置換通風(fēng)在海上生活樓的應(yīng)用探討

曹紅蕊

(天津中海油工程設(shè)計(jì)有限公司 天津 300452)

0 引 言

置換通風(fēng)是一種新的通風(fēng)方式，這種送風(fēng)方式與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)方式相比，可使室內(nèi)工作區(qū)得到較高的空氣品質(zhì)和熱舒適性，并具有較高的通風(fēng)效率。

海洋平臺(tái)生活樓最大的能耗設(shè)備就是空調(diào)，空調(diào)節(jié)能和室內(nèi)空氣品質(zhì)是當(dāng)前暖通空調(diào)界面臨的兩大課題，而置換通風(fēng)能在一定程度上較好地解決這兩個(gè)問(wèn)題。為了在工作區(qū)獲得同樣的溫度，置換通風(fēng)系統(tǒng)所要求的送風(fēng)溫度高于混合通風(fēng)，這就為利用低品位能源以及在一年中更長(zhǎng)時(shí)間地利用自然通風(fēng)冷卻提供了可能性，以達(dá)到節(jié)能的效果。

1 置換通風(fēng)分析研究

1.1 置換通風(fēng)原理

置換通風(fēng)是將新鮮空氣直接送入工作區(qū)，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(kuò)散而成，室內(nèi)的熱源產(chǎn)生向上的對(duì)流氣流。新鮮空氣隨對(duì)流氣流向室內(nèi)上部流動(dòng)形成室內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)氣流。排風(fēng)口設(shè)置在房間的頂部，將污染空氣排出。

1.2 置換通風(fēng)特性分析

傳統(tǒng)的混合通風(fēng)以稀釋原理為基礎(chǔ)，而置換通風(fēng)是以浮力控制為動(dòng)力。這兩種通風(fēng)方式在設(shè)計(jì)目標(biāo)上存在著本質(zhì)差別，混合通風(fēng)是以建筑空間為本，而置換通風(fēng)是以人為本，由此在通風(fēng)動(dòng)力源、通風(fēng)技術(shù)措施、氣流分布等方面及最終的通風(fēng)效果上都存在一系列差異，如表1所示。

表1 混合通風(fēng)與置換通風(fēng)對(duì)比表Tab.1 Contrast between mixing ventilation and displacement ventilation

2 置換通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)

某海洋平臺(tái)生活樓會(huì)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(diào)內(nèi)隔墻，北面為生活樓走廊，頂部為帶空調(diào)的屋面。房間外形尺寸為長(zhǎng) 8.8,m、寬 5.45,m、高4,m，天花板吊頂高 3.2,m，室內(nèi)建筑面積 48,m2。會(huì)議室的平面布置圖如圖1所示。

會(huì)議室為非吸煙條件下的室內(nèi)環(huán)境，最多使用人數(shù)為30人，室內(nèi)人均面積 1.6,m2/p，使用時(shí)間為 9：00～11：00、14：00～16：00，每小時(shí)使用 45,min，休息 15,min。

圖1 會(huì)議室平面布置圖Fig.1 Floor plan of the meeting room

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

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

室內(nèi)工作區(qū)空氣質(zhì)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(shè)計(jì)

會(huì)議室內(nèi)空調(diào)各項(xiàng)冷負(fù)荷如表2所示。

表2 會(huì)議室空調(diào)各項(xiàng)冷負(fù)荷Tab.2 List of cooling loads of air conditioner in the meeting room

室內(nèi)送、排風(fēng)溫度及其溫差為根據(jù)“50%規(guī)律”繪制出“室內(nèi)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(nèi)空調(diào)送風(fēng)量LS：

室內(nèi)地面處送風(fēng)溫度tf，由計(jì)算或圖2得出tf＝23,℃。

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

2.3 空氣質(zhì)量設(shè)計(jì)

2.3.1 室內(nèi)各熱源對(duì)流空氣流量LS

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

2.3.2 室內(nèi)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(nèi)污染源主要為人體，故將人體散發(fā)至空氣中的CO2作為室內(nèi)污染物。這樣由以下公式計(jì)算：

室內(nèi)污染物CO2的排污濃度：

室內(nèi)人員呼吸的CO2的濃度：

送風(fēng)中的CO2的濃度：

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

Cexp——室內(nèi)人員呼吸的CO2的濃度，1,000,mL/m3；

ηexp——送入的置換氣流對(duì)室內(nèi) CO2氣體的排污效率，由送風(fēng)量Ls與排污效率ηexp的關(guān)系圖查得ηexp＝5；

?r——回風(fēng)率(%)；

Cx——室外新風(fēng)的 CO2濃度，350,mL/m3；

Lr——通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)回風(fēng)風(fēng)量(m3/h)，Lr＝?r·Ls；

Lx——通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的室外新風(fēng)風(fēng)量(m3/h)，Lx＝(1-?r)·Ls。

將數(shù)字帶入以上計(jì)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際送風(fēng)量

空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量應(yīng)取以下 3項(xiàng)中的最大值，則通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際送風(fēng)量Ls取1,737,m3/h。

規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求為：人體呼吸的 CO2濃度不大于1,000,mL/m3；換氣次數(shù) n≥5,h-1。室內(nèi)空氣質(zhì)量設(shè)計(jì)所需的送風(fēng)量 Ls＝1,737,m3/h，Cexp＝1,000,mL/m3，n＝6.3,h-1。室內(nèi)熱舒適性設(shè)計(jì)所需的送風(fēng)量Ls＝1,296,m3/h，n＝5.2,h-1。

2.5 室內(nèi)空調(diào)及系統(tǒng)送風(fēng)參數(shù)

根據(jù)送風(fēng)量 Ls＝1,737,m3/h，分別計(jì)算室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量參數(shù)值見表3。

表3 室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)參數(shù)Tab.3 Indoor air supply parameters of the air conditioner

室內(nèi)活動(dòng)區(qū)溫度差Δt 1.31,℃/m室內(nèi)頭與腳處溫度差Δthf 2,℃室內(nèi)活動(dòng)區(qū)最高溫度tmax.oz 27,℃室內(nèi)空氣排風(fēng)溫度te 28.2,℃室內(nèi)空氣的CO2送風(fēng)濃度Cs 900,mL/m3人員呼吸的CO2濃度Cexp 1,000,mL/m3室內(nèi)空氣的CO2排風(fēng)濃度Ce 1 400,mL/m3

2.6 室內(nèi)散流器的選擇及布置

室內(nèi)散流器安裝在西面墻壁上，室內(nèi)送風(fēng)散流器的個(gè)數(shù)根據(jù)總送風(fēng)量和散流器的流量而定。選取風(fēng)量為 450,m3/h的散流器，散流器的個(gè)數(shù)N＝Ls/ls＝1,737/450＝4個(gè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

海洋平臺(tái)生活樓是海上人員工作生活的主要場(chǎng)所，其空氣品質(zhì)的好壞對(duì)人體健康有著至關(guān)重要的影響，而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的有效途徑之一就是采取有效的通風(fēng)方式。置換通風(fēng)效率高，可明顯改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，其應(yīng)用于生活樓具有重要的研究?jī)r(jià)值?！?/p>

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