การระบายอากาศแบบแทนที่ (DV)เป็น กลยุทธ์ การกระจายอากาศในห้องโดยอากาศภายนอกที่ปรับสภาพแล้วจะถูกส่งเข้ามาด้วยความเร็วต่ำจากหัวจ่ายอากาศที่อยู่ใกล้ระดับพื้น และถูกดูดออกไปเหนือบริเวณที่มีคนอาศัยอยู่ ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ระดับเพดาน^{[ 1 ]}

ระบบระบายอากาศแบบกระจายตัวทั่วไป เช่น ระบบในพื้นที่สำนักงาน จะส่งอากาศเย็นที่ปรับสภาพแล้วจากหน่วยจัดการอากาศ (AHU) ผ่านตัวกระจายอากาศแบบเหนี่ยวนำต่ำ ประเภทของตัวกระจายอากาศจะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน ตัวกระจายอากาศสามารถติดตั้งชิดผนัง ("แบบติดผนัง") ที่มุมห้อง ("แบบติดมุม") หรือเหนือพื้นแต่ไม่ติดผนัง ("แบบตั้งพื้น") ^{[ 2 ]}อากาศเย็นจะเร่งความเร็วขึ้นเนื่องจาก แรง ลอยตัวกระจายออกเป็นชั้นบางๆ บนพื้น จนถึงความเร็วที่ค่อนข้างสูงก่อนที่จะลอยขึ้นเนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับแหล่งความร้อน (เช่น ผู้ใช้งาน คอมพิวเตอร์ ไฟ) ^{[ 3 ]}เมื่อดูดซับความร้อนจากแหล่งความร้อน อากาศเย็นจะอุ่นขึ้นและมีความหนาแน่นน้อยลง ความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างอากาศเย็นและอากาศอุ่นทำให้เกิดการไหลเวียนแบบพาความร้อนขึ้นด้านบนที่เรียกว่ากลุ่ม ควันความร้อน แทนที่จะทำงานเป็นระบบแบบเดี่ยวๆ ในพื้นที่ภายใน ระบบระบายอากาศแบบกระจายตัวยังสามารถเชื่อมต่อกับแหล่งทำความเย็นและความร้อนอื่นๆ เช่น เพดานทำความเย็นแบบแผ่รังสี^{[ 4 ]}หรือระบบทำความร้อนแบบติดผนัง ได้อีกด้วย ^{[ 1 ]}

การระบายอากาศแบบแทนที่ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในอาคารอุตสาหกรรมในสแกนดิเนเวียในปี 1978 และถูกนำมาใช้บ่อยครั้งในการใช้งานที่คล้ายคลึงกัน รวมถึงพื้นที่สำนักงานทั่วสแกนดิเนเวียตั้งแต่นั้นเป็นต้น มา ^{[ 1 ]}ในปี 1989 มีการประมาณการว่าการระบายอากาศแบบแทนที่คิดเป็น 50% ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมและ 25% ในสำนักงานในประเทศกลุ่มนอร์ดิก^{[ 5 ]}การใช้งานในสหรัฐอเมริกายังไม่แพร่หลายเท่าในสแกนดิเนเวีย มีการวิจัยบางส่วนเพื่อประเมินความเป็นไปได้ของการใช้งานนี้ในตลาดสหรัฐฯ เนื่องจากลักษณะการออกแบบพื้นที่ทั่วไปที่แตกต่างกัน^{[ 1 ]}และการใช้งานในสภาพอากาศร้อนและชื้น รวมถึงการวิจัยเพื่อประเมินคุณภาพสิ่งแวดล้อมภายในอาคารและประโยชน์ด้านการประหยัดพลังงานที่อาจเกิดขึ้นจากกลยุทธ์นี้ในสหรัฐอเมริกาและที่อื่นๆ

การระบายอากาศแบบแทนที่ถูกนำไปใช้ในอาคารที่มีชื่อเสียงหลายแห่ง เช่นท่าอากาศยานสุวรรณภูมิในกรุงเทพฯ ประเทศไทย อาคารศูนย์โครงการการบินของห้องปฏิบัติการเจ็ทโพรพัลชันของ NASA ^{[ 6 ] [ 7 ]}และท่าอากาศยานนานาชาติซานฟรานซิสโก^{[ 8 ] [ 9 ]}อาคารผู้โดยสาร 2 รวมถึงการใช้งานอื่นๆ

กลุ่มความร้อนและอากาศที่ส่งมาจากหัวจ่ายลม ซึ่งเป็นตัวกำหนดความเร็วของกระแสลมที่ระดับพื้น มีบทบาทสำคัญในระบบระบายอากาศแบบกระจาย (DV) จำเป็นต้องตั้งค่าอัตราการไหลของอากาศจากหัวจ่ายลมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงลมกระโชกแรง

เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของการแบ่งชั้นความร้อน การระบายอากาศแบบแทนที่จึงมักใช้สำหรับการทำความเย็นมากกว่าการทำความร้อน ในหลายกรณี จะใช้แหล่งความร้อนแยกต่างหาก เช่น หม้อน้ำหรือแผงทำความร้อนในช่วงเวลาทำความร้อน^{[ 1 ]}

การระบายอากาศแบบแทนที่เหมาะที่สุดสำหรับพื้นที่สูง (สูงกว่า 3 เมตร [10 ฟุต]) ^{[ 2 ]}การระบายอากาศแบบผสมมาตรฐานอาจเหมาะสมกว่าสำหรับพื้นที่ขนาดเล็กที่คุณภาพอากาศไม่ใช่เรื่องที่น่ากังวลมากนัก เช่น สำนักงานที่มีผู้พักอาศัยเพียงคนเดียว และห้องมีความสูงไม่มาก (เช่น ต่ำกว่า 2.3 เมตร [7.5 ฟุต]) ^{[ 2 ]}

ระบบระบายอากาศแบบแทนที่ (Displacement ventilation systems) เงียบกว่าระบบระบายอากาศแบบเหนือศีรษะทั่วไป และมีประสิทธิภาพการระบายอากาศที่ดีกว่า ดังนั้นจึงสามารถปรับปรุงคุณภาพอากาศภายในอาคารและสร้างสภาพแวดล้อมทางเสียงที่เหมาะสมได้ ระบบระบายอากาศแบบแทนที่จึงเหมาะสมกับพื้นที่ที่ต้องการการระบายอากาศสูง เช่น ห้องเรียน ห้องประชุม และสำนักงาน

การระบายอากาศแบบแทนที่อาจเป็นสาเหตุของความไม่สบายเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิในแนว ดิ่ง และลมโกรก^{[ 10 ]}จากการวิจัยของ Melikov และ Pitchurov พบว่าความรู้สึกหนาวที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวดิ่งและลมโกรกมักเกิดขึ้นที่บริเวณขา/ข้อเท้า/เท้าส่วนล่าง ในขณะที่ความรู้สึกอบอุ่นเกิดขึ้นที่ศีรษะ^{[ 11 ]}การวิจัยยังระบุด้วยว่าแบบจำลองการให้คะแนนลมโกรกสามารถทำนายความเสี่ยงของลมโกรกได้อย่างแม่นยำในห้องที่มีระบบระบายอากาศแบบแทนที่

มีข้อแลกเปลี่ยนที่แฝงอยู่ในประเด็นทั้งสองนี้: การเพิ่มอัตราการไหล (และความสามารถในการกำจัดภาระความร้อนที่มากขึ้น) สามารถลดความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวตั้งได้ แต่อาจเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดลมโกรก^{[ 1 ]}การจับคู่การระบายอากาศแบบแทนที่กับเพดานระบายความร้อนแบบแผ่รังสีเป็นความพยายามที่จะบรรเทาปัญหานี้^{[ 12 ]}จากการศึกษาบางส่วน ระบบระบายอากาศแบบแทนที่สามารถให้ความสบายที่ยอมรับได้ก็ต่อเมื่อภาระการทำความเย็นที่สอดคล้องกันน้อยกว่าประมาณ 13 Btu/h-sf หรือ 40 W/m ²เท่านั้น

ประโยชน์ประการหนึ่งของการระบายอากาศแบบแทนที่คือคุณภาพอากาศภายในอาคาร ที่ดีขึ้น ซึ่งได้มาจากการระบายอากาศเสียออกจากห้อง คุณภาพอากาศที่ดีขึ้นจะเกิดขึ้นเมื่อแหล่งมลพิษเป็นแหล่งความร้อนด้วย^{[ 1 ] [ 2 ]}

ประสิทธิภาพของการระบายอากาศแบบแทนที่ในการกำจัดสารปนเปื้อนที่เป็นอนุภาคได้รับการตรวจสอบเมื่อเร็ว ๆ นี้^{[ 13 ] [ 14 ]}หยดน้ำขนาดเล็กที่มีนิวเคลียสที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อนั้นมักถูกปล่อยออกมาในห้องโรงพยาบาลและพื้นที่ในร่มอื่น ๆ และมีแนวโน้มที่จะตกลงสู่พื้นอากาศโดยรอบด้วยความเร็วประมาณ 1–10 มม./วินาที โดยทั่วไป ในสภาพอากาศหรือฤดูกาลที่หนาวเย็น หยดน้ำขนาดเล็กพอจะถูกดูดออกจากด้านบนของพื้นที่ที่มีการระบายอากาศแบบแทนที่หากความเร็วลมขึ้นเฉลี่ยเกินกว่าความเร็วในการตกของอนุภาค อย่างไรก็ตาม การทดลองในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าหยดน้ำขนาดใหญ่อาจตกลงมาเร็วกว่าการเคลื่อนที่ของอากาศ ในกรณีนี้ หยดน้ำขนาดใหญ่จะไม่ถูกดูดออกจากพื้นที่ที่มีการระบายอากาศแบบแทนที่ขึ้นด้านบนอย่างมีประสิทธิภาพ และความเข้มข้นของหยดน้ำจะเพิ่มขึ้นหากอัตราการระบายอากาศเพิ่มขึ้น^{[ 13 ]}ในสภาพอากาศหรือฤดูกาลที่อบอุ่นกว่า ความไม่เสถียรขนาดใหญ่ในความเข้มข้นของสารปนเปื้อนอาจเกิดขึ้นภายในพื้นที่ที่มีการระบายอากาศแบบแทนที่ลงด้านล่าง^{[ 14 ]}

การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าการระบายอากาศแบบแทนที่อาจช่วยประหยัดพลังงานได้เมื่อเทียบกับการระบายอากาศแบบผสมมาตรฐาน ขึ้นอยู่กับประเภทการใช้งานของอาคาร การออกแบบ/มวล/ทิศทาง และปัจจัยอื่นๆ^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม สำหรับการประเมินการใช้พลังงานของการระบายอากาศแบบแทนที่ การจำลองเชิงตัวเลขเป็นวิธีการหลัก เนื่องจากการวัดรายปีมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานานเกินไป ดังนั้น การระบายอากาศแบบแทนที่จะช่วยประหยัดพลังงานได้หรือไม่นั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ โดยทั่วไป การระบายอากาศแบบแทนที่นั้นน่าสนใจสำหรับบริเวณแกนกลางของอาคาร เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้ความร้อน อย่างไรก็ตาม บริเวณรอบนอกต้องการพลังงานในการทำความเย็นสูง

มีการเผยแพร่แนวทางปฏิบัติหลายฉบับเพื่อเป็นแนวทางในการออกแบบระบบระบายอากาศแบบแทนที่ ซึ่งรวมถึง:

• Skistad H., Mundt E., Nielsen PV, Hagstrom K., Railo J. (2002). การระบายอากาศแบบแทนที่ในอาคารที่ไม่ใช่โรงงานอุตสาหกรรม สหพันธ์สมาคมการทำความร้อนและเครื่องปรับอากาศแห่งยุโรป^{[ 2 ]}
• Skistad, H. (1994). การระบายอากาศแบบแทนที่. สำนักพิมพ์วิจัย, John Wiley & Sons, Ltd., เวสต์ซัสเซ็กซ์ สหราชอาณาจักร
• Chen, Q. และ Glicksman, L. (2003). การประเมินผลการปฏิบัติงานและการพัฒนากฎเกณฑ์การออกแบบสำหรับการระบายอากาศแบบแทนที่ แอตแลนตา: ASHRAE. ^{[ 1 ]}

ในบรรดาแนวทางที่ระบุไว้ข้างต้น แนวทางที่พัฒนาโดย Chen และ Glicksman นั้นมีจุดมุ่งหมายเพื่อตอบสนองมาตรฐานของสหรัฐอเมริกาโดยเฉพาะ ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายโดยย่อของแต่ละขั้นตอนของแนวทางดังกล่าว^{[ 15 ]}

          ขั้นตอนที่ 1) ประเมินความเหมาะสมของการระบายอากาศแบบแทนที่

          ขั้นตอนที่ 2) คำนวณภาระการทำความเย็นสำหรับการออกแบบในช่วงฤดูร้อน

          ขั้นตอนที่ 3) กำหนดอัตราการไหลของอากาศที่ต้องการสำหรับการทำความเย็นในช่วงฤดูร้อน

          ขั้นตอนที่ 4) ค้นหาอัตราการไหลของอากาศบริสุทธิ์ที่จำเป็นเพื่อให้คุณภาพอากาศภายในอาคารอยู่ในระดับที่ยอมรับได้

          ขั้นตอนที่ 5) กำหนดอัตราการไหลของอากาศที่จ่ายเข้าระบบ

          ขั้นตอนที่ 6) คำนวณอัตราการไหลของอากาศที่จ่ายเข้าระบบ

          ขั้นตอนที่ 7) กำหนดอัตราส่วนของอากาศบริสุทธิ์ต่ออากาศที่จ่ายเข้ามา

          ขั้นตอนที่ 8) เลือกขนาดและจำนวนของหัวจ่ายอากาศ

          ขั้นตอนที่ 9) ตรวจสอบสถานการณ์ระบบทำความร้อนในช่วงฤดูหนาว

          ขั้นตอนที่ 10) ประเมินค่าใช้จ่ายเบื้องต้นและการใช้พลังงานต่อปี

• ระบบกระจายอากาศใต้พื้น (UFAD)