置换通风在海上生活楼的应用探讨

曹红蕊

(天津中海油工程设计有限公司 天津 300452)

0 引 言

置换通风是一种新的通风方式，这种送风方式与传统的混合通风方式相比，可使室内工作区得到较高的空气品质和热舒适性，并具有较高的通风效率。

海洋平台生活楼最大的能耗设备就是空调，空调节能和室内空气品质是当前暖通空调界面临的两大课题，而置换通风能在一定程度上较好地解决这两个问题。为了在工作区获得同样的温度，置换通风系统所要求的送风温度高于混合通风，这就为利用低品位能源以及在一年中更长时间地利用自然通风冷却提供了可能性，以达到节能的效果。

1 置换通风分析研究

1.1 置换通风原理

置换通风是将新鲜空气直接送入工作区，并在地板上形成一层较薄的空气湖。空气湖是由较凉的新鲜空气扩散而成，室内的热源产生向上的对流气流。新鲜空气随对流气流向室内上部流动形成室内空气运动的主导气流。排风口设置在房间的顶部，将污染空气排出。

1.2 置换通风特性分析

传统的混合通风以稀释原理为基础，而置换通风是以浮力控制为动力。这两种通风方式在设计目标上存在着本质差别，混合通风是以建筑空间为本，而置换通风是以人为本，由此在通风动力源、通风技术措施、气流分布等方面及最终的通风效果上都存在一系列差异，如表1所示。

表1 混合通风与置换通风对比表Tab.1 Contrast between mixing ventilation and displacement ventilation

2 置换通风空调设计

某海洋平台生活楼会议室建筑特征为西、南面是不带外窗的外墙面，东面为带空调内隔墙，北面为生活楼走廊，顶部为带空调的屋面。房间外形尺寸为长 8.8,m、宽 5.45,m、高4,m，天花板吊顶高 3.2,m，室内建筑面积 48,m2。会议室的平面布置图如图1所示。

会议室为非吸烟条件下的室内环境，最多使用人数为30人，室内人均面积 1.6,m2/p，使用时间为 9：00～11：00、14：00～16：00，每小时使用 45,min，休息 15,min。

图1 会议室平面布置图Fig.1 Floor plan of the meeting room

2.1 设计计算标准

室内工作间热舒适性为：最低送风温度 tmin＝23,℃，最高送风温度 tmax＝27,℃，平均送风温度 toz＝25,℃，人员头部与脚踝处空气温差 Δthf＝2～3,℃，房间内温度梯度 Δt＝2,℃/m，人脚踝处风速Voz≤0.2,m/s。

室内工作区空气质量为：人体呼吸的空气中 CO2的浓度Coz≤1,000,mL/m3。

2.2 热舒适性设计

会议室内空调各项冷负荷如表2所示。

表2 会议室空调各项冷负荷Tab.2 List of cooling loads of air conditioner in the meeting room

室内送、排风温度及其温差为根据“50%规律”绘制出“室内垂直方向温度分布图”(见图 2)。由图2可看出：te-ts＝10.4,℃，ts＝17.8,℃，te＝28.2,℃。

室内空调送风量LS：

室内地面处送风温度tf，由计算或图2得出tf＝23,℃。

图2 室内垂直方向温度分布图Fig.2 Indoor temperature profile at the vertical direction

2.3 空气质量设计

2.3.1 室内各热源对流空气流量LS

在工作区内，人员和电脑是室内主要的热源。根据人体和物体的自然对流流量表或常用物体实际对流量图可知，提供给人员和电脑较适宜的对流空气流量分别为 36,m3/h和108,m3/h。这样室内的对流空气流量为：

2.3.2 室内人员呼吸的污染物浓度 Cexp和污染物排放的浓度Ce

由于室内污染源主要为人体，故将人体散发至空气中的CO2作为室内污染物。这样由以下公式计算：

室内污染物CO2的排污浓度：

室内人员呼吸的CO2的浓度：

送风中的CO2的浓度：

式中：LCO2——人体散发出的 CO2的量，0.021 6,m3/(h·p)×30,p＝0.648,m3/h；

Cexp——室内人员呼吸的CO2的浓度，1,000,mL/m3；

ηexp——送入的置换气流对室内 CO2气体的排污效率，由送风量Ls与排污效率ηexp的关系图查得ηexp＝5；

ϕr——回风率(%)；

Cx——室外新风的 CO2浓度，350,mL/m3；

Lr——通风空调系统的循环回风风量(m3/h)，Lr＝ϕr·Ls；

Lx——通风空调系统的室外新风风量(m3/h)，Lx＝(1-ϕr)·Ls。

将数字带入以上计算式后分别得：

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

这样 Cs＝900,mL/m3，Ce＝1,400,mL/m3，ϕr＝52.4%。

2.4 通风空调系统的实际送风量

空调系统的送风量应取以下 3项中的最大值，则通风空调系统的实际送风量Ls取1,737,m3/h。

规范和标准要求为：人体呼吸的 CO2浓度不大于1,000,mL/m3；换气次数 n≥5,h-1。室内空气质量设计所需的送风量 Ls＝1,737,m3/h，Cexp＝1,000,mL/m3，n＝6.3,h-1。室内热舒适性设计所需的送风量Ls＝1,296,m3/h，n＝5.2,h-1。

2.5 室内空调及系统送风参数

根据送风量 Ls＝1,737,m3/h，分别计算室内空调系统送风量参数值见表3。

表3 室内空调系统送风参数Tab.3 Indoor air supply parameters of the air conditioner

室内活动区温度差Δt 1.31,℃/m室内头与脚处温度差Δthf 2,℃室内活动区最高温度tmax.oz 27,℃室内空气排风温度te 28.2,℃室内空气的CO2送风浓度Cs 900,mL/m3人员呼吸的CO2浓度Cexp 1,000,mL/m3室内空气的CO2排风浓度Ce 1 400,mL/m3

2.6 室内散流器的选择及布置

室内散流器安装在西面墙壁上，室内送风散流器的个数根据总送风量和散流器的流量而定。选取风量为 450,m3/h的散流器，散流器的个数N＝Ls/ls＝1,737/450＝4个。

3 结 语

海洋平台生活楼是海上人员工作生活的主要场所，其空气品质的好坏对人体健康有着至关重要的影响，而改善室内空气品质的有效途径之一就是采取有效的通风方式。置换通风效率高，可明显改善室内空气品质，其应用于生活楼具有重要的研究价值。■

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