评价网 > 科教论文 > 工学毕业论文 > 土木工程论文 > 正文

置换通风的应用前景及其适用

2013-09-19 01:17 摘要：本文分析了空调系统节能和舒适性空调系统的意义，阐述了置换通风的概念、基本原理、基本特征。提出了置换通风新型末端装置研究、开发的技术思路。对置换通风的适用性问题，进行了举例分析。
    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；