分析新風系統的綠色健康運行

王寧

(北京城建道橋建設集團有限公司 北京 100000)

通風一般是指將室內、外空氣進行交換，將室外空氣引入室內的過程，通常包括機械通風和自然通風兩種形式。值得注意的是，室外空氣不一定比室內空氣更適宜。當室外空氣溫度、濕度及潔凈程度達不到人們所需要求時，就不適合將其直接引入室內。因此，將經過新風機組處理過的潔凈舒適的室外空氣引入室內，能夠在一定程度上提高建筑物室內的空氣質量。當今人們對建筑物的服務需求逐年提升，一部分高檔建筑物采用全封閉式的設計理念，采用新風機組交換室內外空氣越來越被廣泛應用，甚至成為唯一途徑。但隨之而來的問題也在逐步顯現，新風機組在運行過程中受成本控制、行業管理不到位、運行人員意識不強等諸多因素影響，空氣處理能力并沒有達到預期效果，臟亂差的新風系統比比皆是。建筑室內無法獲得充足的潔凈空氣，從而微生物以及病毒等充滿于室內空氣中，聚積了大量的空氣污染物，并被重復循環使用，導致室內空氣質量嚴重惡化。近年來，出現多次由病毒造成的突發性公共衛生事件，例如：2003年的SARS病毒、2019年的新型冠狀病毒等，其傳染性極高，嚴重干擾了人們的生產、生活。因此，加強對新風系統行業的研究，通過新風系統的綠色健康運行有效避免細菌病毒傳播會有助于整個行業的發展和完善，從而保證人們生活和工作環境的健康、舒適。

1 新風系統定義

新風系統通常是指中央空調系統中除了要滿足室內環境的溫度和濕度要求外，還需要給環境提供充足室外新鮮空氣的部分。若只考慮民用建筑和一般工業建筑中所需的新風系統，其作用主要有3 個：（1）滿足室內人員正常的供氧需求；（2）補充室內燃燒所消耗的空氣和局部的排風量；（3）保證房間內正壓。新風系統是為室內空間提供新鮮空氣的設備，工作過程是在室外抽取新鮮的空氣經過除塵處理、加濕或減濕處理及溫度調節后，通過風機送到室內，保證室內的空氣品質。對一般民用建筑而言，中央空調新風系統的優點是維修和保養相對比較方便，同時利于集中控制，能迅速地使室內的空氣達到舒適要求；缺點是一般新風機組的耗電量相對較大，造成運行成本較高，同時短時間內還可能出現溫度不均的現象。

2 新風系統存在的問題

近年來，新風系統存在的問題主要包括新風機組及管道的污染、室外引進新風量配比不足等方面。

首先，新風機組和管道的污染問題從施工安裝時就開始存在了，由于施工現場較為惡劣復雜的環境，設備及管道內積灰現象不可避免。而在工程驗收時除了有特殊要求的潔凈空調外，很少有人注意此類問題，物業運行時更是如此。新風機組的初、中、高效過濾器很難定期清洗，新風管道的定期清潔更是罕見。張銳等人檢測了北京市內30 多家公共建筑中的新風風管內積塵量，發現污染情況均為嚴重，風管內積塵量平均達750 g/m2，遠遠超出國家標準值[1]。衛生部曾對900 多座公共建筑使用中央空調的情況進行了檢查，結果表明，空調系統合格率僅為6.2%，污染情況較嚴重[2]。其次，在新風系統的運行過程中，能耗占據整個中央空調能耗的20%～40%左右[3]，為了降低運行成本，運行單位會盡可能降低新風比，甚至階段性停用，這樣就會使得室內溫度雖然滿足要求，但一段時間后會使人出現胸悶和頭暈等不適，甚至出現病毒交叉傳染等情況[4]。很顯然，新風的缺失直接導致室內CO2濃度上升，如果室內外環境較惡劣，那么可吸入顆粒物如PM2.5、甲醛、苯、病毒、細菌等含量均會增加，無法實現新風系統最基本的功能，室外潔凈舒適的空氣被擋在窗外。

3 新風系統的綠色健康運行

基于以上新風系統運行中存在的問題，那么如何進行綠色健康運行顯得尤為重要。該文通過對新風機組過濾裝置的加強、科學清洗新風管道、使用智能化控制系統、采用熱回收方式這4個方面逐一進行闡述。

3.1 加強新風機組過濾裝置

據調查，辦公環境空氣品質直接影響人體健康和工作效率。然而，對于大多數公共建筑而言，新風系統的機組過濾裝置一般采用初、中效過濾器，凈化效率較低，難以實現對灰塵和微生物的有效過濾。最常用的做法是采用移動式空氣凈化器，但目前市售多功能凈化器也存在一些問題：一方面凈化面積有限，一般凈化器核心濾芯均采用高效過濾紙，由于凈化器自身體積有限，凈化器阻力較大，造成凈化風量很小，總體效果并不明顯；另一方面，有害物質吸附到濾芯后長時間不更換會造成二次污染。因此，加強中央空調新風系統的過濾，選用科學有效的過濾材料來使房間內達到健康舒適的環境尤為重要。基于此，該文建議采用以下兩種方法。

3.1.1 采用駐極體材料制作的過濾器

駐極體材料是一種高效低阻的過濾空氣污染物的有效方法之一，其具有強大的靜電吸附能力，能夠在不改變普通過濾器結構密度的情況下迅速提高過濾效果。其主要原因是駐極體過濾器中儲存著大量電荷，形成較強的靜電場，而空氣中的塵埃、微生物等顆粒物也帶有電荷，由于庫侖力的靜電吸引作用，當帶電顆粒經過儲存靜電荷的駐極體過濾器時會迅速被吸附，而不帶電的顆粒也會被駐極體電場所極化，繼而在極化力的作用下被吸附。此過程中既能有效過濾空氣中的污染物，又不損失空氣通過的流量，效率高的同時又體現了節能環保的作用。因此，駐極體材料過濾器的高效、低阻、抗菌、節能、綜合成本相對較低等優點，對于新風系統中的塵埃、微生物等有很好的過濾效率[5]。反之，駐極體過濾效果較HEPA 高效空氣過濾器相比略有遜色。另外，駐極體過濾器雖然在過濾效果以及空氣阻力方面優勢明顯，但是靜電荷衰減問題仍然是目前不得不考慮的問題，直接影響了其過濾效果和使用壽命[6]。目前，對于駐極體過濾器的使用壽命一般用阻力來衡量,過濾達到終阻力值即認為過濾器達到壽命,一般認為終阻力達初阻力2 倍左右即達使用壽命[7]。但對于大部分辦公環境而言，駐極體過濾器在價格上經濟合理，凈化能力方面較普通過濾器有顯著提升。雖然存在一定問題，但其在實際應用中將會越來越顯著。

3.1.2 采用HEPA高效空氣過濾器

HEPA高效空氣過濾器其內部結構為多層玻璃纖維結構，纖維分布密集、網孔小，具有最好的空氣凈化效能。據研究顯示，HEPA 對PM2.5的去除效果最為理想，可達90%以上[8]。不僅如此，對PM1、PM10效果也是最佳的。對于任何過濾器而言，最重要的特性指標有4 項，即濾速、效率、阻力和容塵量。慮速指的是過濾器單位截面積氣體流過的速度，效率指的是被濾紙捕捉到顆粒物與原空氣總含塵量的比值。阻力顧名思義即過濾器對氣流形成的阻礙力量，主要包含兩部分：一是濾芯的阻力，二是過濾器內部結構的阻力。倘若過濾器開始工作，已經產生積灰，那阻力隨之增加；當阻力增大到最大值時，過濾器無法滿足要求，直接報廢。容塵量是指過濾器在額定風量下運行，通過阻力因積塵增長到終阻力時，在過濾器上積留灰塵的重量。而對于HEPA 高效空氣過濾器而言，其特性指標主要由兩個參數來決定，即過濾器的效率和阻力。一般情況下，選擇高效過濾器效率的依據是所需的潔凈級別，若選用的過濾器效率偏低，那么所需的潔凈級別就無法滿足；而高效過濾器的阻力又直接影響空調系統的能耗以及最小新風量的要求。對運行者而言，過濾器的效率相同，其阻力越小越好；對設計人員來說，過濾器的阻力特性是其設計的依據[9]。因此，HEPA高效空氣過濾器雖然過濾效果突出，但與之而來的通風效果也成為不可忽視的問題，二者在實際應用中需綜合考慮。

3.2 新風系統管道科學清洗

風管的清洗方法取決于風管的尺寸，較大尺寸的風管需人工清理；小尺寸的風管需要用自動機器人清洗。日本等國早已擁有專業的通風空調清洗公司，行業規范較為完善，有相對穩定的市場需求。我國通風空調清洗行業起步雖然較晚，但也已經基本形成規模，專業的設備和有資質的公司數量在逐步提升，專業領域的規范也相繼出臺。目前，我國已經頒布的通風空調清洗規范有《公共場所集中空調通風系統清洗消毒規范（WS/T 396-2012）》《空調通風系統清洗規范（GB 19210-2003）》《通風空調系統清洗服務標準（JG/T 400-2012）》《集中空調通風系統清洗行業技術管理規范（SBT 10594-2011）》。

新風管道清洗步驟如下。（1）熟悉圖紙，充分了解新風系統中新風、送風、回風、排風等風管的走向布局。（2）現場查看，根據現場實際情況包括管道外觀、周圍障礙物等確定清洗路線，確定以各分支系統風管為單位進行清理工作。（3）通過可視監測設備對管道內部進行全方位摸底，包括管道內部構造、污染情況等，并選擇相應的清洗設備。（4）前期準備工作完畢后，開始對風管進行清洗作業，具體如下：①將已確定好的各分支系統通過防火閥進行隔離分段，以免在清洗該管段時對其他系統造成二次污染；②使用高效真空集塵設備與所要清洗風管進行有效連接，該設備可使風管內產生負壓，防止粉塵外溢；③拆除風口，將清洗機器人放入風管中，并通過操控外部遙控器使其均勻清洗。（5）風管清洗完畢后，取出清理機器人，關閉真空集塵設備并處理收集器內的清理物。（6）清洗該分支分管段的防火閥門。（7）清洗風口及過濾網。（8）恢復安裝風口，用密封膠做好拆除風口的密封工作，并隨后恢復保溫材料。（9）妥善收集所有清洗后的清理物，對其進行二次消毒，并密封保存，運輸到指定地點。

對于新風系統凈化與消毒殺菌，有一些國外研發了新技術，如二氧化鈦光催化、負離子凈化、臭氧殺菌、超聲波處理、伽馬射線輻射、微波輻射等。我們是否需要引進其中的一些技術，又如何合理地運用到目前新風系統運行中去，使其與新風系統有良好的兼容性，運行維護更加簡單易行等，都是應該進一步研究的問題。當然也需要考慮新技術的加入對于原有新風系統的造價和運行費用的影響。

另外，是否對新風系統進行清洗消毒目前主要是由設定的時間間隔來決定，但不同建筑物的使用性質、污染狀況等條件都不同，完全根據設定的時間間隔來進行清洗消毒并不合理，可能會出現清洗頻率過高或清洗不及時的情況，針對這種現狀，有必要建立新風系統的積塵監控，根據積塵的實際情況來判斷是否需要清洗。

3.3 采用智能化控制模塊控制新風量

新風系統可以通過計算機手段，采用智能化控制模塊加變頻電機來控制新風量[10]。智能化模塊中信息采集器收集相關信息，再由變頻器開啟新風機組[11]。通過控制新風量，在保障室內空氣品質的同時達到節能效果。智能化模塊中室內信息采集可以有多種形式，該文介紹以下兩種形式。

3.3.1 采集室內可吸入顆粒物如PM2.5、甲醛、苯、CO2等有害物質

將建筑物內取多個點分別布置感應模塊，感應模塊通過傳感器將采集的可吸入顆粒物、甲醛、苯、CO2等的相關信息上傳到智能控制系統，并由控制系統通過計算，將數據傳遞到送、排風機的變頻器，變頻器控制風機轉速，從而實現新風系統中新風量大小。具體的控制方式：（1）當室內人數減少一定的比例，CO2含量降低，空調系統則同時降頻，減少新風量，直到系統處于最小新風量運行；（2）當室內人數增加一定的比例，或因天氣原因霧霾嚴重，可吸入顆粒物、甲醛、苯、CO2含量增加，空調系統將同時升頻，增大新風量，只有這樣才能保持室內一定的正壓環境，讓污染物無法進入或者快速排出。

3.3.2 采集建筑物內人員進出量

許博文通過模擬實驗得出隨著室內人員增加，新風量隨之增加，室內污染物趨于穩定[12]。以某大廈實際情況為例，將信息采集器設計在建筑物每層人員進出口處，具體控制方式與上一種方式類似，但更直接簡單，智能控制系統提前編程好每個人所需要的新風量、室內外溫濕度等參數，信息采集器分為“進”“出”兩個，當有人體通過“進”通道時，智能系統即將啟動變頻器升頻加大新風量。反之，當有人體通過“出”通道時，智能系統即將啟動變頻器降頻減小新風量。

以上兩種方式都是在保持室內環境的同時最大限度地通過對新風系統新風量的適時調整來降低能耗。

3.4 采用熱交換式能量回收新風系統

采用熱交換式能量回收系統可以很好解決新風和能耗之間的矛盾。熱交換式能量回收系統可以把室內回風中的顯熱和潛熱回收，用來冷卻（或加熱）室外新風，從而降低空調能耗。具體工作原理為：室外空氣由進風管道進入機組熱回收段，通過換熱模塊與室內回風進行一次能量交換，來預熱或預冷從室外導入的新鮮空氣，再經過濾器過濾變成潔凈空氣與表冷加熱段進行二次能量交換，若冬季再經過加濕段將處理過的空氣進行加濕，從而達到室內所需新鮮空氣的溫濕度要求；最后由送風段送進個房間，室內排風口排出污濁的空氣回到熱回收裝置由排風機排出室外。整個過程智能模塊嚴格配置送風量、排風量，同時回收排放過程中的能量，既減少能量浪費，又能使室內空氣品質得到改善。熱交換式能量回收機組中換熱模塊目前主要分3 類：轉輪式熱交換器、翅片式熱交換器、溶液式熱交換器。

轉輪式熱交換器是由輪芯、密封箱體、驅動裝置等組成的。輪芯采用的是蜂窩狀的轉輪，內部采用無毒、無味的高分子合成材料制作而成，具有極強的蓄熱和吸濕功能，裝配在密封箱體中間。密封箱體內部與輪芯垂直方向由隔板分割成兩部分，分別輸送新風和排風。驅動裝置顧名思義用來驅動輪芯的轉動。夏季運行時，當輪芯轉過室內排風段時，輪芯中特殊材料會迅速吸走其能量，包括顯熱值和潛熱值，即輪芯溫度降低，水分含量降低；當輪芯轉到新風進風段時，高溫高濕的室外新風與輪芯接觸，低溫低時的輪芯瞬間吸走新鮮空氣的水分，并使其溫度降低。冬季運行時與其相反。為了能適應不同的新風環境，輪芯的轉速可進行相應調節，換熱效率很高。

翅片式熱交換器與熱力站所用板式換熱器原理類似，但不同的是翅片式熱交換器的隔板材質一般采用紙質或者隔膜，具有傳熱效率高、透水不透氣的功能。隔板兩側流通的是氣體，即室外新鮮空氣與室內帶負荷回收氣體，當兩種氣體正交叉流經換熱器時，由于兩側氣流存在溫濕度差，隨即完成熱濕交換。翅片式熱交換器因不帶傳動裝置，故無需產生額外能耗。

溶液式熱交換器與以上兩種換熱器在結構形式上略有不同，其核心換熱裝置為氯化鋰或其他鹵族鹽水溶液。該溶液具有吸熱（放熱）、吸濕（放濕）的特點，當換熱裝置工作時，分別控制室內回風與室外新風分別先后進入溶液，讓室內空氣進入溶液時能量被大量收集，室外新風進入溶液時能量被大量釋放，同時又有殺菌、消毒的作用。

4 結語

綜上所述，新風系統作為一個新興的朝陽產業，在其運行過程中存在著諸多問題，但隨著我國科技創新的腳步不斷加速，行業內的標準不斷出臺和完善，在不遠的將來必然會出現一大批專業的技術人員、先進的處理設備，從而趕超在此領域相對發達的國家，打造健康舒適的室內環境。經過此次疫情的考驗，我們更加對新風系統有了新的認知，力求在運行和管理的各個方面更綠色健康地運作，開發新的管理模式和先進設備，為新風系統帶來革命性的變化，讓新風系統更好地為人們創造健康舒適的室內生活環境。