《置换通风的应用前景及其适用性分析》

置换通风具有广阔的应用前景。在办公场所，它能提供舒适健康的室内环境，提升员工的工作效率。对于学校教室，可保障师生呼吸到新鲜空气。在医院，有助于减少病菌的传播。

从适用性来看，置换通风适合于室内污染源分布较分散且人员活动区域相对固定的场所。它利用空气的密度差，将新鲜空气以较低速度送入室内下部，污染物随热气流上升后排出。在高大空间建筑中优势明显，如展览馆、工业厂房等，能有效改善室内空气品质，降低能耗，且运行噪音小，为营造良好的室内环境提供了理想的通风解决方案。

    1 引言

    随着人类文明的进步和科技的发展，人们对自己工作、学习、生活环境的要求越来越高。而一个舒适的环境对于保证身心健康、提高生活品质和劳动效率有着重要意义。为实现高质量的室内气候环境，电制冷空调系统已被广泛采用。同时，人们对地球环境的关注越来越高，对环境保护的呼声也日趋强烈，要求采用节能的、健康的、可持续发展的策略进行空调设计。

    1.1 中国能源现状和空调系统节能

    我国提出了长期的经济发展目标，即下世纪中叶赶上中等发达国家水平。社会经济的发展必将伴随着巨大的能源消费需求。能源是国民经济的基础产业，也是公用事业，更是经济发展和提高人民生活水平的物质基础。人类社会的进步与能源的发展密切相关。我国制定的二十一世纪议程和九五计划及2010年远景规划中把能源和环境保护列为最优先的发展领域。

    中国是一个拥有12亿人口的发展中国家，是一个以煤炭为主要能源结构的能源生产消费大国。目前，煤炭提供76%的发电能源，到2020年煤电仍高达60%[1]，煤电的使用导致SO2、NOX、CO2和烟尘大量排放，给环境保护造成了巨大压力。我国大部分地区的绝大多数空调系统直接利用电能供冷，空调系统的节能，相当于间接减少了SO2、NOX、CO2和烟尘的排放，对环保有利。

    目前世界发达国家的民生耗能率高达总耗能量的1/3左右，其中绝大部分又消费在建筑物上，各国为推动建筑节能的进展，相继制定和颁布了一系列的建筑节能法规、标准和指导性文件。我国政府积极倡导和努力实施节约能源、保护环境的政策，颁布了《中华人民共和国节约能源法》和一系列建筑节能规范。

    建筑物的节能是一项复杂的系统工程，包括各种综合性的技术，包括建筑物本身和空调系统、设备的节能[2].就空调系统而言，空调系统节能又与建筑节能有关，包括建筑物的朝向和平面布置、维护结构的保温性能、窗户的隔热和建筑物遮阳等等。空调系统的节能也与运行节能有关，包括采用降低室内设计标准、减少新风量的方法，采用天然冷源，过渡季节取室外新风自然冷却、冷却塔供冷技术，采用建筑设备控制自动化技术，采用热回收技术，例如从排风中回收热量等等。

    采用新的节能的空调方式，选用更节能的空调产品，也是空调系统节能的一项重要、有效的措施。在某些场合，置换通风就是一种较好的节能的空调方式。

    1.2 高舒适性空调系统的标准及要求

    首先必须提出，高舒适性的空调系统不仅仅与空调系统的设计有关，他还与室内环境品质有关，包括与室内环境的声、光、热等诸多物理的，以及室内建筑装修、建筑材料、空气品质等等的物理化学因素有关。本文仅讨论空调系统对舒适性方面的影响问题。

    随着空调建筑的增多、空调技术的进步，人们对空调的理解早已不是温度这一参数。高舒适性空调是指空调系统能提供一个良好的热舒适性环境、良好的室内空气品质。因此，健康空调、绿色空调、未来空调等说法和概念应运而生[3].

    舒适性空调系统的概念经过了以下几个发展阶段：（1）本世纪中叶，发达国家以完全牺牲不可再生能源维持室内环境；（2）70年代石油危机后，人们意识到节能的重要性，发达国家采用了较低的室内设计标准。但是，由此产生了一系列建筑病综合症，人们又开始意识到室内空气品质的重要性，这一课题成为学者们研究的热点；（3）90年代至今，出现了许多一味高标准的建筑空调，特别是一些高档的智能化办公大楼，建筑空调耗能有进一步增加的趋势。

    2 置换通风的历史沿革、概念、原理

    2.1 置换通风的发展历史

    置换通风起源于北欧，1978年德国柏林的一家铸造车间首先使用了置换通风装置。现在置换通风广泛应用于工业建筑、民用建筑和公共建筑，北欧的一些国家50%的工业通风系统、25%的办公通风系统采用了置换通风系统[4].我国的一些工程开始采用了置换通风系统，并取得了令人满意的效果。

    2.2 置换通风的基本概念[4]

    a 稀释通风示意图 b 置换通风示意图图1 混合通风与置换通风系统的比较

    房间置换通风原理的基本概念如图1b所示。在舒适性通风中，大多数污染物质是温暖的，因此污染物质在浮升力的作用下而上升。混合通风方式下混合空气和污染物会遍及整个房间（如图1a）。当在地板平面供给低速空气，在天花平面排走温暖、污染的空气，室内空间的空气品质会比传统的混合通风方式好。比较这两种系统，可以发现置换通风整个空间的污染物浓度较混合通风的的浓度低。（我们假设两种通风方式的空气流量、污染率、房间尺寸相等。）

    本文中提到的置换通风，能提供良好空气品质（即减少整个空间的污染）。已证明在餐厅、会议室、教室和其他抽烟的房间采用置换通风在提高空气品质方面优于混合通风。

    2.3 置换通风的基本特征

    置换通风的基本特征是水平方向会产生热力分层现象。置换通风下送上回的特点决定了空气在水平方向会分层，并产生温度梯度。如果在底部送新鲜的冷空气，那么最热的空气层在顶部，最冷的空气层在底部。置换空气在水平方向汇入上升气流，由于送风量有限，在某一高度送风会产生循环。我们把产生循环的分界面高度被称为 “分界高度”。这样，就形成了两个区域的气流形式，底部区域是相对清洁的空气，上部区域存在更多的污染。

    所以为了获得良好的空气品质，通风量必须满足一定要求。以使“分界高度”高于人员活动区，这样人们便处于清洁区。

    由此可见，置换通风不允许我们大量减少空气流量，也不是任何地方都适用。我们发现，通常混合和置换通风系统要求相同的空气流量。不同的是，在同样的空气流量下置换通风通常提供更好的空气品质。

    下列情形更适合采用置换通风：

    ——污染物质比环境空气温度高或密度小；

    ——供给空气比环境空气温度低；

    ——层高大的房间，例如房间层高大于3米。

    浮升力作为驱动力的置换通风在下列情形效率较低：

    ——天花板的高度低于2.3米；

    ——房间空气扰动（湍流）强烈；

    ——污染物比环境空气冷/密度大。

    3 置换通风的应用前景分析

    置换通风的应用是随着置换通风的概念被广泛接受和置换通风末端产品的大量开发、生产、应用而推广开来的。笔者认为置换通风在我国的广泛应用与以下两个方面有很大关系，一是与置换通风末端产品的发展和新产品的开发有关，二是与人们对它的深入了解，特别是设计人员和业主的深入了解有关。

    3.1 置换通风末端产品的发展历史

    最初的置换通风末端装置仅考虑让新鲜空气平稳、均匀的送入室内，送风速度低、温差小，故送风末端体积较大，相应的末端装置有圆柱型、半圆柱型、1/4圆柱型、扁平型及平壁型等几种。末端装置一般落地安装。

    随着空调技术的发展，根据新的建筑特点和功能开发了地板送风、座椅下送风的末端装置。其后开发了结合置换通风和冷却吊顶的末端送风装置，并得到应用[5].“置换通风末端装置 冷却吊顶”形式解决了脚冷头暖的不舒适感觉，置换通风末端用来保证卫生要求的通风量和消除湿负荷，冷却吊顶可以消除垂直温度梯度对人的不适感觉，冷却吊顶的应用相对传统的空调系统有特殊意义，就是其采用了辐射换热技术，传统的混合通风，是以采用对流为主的传热方式，而冷却顶板辐射换热的比例大大提高，

    3.2 我国置换通风末端产品的现状

    置换通风的应用与发展是与置换通风末端装置的发展紧密相联系的。

    置换通风目前在我国运用还不十分广泛，究其原因，笔者认为国内生产置换通风末端的厂家少，产品单一，研发能力不强是一重要原因。设计置换通风的工程可选择的设备少，妨碍了置换通风的广泛使用。

    目前全球经济一体化进程加快，中国即将加入世界贸易组织，关税下降，国内市场进一步开放，国外的末端产品逐渐进入中国市场，国内的研究开发也在进一步加强，这就使得置换通风有更广阔的发展空间。

    3.3 新一代置换通风末端装置的研究

    新一代末端装置要考虑的技术思路和问题是解决如下几个问题（1）在人员活动区域减少和消除热力分层对人的影响；（2）减少空气输送量以降低空调机组，风管、风口的初投资，节省通风管道占用的建筑面积，减少空气输送量以减少输运动力，从而减少风机耗能。

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200702/7202.htm