公共建筑通風空調系統平疫結合設計探討

鐘瑋

深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司

0 引言

隨著全球范圍內新冠疫情的持續，未來公共建筑通風空調系統的設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眾多，病原的攜帶者無法準確地監控，每天的病原攜帶者數量無法確定，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有的放矢，要想實現疫情防控難度加大。

本文通過公共建筑通風空調系統多管齊下的大包圍設計思路，最大可能地考慮在通風空調系統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系統不增加大改動情況下平疫結合的設計思路，以供參考。

1 公共建筑通風空調系統防疫對策

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。控制進入公共建筑的人數與人員密度，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。而從通風空調系統角度，根據感染風險的預測模型（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S，病原攜帶人數I，病毒數量q，清潔風量Q，人均呼吸量p。

根據模型算式可知，公共建筑通風系統的防疫任務重點在于：

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，即減少病毒數量q。

2）控制致病性微生物通過通風空調系統跨房間傳播，即減少停留時間T。

3）同時為室內提供適度的熱環境保障。

2 公共建筑通風空調系統平疫結合設計

根據《公共及居住建筑室內空氣環境防疫設計與安全保障指南》[2]，公共建筑的通風空調系統平疫結合應注意正常工況的功能性、疫情工況的安全性、工程建設的經濟型、空間的可實施性等。

公共建筑通風空調系統平疫結合設計，要求在正常使用工況下既能滿足使用功能要求，系統能高效節能運行，疫情期間又能快速轉換，最大限度地提供清潔空氣，實現通風稀釋功能。因此，除正常設計選型設計外，需復核疫情工況（溫度變化、新風量變化）下空調設備及冷熱源的能力。

2.1 疫情工況的空調系統分析

2.1.1 疫情工況下的空調系統溫度設定

疫情加強通風時，空調通風系統的新風供給量提高，根據室內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，室內空調設定溫度冬季降低1～2 ℃、夏天提高2～3 ℃，在滿足基本熱舒適要求的情況下，不增加現有空調系統的負荷。

圖1 室內干濕球溫度對人體舒適度的影響

2.1.2 疫情工況下的空調系統末端設備設計

疫情工況下，公共建筑空調系統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量的目的，如圖二某公共建筑空調系統末端圖，新風從外界環境進來，需要經過初效過濾模塊，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，方能進入到室內空氣中。

這種情況下，一般室內風機采用變速控制，以適應平疫轉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空氣品質要求。同時預留安裝設置高中效以上等級過濾器的技術條件，如檢修口，簡易更換組件槽等。

對于已有未設置兩級過濾的空調系統末端設備，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 疫情工況下的空調系統熱回收設計

如圖2，空調系統新風末端的熱回收功能模塊，是室內新風和排風都要經過的重要裝置。熱回收裝置分為轉輪式，盤管式，板式，熱管式和熱泵等換熱器形式。

圖2 某公共建筑空調系統末端圖

以冬季轉輪式熱回收裝置為例，室內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，通過轉輪時，獲取轉輪中所聚集的熱量和濕氣，被預熱和加濕，同樣夏天時有預冷、除濕作用，并連續不斷地向室內供給新風。

疫情工況下，對于轉輪式熱回收裝置而言，應設置旁通，以便空調通風系統在由平時工況轉到疫情工況時新、排風系統正常工作。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，確保裝置的新風側相對排風側保持160 Pa 以上的正壓。

2.2 疫情工況的空調系統通風分析

2.2.1 室內新風的安全性評價

疫情工況下，室內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新風安全性評價的基礎，但這是公共建筑設計初期就已經考慮好的問題，因此本文不予討論。

由武漢大學病毒學國家重點實驗室發布的報告可以看出（見圖4）[3]，經過濾凈化的循環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。而根據設計要求，經過空調通風系統高中效過濾器，可以對新冠病毒的去除率達到70%以上，因此，經高中效以上級別過濾器處理的循環空氣可認為是基本“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”系統的“清潔”空氣設計

冷熱末端+新風系統是公共建筑空調通風系統的主要形式之一。由于冷熱末端設備的多樣性，在冷熱末端增設高效率過濾器處理回風的可實施性較差，因此，室內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通風系統設置。

對于無可開啟外窗的，室內新風量宜按60 m3/(h·P)進行系統設計。

不論哪種情況，平疫結合的空調系統中，采用冷熱末端+新風的形式時，新風系統的最大風量取值與系統設計應結合過渡季節通風和疫情通風綜合考慮，做到既能滿足過渡季節通風的要求，又能兼顧疫情通風的效果。

2.2.3 全空氣系統的“清潔”空氣設計

全空氣系統是公共建筑空調通風系統的另一種常見形式。在全空氣系統中，應綜合過渡季節免費供冷和疫情期通風稀釋的需求來設計新風量，根據相關文獻資料，商業、交通等人員密集場所的設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，在全空氣系統中，設計送風量應在滿足20～40 m3/(h·m2)范圍內，使新風比盡可能達到70%以上。

此外，在全空氣系統中，還可以通過合理設置回風過濾，提供“清潔”空氣。讓室內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，也可防止跨房間傳播。在空調、供暖季節更加有利室內環境的維持，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 大空間室內的空氣設計

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，有利過渡季節免費冷源的利用以及空調通風系統的平疫轉換設計，基本上可維持平時設置不變。

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

對于大進深的空間，宜按復合通風（自然通風+機械通風）進行設計，有利過渡季節能和疫情期通風。空調系統宜結合功能和通風效果按區域設置。空調季按區域調控，通風時可實現選擇性開啟，彌補自然通風的不足，達到通風降溫和通風稀釋的目的。

3 結論

本文通過公共建筑通風空調系統平疫結合設計的思考，最大可能地考慮在不改變原有通風空調系統基礎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系統的平疫結合的設計思路，有以下結論：

1）疫情加強通風時，空調通風系統的新風供給量提高，在滿足人類體感舒適度的范圍內，室內空調設定溫度冬季應降低1～2 ℃、夏天應提高2～3 ℃。

2）室內風機宜采用變速控制，以適應平疫轉換下初阻力到終阻力的變化。同時預留了安裝設置高中效以上等級過濾器的技術條件，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，確保裝置的新風側相對排風側保持160 Pa 以上的正壓。

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