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。