置换通风的原理与应用.ppt

置换通风的原理及应用,一、置换通风的原理（Displacement Ventilation) 置换通风是依靠密度差而形成热气流上升、 冷气流下降的原理实现通风换气的。,置换通风原理:,置换通风是将新鲜空气直接送入工作区(温度通常低于室内工作区的温度)，较凉的空气由于密度大而下沉到地表面,并在地板上形成一层较薄的由新鲜空气扩散所形成的空气湖。室内热源产生向上的对流气流，与较凉的新鲜空气随对流气流向室内上部流动，从而形成室内空气运动的主导气流。排风口设置在房间的顶部，将污染空气排出。热源引起的热对流气流使室内产生垂直的温度梯度。,置换通风的流态,在暖通空调课本的室内气流分布那章节有讲到下部送风 的气流分布，置换通风属于其中的一种。而地板送风也 是下部送风的一种，大家可以考虑下这两种气流分布有 什么不同？ 下面是置换通风的特点：,二、置换通风的特性 1.室内温度和污染物浓度呈层状分布. 根据羽流理论，室内流场分为两个区域： 下部区域为低温单向流动区，污染物浓度最低，空气品质好，存在垂直温度梯度和浓度梯度；上部区域为紊流混合区，温度高，污染物浓度高，但温度场和浓度场较均匀，接近排风；两个区域间还存在一定高度、一定厚度的界面热力分层高度。这一分层高度极重要.合理控制它才能保证置换通风的空气质量，达到节能效果。,置换通风房间的热力分层,在置换通风中，新鲜空气qs以极低的流速从通风器流出。通常送风温度低于室温24 ，送风的密度大于室内空气的密度。在重力作用下，送风下沉到地面形成空气湖。空气湖中的新鲜空气受热源上升气流的卷吸作用、后续新风的推动作用及排风口的抽吸作用而缓慢上升,形成向上单向流动。,因此在顶部形成一个热浊空气层。由连续性原理，在任一个标高平面上的上升气流流量qp等于送风量qs 与回返气流流量qr之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量qp 正好等于送风量qs ,在该平面上回返空气量为零。在稳定状态时，这个界面将室内空气在流态上分成两个区域，即上部的紊流混合区和下部的单向流动清洁区。 只要保证分层高度(地面到界面的高度) 在人员工作区以上，就可以保证工作区优良的空气品质。,置换通风的热力分层,2.室内空气的流速低，速度场平稳，呈层流或低紊流状态. 3.污染物在人停留区不扩散，而被上升的气流直接带到上部非人活动区.,与稀释通风相比，置换通风是以浮力控制为动力平推出室内污染物； 具有较高的空气品质和热舒适性； 具有较高的通风效率； 室内有着截然不同的温度场、速度场和浓度场。,特性：,三.置换通风房间室内温度、速度与浓度的分布 由于热源引起的上升气流使热气流浮向房间的顶部，因此房间在垂直方向上形成温度梯度，如图a 中曲线D 所示。 该图中的水平虚线表示离地面1.1 m 的高度。该高度表示人坐姿时呼吸带高度。室内垂直温度梯度形成了脚寒头暖的局面，这种现象有悖于人体的舒适性规律。因此应控制离地面0.1 m(脚踝高度) 至1.1 m 之间的温差不能超过人体所容许的程度。,置换通风的温度、速度和相对浓度分布 曲线D表示置换通风 曲线M 表示稀释通风相对浓度以房间平均浓度为基准,图a中曲线M表示稀释通风时的温度曲线。其出口温度较低，出口空气与周围空气充分混合后温度迅速提高并在垂直方向上保持几乎相等的温度，即温度梯度极小。 图b 中的曲线D 表示置换通风室内速度分布。可见置换通风出口风速约为0.25 m/s ,而在1.1 m 处的风速仅为0.08m/s,而且在距地板0.5m 以上的高度其风速均低于0.08 m/s。稀释通风的速度分布如曲线M所示。该种方法室内风速均高于置换通风。 图c 中的曲线D表示置换通风室内浓度分布。图中呈现浓度梯度的趋势与温度分布相似。即上部浓度高,下部浓度低,在1.1m以下的工作区其浓度远低于上部的浓度。当通风量相同时,稀释通风室内浓度分布如曲线M所示。由图可见，在1.1m以下工作区，置换通风方式明显优于稀释通风。,四、两种通风方式的比较 1.混合通风以建筑空间为本，置换通风以人为本. 2.混合通风以稀释原理为基础，置换通风以浮力控制为动力. 3.在原理上，混合通风的送风仅作为动量源，由此产生卷吸周围空气的射流，而置换通风的送风既是动量源，又是浮力源.,4.从目标和结果看，置换通风是要在工作区创造一个近于新鲜的送风条件，而混合通风则是在整个室内空间形成一个近于排风的空气条件. 5.置换通风与传统通风方式相比具有较好的节能效果（20%以上）,五.置换通风的设计 1）置换通风的设计应符合下列条件: 污染源与热源共存时； 房间高度不小于2.4m； 冷负荷小于120W/m2 的建筑物。 2）置换通风的设计参数应符合下列条件: 坐着时,头部与足部温差thf2； 站着时,头部与足部温差thf3； 吹风风险不满意率的值不大于15%； 热舒适不满意率的值不大于15%； 置换通风房间内的温度梯度小于2/m。,3）置换通风器的选型，其面风速应符合下列条件: 对工业建筑，取面风速v0.5m/s ； 对高级办公室，取面风速v0.2m/s ； 一般根据送风量和面风速v=0.20.5m/s 确定置换通风器的数量。 4）置换通风器的布置应符合下列条件: 置换通风器附近不应有大的障碍物； 置换通风器宜靠外墙或外窗； 圆柱形置换通风器可布置在房间中部； 冷负荷高时,宜布置多个置换通风器； 置换通风器布置应与室内空间协调。,置换通风房间内工作区的温度梯度tn 是影响人体舒适的重要因素。在设计时应根据实际情况确定，可参考表3.5和3.6所示。,表3.5 室内温度tn 及工作区温度梯度,表3.6 欧洲及国际标准中的舒适性指标,5）置换通风房间内的温度梯度： 以高度为3 m的办公室为例，当室内采用置换通风时室内的温度梯度由三部分组成： 即出风后地表层的温升t0. 1 = t0. 1 - ts ; 工作区温度梯度tn = t1. 1 - t0. 1 ; 室内上部温升tp = tp - t1. 1 。 室内送排风温差t = tp - ts , 工作区温差ts = kt + ct ,（K为地面区温升系数、C为停留区温升系数）。 置换通风房间内的上述温度梯度如图3.14 所示。,图 3.14 房间垂直温度梯度,6）送风温度的确定： 送风温度由下式确定:,式中:,c停留区温升系数，,k地面区温升系数，,也可分别见表3-7和表3-8所示。,表3.7 温升系数C值,表3.8 温升系数K值,7) 新风量的确定： 按室内人员确定新风量,式中：,n室内人员数；,q每个人所需新风量，q可按房间需要确定， 当室内空气品质要求较高时：,室内空气品质要求中等时：,室内空气品质要求低时：,根据室内有害物发生量确定新风量,式中, G 室内有害物发生量， ； cp 排风的有害物浓度， ； cs 送风的有害物浓度， 。,8) 送风量的确定 根据置换通风热力分层理论，界面上的烟羽流量qp与送风流量qs相等，即：,分层高度分别为Z1=1.1m以及Z2=1.8m时的烟羽流量。,9) 送排风温差的确定 在置换通风的房间内，在满足热舒适性要求条件下，送排风温差随着顶棚高度的增高而变大。列出了送排风温差与房间高度的关系。,表送排风温差与房间高度的关系,10) 置换通风末端装置的选择与布置 置换通风的出口风速低、送风温差小的特点导致置换通风系统的送风量大，其末端装置体积相对来说也较大。置换通风末端装置通常有圆柱型、半圆柱型、1/ 4 圆柱型、扁平型4种，如图所示。 图3.19是在工业厂房中应用的实例。落地式置换通风末端装置在会议厅的应用如图3.20所示。架空式置换通风器在办公室的应用如图3.21所示。,圆柱型置换通风器 半圆柱型置换通风器,扁平型置换通风器 圆柱型置换通风器,落地式置换通风在工业厂房的应用,通风在上海某会议厅的应用,架空式通风器在办公室的应用,六、置换通风与冷却顶板(DV+CC) 1.冷却顶板 所谓冷却顶板技术是将全部或部分顶板的 温度降至并保持在室温之下，利用顶板来消 除室内热负荷。 冷却顶板只能除去显热负荷，且没有提供 换气，一般与置换通风相结合。,2.系统设计的特殊性 1）减少了能量消耗. 2）冷却顶板的供水温度高（一般高于露点2）. 3）由于冷冻水温度高，有条件可采用天然冷源. 4）置换通风的气流是自下而上的，为架空地板也可采用侧向送风，但要设计好气流组织.,3.冷却顶板加置换通风的优缺点 1）热舒适性好，室内空气品质好 2）处理