暖通空調的目的是為建築物室內人員提供滿意的熱環境和良好的室內空氣品質，以保證人員的健康和舒適要求。
傳統的全空間空調方式是實踐中應用最廣泛的方式之壹，主要包括混合式和置換式。混合通風使室內環境盡可能均勻，送風在到達人區時與周圍環境混合，對人的感覺和空氣質量的改善較差。與室內空氣混合汙染後，只使用了約1%的新鮮空氣，其余99%的空氣都被浪費了。但置換通風送風速度較低，在空間內形成熱分層現象。空間中有兩個區域。下方單向流區空氣清新無汙染，空氣質量良好。上層混合區是汙染空氣。因此，只要設計合理，置換通風可以保證分層高度在工作區域內，人體處於相對潔凈的區域。
在實際使用中，室內人的生理和心理反應不同，服裝、活動強度不同，個人對空氣溫度和氣流的偏好不同，人體對室溫變化的反應也不同，因此全空間空調模式有其局限性，無法同時為每個人提供良好的熱感覺和空氣質量。為了使空調更加人性化，使每個人都能根據自己的喜好控制自己的局部環境，最好的解決方案之壹就是將置換通風與個性化微環境控制相結合。這樣通過置換通風可以保證背景環境的溫度達到大多數人滿意，通過個體微環境控制可以隨意調節局部環境，達到人人滿意。壹項研究表明，對於室內的人來說，擁有控制局部環境的可能性比真正在大範圍內控制和調節環境更重要。
2.置換通風
置換通風是將處理後的新鮮空氣以極低的速度送到工作區的底部，在地板上形成壹個稀薄的空氣湖。空氣湖是由冷的新鮮空氣擴散形成的。室內熱源產生向上的對流氣流。當新風遇到熱源時，被加熱，其密度降低，於是會隨著對流氣流流向室內的上部，形成室內的主導氣流。排氣口設在房間的頂部，排出汙染的空氣。出風口送出的新風溫度通常比室溫低2 ~ 4℃“3”，置換通風的送風速度極低，通常為0.03 ~。
圖1置換通風的流動模式
因為送風動量很低，所以對室內主導氣流影響不大。熱源引起的對流氣流使室內溫度和濃度梯度垂直。在這種情況下，排氣溫度高於室內工作溫度。
對於室內環境“5”，置換通風系統具有以下特點:
(1)室內溫度和濃度是分層的。
置換通風利用空氣的密度差，在室內形成自下而上的氣流，送出的冷空氣被熱源上升的氣流吸入，被後續的新風推動，被排氣口吸入，形成自然對流射流。在自然對流射流的初始階段，它通過供給氣流Ls來補償對流射流的夾帶。這時，Lr￠ls。LR是上升高度的函數，隨著上升高度的增加而增加。達到Lr= Ls時的高度z稱為界面高度。超過這個界面後，Lr￠Ls就意味著送風不能再滿足對流射流的卷吸，不足的量只能靠天花板返回的量來彌補。
圖2置換通風的熱分層
因此，在穩態下，界面將室內空氣分為兩個區域，底部單向流動區和上部湍流混合區。底部單向流動區也是人類活動區，汙染物濃度最低，空氣質量最好；在頂部的湍流混合區，余熱和汙染物主要集中在這個區域，溫度最高，汙染物濃度也最高。但無論是下區還是上區，汙染物的溫度和濃度梯度都很低，整個區域是均勻和平的。在單向流動區和湍流混合區之間有壹個過渡區。這壹帶高度雖小，但溫度和汙染物濃度梯度很大，空氣的主要升溫過程都在這壹帶實現，稱為溫躍層。汙染物的溫度和濃度分布如圖3所示。
(2)室內空氣流速低，速度場穩定，呈層流或低湍流。由於風速的原因，送風區域沒有大的室內氣流。在弱壓差的作用下，新鮮空氣慢慢擴散到房間的底部區域，吸收余熱，然後靠自然對流慢慢上升。
(3)汙染物不會在人類居住區橫向擴散。由於室內沒有大的氣流，汙染源不會橫向擴散，上升的氣流會直接攜帶到上層非人類活動區。
4)與混合通風相比，置換通風節能如下:送風溫差小，送風(4)與混合通風相比，置換通風節能如下:送風溫差小，送風溫度高，處理新風所需能耗降低20%左右；送風溫度高，過渡季節免費供冷期增加約50%，全年減少供冷能耗約10%。由於送風溫度高，冷水機組的蒸發溫度提高，冷水機組的能耗降低約3%。由於只考慮人員停留區的荷載，上部區域的荷載可以忽略，設計計算荷載可以減少10 ~ 40%。綜上所述，置換通風的能耗比混合通風低20% ~ 30%左右。
圖3置換通風的速度和濃度分布
正是由於上述置換通風的高效性和合理性，在劇院、體育館、辦公室等大空間場所得到了廣泛的應用。其合理性體現在兩個方面:壹是原則的合理性。置換通風系統很好的利用了氣體熱、輕、重的自然特性和汙染物本身的漂浮特性，通過自然對流達到空調的目的。二、其結果的合理性以及置換通風系統空氣分層的特點，將余熱和汙染物鎖定在人的頭頂，使人的停留區域保持良好的空氣質量。
3.個性化微環境控制
個性化微環境控制是壹種只調節局部微環境，從而為每個人提供滿意的空氣質量和舒適度的空調方式。個體化控制的微環境特點:首先可以將新鮮空氣直接送到人的呼吸區域，減少了與室內空氣的混合，使人吸入的空氣盡可能不被周圍環境汙染，保證空氣質量高；其次，通過局部冷卻或加熱，使每個人都達到滿意的熱感覺條件。再次，個性化通風的自主調節手段可以減少個體差異對舒適性的影響，同時心理效應也會從感知上幫助改善空氣質量。提供個性化控制後，減少了室內人員的抱怨，提高了局部環境的滿意度。
個別調節的實現多采用TAC系統，主要是落地式和臺式系統。目前，臺式系統研究較多，可以更好地保證所提供的空氣質量。其系統形式可分為:臥式桌面格柵、立式桌面格柵、個人環境單元和可移動送風口。如圖4所示，移動送風口可以通過機械臂移動，可以很好的將風送到人的呼吸區域，而不影響人的正常工作。是目前比較好的個性化送風方式。
圖4可移動供氣口
4.討論
與混合通風相比，置換通風將其工作模式從全空間改為僅在工作區域進行空調，顯著改善了空氣質量，降低了空調能耗。然而，置換通風有其局限性，不能同時為每個人提供高的熱感覺和空氣質量。因此，如果將置換通風與個性化微環境控制相結合，將是理想的空調方式之壹。在大空間有固定人員位置的建築中，如劇院、體育館或辦公室等，如果在人員場所采用單獨的局部通風，將新風直接送入人的呼吸區域，盡可能減少與周圍空氣的混合，可以有效提高新風的利用率，改善室內空氣質量，因此可以適當減少新風量，減少處理新風所需的能耗。在人們不常去的公共場所，如走廊、客廳、大廳等。，可以采用置換通風，這樣可以適當提高室內背景溫度，從而大大降低冷負荷。當室內設定溫度由24℃提高到30℃時，總冷負荷可減少35%-50%“7”，從而使系統的初投資和運行費用大大降低。同時，個性化調節可以改善人體的熱感覺和感知空氣質量，滿足個體差異的要求，降低不滿意率，因此可以提高工作效率，這為辦公和商業建築采用個性化調節提供了良好的經濟動力。
然而，個體化微環境調控是目前比較新的研究領域。因此，個性化控制與置換通風的聯合應用仍有許多問題需要認真的實驗研究，如空間背景溫度與局部微環境的溫差、滿足人體熱感覺前提下背景溫度的可接受範圍、人體呼吸區域吸入低溫空氣對人體整體熱感覺的影響、個體調節手段的可實現性和易用性等。
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