摘要：置换通风是一种新的通风方式。置换通风以低速在房间下部送风，气流以类似层流的活塞流状态缓慢向上移动，到达一定高度受热源和顶板的影响，产生紊流，形成紊流区，气流出现热力分层现象，置换通风由于能同时解决空调节能和改善室内空气品质两大问题而越来越受到人们的关注。
关键词：置换通风层流 热力分层
一、前言
随着人们生活水平的不断提高，人们对室内空气品质的要求也越来越高。然而，随着人们生活水平的不断提高，各种新型建筑材料、装修材料、日用化学品进入居民住宅，这些物品散发出的污染物直接导致了室内空气品质的下降，引起头痛、困倦、恶心和流鼻涕等症状，此类症状被统称为 “病态建筑综合症[1]，所以人们越来越关注一种新型的通风方式——置换通风。
二、国内外对置换通风的研究情况
国外对置换通风的研究比较早，已有近百年的历史, 20世纪40年代欧洲人Baturin最早对置换通风进行了系统和科学的研究[2]。早在1989年，国外学者Svensson对置换通风空调系统在北欧市场的应用情况进行过统计，在工业空调中置换通风空调系统约占50%，而在民用空调中为25%左右[3]。上世纪90年代，瑞士、德国等研究人员用实验测试和理论分析的方法，对置换通风的许多方面，特别是在空气品质和热舒适性方面进行了细致的研究。与此同时，美国和日本的研究人员也对置换通风进行了研究，丰富和完善了置换通风的各项技术。
国内对置换式通风的研究起步较晚，对置换通风的研究也只在近十几年，目前许多技术尚未完善和成熟[4]，对其探索和研究还限于应用数值模拟和有限的实验相结合的方法，但数值模拟占主要地位。国内的上海大剧院就同时采用了座椅下送风的置换通风和楼层局部诱导送风和包厢的局部上送风的送风体系。
三、置换通风原理与特点
置换通风是依靠密度差所产生的压差为动力来实现室内空气的置换。置换通风的送风分布靠近地板，送风速度一般为0.25m/s左右，送风温差一般为2-4℃，送风动量低，以至于对室内主导流无任何实际影响，使得送风气流与室内空气掺混量很小，送入的较冷新鲜空气因密度大首先沉积在房间底部，随后慢慢扩散，像水一样弥漫到整个房间的底部，在地板上某一高度内形成一个洁净的“空气湖”。当遇到热源时，它被加热，以自然对流的形式慢慢升起，气流以类似层流的活塞流的状态缓慢向上移动，同时污染物也被携带向房间的上部或侧上部移动，脱离人的停留区，到达一定高度受热源和顶板的影响，发生紊流现象，产生紊流区。如果热羽流量在近顶棚处大于送风量，根据流体流动的连续性原理，必将有一部分热浊气流下降返回，因此在顶部形成一个热浊空气层。在任一个标高平面上的上升气流流量等于送风量与回返气流流量之和。因此必将在某一个平面上烟羽流量正好等于送风量，在该平面上回返空气量等于零，气流产生热力分层现象。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：下部单向流动区和上部混合区。空气温度场和浓度场在这两个区域有非常明显的差异，下部单向流动区存在一明显垂直温度梯度和浓度梯度，而上部紊流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风的温度和污染物浓度。因此，只要保证热力分层高度在工作区以上，就可以保证人体处于的工作区具有优良的空气品质。
四、置换通风的评价指标
国内外一些较为成熟的综合或单项评价指标有：
(1)当量评价指标。它是评价室内环境的综合指标。
(2)主观评价与客观评价相结合的综合评价方法。同济大学的沈晋明于1997年建立起一套比较符合国际模式和我国国情的评价方法，这一方法主要有三条途径，即客观评价、主观评价和个人背景资料评价。其中，客观评价是直接用室内污染物指标来评价IAQ的方法，选择具有代表性的污染物作为评价指标，来全面、公正地反映IAQ的状况；主观评价室内空气品质即人们进入待测室内空气品质的空间中，对室内空气品质填写一张调查单，表示自己对空气品质的满意或者不满意程度。
(3)IAQ等级的模糊综合评价。该方法的关键是建立IAQ等级评价的模糊数学模型，确定各类健康影响因素对可能出现的评判结果的影响程度。
(4)计算流体动力学(简称CFD)技术对IAQ的评估。近年来，CFD技术己被应用于建筑通风空调设计领域。该方法利用室内空气的质量、动量和能量守恒原理，采用合适的湍流模型，给出适当的边界条件和初始条件，用CFD方法求出室内各点的气流速度、温度和相对湿度等。
(5)通风效率”和“换气效率”评价标准。这两个指标是从发挥通风空调设备和系统的效应，进行有效通风，提高IAQ出发提出来的。
五、置换通风适用的冷源
是否采用置换通风的空调方式，首先要考虑选用何种冷源。置换通风要求采用中央冷水机组提供集中冷源，采用空气处理设备集中处理空气，采用水泵、水管输送冷水。传统的混合通风可以采用中央冷水机组也可以采用其他形式的冷源，比如分体式空调，VRV系统、单元式空调机组、直接蒸发式制冷机等等。
选用何种主机与初投资和运行费用的多少有直接关系。对于小型空调系统，直接蒸发制冷设备总是比冷水机组便宜，但是中大型工程这方面的费用比较接近。运行费用通常与空气处理方法有关，当然还与采用何种主机及其运行有关。
置换通风适用于采用冷水机组提供冷源的空调方式，若是用其他冷源形式一般不考虑采用置换通风。置换通风要求的送风温度较高，冷水机组可以利用三通控制阀提供可变的换热盘管温度，因此采用这种设备稳定性好。相反，直接蒸发制冷设备，具有固定的换热盘管温度，就算是采用多个压缩机，盘管温度也只能分档调节。
置换通风要求采用冷水机组，因此从经济性方面考虑，置换通风不适用于小型的空调系统。对于大中型系统，当初投资对业主来说是非常重要的考虑因素时，也应认真考虑。
六、置换通风的适用性分析
通常混合通风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。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。更适合采用置换通风的情形有以下几种：
(1)污染物质比环境空气温度高或密度小；
(2)供给空气比环境空气温度低；
(3)层高大的房间，例如房间层高大于3米。
参考文献：
[1]Steve．M．Indoor Air Quality-solution and stragies[J]．1995(2)，255-260.
[2]陈光，王东，伟方正等．置换通风的发展及研究现状[J]．建筑热能暖通空调，2007(2)，23-28.
[3]Svensson A.Nordic Experiences of Displacement Ventilation Systems[J]．ASHARE Transactions 1989，95(2)1013-1017.
[4]龚毅．暖通空调系统部件对室内空气品质影响的分析[J]．制冷，1997,(3)，64-67.
