置换通风基础知识

西安建筑科技大学

空气调节作业

置换通风技术及其进展

班级：暖通03研

姓名学号：谷长城30348

指导教师：李安桂教授

学院：环工学院

二零零四年十二月十七日

前言

置换通风技术起源于北欧斯堪的纳维亚半岛国家，经过近20～30年的发展已相当成熟,在欧洲工业与民用建筑的通风和空调系统中获得了广泛的应用。作为一种气流组织形式，它能够创造出良好的室内热舒适环境和改善室内空气品质；工业上在用来作为空调方式时，既可以给工人提供良好的室内空气环境，也可以有效的去除生产过程中产生的余热、余湿、和空气污染物，适于工艺过程的需要。在北美，置换通风技术在近5年来应用也日趋广泛；在中国大陆，应用的地域遍及上海、南京、杭州、武汉等冬冷夏热地区，广州、深圳等热湿地区，北京、西安等寒冷地区，乌鲁木齐等干燥地区。但是，与传统的混合通风空调方式相比，其普及度及技术的成熟程度均还有很大差距。中国国内的研究还不够充分（尤其是在造价和工程设计指导方面），使得它的应用也受到了限制。

置换通风技术

在传统的混合通风中，气流组织方式是：送风口安装在吊顶上（也有安装在侧墙上或窗台上的），送风是以较高的风速把气流送入室内。由于强烈的诱导作用，室内空气会被诱导进入送风气流中，随着送风气流的卷吸扩散，风速和温差会很快衰减。在理想状态下，送风气流与室内空气混合得很均匀，不考虑风口临近区域，可认为室内温度和污染物浓度基本相同（混合通风空气品质）。混合通风的缺点是室内风速不能任意的小，它随风量和冷负荷的增加而增加。

为了满足人们对使用空间内最佳热舒适性和优秀空气品质的要求，必须作好室内气流组织。一般来说，相对于空调房间的混合通风方式而言，置换通风可以保证良好的室内空气品质而且节能。置换通风以较低的温度从地板附近把空气送入室内，风速的平均值及紊流度均是比较小，由于送风层的温度较低，密度较大，故会沿着整个地板面蔓延(spread)开来。从地板或墙壁底部送风口所送冷风在地板表面上扩散开来，可形成"空气湖(air lake)"；并且在热源周围形成浮力尾流(buoyant plume),慢慢带走热量。由于风速较低，气流组织紊动平缓，没有大的涡流，因而室内工作区空气温度在水平方向上比较一致，而在垂直方向上分层，层高越大，这种现象越明显，所以可以创造出良好的热舒适环境。由热源产生向上的尾流不仅可以带走热负荷，也将污浊的空气从工作区带到室内上方，由设在顶部的排风口排出。底部风口送出的空气，吸收余热及污染物同时在浮力及气流组织的惯性驱动力作用下向上运动到排风口，所以置换通风能在室内工作区提供良好的空气品质。

稀释和挤压的原理可以分别用来解释传统的混合通风和现在较流行的置换通风。

传统的混合通风置换通风

在置换通风的气流组织形式下，室内的热源（人，电器设备等）在挤压气流中会产生浮升气流（热烟羽），浮升气流会不断卷吸室内的空气向上运动，并且浮升气流中的热量不再会扩散到下部的送风层内，因此在室内在某一位置高度会出现浮升气流量与送风量相等的情况，这就是热分离层。在热分离层下部区域为单向流动区，在上部为混合区。室内空气温度分布和浓度分布在这两个区域有非常明显差异，下部单向流动区存在明显的垂直温度梯度和浓度梯度，而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风的温度和浓度。因此从理论上讲，只要保证热分离层高度位于人员工作区以上，就能保证人员处于相对清洁新鲜的空气环境中，大大改善人员工作区的空气品质；另一方面，只需满足人员工作区的温适度即可，而人员工作区上方的冷负荷可以不予考虑，因此相对于传统的混合通风，置换通风具有节能的潜力（空间高度越大，节能效果越显著）。

置换通风的工作原理和热分离层

垂直温度梯度垂直浓度梯度

置换通风与传统混合通风方式的对比（1）示例图

（2）效果图

置换通风的数值模拟效果图

置换通风的特点及优缺点

从上面的分析可知，置换通风有如下特点：低速低紊流度；噪音低；温差小（△t≤6℃）；室内产生浮升气流，出现热分离层，存在温度梯度；空气品质好。

产生置换通风气流的先决条件：在地板附近尽可能以较小的温差无脉冲低速送风；在天花板附近排风。

置换通风相对于混合通风的优点：使用区热舒适性好；可以提供更好品质的空气；热分层及良好的驱污能力使之适合于特殊场合；部分负荷特性好，节能。

置换通风特别适用的场合：高大空间大风量小冷负荷情况下更应优先考虑使用；在工业领域，在高大厂房中，要求更好的空气品质，要求更节能的效果；热源与污染源同时发生的场合更适合使用（生产和装配车间，厨房，实验室）。

置换通风的缺点：受限于室内温度梯度和安装位置，制冷能力有限；送风温差小，所要求的风量较大，风机能耗要大，风管体积更大；送风速度低，故置换通风口体积均较庞大，需占用室内部分空间；要求采取能使送风面风速要尽可能均匀的措施；室内的物品（家具等）不能遮住送风面；污染源产生的污染气流要比空气密度小。风管体积较大及置换通风口价格较贵，投资比常规空调系统增加约5～10%；冬季供热时，不能形成置换流，供热效果较差。

置换通风特有的末端装置

第一代置换通风末端装置体积相对来说较庞大，通常有圆柱型、半圆柱型、1/4圆柱型、扁平型及平壁型等多种形式，如德国妥思公司生产的QL、QLK、QLE置换通风器就属于第一代置换通风末端装置。

第二代末端送风装置主要是采用置换通风与冷吊顶组合形式，室内的湿负荷、新风负荷及小部分冷负荷主要由置换通风系统来承担，室内大部分冷负荷由冷吊顶通过冷辐射来承担。

第三代末端送风装置是利用诱导的原理，在该末端装置中设有特殊的空气喷射器，将大量的室内空气与一次气流混合从而提高了送风的冷却能力。在设计时，一次风可完全按常规空调

温差设计，风管截面积也不变，在末端一次风与室内空气混合后达到置换通风所要求的送风温差和风速，再送入室内，在设计中仅需要求更大的是风机压头。

置换通风常用散流器形式:

送风量及送风温度的确定

由于置换通风的送风口处于工作区，送风温度必须控制在人体舒适范围内，送风温差的合理确定是置换通风空调系统设计的难点之一。如果送风温差设计偏小，则会造成送风量偏大，送风散流装置的尺寸变大和数量增多，设备投资加大；如果送风温差过大，送风温度必然较低，人体头部与脚面之间温差偏大，使人产生冷感，降低人体热舒适性。以下根据人体热舒适性和控制污染源保证室内空气品质的角度讨论置换通风送风量和送风温度的计算方法

送风量计算

1.从人体热舒适性角度：对于置换通风，室内空气温度在垂直方向的分布近似如下图所示。T f为脚面处(0.1m)温度，由于地板的对流和辐射传热以及送风口周围空气的卷入，使其略高于送风T s，T d为排风温度，T h为1.1m高度，即人为坐姿时头部高度的温度。瑞典Mundt 理论推导出无量纲温度θf的计算式：

（1）

L T：通风量M3/h ρ：空气密度Kg/m3 ；C p：空气定压比热KJ/Kg·℃A：地板面积㎡