置換通風(fēng)的原理與應(yīng)用

第6章置換通風(fēng)的原理及應(yīng)用一、置換通風(fēng)的原理（DisplacementVentilation)

置換通風(fēng)是依靠密度差而形成熱氣流上升、冷氣流下降的原理實現(xiàn)通風(fēng)換氣的。置換通風(fēng)原理:

置換通風(fēng)是將新鮮空氣直接送入工作區(qū)(溫度通常低于室內(nèi)工作區(qū)的溫度)，較涼的空氣由于密度大而下沉到地表面,并在地板上形成一層較薄的由新鮮空氣擴(kuò)散所形成的空氣湖。室內(nèi)熱源產(chǎn)生向上的對流氣流，與較涼的新鮮空氣隨對流氣流向室內(nèi)上部流動，從而形成室內(nèi)空氣運動的主導(dǎo)氣流。排風(fēng)口設(shè)置在房間的頂部，將污染空氣排出。熱源引起的熱對流氣流使室內(nèi)產(chǎn)生垂直的溫度梯度。置換通風(fēng)的流態(tài)二、置換通風(fēng)的特性

1.室內(nèi)溫度和污染物濃度呈層狀分布.

根據(jù)羽流理論，室內(nèi)流場分為兩個區(qū)域：下部區(qū)域為低溫單向流動區(qū)，污染物濃度最低，空氣品質(zhì)好，存在垂直溫度梯度和濃度梯度；上部區(qū)域為紊流混合區(qū)，溫度高，污染物濃度高，但溫度場和濃度場較均勻，接近排風(fēng)；兩個區(qū)域間還存在一定高度、一定厚度的界面——熱力分層高度。這一分層高度極重要.合理控制它才能保證置換通風(fēng)的空氣質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能效果。置換通風(fēng)房間的熱力分層在置換通風(fēng)中，新鮮空氣qs以極低的流速從通風(fēng)器流出。通常送風(fēng)溫度低于室溫2～4℃，送風(fēng)的密度大于室內(nèi)空氣的密度。在重力作用下，送風(fēng)下沉到地面形成空氣湖。空氣湖中的新鮮空氣受熱源上升氣流的卷吸作用、后續(xù)新風(fēng)的推動作用及排風(fēng)口的抽吸作用而緩慢上升,形成向上單向流動。因此在頂部形成一個熱濁空氣層。由連續(xù)性原理，在任一個標(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為零。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，即上部的紊流混合區(qū)和下部的單向流動清潔區(qū)。只要保證分層高度(地面到界面的高度)在人員工作區(qū)以上，就可以保證工作區(qū)優(yōu)良的空氣品質(zhì)。置換通風(fēng)的熱力分層2.室內(nèi)空氣的流速低，速度場平穩(wěn)，呈層流或低紊流狀態(tài).3.污染物在人停留區(qū)不擴(kuò)散，而被上升的氣流直接帶到上部非人活動區(qū).與稀釋通風(fēng)相比，置換通風(fēng)是以浮力控制為動力平推出室內(nèi)污染物；具有較高的空氣品質(zhì)和熱舒適性；具有較高的通風(fēng)效率；室內(nèi)有著截然不同的溫度場、速度場和濃度場。特性：三.置換通風(fēng)房間室內(nèi)溫度、速度與濃度的分布

由于熱源引起的上升氣流使熱氣流浮向房間的頂部，因此房間在垂直方向上形成溫度梯度，如圖a

中曲線D所示。

該圖中的水平虛線表示離地面1.1m的高度。該高度表示人坐姿時呼吸帶高度。室內(nèi)垂直溫度梯度形成了腳寒頭暖的局面，這種現(xiàn)象有悖于人體的舒適性規(guī)律。因此應(yīng)控制離地面0.1m(腳踝高度)至1.1m之間的溫差不能超過人體所容許的程度。

置換通風(fēng)的溫度、速度和相對濃度分布曲線D表示置換通風(fēng)

曲線M表示稀釋通風(fēng)相對濃度以房間平均濃度為基準(zhǔn)

圖a中曲線M表示稀釋通風(fēng)時的溫度曲線。其出口溫度較低，出口空氣與周圍空氣充分混合后溫度迅速提高并在垂直方向上保持幾乎相等的溫度，即溫度梯度極小。

圖b

中的曲線D表示置換通風(fēng)室內(nèi)速度分布?？梢娭脫Q通風(fēng)出口風(fēng)速約為0.25m/s,而在1.1m處的風(fēng)速僅為0.08m/s,而且在距地板0.5m以上的高度其風(fēng)速均低于0.08m/s。稀釋通風(fēng)的速度分布如曲線M所示。該種方法室內(nèi)風(fēng)速均高于置換通風(fēng)。

圖c

中的曲線D表示置換通風(fēng)室內(nèi)濃度分布。圖中呈現(xiàn)濃度梯度的趨勢與溫度分布相似。即上部濃度高,下部濃度低,在1.1m以下的工作區(qū)其濃度遠(yuǎn)低于上部的濃度。當(dāng)通風(fēng)量相同時,稀釋通風(fēng)室內(nèi)濃度分布如曲線M所示。由圖可見，在1.1m以下工作區(qū)，置換通風(fēng)方式明顯優(yōu)于稀釋通風(fēng)。四、兩種通風(fēng)方式的比較

1.混合通風(fēng)以建筑空間為本，置換通風(fēng)以人為本.2.混合通風(fēng)以稀釋原理為基礎(chǔ)，置換通風(fēng)以浮力控制為動力.3.在原理上，混合通風(fēng)的送風(fēng)僅作為動量源，由此產(chǎn)生卷吸周圍空氣的射流，而置換通風(fēng)的送風(fēng)既是動量源，又是浮力源.

4.從目標(biāo)和結(jié)果看，置換通風(fēng)是要在工作區(qū)創(chuàng)造一個近于新鮮的送風(fēng)條件，而混合通風(fēng)則是在整個室內(nèi)空間形成一個近于排風(fēng)的空氣條件.5.置換通風(fēng)與傳統(tǒng)通風(fēng)方式相比具有較好的節(jié)能效果（20%以上）五.置換通風(fēng)的設(shè)計1）置換通風(fēng)的設(shè)計應(yīng)符合下列條件:①污染源與熱源共存時；②房間高度不小于2.4m；③冷負(fù)荷小于120W/m2

的建筑物。2）置換通風(fēng)的設(shè)計參數(shù)應(yīng)符合下列條件:①坐著時,頭部與足部溫差⊿thf≤2℃；②站著時,頭部與足部溫差Δthf≤3℃；③吹風(fēng)風(fēng)險不滿意率的值不大于15%；④熱舒適不滿意率的值不大于15%；⑤置換通風(fēng)房間內(nèi)的溫度梯度小于2℃/m。3）置換通風(fēng)器的選型，其面風(fēng)速應(yīng)符合下列條件:①對工業(yè)建筑，取面風(fēng)速v＝0.5m/s；②對高級辦公室，取面風(fēng)速v＝0.2m/s；一般根據(jù)送風(fēng)量和面風(fēng)速v=0.2～0.5m/s確定置換通風(fēng)器的數(shù)量。4）置換通風(fēng)器的布置應(yīng)符合下列條件:①置換通風(fēng)器附近不應(yīng)有大的障礙物；②置換通風(fēng)器宜靠外墻或外窗；③圓柱形置換通風(fēng)器可布置在房間中部；④冷負(fù)荷高時,宜布置多個置換通風(fēng)器；⑤置換通風(fēng)器布置應(yīng)與室內(nèi)空間協(xié)調(diào)。

置換通風(fēng)房間內(nèi)工作區(qū)的溫度梯度⊿tn

是影響人體舒適的重要因素。在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際情況確定，可參考表3.5和3.6所示。活動方式散熱量（W）tn（℃）t1.1-t0.1（℃）靜坐輕度勞動中度勞動重勞動12015019027022191715≤2.0≤2.5≤3.0≤3.5表3.5室內(nèi)溫度tn

及工作區(qū)溫度梯度表3.6歐洲及國際標(biāo)準(zhǔn)中的舒適性指標(biāo)舒適指標(biāo)DIN1946/2(1/1994)SIAV382/1(1992)CIBSE(1990)ISO7730(1990)⊿tn=t1.1-t0.1/℃≤2＜2＜3＜3t0.1min/℃211920－5）置換通風(fēng)房間內(nèi)的溫度梯度：

以高度為3m的辦公室為例，當(dāng)室內(nèi)采用置換通風(fēng)時室內(nèi)的溫度梯度由三部分組成：即出風(fēng)后地表層的溫升⊿t0.1=t0.1-ts;工作區(qū)溫度梯度⊿tn=t1.1-t0.1;室內(nèi)上部溫升⊿tp=tp-t1.1

。室內(nèi)送排風(fēng)溫差Δt

=tp-ts,工作區(qū)溫差⊿ts=k⊿t

+c⊿t

,（K為地面區(qū)溫升系數(shù)、C為停留區(qū)溫升系數(shù)）。置換通風(fēng)房間內(nèi)的上述溫度梯度如圖3.14所示。圖3.14房間垂直溫度梯度6）送風(fēng)溫度的確定：送風(fēng)溫度由下式確定:式中:c—停留區(qū)溫升系數(shù)，k—地面區(qū)溫升系數(shù)，也可分別見表3-7和表3-8所示。表3.7溫升系數(shù)C值表3.8溫升系數(shù)K值停留區(qū)溫升系數(shù)c地表面部分的冷負(fù)荷比例/%房間用途0.160～20天花板附近照明的場合0.2520～60辦公室0.3360～100置換通風(fēng)場合0.460～100高負(fù)荷辦公室，冷卻頂棚、會議室地面區(qū)溫升系數(shù)k房間所謂面積送風(fēng)量/[m3·(m2·h)-1]房間用途及送風(fēng)情況0.55～10僅送最小新風(fēng)量0.3315～20使用誘導(dǎo)式置換通風(fēng)器的房間0.20﹥25會議室

7)新風(fēng)量的確定：

①按室內(nèi)人員確定新風(fēng)量式中：n—室內(nèi)人員數(shù)；q—每個人所需新風(fēng)量，q可按房間需要確定，當(dāng)室內(nèi)空氣品質(zhì)要求較高時：室內(nèi)空氣品質(zhì)要求中等時：室內(nèi)空氣品質(zhì)要求低時：②根據(jù)室內(nèi)有害物發(fā)生量確定新風(fēng)量式中,G—室內(nèi)有害物發(fā)生量，；

cp

—排風(fēng)的有害物濃度，；

cs

—送風(fēng)的有害物濃度，。8)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qp與送風(fēng)流量qs相等，即：分層高度分別為Z1=1.1m以及Z2=1.8m時的煙羽流量。9)送排風(fēng)溫差的確定

在置換通風(fēng)的房間內(nèi)，在滿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。列出了送排風(fēng)溫差與房間高度的關(guān)系。表送排風(fēng)溫差與房間高度的關(guān)系房間高度/m﹤33～66～9﹥9送排風(fēng)溫差/℃5～88～1010～1212～1410)置換通風(fēng)末端裝置的選擇與布置

置換通風(fēng)的出口風(fēng)速低、送風(fēng)溫差小的特點導(dǎo)致置換通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量大，其末端裝置體積相對來說也較大。置換通風(fēng)末端裝置通常有圓柱型、半圓柱型、1/4圓柱型、扁平型4種，如圖所示。圖3.19是在工業(yè)廠房中應(yīng)用的實例。落地式置換通風(fēng)末端裝置在會議廳的應(yīng)用如圖3.20所示。架空式置換通風(fēng)器在辦公室的應(yīng)用如圖3.21所示。圓柱型置換通風(fēng)器半圓柱型置換通風(fēng)器

扁平型置換通風(fēng)器圓柱型置換通風(fēng)器

落地式置換通風(fēng)在工業(yè)廠房的應(yīng)用通風(fēng)在上海某會議廳的應(yīng)用架空式通風(fēng)器在辦公室的應(yīng)用六、置換通風(fēng)與冷卻頂板

1.冷卻頂板所謂冷卻頂板技術(shù)是將全部或部分頂板的溫度降至并保持在室溫之下，利用頂板來消除室內(nèi)熱負(fù)荷。冷卻頂板只能除去顯熱負(fù)荷，且沒有提供換氣，一般與置換通風(fēng)相結(jié)合。2.系統(tǒng)設(shè)計的特殊性

1）減少了能量消耗.

2）冷卻頂板的供水溫度高（一般高于露點2℃）.

3）由于冷凍水溫度高，有條件可采用天然冷源.4）置換通風(fēng)的氣流是自下而上的，為架空地板也可采用側(cè)向送風(fēng)，但要設(shè)計好氣流組織.

3.冷卻頂板加置換通風(fēng)的優(yōu)缺點

1）熱舒適性好，室內(nèi)空氣品質(zhì)好

2）處理空氣少，可降低空調(diào)機(jī)組、風(fēng)管等投資和建筑投資.3）風(fēng)量小風(fēng)機(jī)能耗?。还┧疁囟雀呤箼C(jī)組的COP提高，電耗降低；過渡季節(jié)利用冷卻塔也減少能耗.

該系統(tǒng)存在的不足：輻射式冷卻頂板以輻射換熱為主，只能排除顯熱，故最大冷量受到可布置吊頂面積的限制，故在冷負(fù)荷較大的場合冷卻頂板不適用。另外，實際工程中，制冷頂板技術(shù)要求高，施工較困難。第五章冷熱電三聯(lián)供技術(shù)一、什么是冷熱電聯(lián)供技術(shù)

冷熱電聯(lián)供CCHP(CombinedCoolingHentingandPower)是一種建立在能的梯級利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、供熱及發(fā)電過程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)，目的在于提高能源利用效率，減少碳化物及有害氣體排放。CCHP以其能源-資源合理利用、優(yōu)良環(huán)保性能和靈活的冷熱電負(fù)荷分配等優(yōu)勢成為生活中不可缺少的能量利用系統(tǒng)。二、分供系統(tǒng)與聯(lián)供系統(tǒng)的比較燃料消耗量=（電力消耗量/發(fā)電效率）/燃料熱值

環(huán)境溫度25℃，標(biāo)準(zhǔn)天然氣低位發(fā)熱量為34.88mJ/m3由表得出：滿足同樣冷熱電需求，聯(lián)供系統(tǒng)比分供系統(tǒng)能耗節(jié)省42%。若采用第一定律效率評價，則分供系統(tǒng)能量利用系數(shù)為47.9%，而聯(lián)供系統(tǒng)方案1為82.8%。若采用第二定律效率評價，則分供系統(tǒng)能量利用系數(shù)為20.1%，而聯(lián)供系統(tǒng)方案1為34.8%。

第一定律效率=（電力輸出+熱能輸出+冷能輸出）/（燃料消耗量×燃料熱值）

第二定律效率=（電力輸出+熱傭輸出+冷傭輸出）/（燃料消耗量×燃料傭）三、聯(lián)供系統(tǒng)方案1與方案2的