置換通風在海上生活樓的應用探討

曹紅蕊

(天津中海油工程設計有限公司 天津 300452)

0 引 言

置換通風是一種新的通風方式，這種送風方式與傳統的混合通風方式相比，可使室內工作區得到較高的空氣品質和熱舒適性，并具有較高的通風效率。

海洋平臺生活樓最大的能耗設備就是空調，空調節能和室內空氣品質是當前暖通空調界面臨的兩大課題，而置換通風能在一定程度上較好地解決這兩個問題。為了在工作區獲得同樣的溫度，置換通風系統所要求的送風溫度高于混合通風，這就為利用低品位能源以及在一年中更長時間地利用自然通風冷卻提供了可能性，以達到節能的效果。

1 置換通風分析研究

1.1 置換通風原理

置換通風是將新鮮空氣直接送入工作區，并在地板上形成一層較薄的空氣湖。空氣湖是由較涼的新鮮空氣擴散而成，室內的熱源產生向上的對流氣流。新鮮空氣隨對流氣流向室內上部流動形成室內空氣運動的主導氣流。排風口設置在房間的頂部，將污染空氣排出。

1.2 置換通風特性分析

傳統的混合通風以稀釋原理為基礎，而置換通風是以浮力控制為動力。這兩種通風方式在設計目標上存在著本質差別，混合通風是以建筑空間為本，而置換通風是以人為本，由此在通風動力源、通風技術措施、氣流分布等方面及最終的通風效果上都存在一系列差異，如表1所示。

表1 混合通風與置換通風對比表Tab.1 Contrast between mixing ventilation and displacement ventilation

2 置換通風空調設計

某海洋平臺生活樓會議室建筑特征為西、南面是不帶外窗的外墻面，東面為帶空調內隔墻，北面為生活樓走廊，頂部為帶空調的屋面。房間外形尺寸為長 8.8,m、寬 5.45,m、高4,m，天花板吊頂高 3.2,m，室內建筑面積 48,m2。會議室的平面布置圖如圖1所示。

會議室為非吸煙條件下的室內環境，最多使用人數為30人，室內人均面積 1.6,m2/p，使用時間為 9：00～11：00、14：00～16：00，每小時使用 45,min，休息 15,min。

圖1 會議室平面布置圖Fig.1 Floor plan of the meeting room

2.1 設計計算標準

室內工作間熱舒適性為：最低送風溫度 tmin＝23,℃，最高送風溫度 tmax＝27,℃，平均送風溫度 toz＝25,℃，人員頭部與腳踝處空氣溫差 Δthf＝2～3,℃，房間內溫度梯度 Δt＝2,℃/m，人腳踝處風速Voz≤0.2,m/s。

室內工作區空氣質量為：人體呼吸的空氣中 CO2的濃度Coz≤1,000,mL/m3。

2.2 熱舒適性設計

會議室內空調各項冷負荷如表2所示。

表2 會議室空調各項冷負荷Tab.2 List of cooling loads of air conditioner in the meeting room

室內送、排風溫度及其溫差為根據“50%規律”繪制出“室內垂直方向溫度分布圖”(見圖 2)。由圖2可看出：te-ts＝10.4,℃，ts＝17.8,℃，te＝28.2,℃。

室內空調送風量LS：

室內地面處送風溫度tf，由計算或圖2得出tf＝23,℃。

圖2 室內垂直方向溫度分布圖Fig.2 Indoor temperature profile at the vertical direction

2.3 空氣質量設計

2.3.1 室內各熱源對流空氣流量LS

在工作區內，人員和電腦是室內主要的熱源。根據人體和物體的自然對流流量表或常用物體實際對流量圖可知，提供給人員和電腦較適宜的對流空氣流量分別為 36,m3/h和108,m3/h。這樣室內的對流空氣流量為：

2.3.2 室內人員呼吸的污染物濃度 Cexp和污染物排放的濃度Ce

由于室內污染源主要為人體，故將人體散發至空氣中的CO2作為室內污染物。這樣由以下公式計算：

室內污染物CO2的排污濃度：

室內人員呼吸的CO2的濃度：

送風中的CO2的濃度：

式中：LCO2——人體散發出的 CO2的量，0.021 6,m3/(h·p)×30,p＝0.648,m3/h；

Cexp——室內人員呼吸的CO2的濃度，1,000,mL/m3；

ηexp——送入的置換氣流對室內 CO2氣體的排污效率，由送風量Ls與排污效率ηexp的關系圖查得ηexp＝5；

?r——回風率(%)；

Cx——室外新風的 CO2濃度，350,mL/m3；

Lr——通風空調系統的循環回風風量(m3/h)，Lr＝?r·Ls；

Lx——通風空調系統的室外新風風量(m3/h)，Lx＝(1-?r)·Ls。

將數字帶入以上計算式后分別得：

Ce＝Cs＋500；5,000＝Ce＋4,Cs；Cs＝350＋?r(Ce-350)

這樣 Cs＝900,mL/m3，Ce＝1,400,mL/m3，?r＝52.4%。

2.4 通風空調系統的實際送風量

空調系統的送風量應取以下 3項中的最大值，則通風空調系統的實際送風量Ls取1,737,m3/h。

規范和標準要求為：人體呼吸的 CO2濃度不大于1,000,mL/m3；換氣次數 n≥5,h-1。室內空氣質量設計所需的送風量 Ls＝1,737,m3/h，Cexp＝1,000,mL/m3，n＝6.3,h-1。室內熱舒適性設計所需的送風量Ls＝1,296,m3/h，n＝5.2,h-1。

2.5 室內空調及系統送風參數

根據送風量 Ls＝1,737,m3/h，分別計算室內空調系統送風量參數值見表3。

表3 室內空調系統送風參數Tab.3 Indoor air supply parameters of the air conditioner

室內活動區溫度差Δt 1.31,℃/m室內頭與腳處溫度差Δthf 2,℃室內活動區最高溫度tmax.oz 27,℃室內空氣排風溫度te 28.2,℃室內空氣的CO2送風濃度Cs 900,mL/m3人員呼吸的CO2濃度Cexp 1,000,mL/m3室內空氣的CO2排風濃度Ce 1 400,mL/m3

2.6 室內散流器的選擇及布置

室內散流器安裝在西面墻壁上，室內送風散流器的個數根據總送風量和散流器的流量而定。選取風量為 450,m3/h的散流器，散流器的個數N＝Ls/ls＝1,737/450＝4個。

3 結 語

海洋平臺生活樓是海上人員工作生活的主要場所，其空氣品質的好壞對人體健康有著至關重要的影響，而改善室內空氣品質的有效途徑之一就是采取有效的通風方式。置換通風效率高，可明顯改善室內空氣品質，其應用于生活樓具有重要的研究價值。■

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