公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計(jì)探討

鐘瑋

深圳華森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司

0 引言

隨著全球范圍內(nèi)新冠疫情的持續(xù)，未來(lái)公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也面臨著疫情防控的重大考驗(yàn)，對(duì)既有的公共建筑而言，由于每天進(jìn)出建筑的人數(shù)眾多，病原的攜帶者無(wú)法準(zhǔn)確地監(jiān)控，每天的病原攜帶者數(shù)量無(wú)法確定，防控的目標(biāo)也無(wú)法確定。加上COVID-19 等新型病毒的傳播機(jī)理尚待明確，因此，防控的措施難以實(shí)現(xiàn)有的放矢，要想實(shí)現(xiàn)疫情防控難度加大。

本文通過(guò)公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)多管齊下的大包圍設(shè)計(jì)思路，最大可能地考慮在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)上降低病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)，靈活運(yùn)用多種手段，探討既有公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不增加大改動(dòng)情況下平疫結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，以供參考。

1 公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)防疫對(duì)策

對(duì)于公共建筑而言，控制病原攜帶者的比例，可以通過(guò)測(cè)溫來(lái)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)?？刂七M(jìn)入公共建筑的人數(shù)與人員密度，保持建筑良好的通風(fēng)，降低空氣傳播風(fēng)險(xiǎn)，定期進(jìn)行表面消毒，都可以有效地防控疫情。而從通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)角度，根據(jù)感染風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)模型（P=C/S=1-e-IqpT/Q）[1]，有效地防控疫情需要考慮以下因素：停留時(shí)間T，易感人數(shù)S，病原攜帶人數(shù)I，病毒數(shù)量q，清潔風(fēng)量Q，人均呼吸量p。

根據(jù)模型算式可知，公共建筑通風(fēng)系統(tǒng)的防疫任務(wù)重點(diǎn)在于：

1）為房間提供足量的清潔空氣進(jìn)行稀釋通風(fēng)，降低致病性的微生物濃度，即減少病毒數(shù)量q。

2）控制致病性微生物通過(guò)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)跨房間傳播，即減少停留時(shí)間T。

3）同時(shí)為室內(nèi)提供適度的熱環(huán)境保障。

2 公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計(jì)

根據(jù)《公共及居住建筑室內(nèi)空氣環(huán)境防疫設(shè)計(jì)與安全保障指南》[2]，公共建筑的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合應(yīng)注意正常工況的功能性、疫情工況的安全性、工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)型、空間的可實(shí)施性等。

公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計(jì)，要求在正常使用工況下既能滿足使用功能要求，系統(tǒng)能高效節(jié)能運(yùn)行，疫情期間又能快速轉(zhuǎn)換，最大限度地提供清潔空氣，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)稀釋功能。因此，除正常設(shè)計(jì)選型設(shè)計(jì)外，需復(fù)核疫情工況（溫度變化、新風(fēng)量變化）下空調(diào)設(shè)備及冷熱源的能力。

2.1 疫情工況的空調(diào)系統(tǒng)分析

2.1.1 疫情工況下的空調(diào)系統(tǒng)溫度設(shè)定

疫情加強(qiáng)通風(fēng)時(shí)，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)供給量提高，根據(jù)室內(nèi)干濕球溫度對(duì)人體舒適度的影響（圖1），最簡(jiǎn)單的辦法是，在滿足人類體感舒適度的范圍內(nèi)，室內(nèi)空調(diào)設(shè)定溫度冬季降低1～2 ℃、夏天提高2～3 ℃，在滿足基本熱舒適要求的情況下，不增加現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。

圖1 室內(nèi)干濕球溫度對(duì)人體舒適度的影響

2.1.2 疫情工況下的空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備設(shè)計(jì)

疫情工況下，公共建筑空調(diào)系統(tǒng)末端必須增加空氣過(guò)濾及凈化組件，以達(dá)到最大程度減少病毒數(shù)量的目的，如圖二某公共建筑空調(diào)系統(tǒng)末端圖，新風(fēng)從外界環(huán)境進(jìn)來(lái)，需要經(jīng)過(guò)初效過(guò)濾模塊，中效過(guò)濾模塊，高效過(guò)濾模塊，殺毒功能模塊以及增壓功能模塊，方能進(jìn)入到室內(nèi)空氣中。

這種情況下，一般室內(nèi)風(fēng)機(jī)采用變速控制，以適應(yīng)平疫轉(zhuǎn)換下初阻力到終阻力的變化。在平時(shí)工況，可以抽掉中效過(guò)濾，高效過(guò)濾及殺毒功能模塊，風(fēng)機(jī)風(fēng)量按平時(shí)工況滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)要求。同時(shí)預(yù)留安裝設(shè)置高中效以上等級(jí)過(guò)濾器的技術(shù)條件，如檢修口，簡(jiǎn)易更換組件槽等。

對(duì)于已有未設(shè)置兩級(jí)過(guò)濾的空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備，只需疫情時(shí)將中效更換成高中效，平疫工況風(fēng)機(jī)選擇可以做到無(wú)差別。

2.1.3 疫情工況下的空調(diào)系統(tǒng)熱回收設(shè)計(jì)

如圖2，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)末端的熱回收功能模塊，是室內(nèi)新風(fēng)和排風(fēng)都要經(jīng)過(guò)的重要裝置。熱回收裝置分為轉(zhuǎn)輪式，盤管式，板式，熱管式和熱泵等換熱器形式。

圖2 某公共建筑空調(diào)系統(tǒng)末端圖

以冬季轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置為例，室內(nèi)的回風(fēng)通過(guò)熱交換器的上半部分，排出到室外。此時(shí)，外氣中所包含的大部分熱量和濕氣，聚集在轉(zhuǎn)輪中，排到室外的只有被污染了的空氣。另外，從熱交換器的下半部分引入的室外新風(fēng)，通過(guò)轉(zhuǎn)輪時(shí)，獲取轉(zhuǎn)輪中所聚集的熱量和濕氣，被預(yù)熱和加濕，同樣夏天時(shí)有預(yù)冷、除濕作用，并連續(xù)不斷地向室內(nèi)供給新風(fēng)。

疫情工況下，對(duì)于轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置而言，應(yīng)設(shè)置旁通，以便空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在由平時(shí)工況轉(zhuǎn)到疫情工況時(shí)新、排風(fēng)系統(tǒng)正常工作。如圖3 所示。

圖3 疫情工況下的熱回收裝置旁通設(shè)計(jì)

對(duì)于其它熱回收裝置而言，從目前的制造水平看，均存在內(nèi)部?jī)蓚€(gè)通道泄漏的可能性，因此，在疫情工況下，也要在熱回收裝置中設(shè)置旁通管，使裝置處于新風(fēng)的正壓段和排風(fēng)的負(fù)壓段，確保裝置的新風(fēng)側(cè)相對(duì)排風(fēng)側(cè)保持160 Pa 以上的正壓。

2.2 疫情工況的空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)分析

2.2.1 室內(nèi)新風(fēng)的安全性評(píng)價(jià)

疫情工況下，室內(nèi)新風(fēng)主要由室外新風(fēng)輸入，因此，室外取風(fēng)口的安全性評(píng)價(jià)是室內(nèi)新風(fēng)安全性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，但這是公共建筑設(shè)計(jì)初期就已經(jīng)考慮好的問(wèn)題，因此本文不予討論。

由武漢大學(xué)病毒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的報(bào)告可以看出（見(jiàn)圖4）[3]，經(jīng)過(guò)濾凈化的循環(huán)風(fēng)新冠病毒氣溶膠的粒徑分布，帶新冠病毒的顆粒粒徑主要分布0.25 μm 以上。而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)高中效過(guò)濾器，可以對(duì)新冠病毒的去除率達(dá)到70%以上，因此，經(jīng)高中效以上級(jí)別過(guò)濾器處理的循環(huán)空氣可認(rèn)為是基本“清潔”的，其安全性符合疫情工況下的室內(nèi)新風(fēng)要求。

圖4 新冠病毒氣溶膠的粒徑分布

2.2.2 “冷熱末端+新風(fēng)”系統(tǒng)的“清潔”空氣設(shè)計(jì)

冷熱末端+新風(fēng)系統(tǒng)是公共建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的主要形式之一。由于冷熱末端設(shè)備的多樣性，在冷熱末端增設(shè)高效率過(guò)濾器處理回風(fēng)的可實(shí)施性較差，因此，室內(nèi)的清潔空氣主要由室外新風(fēng)來(lái)承擔(dān)。

對(duì)于具有可開(kāi)啟外窗的房間，利用外窗增強(qiáng)通風(fēng)，可以簡(jiǎn)化疫情工況下的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置。

對(duì)于無(wú)可開(kāi)啟外窗的，室內(nèi)新風(fēng)量宜按60 m3/(h·P)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

不論哪種情況，平疫結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)中，采用冷熱末端+新風(fēng)的形式時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)的最大風(fēng)量取值與系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合過(guò)渡季節(jié)通風(fēng)和疫情通風(fēng)綜合考慮，做到既能滿足過(guò)渡季節(jié)通風(fēng)的要求，又能兼顧疫情通風(fēng)的效果。

2.2.3 全空氣系統(tǒng)的“清潔”空氣設(shè)計(jì)

全空氣系統(tǒng)是公共建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的另一種常見(jiàn)形式。在全空氣系統(tǒng)中，應(yīng)綜合過(guò)渡季節(jié)免費(fèi)供冷和疫情期通風(fēng)稀釋的需求來(lái)設(shè)計(jì)新風(fēng)量，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，商業(yè)、交通等人員密集場(chǎng)所的設(shè)計(jì)送風(fēng)量指標(biāo)一般在20～40 m3/(h·m2)。

從目前傳播案例分析，進(jìn)入建筑的患者比例小于2%時(shí)，提高系統(tǒng)新風(fēng)比能有效控制傳播風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)新風(fēng)比達(dá)到70%以上時(shí)，感染風(fēng)險(xiǎn)較低。

因此，綜合上述兩個(gè)參數(shù)，在全空氣系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)送風(fēng)量應(yīng)在滿足20～40 m3/(h·m2)范圍內(nèi)，使新風(fēng)比盡可能達(dá)到70%以上。

此外，在全空氣系統(tǒng)中，還可以通過(guò)合理設(shè)置回風(fēng)過(guò)濾，提供“清潔”空氣。讓室內(nèi)的回風(fēng)通過(guò)高中效過(guò)濾處理，提供控制感染風(fēng)險(xiǎn)的“清潔”空氣，來(lái)滿足難以實(shí)現(xiàn)大新風(fēng)比運(yùn)行的部分建筑使用，如超高層建筑承擔(dān)多房間的全空氣系統(tǒng)，也可防止跨房間傳播。在空調(diào)、供暖季節(jié)更加有利室內(nèi)環(huán)境的維持，減少運(yùn)行能耗。工程中可實(shí)施性更強(qiáng)，對(duì)空間占有不造成影響。

2.2.4 大空間室內(nèi)的空氣設(shè)計(jì)

對(duì)于大開(kāi)間而言，在疫情工況下，房間的感染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于小房間可大幅降低，有利過(guò)渡季節(jié)免費(fèi)冷源的利用以及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的平疫轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，基本上可維持平時(shí)設(shè)置不變。

對(duì)空間占用在可以接受范圍，感染風(fēng)險(xiǎn)高的房間，應(yīng)輔助以室內(nèi)空氣凈化器，對(duì)室內(nèi)的空氣進(jìn)行過(guò)濾和殺毒。

對(duì)于大進(jìn)深的空間，宜按復(fù)合通風(fēng)（自然通風(fēng)+機(jī)械通風(fēng)）進(jìn)行設(shè)計(jì)，有利過(guò)渡季節(jié)能和疫情期通風(fēng)?？照{(diào)系統(tǒng)宜結(jié)合功能和通風(fēng)效果按區(qū)域設(shè)置?？照{(diào)季按區(qū)域調(diào)控，通風(fēng)時(shí)可實(shí)現(xiàn)選擇性開(kāi)啟，彌補(bǔ)自然通風(fēng)的不足，達(dá)到通風(fēng)降溫和通風(fēng)稀釋的目的。

3 結(jié)論

本文通過(guò)公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計(jì)的思考，最大可能地考慮在不改變?cè)型L(fēng)空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上降低病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)，靈活運(yùn)用多種手段，探討既有公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的平疫結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，有以下結(jié)論：

1）疫情加強(qiáng)通風(fēng)時(shí)，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)供給量提高，在滿足人類體感舒適度的范圍內(nèi)，室內(nèi)空調(diào)設(shè)定溫度冬季應(yīng)降低1～2 ℃、夏天應(yīng)提高2～3 ℃。

2）室內(nèi)風(fēng)機(jī)宜采用變速控制，以適應(yīng)平疫轉(zhuǎn)換下初阻力到終阻力的變化。同時(shí)預(yù)留了安裝設(shè)置高中效以上等級(jí)過(guò)濾器的技術(shù)條件，如檢修口，簡(jiǎn)易更換組件槽等。

3）疫情工況下，要在熱回收裝置中設(shè)置旁通管，使裝置處于新風(fēng)的正壓段和排風(fēng)的負(fù)壓段，確保裝置的新風(fēng)側(cè)相對(duì)排風(fēng)側(cè)保持160 Pa 以上的正壓。

4）在全空氣系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)送風(fēng)量應(yīng)在滿足20～40 m3/(h·m2)范圍內(nèi)，使新風(fēng)比盡可能達(dá)到70%以上。