置換通風(fēng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與節(jié)能效果比較

1、    置換通風(fēng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與節(jié)能效果比較         來(lái)源：歲月聯(lián)盟    作者：佚名    時(shí)間：2010-08-24                    摘要：轉(zhuǎn)換通風(fēng)作為改善空調(diào)房間空氣品

2、質(zhì)的一種重要方式，近年來(lái)倍受關(guān)注。本文分別從人體熱舒適性和控制污染源以保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的角度討論了轉(zhuǎn)換通風(fēng)送風(fēng)量和送風(fēng)溫度的，同時(shí)論證了合理設(shè)計(jì)條件下，置換通風(fēng)的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：置換通風(fēng)，熱舒適性，室內(nèi)空氣品質(zhì)，送風(fēng)量  一、概述一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于空調(diào)房間的混合通風(fēng)方式而言，置換通風(fēng)可以保證良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)而且節(jié)能。從地板或墻底部送風(fēng)口所送冷風(fēng)在地板表面上擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，可形成"空氣湖(air lake)"；并且在熱源周圍形成浮力尾流(buoyant plume)慢慢，帶走熱量。由于風(fēng)速較低，氣流組織紊動(dòng)平緩，沒(méi)有大的渦流，因而室內(nèi)工作區(qū)空氣溫度在水平方向上比較一致，

3、而在垂直方向上分層，層高越大，這種現(xiàn)象越明顯。由熱源產(chǎn)生向上的尾流不僅可以帶走熱負(fù)荷，也將污濁的空氣從工作區(qū)帶到室內(nèi)上方，由設(shè)在頂部的排風(fēng)口排出。底部風(fēng)口送出的新的墻體，余熱及污染物在浮力及氣流組織的驅(qū)動(dòng)力作用下向上運(yùn)動(dòng)，所以置換通風(fēng)能在室內(nèi)工作區(qū)提供良好的空氣品質(zhì)。置換通風(fēng)方式首先在北歐出現(xiàn)，并且在過(guò)去的二十年得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)在近十年內(nèi)也展開(kāi)了大量的研究。1-3置換通風(fēng)雖然有一定的優(yōu)點(diǎn)，但也有其一定的適用條件。置換通風(fēng)一般適用于污染源與發(fā)熱源相關(guān)的場(chǎng)所，且層高不低于2.5m，此時(shí)污濁空氣才易于被浮力尾流帶走；對(duì)房間的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷也有一個(gè)上限，目前的研究表明，如果有足夠的空間來(lái)大型送風(fēng)散流

4、裝置的話，房間冷負(fù)荷可達(dá)120w/。4當(dāng)房間冷負(fù)荷過(guò)大，置換通風(fēng)的動(dòng)力能耗將顯著加大，性下降，而且送風(fēng)裝置占地、占空間的矛盾也更為突出。由于置換通風(fēng)的送風(fēng)口處于工作區(qū)，送風(fēng)溫度必須控制在人體舒適范圍內(nèi)，送風(fēng)溫差的合理確定是置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。如果送風(fēng)溫差設(shè)計(jì)偏小，則會(huì)造成送風(fēng)量偏大，送風(fēng)散流裝置的尺寸大小和數(shù)量增多，設(shè)備投資加大；如果送風(fēng)溫差過(guò)大，送風(fēng)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。根據(jù)Melikov和Nelson4的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)33%的測(cè)試點(diǎn)上超過(guò)15%的人感動(dòng)有吹風(fēng)感，引起不適，40%測(cè)試點(diǎn)上人體頭腳溫差3超過(guò)，這超過(guò)了活動(dòng)區(qū)環(huán)境條件的AS

5、HARE 5592標(biāo)準(zhǔn)。因此，合理的設(shè)計(jì)送風(fēng)量和送風(fēng)溫度是關(guān)系到置換通風(fēng)保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和人體熱舒適性的一個(gè)重要因素。本文分別從人體熱舒適性和控制污染源保證室同空氣品質(zhì)的角度討論置換通風(fēng)送風(fēng)量和送風(fēng)溫度的方法。二、送風(fēng)量計(jì)算1.從人體熱舒適性角度對(duì)于置換通風(fēng)，室內(nèi)空氣溫度在垂直方向的分布近似如圖1所示。Tf為腳面處(0.1m)溫度，由于地板的對(duì)流和輻射傳熱以及送風(fēng)口周圍空氣的卷入，使其略高于送風(fēng)Ts，Td為排風(fēng)溫度，Th為1.1m高度，即人為坐姿時(shí)頭部高度的溫度。瑞典Mundt5理論推導(dǎo)出無(wú)量綱溫度f(wàn)的計(jì)算式： (1)LT：通風(fēng)量M3/h ：空氣密度Kg/m3Cp：空氣定壓比熱KJ/Kg

6、83; A：地板面積 一般情況下，可按下述數(shù)值取：r：房間輻射換熱系數(shù)，r=5w/· r：房間對(duì)流換熱系數(shù)， c=4w/· 圖1 置換通風(fēng)室內(nèi)溫度垂直分布垂直溫度分布是非線形的，且與通風(fēng)量、熱負(fù)荷類型、壁面溫度、輻射熱空間尺寸、風(fēng)口形式等均有關(guān)系。要想準(zhǔn)確的描述它不僅很困難的，而且也沒(méi)這個(gè)必要。因?yàn)槭孢m性角度出發(fā)考慮這個(gè)問(wèn)題，我們最關(guān)心的是人體頭部和腳部之間的溫度。Xiaoxiong Yuan71999根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，得到計(jì)算頭腳溫差的經(jīng)驗(yàn)公式： (2)QO:室內(nèi)人員及電氣設(shè)備負(fù)荷w，Ql：室內(nèi)照明負(fù)荷w，Qe：結(jié)構(gòu)及太陽(yáng)輻射熱負(fù)荷w,式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值如下：A=

7、0.295， B=0.132， C=0.185上述公式在計(jì)算余熱量時(shí)，不計(jì)入室內(nèi)潛熱，因?yàn)橹脫Q通風(fēng)中促成溫度分層的實(shí)際因素是顯熱。而濕度可按污染物濃度計(jì)算8hf3，再根據(jù)不同類型熱負(fù)荷大小，就可以利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式確定在滿足人體熱舒適性條件下所需送風(fēng)風(fēng)量LT。2.從控制污染源濃度及室內(nèi)空氣品質(zhì)的角度考慮置換通風(fēng)的換氣效率要高于混合通風(fēng)，在保證相同的室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下，所需新風(fēng)量要少于混合通風(fēng)所需量，若仍采用混合通風(fēng)方式確定新風(fēng)量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值來(lái)設(shè)計(jì)，必將導(dǎo)致新風(fēng)量大，且浪費(fèi)了冷量。其所需新風(fēng)量的計(jì)算可采用下列經(jīng)驗(yàn)公式6: n為換氣次數(shù)，Q為總負(fù)荷，Lm是混合通風(fēng)方式下通風(fēng)效率為1時(shí)的新風(fēng)量，按AS

8、HRAE1989標(biāo)準(zhǔn)8規(guī)定，應(yīng)由每人最小新風(fēng)量指標(biāo)Rp(L/so人)和每地板所須最小新風(fēng)量指標(biāo)Rb(L/so人)之和確定： PD:人數(shù)，D：差異系數(shù)， A：地板面積，具體取值詳見(jiàn)表17。表1 ASHRAE62-1989R新風(fēng)量要求 使用類型通風(fēng)要求使用指標(biāo)RPRb人員密度差異因數(shù)通風(fēng)效率辦公空間3.00.350.0710.8零售商店3.50.850.150.751.00普通教室3.00.550.3510.90會(huì)議室2.50.350.511.003.送風(fēng)量的確定送風(fēng)量的大小L取LI與LT的較大值在特殊情況下，LI=LT，則空氣處理系統(tǒng)采用100%的新風(fēng)，即空氣處理系統(tǒng)為直流式：一般情況下，LIL

9、T，則新風(fēng)率R=LI/LT。三、 送風(fēng)溫度的送風(fēng)量一旦確定后，就可以根據(jù)負(fù)荷大小確定送風(fēng)溫度Ts和排風(fēng)溫度Td。 當(dāng)室內(nèi)參數(shù)送風(fēng)量L，送風(fēng)量溫度Ts，排風(fēng)溫度Td以及新風(fēng)量LI確定后，就可以確定制冷系統(tǒng)總的冷負(fù)荷。四、計(jì)算示例一個(gè)置換通風(fēng)辦公室，房間尺寸為4m×8m×3m(L×W×H)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷Qe為1.5Kw,照明冷負(fù)荷QI為0.2Kw，人員及設(shè)備冷負(fù)荷Qo為2Kw，單位面積的冷負(fù)荷指標(biāo)115.6w/，室內(nèi)散濕量為0.25g/s，則=14800。試計(jì)算送風(fēng)量和送風(fēng)溫度。工作區(qū)設(shè)計(jì)溫度為24。解：根據(jù)公式2計(jì)算，取Thf=2.5,LT=1001.7

10、m3/h根據(jù)公式 6，且PD取4人，Lm=83.5m3/h根據(jù)公式4：=2.05，所需新風(fēng)量為：LI=40.7m3/hLILT,L=LT=0.278m3/s,Th=24,Tf=24-2.5=21.5根據(jù)公式1：f=0.175，由此得到：Ts=19.5,Te=30.5T=Te-Ts=11.0若采用混合通風(fēng)設(shè)計(jì)，按機(jī)器露點(diǎn)送風(fēng)TL=13，送風(fēng)溫差為13，新風(fēng)量為L(zhǎng)m，由于置換通風(fēng)室內(nèi)溫度垂直分布(21.5-30.5)，故為了增強(qiáng)可經(jīng) ，混合通風(fēng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取平均值TN1=26，則送風(fēng)量及新風(fēng)比分別為：L1=0.236m3/s=849.6m3/h,R1=9.8%根據(jù)置換通風(fēng)及混合通風(fēng)的送風(fēng)溫度及新風(fēng)比可以確定系統(tǒng)的能耗。可以分別計(jì)算置換通風(fēng)和混合通風(fēng)的耗冷量Qd和Qm，對(duì)于置換通風(fēng)，首選確定二次回風(fēng)量L2以及一次回風(fēng)混合點(diǎn)C的焓值iC： 對(duì)于混合通風(fēng)，首選需要確定一次回風(fēng)后的混合點(diǎn)焓值iC: 可以看出，采用置換通風(fēng)設(shè)計(jì)，將會(huì)造成送風(fēng)量加大，造成風(fēng)機(jī)能耗加大，送風(fēng)散流器的大小和數(shù)量增多。但由于新風(fēng)量低于混合通風(fēng)的設(shè)計(jì)值，且置換通風(fēng)送風(fēng)溫度(19.5)明顯高于混合式通風(fēng)(13)，可有效利用二次回風(fēng)，使整個(gè)系統(tǒng)能耗將于混合式通風(fēng)，節(jié)能12%-18%9。五、結(jié)論置換通風(fēng)送風(fēng)量及送風(fēng)溫度是通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，涉及室內(nèi)空氣