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        公共建筑通風空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計探討

        2021-07-04 13:36:46鐘瑋
        建筑熱能通風空調(diào) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:公共建筑新風通風

        鐘瑋

        深圳華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司

        0 引言

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

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

        1 公共建筑通風空調(diào)系統(tǒng)防疫對策

        對于公共建筑而言,控制病原攜帶者的比例,可以通過測溫來簡單地實現(xiàn)。控制進入公共建筑的人數(shù)與人員密度,保持建筑良好的通風,降低空氣傳播風險,定期進行表面消毒,都可以有效地防控疫情。而從通風空調(diào)系統(tǒng)角度,根據(jù)感染風險的預(yù)測模型(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,清潔風量Q,人均呼吸量p。

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

        1)為房間提供足量的清潔空氣進行稀釋通風,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通風空調(diào)系統(tǒng)跨房間傳播,即減少停留時間T。

        3)同時為室內(nèi)提供適度的熱環(huán)境保障。

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

        根據(jù)《公共及居住建筑室內(nèi)空氣環(huán)境防疫設(shè)計與安全保障指南》[2],公共建筑的通風空調(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)濟型、空間的可實施性等。

        公共建筑通風空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計,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)能運行,疫情期間又能快速轉(zhuǎn)換,最大限度地提供清潔空氣,實現(xiàn)通風稀釋功能。因此,除正常設(shè)計選型設(shè)計外,需復(fù)核疫情工況(溫度變化、新風量變化)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

        疫情加強通風時,空調(diào)通風系統(tǒng)的新風供給量提高,根據(jù)室內(nèi)干濕球溫度對人體舒適度的影響(圖1),最簡單的辦法是,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)的負荷。

        圖1 室內(nèi)干濕球溫度對人體舒適度的影響

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

        疫情工況下,公共建筑空調(diào)系統(tǒng)末端必須增加空氣過濾及凈化組件,以達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,新風從外界環(huán)境進來,需要經(jīng)過初效過濾模塊,中效過濾模塊,高效過濾模塊,殺毒功能模塊以及增壓功能模塊,方能進入到室內(nèi)空氣中。

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

        對于已有未設(shè)置兩級過濾的空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備,只需疫情時將中效更換成高中效,平疫工況風機選擇可以做到無差別。

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

        如圖2,空調(diào)系統(tǒng)新風末端的熱回收功能模塊,是室內(nèi)新風和排風都要經(jīng)過的重要裝置。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)的回風通過熱交換器的上半部分,排出到室外。此時,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,通過轉(zhuǎn)輪時,獲取轉(zhuǎn)輪中所聚集的熱量和濕氣,被預(yù)熱和加濕,同樣夏天時有預(yù)冷、除濕作用,并連續(xù)不斷地向室內(nèi)供給新風。

        疫情工況下,對于轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置而言,應(yīng)設(shè)置旁通,以便空調(diào)通風系統(tǒng)在由平時工況轉(zhuǎn)到疫情工況時新、排風系統(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

        對于其它熱回收裝置而言,從目前的制造水平看,均存在內(nèi)部兩個通道泄漏的可能性,因此,在疫情工況下,也要在熱回收裝置中設(shè)置旁通管,使裝置處于新風的正壓段和排風的負壓段,確保裝置的新風側(cè)相對排風側(cè)保持160 Pa 以上的正壓。

        2.2 疫情工況的空調(diào)系統(tǒng)通風分析

        2.2.1 室內(nèi)新風的安全性評價

        疫情工況下,室內(nèi)新風主要由室外新風輸入,因此,室外取風口的安全性評價是室內(nèi)新風安全性評價的基礎(chǔ),但這是公共建筑設(shè)計初期就已經(jīng)考慮好的問題,因此本文不予討論。

        由武漢大學(xué)病毒學(xué)國家重點實驗室發(fā)布的報告可以看出(見圖4)[3],經(jīng)過濾凈化的循環(huán)風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)計要求,經(jīng)過空調(diào)通風系統(tǒng)高中效過濾器,可以對新冠病毒的去除率達到70%以上,因此,經(jīng)高中效以上級別過濾器處理的循環(huán)空氣可認為是基本“清潔”的,其安全性符合疫情工況下的室內(nèi)新風要求。

        圖4 新冠病毒氣溶膠的粒徑分布

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

        冷熱末端+新風系統(tǒng)是公共建筑空調(diào)通風系統(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)高效率過濾器處理回風的可實施性較差,因此,室內(nèi)的清潔空氣主要由室外新風來承擔。

        對于具有可開啟外窗的房間,利用外窗增強通風,可以簡化疫情工況下的空調(diào)通風系統(tǒng)設(shè)置。

        對于無可開啟外窗的,室內(nèi)新風量宜按60 m3/(h·P)進行系統(tǒng)設(shè)計。

        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+新風的形式時,新風系統(tǒng)的最大風量取值與系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)結(jié)合過渡季節(jié)通風和疫情通風綜合考慮,做到既能滿足過渡季節(jié)通風的要求,又能兼顧疫情通風的效果。

        2.2.3 全空氣系統(tǒng)的“清潔”空氣設(shè)計

        全空氣系統(tǒng)是公共建筑空調(diào)通風系統(tǒng)的另一種常見形式。在全空氣系統(tǒng)中,應(yīng)綜合過渡季節(jié)免費供冷和疫情期通風稀釋的需求來設(shè)計新風量,根據(jù)相關(guān)文獻資料,商業(yè)、交通等人員密集場所的設(shè)計送風量指標一般在20~40 m3/(h·m2)。

        從目前傳播案例分析,進入建筑的患者比例小于2%時,提高系統(tǒng)新風比能有效控制傳播風險。當新風比達到70%以上時,感染風險較低。

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

        此外,在全空氣系統(tǒng)中,還可以通過合理設(shè)置回風過濾,提供“清潔”空氣。讓室內(nèi)的回風通過高中效過濾處理,提供控制感染風險的“清潔”空氣,來滿足難以實現(xiàn)大新風比運行的部分建筑使用,如超高層建筑承擔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,減少運行能耗。工程中可實施性更強,對空間占有不造成影響。

        2.2.4 大空間室內(nèi)的空氣設(shè)計

        對于大開間而言,在疫情工況下,房間的感染風險相對于小房間可大幅降低,有利過渡季節(jié)免費冷源的利用以及空調(diào)通風系統(tǒng)的平疫轉(zhuǎn)換設(shè)計,基本上可維持平時設(shè)置不變。

        對空間占用在可以接受范圍,感染風險高的房間,應(yīng)輔助以室內(nèi)空氣凈化器,對室內(nèi)的空氣進行過濾和殺毒。

        對于大進深的空間,宜按復(fù)合通風(自然通風+機械通風)進行設(shè)計,有利過渡季節(jié)能和疫情期通風??照{(diào)系統(tǒng)宜結(jié)合功能和通風效果按區(qū)域設(shè)置。空調(diào)季按區(qū)域調(diào)控,通風時可實現(xiàn)選擇性開啟,彌補自然通風的不足,達到通風降溫和通風稀釋的目的。

        3 結(jié)論

        本文通過公共建筑通風空調(diào)系統(tǒng)平疫結(jié)合設(shè)計的思考,最大可能地考慮在不改變原有通風空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上降低病毒傳播風險,靈活運用多種手段,探討既有公共建筑通風空調(diào)系統(tǒng)的平疫結(jié)合的設(shè)計思路,有以下結(jié)論:

        1)疫情加強通風時,空調(diào)通風系統(tǒng)的新風供給量提高,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)風機宜采用變速控制,以適應(yīng)平疫轉(zhuǎn)換下初阻力到終阻力的變化。同時預(yù)留了安裝設(shè)置高中效以上等級過濾器的技術(shù)條件,如檢修口,簡易更換組件槽等。

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

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

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