供更好的空氣品質(zhì)。置換通風(fēng)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(fēng)的情形有以下幾種：
(1)污染物質(zhì)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。
參考文獻(xiàn)：
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[3]Svensson A.Nordic Experiences of Displacement Ventilation Systems[J]．ASHARE Transactions 1989，95(2)1013-1017.
[4]龔毅．暖通空調(diào)系統(tǒng)部件對室內(nèi)空氣品質(zhì)影響的分析[J]．制冷，1997,(3)，64-67.
