置換通風置換通風置換通風起源于北歐，2007年文獻報道該系統(tǒng)在北歐國家已占據(jù)了50%的通風市場，如新建的辦公樓中就有50%～70%采用了置換通風系統(tǒng)。1978年德國柏林的一家鑄造車間首先使用了置換通風裝置，與傳統(tǒng)的混合通風空調方式相比，在我國其普及度還有很大差距。（一）置換通風的原理、基本方式和適用范圍1．原理與基本方式圖2-1-4置換通風的流態(tài)v=0.25m/sv=0.1m/s經(jīng)過熱濕處理后的新鮮空氣，通過空氣分布器低風速(0.25m/s)、小溫差(2~4℃)直接送人活動區(qū)下部，冷空氣沿著地面擴散，從而形成一較薄的空氣層（湖）。室內人員及設備等內熱源在浮力的作用下，形成向上的對流氣流。新鮮空氣隨對流氣流向室內上部區(qū)域流動形成室內空氣運動的主導氣流；熱濁的污染空氣則由設置于房間頂部的排風口排出。見圖2-1-4。

活塞流置換通風置換通風屬于下送風的一種，氣流從位于側墻下部的送風口水平低速送入室內，在浮升力的作用下上升至工作區(qū)，吸收人員和熱設備負荷形成上升的熱氣流（即熱煙羽，簡稱羽流或煙羽）。煙羽沿程不斷卷吸周圍空氣并流向房間頂部。如果煙羽流量在近頂棚處大于送風量，根據(jù)連續(xù)性的原理，必將有一部分熱濁氣流下降返回。因此在頂部形成一個熱濁空氣層。根據(jù)連續(xù)性的原理，在任一個標高平面上的上升氣流流量等于送風量與回返氣流流量之和。因此必將在某一個平面上煙羽流量正好等于送風量，在該平面上回返空氣量等于零。在穩(wěn)定狀態(tài)時，這個界面將室內空氣在流態(tài)上分成兩個區(qū)域，即上部紊流混合區(qū)和下部的單向流動清潔區(qū)，圖2-1-5站立人員產(chǎn)生的上升氣流在置換通風條件下，下部區(qū)域空氣涼爽而清潔，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，就可以確保工作區(qū)優(yōu)良的空氣品質，而上部區(qū)域可以超過工作區(qū)的允許濃度，該區(qū)域不屬于人員停留區(qū)而對人體無妨。見圖2-1-5。置換通風置換通風適合下列情形：（1）污染物質比環(huán)境空氣溫度高或密度小；（2）供給空氣比建筑物環(huán)境空氣溫度低；（3）層高大的房間，例如房間層高大于3米。浮升力作為驅動力的置換通風在下列情形效率較低：（1）天花板的高度低于2.3米；（2）房間空氣擾動（湍流）強烈；（3）污染物比環(huán)境空氣冷或密度大。圖2-1-5站立人員產(chǎn)生的上升氣流通過分析，我們得到如下結論：（1）置換通風是一種高舒適性的空調系統(tǒng)。由于送風速度低，紊流度低，不產(chǎn)生吹風感，因此舒適性很高；新鮮空氣先經(jīng)過人員活動區(qū)，污染物隨熱氣流上升后排出，所以能提供良好的空氣品質。（2）置換通風是一種節(jié)能的空調方式。只需在工作區(qū)保證設計參數(shù)，送風溫度高，相對混合通風，可以減少冷負荷，特別對于高大空間建筑物，此特點更明顯；可以方便的利用低品位能源、利用自然通風供冷。置換通風（3）熱力分層的產(chǎn)生，存在垂直方向的溫度梯度，需要在人員活動區(qū)控制溫度梯度，一般應保持在3℃以內，溫差太大則降低了舒適性；同時要保證一定的送風量，使熱力分層“分層高度”大于人員活動區(qū)，保證人員處于清潔區(qū)。（4）置換通風送風溫度不能太低的限制，使得送風量增大，輸運空氣管路增大，輸運動力增加，不利于經(jīng)濟性。可以開發(fā)新型末端裝置來解決此問題。新型末端裝置可以借鑒誘導通風的原理，提高一次風送風溫差，在送至室內之前，或在人員活動區(qū)將一次風與室內空氣混合，提高送風溫度；可以采用強化傳熱技術，使得室內空氣在人員活動區(qū)迅速分布均勻，減少溫度梯度。（5）置換通風的冷源一般考慮中央冷水機組。（6）從經(jīng)濟性方面考慮，置換通風更適用于大中型空調系統(tǒng)。（7）在層高大于3米時，置換通風的優(yōu)點更明顯。置換通風不適用于層高小于2.5米的房間。置換通風2．特點與適用范圍在活動區(qū)內，置換通風房間的污染物的濃度比混合通風時低。稀釋污染物濃度所需的通風量，在理論上每人為20L/s·p；置換通風時，由于人們在呼吸區(qū)域里得到的是質量最好的空氣，所以實際送風量可大幅度減少。與傳統(tǒng)的混合通風系統(tǒng)相比，置換通風的主要優(yōu)點是：（1）在相同設計溫度下_，活動區(qū)里所需的供冷量較少；（2）利用“免費供冷”的周期比較長久；（3）活動區(qū)內的空氣質量更好。置換通風的弱點是由于出口速度較小，安裝空氣分布器需占用較多墻面。置換通風置換通風系統(tǒng)特別適用于符合下列條件的建筑物：（1）室內通風以排除余熱為主，且單位面積的冷負荷q小于120W／m2；（2）污染物的溫度比周圍環(huán)境溫度高，密度比周圍空氣小；（3）送風溫度比周圍環(huán)境的空氣溫度低；（4）地面至平頂?shù)母叨却笥?m的高大房間；（5）室內氣流沒有強烈的擾動；（6）對室內溫濕度參數(shù)的控制精度無嚴格要求；（7）對室內空氣品質有要求；（8）房間較小，但需要的送風量很大。置換通風系統(tǒng)，不僅意味著室內能獲得更加優(yōu)良的空氣品質，而且，可以減少空調冷負荷，延長免費供冷時段，節(jié)省空調能耗，降低運行費用，尤其在廠房通風及高大公共建筑通風值得大力推廣，當然也可用在辦公室、會議室、計算機機房和劇院等等。置換通風下列情況的建筑，可能采用混合通風方式更合適些：（1）有害物以排除余熱為主，對室內空氣品質沒有嚴格要求；（2）室內平頂高度低于2.3m左右；（3）層高較低需要冷卻的房間，如辦公室，可考慮采用混合通風和冷吊頂；（4）內部氣流擾動強烈的房間；（5）室內的污染物比周圍環(huán)境空氣更寒冷／濃密。稀釋和擠壓的原理可以分別用來解釋混合通風和置換通風

置換通風稀釋通風（混合通風）與置換通風兩種通風方式的比較置換通風Fitzner（1996）給出了下列系統(tǒng)選擇的粗略原則，由圖2-1-6可知：（1）送風量很大時可采用置換通風，不過，由于風量大時空氣分布器需要占用較多的安裝面積；這時，宜選擇安裝在地面上。（2）混合通風廣泛地用于常規(guī)的通風系統(tǒng)中，風量直至15L/s·m2（～50m3／h·m2），冷負荷大約60W/m2或更多，見圖2-1-6圖2-1-6通風系統(tǒng)與通風量與冷負荷的關系（3）冷負荷大和送風量小時，推薦采用平頂供冷（冷吊頂）與混合通風相結合的方式。置換通風3．置換通風系統(tǒng)的評價指標為了滿足活動區(qū)人員的熱舒適要求，保證室內的空氣品質，置換通風系統(tǒng)應滿足下列各項評價指標的要求：（1）坐著時，頭腳溫差：

℃；（2）站著時，頭腳溫差：

℃；（3）吹風風速不滿意率：PD≤15%；（4）熱舒適不滿意率：PPD≤15%；（5）置換通風房間內的溫度梯度：s<2℃／m。（二）置換通風氣流運動

1．氣流分布

圖2-1-8對流形成的垂直氣流運動圖12-1-7與排出物有關的水平氣流運動置換通風置換通風的送風速度通常為0.25m／s左右，送風的動量很低，所以，對室內主導氣流無任何實際的影響。由于較冷的新鮮空氣沿地面形成空氣湖，而熱源引起的熱對流氣流將污染物和熱量帶到房間上部，因此，在下部區(qū)室內產(chǎn)生垂直的溫度梯度和濃度梯度；在上部區(qū)溫度趨于一致且排風溫度高于室內活動區(qū)溫度，排風中的污染物濃度高于室內活動區(qū)的濃度。置換通風的主導氣流由室內熱源控制。置換通風的目的是保持活動區(qū)的溫度和濃度符合設計要求，而允許活動區(qū)上方存在較高的溫度和濃度。與混合通風相比，設計良好的置換通風能更加有效地改善與提高室內空氣品質。圖2-1-7與圖2-1-8分別給出了置換通風的兩種典型的氣流分布型式。

置換通風2．溫度分布由于置換通風提供的新鮮空氣直接地送至活動區(qū)，在地面處可能存在吹冷風的風險，此外，溫度分層可能造成不舒適，見圖2-1-9。為此，設計置換通風系統(tǒng)時，必須對氣流的流型、溫度分布、對流流動、濃度分布等進行詳細研究，以便采取相應的有效措施，做到揚長避短。

圖2-1-9置換通風房間的溫度分層

圖中：θs——送風溫度，℃θe——排風溫度，℃θ——室內離地面任意高度的溫度，℃置換通風（三）置換通風系統(tǒng)的送風口1．低速置換送風口的氣流分布1）送冷風送冷風時，送風溫度通常比室內空氣溫度低1℃～8℃。這時，送風空氣離開置換送風口后，向地面下降，如同地毯一樣沿著地面伸展，如圖2-1-10所示。

圖2-1-10送冷風時的流型2）等溫送風當進風溫度與室內空氣溫度相同時，氣流將按照在空氣分布器表面處的起始流型水平地流人房間，如圖2-1-11所示。圖2-1-12送熱風時的流型置換通風3）送熱風

當送風溫度高于周圍空氣溫度時，氣流將在活動區(qū)里均勻地上升，不擴散，如圖2-1-12所示。由此可以作出結論：只有當送風溫度比室內空氣溫度低時，置換通風才能有效地被應用。圖2-1-12送熱風時的流型置換通風2．常規(guī)置換送風口及主要數(shù)據(jù)（1）扁平型墻面置換送風口這類置換送風口可整體裝在墻內，如圖2-1-13所示。其典型數(shù)據(jù)是：1）寬度（B）：通常為0.60m；2）高度（H）：0.20~1.20m；3）送風量：直至70L/s；4）下部區(qū)最大送風溫差為：4~6℃。圖2-1-13整體的扁平型置換送風口置換通風（2）半圓柱形置換送風口這類置換送風口都是靠墻安裝，氣流從中央呈放射狀向三面擴散，如圖2-1-14所示。置換送風口的典型數(shù)據(jù)是：1）直徑（B）：0.20~1.00m；2）高度（H）：0.60~1.80m；3）送風量：300L/s（1000m3/h）；4）下部區(qū)最大送風溫差為：3℃。圖2-1-14半圓柱形置換送風口（3）圓柱形獨立式置換送風口（圖2-1-15）圖2-1-15圓柱形獨立式置換送風口置換通風（4）1/4圓柱形（角形）置換送風口（圖2-1-16）（5）地面送風置換送風口（圖2-1-17）圖2-1-17地面送風置換送風口圖2-1-161/4圓柱形（角形）置換送風口送風口標準數(shù)據(jù)（垂直旋流）：1）直徑：0.10~0.20m；2）送風量：50L/s（180m3/h）；3）下部區(qū)送風溫差為：3~6℃。置換通風（四）置換通風的相關設計參數(shù)的確定1．送風溫度的確定由于置換通風的送風口處于工作區(qū)，送風溫度必須控制在人體舒適范圍內，如果送風溫差設計偏小，則會造成送風量偏大，送風散流裝置的尺寸大小和數(shù)量增多，設備投資加大；如果送風溫差過大，送風溫度必然較低，人體頭部與腳面之間溫差偏大，使人產(chǎn)生冷感，降低人體熱舒適性。送風溫度由下式確定：

（2-1-26）式中

——停留區(qū)溫升系數(shù)，

；——地表面空氣溫度，℃；

——工作區(qū)上部空氣溫度，℃；

——置換通風送風溫度，℃；

——置換通風排風溫度，℃；

——地面區(qū)溫升系數(shù)，

。

置換通風停留區(qū)溫升系數(shù)

也可根據(jù)房間用途確定。表2-1-8為各種房間的

值。停留區(qū)的溫升系數(shù)地表面部分的冷負荷比例（%）房間用途0.160.250.330.40～2020～6060～10060～100天花板附近照明的場合：博物館、攝影棚、辦公室置換誘導場合高負荷辦公室、冷卻頂棚、會議室表2-1-8各種房間停留區(qū)的溫升系數(shù)地面區(qū)溫升系數(shù)

可根據(jù)房間的用途及單位面積送風量確定。表2-1-9列出了各種房間的

值。表2-1-9各種房間地面區(qū)的溫升系數(shù)地面區(qū)溫升系數(shù)房間單位面積送風量[m3/（m2·h）]房間用途及送風情況0.50.330.205～1015～20＞25僅送最小新風量使用誘導式置換通風器的房間會議室置換通風2．新風量的確定（1）按室內人員確定新風量

（2-1-27）式中

——室內人員數(shù)——每個人所需新風量，q

可按房間需要確定，室內空氣品質要求高，q

=50m3/（h·人）；室內空氣品質要求中等，

q=36m3/（h·人）；室內空氣品質要求低，

q=25m3/（h·人）。（2）按室內有害物發(fā)生量確定新風量

（2-1-28）式中

——室內有害物發(fā)生量，mg/s；——排風的有害物濃度，mg/m3；——送風的有害物濃度，mg/m3。置換通風3．送風量的確定根據(jù)置換通風熱力分層理論，界面上的煙羽流量與送風流量相等，即

當熱源的數(shù)量與發(fā)熱量已知，可用下式求得煙羽流量

（2-1-29）式中

——熱源熱量，W；——溫度膨脹系數(shù)，m3/℃；——煙羽對流卷吸系數(shù)（由實驗確定），1/m3；——分層高度，m；——空氣密度，kg/m3；

——重力加速度，m/s2；——空氣的定壓比熱，J/（kg·℃）。=置換通風通常在民用建筑中的辦公室、教室等工作人員處于坐姿狀態(tài)，工業(yè)建筑中的工作人員處于站姿狀態(tài)。坐姿時的分層高度熱源形式有效能量折算（W）在離地面1.1m處的空氣流量（m3/h）在離地面1.8m處的空氣流量（m3/h）人員：坐或站輕度或中度勞動100～12080～100180～210辦公設備：臺燈計算機/傳真機投影儀臺式復印機/打印機落地式復印機散熱器6030030040010004004010010012020040100200200250400100機器設備：約1m直徑，1m高約1m直徑，2m高約2m直徑，1m高約2m直徑，2m高20004000600080006008009001000Z1=1.1m,站姿時的分層高度

Z2=1.8m。對于常見的熱設備、辦公設備人員，分層高度分別為

Z1=1.1m以及

Z2=1.8m時的煙羽流量可查表2-1-10。表2-1-10熱源引起的上升氣流流量（煙羽流量）置換通風

4．送排風溫差的確定當室內發(fā)熱量已知，送風量已確定時，送排風溫差是可以計算得到的。在置換通風的房間內，滿足熱舒適性要求條件下，送排風溫差隨著頂棚高度的增高而變大。歐洲國家根據(jù)多年的經(jīng)驗確定了送排風溫差與房間高度的關系，如表2-1-11所示。房間高度/m送排風溫差/℃＜33～66～9