置换通风在北京某音乐厅观众厅的应用
置换通风试验原理及计算方法
置换通风是⼀种有效的送风⽅式，它有很多优点：节能，室内空⽓品质好等。
但是它也有很多不⾜：它⼀般⽤来供冷风；如果供热，送风温度有可能⽐室内空⽓温度低，这样的话还是供冷。
国外有的采取了置换加暖⽓⽚的做法，这在我们看来不可思议。
所以置换通风⼀般⽤来供冷。
⼀置换通风的原理 置换通风是基于以下原理送风的：①送风为冷风，其密度⽐室内空⽓⼩。
②空⽓⾯（湖⾯）不断上升。
所谓的湖⾯就是送风（冷空⽓）与室内空⽓的接触⾯。
③冷空⽓上升过程不断吸热，造成了温度分层。
冷空⽓送⼊房间后，由于密度⼤，积压在房间底部，室内污染物在其积压作⽤下会不断上升，以此实现了置换通风。
另外，室内热源的散热对冷空⽓也有⼀定的影响，冷空⽓在其影响下会不断吸热，致使其密度变⼩，不断上升。
⼆通风效率通风效率 EV可以理解为稀释通风时，参与⼯作区内稀释污染物的风量与总风量之⽐，或是污染物排风浓度与⼯作区浓度之⽐。
因此EV也被称为排污效率。
当送⼊房间的空⽓与室内污染物混合均匀时，排风的污染物浓度等于⼯作区浓度时，EV＝1.⼀般的混合通风的⽓流分布形式EV<1.但是，如果清洁空⽓由下部直接送到房间时，排风浓度有可能⼤于⼯作区的浓度，因此EV有可能⼤于1.EV不仅与⽓流分布有关，还与污染物的分布有关。
如果污染源在排风⼝处，那么EV增⼤。
通风效率中浓度可以⽤温度代替，并称之为温度效率ET，或称为能量利⽤系数，表达式为 ET＝（te－ts）÷（t－ts） 式中te、t、ts分别为排风、⼯作区和送风的温度，oC. 三空⽓龄 空⽓质点的空⽓龄是指空⽓质点⾃进⼊房间到达室内某点所经历的时间。
四置换通风与地板送风的⽐较 地板送风与置换通风其实并不⼀定是⼀个概念，地板送风不⼀定就是置换通 这要取决于地板送风的温度和速度。
如果温度较⾼或者速度过于慢，这都不是置换通风。
因为温度过⾼，会使空⽓飘起来，不能把室内污染物挤压出去，这不是置换通风；如果速度过⼤，送风与室内空⽓混合起来，这当然也不是置换通风。
浅谈通风空调几项新技术的应用
浅谈通风空调几项新技术的应用近10年来，采暖、通风、空调技术的发展很快，变化很大，如置换通风，一场泵变流量系统，温湿度独立压制空调系统，蓄冰空调，水、地源热泵等新技术，在国内已有很多应用和成功的工程实例。
本文主要就置换通风作一浅叙，并简介一场泵变流量系统和温湿度独立压制空调系统。
1置换通风置换通风是借助空气浮力作用的机械通风方式。
空气以低风(0.25m／s左右)、高送风温度(≥18。
C)的状态送入房间下部，在送风及室内热源形成的上升气流的作用下，将提升污浊空气提升至顶部排掉。
1．置换通风的工作原理置换通风是借助于密度差所产生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，送风动量低，以至于对室内主导流无任何实际的影响，使得送来风气与室内空气的掺混量很小，送风温差一般为2～4℃。
送入的较冷新鲜空气因密度大在重力带往作用下先是下沉，随后慢慢扩散，像水一样笼罩到整个房间的底部，在湖地板上某一高度内形成一个洁净的空气湖和，当遇到热源时，它被加热，以自然总之对流的形式慢慢升起。
室内热污染源释放出的热浊气流在浮升浊气力作用下上升，并不断卷吸周围空气，在热浊气流上升过程中的卷吸作用和后续新风的“推动”作用以及排风口的“抽吸”作用下，覆盖在地板上方的新鲜空气也缓慢向上移动，形成类似向上的活塞飘流。
同时污染物也被携带向房间的上部或侧半圆形上部移动，脱离人的停留区，最后将余热和污染物由排风口直接排出。
在这种情况下，排风的空气温度高于室内工作温度。
置换通风的主导气流是由室内热源所控制。
2．置换通风系统的适用范围(1)室内通风一须建余燃为主，显热负荷q≤120w/m2。
(2)污染物的温度比周围温度高，密度比周围水汽小，浓度不大且稳定；送风温度比周围环境的空气温度废气低。
(3)地面至平顶的高度大于3m的高大房间。
峰值负荷适中(<40w／m2)的大空间建筑，如体育馆、剧院、音乐厅、博物馆、展览馆、建筑物中庭等。
四种不同座椅送风形式热环境的数值模拟
四种不同座椅送风形式热环境的数值模拟3清华大学 李先庭☆ 陆俊俊 吴 鹏 赵 彬摘要 给出了座椅送风的简化模型和计算方法,将座椅送风工况下的风速和温度的模拟结果与实验小室的实测数据进行对比,二者吻合较好。
利用简化模型模拟了相同设计条件下四种不同座椅送风形式的送风效果,结果表明,座椅下送风+椅背送风形式的热舒适性最好,座椅下送风形式热舒适性最差,另外两者居中。
建议工程设计时应综合考虑热舒适性和经济性来确定座椅送风形式。
关键词 座椅送风 置换通风 计算流体力学Nu m e ri c a l a n a l ysis o n t h e r m a l e n vir o n m e ntu n d e r f o ur ki n d s of c h a ir v e ntil a ti o nBy Li X ianting ★,Lu Junjun ,Wu P eng and Zhao BinAbst r a ct Presents t he simplified model a nd calculating met p ares t he p redicted dist ribution of air velocity a nd te mperature wit h t hose obtained f rom exp eriments ,a nd considers t hat t he data agree well wit h each ot her.Simulates t he eff ects of f our kinds of chair ventilation by t he simplified model under t he sa me condition ,as a result ,under Οchair wit h backrest ventilation has t he best t her mal comf ort eff ect ,under Οchair ve ntilation has t he worst t her mal comf ort eff ect ,a nd t he t her mal comf ort of t he ot hers is between t hose of above two modes.Suggests t hat t he t her mal comf ort eff ect and initial cost be ta ken int o account in selection of ventilation typ e in p roject design.Keywor ds chair ve ntilation ,displaceme nt ve ntilation ,C FD ★Tsinghua University ,Beijing ,China 3北京市重点实验室资助项目(编号:KF200302)①0 引言座椅送风是置换通风[1]的一种具体形式。
置换通风的原理及应用概要
能源学院工业通风作业（论文）论文题目：置换通风的原理及应用专业：安全工程班级：安全1001班小组：混合宿舍、5124电话：153****3176置换通风的原理及应用郑克明（西安科技大学能源学院陕西西安716500）摘要：本文介绍了置换通风的概念、基本原理、基本特征，并简要分析了置换通风的应用前景。
关键词：置换通风全面通风空气湖目录1 置换通风的发展背景 (2)2 置换通风的概念 (2)3 置换通风的原理 (3)4 置换通风的特性 (4)4.1 自然对流 (5)4.2 温度分布 (6)4.3 速度分布 (6)4.4 浓度分布 (7)4.5 热力分层 (8)4.6 置换通风与混和通风的对比 (9)5 置换通风的设计 (10)5.1 置换通风设计时，应符合下列条件： (10)5.2 置换通风的设计参数 (10)5.3 置换通风器的选型，其而风速应符合下列条件: (10)5.4 置换通风器的布置，应符合下列条件: (11)5.5 置换通风末端装置的选择与布置 (11)6 置换通风的应用 (12)6.1 落地式置换通风末端装置在上业厂房的应用 (12)6.2 落地式置换通风在会议厅的应用 (13)6.3 架空式置换通风器在办公室的应用 (13)7 置换通风的应用前景分析 (13)7.1置换通风末端产品的发展历史 (14)7.2我国置换通风末端产品的现状 (15)7.3新一代置换通风末端装置的研究 (15)8 结论 (16)9 参考文献 (16)10参与工作小组成员 (16)1 置换通风的发展背景随科技的发展，人们生活质量的提高，能耗问题已经成为当今社会面临的重要问题之一。
20世纪70年代爆发了席卷全球的能源危机，为节约能源，许多工厂采用间歇通风的方式来降低能耗。
虽然这种方法减少了能源消耗，却使室内空气品质下降，工人长时间工作在空气污浊的环境中，会引发许多疾病，不仅对工人造成了人身伤害，也为企业带来了一定程度的经济损失。
置换通风的原理及应用
置换通风的原理及应用1. 置换通风的概念置换通风是一种通过排出室内污浊空气并引入新鲜空气的通风方式。
它通过自然或机械手段，实现在室内外产生差压，从而推动空气的流动，达到室内空气的更新与净化的目的。
相对于传统的强制通风，置换通风具有更加高效、安全、经济的特点，因此在很多领域得到了广泛的应用。
2. 置换通风的原理置换通风的原理是基于热空气的上升和冷空气的下沉的自然对流原理。
当室内温度升高时，热空气会上升，形成对流循环。
利用这种对流循环，可将污浊空气排出室外，同时吸入新鲜空气。
为了使置换通风更加有效，可以通过合理布置通风口和出风口，以及利用自然或机械手段控制通风速度和方向。
3. 置换通风的应用置换通风广泛应用于以下领域：3.1 住宅建筑在住宅建筑中，通过置换通风可以排出室内的污浊空气，保持室内空气的清新。
尤其对于密闭的房屋，置换通风可以有效解决室内湿度过高、甲醛超标等问题，提升居住环境的舒适性。
3.2 商业建筑商业建筑中的大型公共空间，如购物中心、办公楼等，人员密集，空气流通不畅，容易产生异味和不良气体。
通过置换通风，可以及时将污浊空气排出，使空气得到更新，提供舒适和健康的工作、购物环境。
3.3 工业生产车间工业生产车间中常常存在各种污染源，如粉尘、有害气体等。
通过置换通风，可以有效控制和排除这些污染物，保障工人的健康和安全。
3.4 医疗场所医疗场所对空气质量要求较高，尤其是在手术室、隔离病房等区域。
通过置换通风，可以持续排除病房内的细菌和病毒，降低交叉感染的风险，保障医疗服务质量。
3.5 学校和幼儿园学校和幼儿园是孩子们学习和成长的地方，室内空气质量对孩子们的身体健康至关重要。
通过置换通风，可以及时排出人员密集场所产生的二氧化碳和细菌，保持室内空气的新鲜。
4. 置换通风的优势相对于传统的强制通风方式，置换通风具有以下优势：•更加高效：置换通风利用自然对流原理，无需额外能源消耗，能够提供持续而充足的通风效果。
143 某音乐会议中心空调系统设计及几点思考
某音乐会议中心空调系统设计及几点思考山东省建筑设计研究院解勇邵洪波桑海龙于晓明摘要置换通风系统是一种通风效率高，既带来较高的空气品质，又有利于节能的有效通风方式。
置换通风是将经过处理或未经过处理的空气，以低风速、低紊流度、小温差的方式直接送入室内人员活动区的下部。
本文介绍了某音乐会议中心的空调系统设计，着重阐述了观众厅置换通风空调的设计及计算过程，并提出了设计过程中的几点思考。
关键词音乐会议中心空调置换通风节能1 工程概况该音乐会议中心属观演建筑类型。
音乐会议中心主要分为观众厅、舞台区和休息厅三部分。
观众厅建筑面积1812m2,建筑高度18m，共有2000个座位。
观众厅的前部邻接舞台区，周围相邻部分为休息厅，顶部为屋面。
2 观众厅置换通风空调设计2.1 观众厅空调送风形式介绍《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005第5.3.23条规定，“有条件时，空气调节送风宜采用通风效率高、空气龄短的置换通风型送风模式”。
与混合通风系统相比，置换通风的主要优点有：（1）相同设计温度下，活动区里所需的供冷量较少；（2）利用“免费供冷”的时段比较长；（3）活动区内的空气质量更好。
置换通风空调系统一般只适用于建筑的内区。
该会议中心的观众厅虽有外围护结构——屋顶，但考虑到顶棚的照明发热量基本可以抵消屋顶的热负荷，并且观众厅内的人体及设备发热量较大，故仍将观众厅作为内区房间考虑，采用置换通风空调送风模式。
观众厅使用座椅送风柱送风，上部回（排）风，座椅送风柱由一个钢制多孔圆柱管支撑，送风柱的下部与土建结构静压箱相连接。
送风气流经静压箱通过座椅送风柱上的圆孔送入室内。
空调新风比可调，过渡季节可达到的最大总新风比为70%，从而在最大程度上利用室外新风，达到节能效果。
2.2 设计计算标准2.2.1 室内活动区热舒适性活动区内最低设计温度（距地0.1m脚踝处）t min=23℃；活动区内最高设计温度（人员头部）t max=27℃；活动区平均温度t oz=25℃；人体头部与脚踝处（即距地0.1m至1.1m）温差Δt hf=2℃；活动区内温度梯度Δt=2℃/m；活动区送风速度V oz=0.2m/s。
新风通风换气标准一览表
中华人民共和国 国家标准
换气次数
1.0次/h
居住建筑通风设计应处理好室内气流组织，提高通风效率。厨房,
JGJ 134-2001 J 116-2001
ห้องสมุดไป่ตู้
卫生间应安装局部机械排风装置。在安设采暖空调设备的居住建筑 中，往往围护结构密闭性较好，为了改善室内空气质量需要引入室 外新鲜空气（换气）。如果直接引入，将会带来很高的冷热负荷，
20
标准名称 采暖通风与空气 调节设计规范
室内空气质量标准
夏热冬冷地区居住建 筑节能设计标准
托儿所、幼儿园 建筑设计规范
编号
标准内容
备注
民用建筑类型
每人最小 新风量
GBJ 19-2003
办公楼 住宅
小学
30 30 中华人民共和国
国家标准 11
学校
教室
初中
14
高中
17
GB/T 18883-2002
每人最小新风量30m3/h
商业、服务
一级～二级 三级～四级
大堂、四季厅
一级～二级
美容美发、康乐设施
客房
3～5星 1～2星
影剧院、音乐厅、录像厅（室）
游艺厅、舞厅（包括卡拉ＯＫ歌厅）
酒吧、茶座、咖啡厅
体育馆
商场（店）、书店
饭馆（餐厅）
50
40
30
30
25
20
15
20 中华人民共和国
10
国家标准
10
30
30
20
20
30
10
20
20
密仪器存放室 护士站
准备室(消毒处理)
预麻醉室
刷手间
洁净走廊
国家大剧院观众厅空调系统和气流组织方式的设计和分析
!
! !空调方案和依据的理论 ! " ! !国家大剧院观众厅空调方案 国家大剧院工程位于北京长安街人民大会堂西侧! 采 由法国 ) 公司和 用法国著名建筑师安德鲁的设计方案! * + 机电初步设计! 北京市 , . / 0 公司分别完成建筑和结构" 建筑设计研究院进行施工图设计# 观众厅空间高大! 采用椅下送风方式能够提高下部工 上回风方式能够使风量全部通过上部技 作区的空气质量$ 术层! 将灯光热量带走! 改善技术层的工作环境$ 观众厅处 需全年送冷! 更适用于新鲜的低温送风靠热浮升力 于内区! 作用! 排除热浊空气的送风方式# 因此! 国家大剧院歌剧 戏剧场和音乐厅的三个观众厅均采用了椅下送风" 在上 院" 部灯光密集处回风及排风的气流组织方式#空气处理机组 万方数据 采用双风机系统 ! 可根据室外空气的焓值调节新风比# 其
! ! # 比% # 采用! $人均新风量的椅下送风空调方式" &# $人均新风量的混风变新风比空调系统 "# 制冷量增加& " ’ ( !!
关键词!国家大剧院!观众厅!椅下送风!置换通风!设计计算!能耗分析
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置换通风在北京某音乐厅观众厅的应用
摘要：介绍了音乐厅之观众厅的设计特点及空调形式，为保证空调效果，观众厅采用置换通风系统，确保空调舒适性的同时，提高室内的空气品质。
在设计中采用设计计算与CFD模拟相结合的方式，提高设计的准确性。
关键词: 观众厅置换通风CFD模拟
1前言及工程概况
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[6]。
目前，我国已有很多工程开始采用了置换通风系统，并取得了令人满意的效果。
置换通风是以较低的送风速度在空调房间地板上形成一个空气层，气流以层流的活塞流状态依靠自身的浮升力缓慢向上移动，将房间内污浊的空气置换掉，从上部排风口排出，室内人员无吹风感，最大程度确保室内空气品质，而不同于普通全空气系统，是将空调送风与室内空气混合，空气质量无法保障。
北京某音乐厅占地面积约2170m2，地下二层，地上三层，总建筑高度24m，其建筑面积约为7000m2。
由观众厅、音乐池、舞台、化妆间、演员休息室、乐队等候室及设备用房等组成。
观众厅分为池座和楼座两部分，是以演出交响乐及歌剧音乐为主的艺术厅堂。
其观众厅高度约为20m，人员密度较大，故其空调系统的设计成为暖通设计中的重中之重。
本文主要介绍置换通风系统在观众厅的应用。
2置换通风系统与混合送风系统的比较
置换通风比传统的混合通风具有更高的换气效率和通风效率，最重要的是置换通风具有更高的室内空气品质和舒适性。
置换通风系统与混合送风系统的比较，详见表1。
表1 置换通风系统与混合送风系统的比较
3 空调特点
音乐厅的观众厅是一个较为特殊的场所，其使用时间是非全天、间断的，属人员密集场所，绝大部分空调负荷产生于人员工作区；空间高大，在垂直方向上容易产生较大的温度梯度，易形成温度分层;对噪声控制要求较为严格。
基于以上特点，其空调系统的设计需解决如下问题：
(1) 消除人员工作区所产生的负荷，而非整个观众厅，避免造成不必要的能源浪费。
根据观众厅的具体布局，楼座和池座分设空调系统，避免严重的温度分层的产生。
(3) 严格控制噪声，满足观众厅对噪声的要求。
4空调系统的选择与确定
4.1 空调负荷计算
根据ASHARE 确定观众厅室内空调设计参数如下：
(1) 夏季：干球温度为25±1℃，相对湿度为55~70％；冬季：干球温度为21±1℃，相对湿度为≥30％；
(2)新风量10 m3/h/p；
经采用美国HAP负荷计算软件进行计算后得出空调观众厅楼座和池座的空调负荷见表2。
表2空调负荷计算结果
4.2空调系统设计
4.2.1 设计参数初次确定
根据《实用供热空调设计手册》（第二版）式10.4-17[4]，按热舒适性计算可确定送风参数见表3、表4。
表3夏季空调送风参数
注：1.考虑热舒适性，预设其座椅送风的温度为20℃。
人员活动区显冷负荷：100%人体，50%灯光[5]，30%围护。
表4冬季空调送风参数
4.2.2 CFD模拟计算
由于观众厅分为楼座和池座两部分，池座建筑高度为3.2m~5.7m，楼座建筑高度为6.6 m~12.6m，高差较大，仅按照设计公式来确定置换通风系统的送风参数，在运行时势必出现上热下冷的现象，其舒适性往往会不尽如人意，为了确保其运行效果，根据4.2.1中设计参数对观众厅进行CFD模拟，预期演示设计方案效果，以达到设计与实际运行效果更为接近的目的，提高设计的准确性，其模拟结果见图1、图2。
图1 夏季目标区域温度分布
图2 冬季目标区域温度分布
由图1和图2可以看出：夏季，由于热空气上浮，楼座后排观众席的温度已经超过26℃，而冬季由于冷空气下沉，池座前排设计温度低于20℃，冬夏季均无法满足设计要求。
4.2.3 空调系统的确定
4.2.3.1设计参数调整及模拟结果
荐于4.2.2中的CFD模拟结果，将冬夏季送风参数进行如下调整：
（1）夏季，楼座前排124人的送风量仍为50m3/h/p，而后排155人的送风量调整为70 m3/h/p，送风温度为20℃；池座每人送风量为50m3/h/p，送风温度为20.5℃；
（2）冬季，保证新风量不变的前提下，楼座和池座的送风量均为夏季的一半，楼座送风温度为27℃，池座送风温度为28℃。
据此参数进行CFD模拟后，楼座和池座的温度较为适宜，详见图3、图4。
图3 夏季距地1.2米处温度分布
图4冬季距地1.2米处温度分布
4.2.3.2观众厅空调系统的确定
（1）置换通风口采用承重型的座椅送风口，如图5。
图5 座椅送风口
（2）由于楼座和池座的送风参数不同，故楼座和池座须分别设置空调机组，
放置于地下一层空调机房，通过竖井送至池座或楼座下方的混凝土空腔内，通过分设的两个回风竖井由观众厅顶部将回风引至空调机房（详见图6～9）。
同时，在观众厅上空设置一台排风量为7620m3/h排风机，供观众厅平时排风使用。
空调机组及排风机的选型参数见表5。
表5 空调机组参数表
图6 二层（池座）空调平面布置图
图7三层（楼座）空调平面布置图
图8 四层空调平面布置图
图9 观众厅空调系统示意图
（3）由于音乐厅是高雅的艺术殿堂，故其观众厅对噪声的要求较为严格，在设计时主要从以下三方面着手，经过消声计算，使系统的噪声满足设计要求。
A. 在满足空调参数要求的同时，尽量采用噪声值小的空调产品，从源头控制噪声。
B. 控制风管的风速，主管风速3～4m/s，支管风≤2m/s[7]。
C. 在管路上设置消声器，即，在空调机组的进出口、管道均设有消声器等，在楼座和池座下方的混凝土静压箱也需内附消声材料。
6结论
诸如观众厅此类大空间的空调系统设计，不仅需要准确无误的设计计算，还需要CFD模拟的辅助，方能确保空调系统设计的精准度。
本工程采用设计计算与CFD模拟的结合，应用CFD模拟来指导观众厅置换通风系统的设计，优化我们的设计方案，从而提高设计方案的成功指数，更好地保证观众厅空调的运行效果及良好的空气品质。
参考文献：
[1] 王庆莉，龙惟定地板送风与置换通风的差异建筑热能通风空调2004年第23卷第5期
[2] 全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调??动力（2009年版）中国计划出版社，2009
[3] 范存养编著大空间建筑空调设计及工程实录中国建筑工业出版社
[4] 陆耀庆实用供热空调设计手册（第二版）2008年5月第二版
[5] 李惠风白雪莲李昕原编著观演建筑空调设计现代建筑空调设计丛书（第二版），2008
[6] 姜茜浅谈置换通风的发展及研究现状2005
[7] 采暖通风与空气调节设计规范化GB50019-2003
鞠晓芳，女，1982年7月生，大学，工程师。