置换通风特点及设计要求

置换通风是下部送风方式的一种形式。置换通风是将经处理或未处理的空气,以低风速、低紊流度、小温差的方式,直接送入室内人员活动区的下部。送入室内的空气先在地面上均匀分布,随后流向热源(人或设备)形成热气流以烟羽的形式向上流动,并在室内的上部空间形成滞留层。从滞留层将室内的余热和污染物排出。

置换通风的竖向气流流型是以浮力为基础,室内污染物在热浮力的作用下向上流动。在上升的过程中,热烟羽卷吸周围空气,流量不断增大。在热力作用下,室内空气出现分层现象。

置换通风在稳定状态时,室内空气在流态上分上下两个不同区域,即上部紊流混合区和下部单向流动区。下部区域内没有循环气流,接近置换气流,而上部区域内有循环气流。两个区域分层界面的高度取决于送风量、热源特性及其在室内分布情况。设计时,应控制分层界面的高度在人员活动区以上,以保证人员活动区的空气质量和热舒适性。

置换通风系统的优点有:

(1)更有效的清除空气污染物。

(2)供冷时,利用较少的能源来维持工作区的温湿度要求。

(3)通风效率高,一般介于100% ~ 200%之间。

(4)送风噪声小。

(5)低紊流强度可以减少吹风感。

但是,置换通风系统并不是适用于任何场合。

首先,置换通风对房间高度有一定要求。根据有关资料介绍,采用置换通风时,室内顶棚高度不宜过低,否则,会影响室内空气的分层,因此,置换通风所负担的冷负荷不宜太大,一般不宜大于120W/㎡,否则,需要加大送风量,增加送风口面积,这对风口的布置不利,小型办公室等通常没有如此大的空间来布置这种大的送风口。

其次,根据置换通风的原理,污染气体靠热浮力作用向上排出,当污染源不是热源时,污染气体不能有效排出,污染气体的密度较大时,污染气体会滞留在下部空间,也无法保证污染气体的有效排出。

垂直温差是一个重要的局部热不舒适控制性指标,对置换通风等系统设计时更加重要。

根据美国相关研究,取室内人员的头部高度(1.1 m)到脚部高度(0.1 m)由于垂直温差引起的局部热不舒适的不满意度(PD)为运5%,基于PD的计算公式确定。

                 (3-17)

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设计中,要避免置换通风与其他气流组织形式应用于同一个空调区,因为其他气流组织形式会影响置换气流的流型,无法实现置换通风。

置换通风也可和辐射冷地板/顶板结合使用,置换通风保证新风供应、排除污染物质,并着重承担室内潜热负荷,而辐射板承担室内显热负荷。辐射板要控制其表面温度,保证不结露。

置换通风加冷却顶板空调系统中,室内空调负荷分别由置换通风系统和冷却顶板系统共同承担,二者所承担的比例会明显影响室内温度场和浓度场的分布。随着冷却顶板所占份额的增大,辐射传热增加,垂直温度分布将趋于均匀,从而提高热舒适标准;另一方面却会因墙面温度更低,致使气流下沉而影响工作区空气品质,其上部区域的冷表面可能使污染物空气从上部区域再度进入下部区域,设计时应考虑。国外大量试验研究和工程应用表明,冷却顶板制冷量所占总冷量份额的上限一般应控制在50% ~ 55 %。

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012

7.4.7 采用置换通风时,应符合下列规定:

1. 房间净高宜大于2.7m。

2. 送风温度不宜低于18℃。

3. 空调区的单位面积冷负荷不宜大于120W/㎡。

4. 污染源宜为热源,且污染气体密度较小。

5. 室内人员活动区0.1m至1.1 m 高度的空气垂直温差不宜大于3℃。

6. 空调区内不宜有其他气流组织。

参考资料:
[1] 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)

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