王寧

(北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100000)

通風(fēng)一般是指將室內(nèi)、外空氣進(jìn)行交換，將室外空氣引入室內(nèi)的過程，通常包括機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種形式。值得注意的是，室外空氣不一定比室內(nèi)空氣更適宜。當(dāng)室外空氣溫度、濕度及潔凈程度達(dá)不到人們所需要求時，就不適合將其直接引入室內(nèi)。因此，將經(jīng)過新風(fēng)機(jī)組處理過的潔凈舒適的室外空氣引入室內(nèi)，能夠在一定程度上提高建筑物室內(nèi)的空氣質(zhì)量。當(dāng)今人們對建筑物的服務(wù)需求逐年提升，一部分高檔建筑物采用全封閉式的設(shè)計(jì)理念，采用新風(fēng)機(jī)組交換室內(nèi)外空氣越來越被廣泛應(yīng)用，甚至成為唯一途徑。但隨之而來的問題也在逐步顯現(xiàn)，新風(fēng)機(jī)組在運(yùn)行過程中受成本控制、行業(yè)管理不到位、運(yùn)行人員意識不強(qiáng)等諸多因素影響，空氣處理能力并沒有達(dá)到預(yù)期效果，臟亂差的新風(fēng)系統(tǒng)比比皆是。建筑室內(nèi)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(nèi)空氣中，聚積了大量的空氣污染物，并被重復(fù)循環(huán)使用，導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化。近年來，出現(xiàn)多次由病毒造成的突發(fā)性公共衛(wèi)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(yán)重干擾了人們的生產(chǎn)、生活。因此，加強(qiáng)對新風(fēng)系統(tǒng)行業(yè)的研究，通過新風(fēng)系統(tǒng)的綠色健康運(yùn)行有效避免細(xì)菌病毒傳播會有助于整個行業(yè)的發(fā)展和完善，從而保證人們生活和工作環(huán)境的健康、舒適。

1 新風(fēng)系統(tǒng)定義

新風(fēng)系統(tǒng)通常是指中央空調(diào)系統(tǒng)中除了要滿足室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度要求外，還需要給環(huán)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(yè)建筑中所需的新風(fēng)系統(tǒng)，其作用主要有3 個：（1）滿足室內(nèi)人員正常的供氧需求；（2）補(bǔ)充室內(nèi)燃燒所消耗的空氣和局部的排風(fēng)量；（3）保證房間內(nèi)正壓。新風(fēng)系統(tǒng)是為室內(nèi)空間提供新鮮空氣的設(shè)備，工作過程是在室外抽取新鮮的空氣經(jīng)過除塵處理、加濕或減濕處理及溫度調(diào)節(jié)后，通過風(fēng)機(jī)送到室內(nèi)，保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)。對一般民用建筑而言，中央空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是維修和保養(yǎng)相對比較方便，同時利于集中控制，能迅速地使室內(nèi)的空氣達(dá)到舒適要求；缺點(diǎn)是一般新風(fēng)機(jī)組的耗電量相對較大，造成運(yùn)行成本較高，同時短時間內(nèi)還可能出現(xiàn)溫度不均的現(xiàn)象。

2 新風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

近年來，新風(fēng)系統(tǒng)存在的問題主要包括新風(fēng)機(jī)組及管道的污染、室外引進(jìn)新風(fēng)量配比不足等方面。

首先，新風(fēng)機(jī)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(xiàn)場較為惡劣復(fù)雜的環(huán)境，設(shè)備及管道內(nèi)積灰現(xiàn)象不可避免。而在工程驗(yàn)收時除了有特殊要求的潔凈空調(diào)外，很少有人注意此類問題，物業(yè)運(yùn)行時更是如此。新風(fēng)機(jī)組的初、中、高效過濾器很難定期清洗，新風(fēng)管道的定期清潔更是罕見。張銳等人檢測了北京市內(nèi)30 多家公共建筑中的新風(fēng)風(fēng)管內(nèi)積塵量，發(fā)現(xiàn)污染情況均為嚴(yán)重，風(fēng)管內(nèi)積塵量平均達(dá)750 g/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國家標(biāo)準(zhǔn)值[1]。衛(wèi)生部曾對900 多座公共建筑使用中央空調(diào)的情況進(jìn)行了檢查，結(jié)果表明，空調(diào)系統(tǒng)合格率僅為6.2%，污染情況較嚴(yán)重[2]。其次，在新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，能耗占據(jù)整個中央空調(diào)能耗的20%～40%左右[3]，為了降低運(yùn)行成本，運(yùn)行單位會盡可能降低新風(fēng)比，甚至階段性停用，這樣就會使得室內(nèi)溫度雖然滿足要求，但一段時間后會使人出現(xiàn)胸悶和頭暈等不適，甚至出現(xiàn)病毒交叉?zhèn)魅镜惹闆r[4]。很顯然，新風(fēng)的缺失直接導(dǎo)致室內(nèi)CO2濃度上升，如果室內(nèi)外環(huán)境較惡劣，那么可吸入顆粒物如PM2.5、甲醛、苯、病毒、細(xì)菌等含量均會增加，無法實(shí)現(xiàn)新風(fēng)系統(tǒng)最基本的功能，室外潔凈舒適的空氣被擋在窗外。

3 新風(fēng)系統(tǒng)的綠色健康運(yùn)行

基于以上新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，那么如何進(jìn)行綠色健康運(yùn)行顯得尤為重要。該文通過對新風(fēng)機(jī)組過濾裝置的加強(qiáng)、科學(xué)清洗新風(fēng)管道、使用智能化控制系統(tǒng)、采用熱回收方式這4個方面逐一進(jìn)行闡述。

3.1 加強(qiáng)新風(fēng)機(jī)組過濾裝置

據(jù)調(diào)查，辦公環(huán)境空氣品質(zhì)直接影響人體健康和工作效率。然而，對于大多數(shù)公共建筑而言，新風(fēng)系統(tǒng)的機(jī)組過濾裝置一般采用初、中效過濾器，凈化效率較低，難以實(shí)現(xiàn)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(fēng)量很小，總體效果并不明顯；另一方面，有害物質(zhì)吸附到濾芯后長時間不更換會造成二次污染。因此，加強(qiáng)中央空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的過濾，選用科學(xué)有效的過濾材料來使房間內(nèi)達(dá)到健康舒適的環(huán)境尤為重要?；诖耍撐慕ㄗh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(qiáng)大的靜電吸附能力，能夠在不改變普通過濾器結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(dāng)帶電顆粒經(jīng)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(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的作用。因此，駐極體材料過濾器的高效、低阻、抗菌、節(jié)能、綜合成本相對較低等優(yōu)點(diǎn)，對于新風(fēng)系統(tǒng)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(yōu)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(dá)到終阻力值即認(rèn)為過濾器達(dá)到壽命,一般認(rèn)為終阻力達(dá)初阻力2 倍左右即達(dá)使用壽命[7]。但對于大部分辦公環(huán)境而言，駐極體過濾器在價格上經(jīng)濟(jì)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(shí)際應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)為多層玻璃纖維結(jié)構(gòu)，纖維分布密集、網(wǎng)孔小，具有最好的空氣凈化效能。據(jù)研究顯示，HEPA 對PM2.5的去除效果最為理想，可達(dá)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(biāo)有4 項(xiàng)，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(nèi)部結(jié)構(gòu)的阻力。倘若過濾器開始工作，已經(jīng)產(chǎn)生積灰，那阻力隨之增加；當(dāng)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(fēng)量下運(yùn)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(biāo)主要由兩個參數(shù)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(jù)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(diào)系統(tǒng)的能耗以及最小新風(fēng)量的要求。對運(yùn)行者而言，過濾器的效率相同，其阻力越小越好；對設(shè)計(jì)人員來說，過濾器的阻力特性是其設(shè)計(jì)的依據(jù)[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(fēng)效果也成為不可忽視的問題，二者在實(shí)際應(yīng)用中需綜合考慮。

3.2 新風(fēng)系統(tǒng)管道科學(xué)清洗

風(fēng)管的清洗方法取決于風(fēng)管的尺寸，較大尺寸的風(fēng)管需人工清理；小尺寸的風(fēng)管需要用自動機(jī)器人清洗。日本等國早已擁有專業(yè)的通風(fēng)空調(diào)清洗公司，行業(yè)規(guī)范較為完善，有相對穩(wěn)定的市場需求。我國通風(fēng)空調(diào)清洗行業(yè)起步雖然較晚，但也已經(jīng)基本形成規(guī)模，專業(yè)的設(shè)備和有資質(zhì)的公司數(shù)量在逐步提升，專業(yè)領(lǐng)域的規(guī)范也相繼出臺。目前，我國已經(jīng)頒布的通風(fēng)空調(diào)清洗規(guī)范有《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗消毒規(guī)范（WS/T 396-2012）》《空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗規(guī)范（GB 19210-2003）》《通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)清洗服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（JG/T 400-2012）》《集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗行業(yè)技術(shù)管理規(guī)范（SBT 10594-2011）》。

新風(fēng)管道清洗步驟如下。（1）熟悉圖紙，充分了解新風(fēng)系統(tǒng)中新風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)等風(fēng)管的走向布局。（2）現(xiàn)場查看，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)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(tǒng)風(fēng)管為單位進(jìn)行清理工作。（3）通過可視監(jiān)測設(shè)備對管道內(nèi)部進(jìn)行全方位摸底，包括管道內(nèi)部構(gòu)造、污染情況等，并選擇相應(yīng)的清洗設(shè)備。（4）前期準(zhǔn)備工作完畢后，開始對風(fēng)管進(jìn)行清洗作業(yè)，具體如下：①將已確定好的各分支系統(tǒng)通過防火閥進(jìn)行隔離分段，以免在清洗該管段時對其他系統(tǒng)造成二次污染；②使用高效真空集塵設(shè)備與所要清洗風(fēng)管進(jìn)行有效連接，該設(shè)備可使風(fēng)管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，防止粉塵外溢；③拆除風(fēng)口，將清洗機(jī)器人放入風(fēng)管中，并通過操控外部遙控器使其均勻清洗。（5）風(fēng)管清洗完畢后，取出清理機(jī)器人，關(guān)閉真空集塵設(shè)備并處理收集器內(nèi)的清理物。（6）清洗該分支分管段的防火閥門。（7）清洗風(fēng)口及過濾網(wǎng)。（8）恢復(fù)安裝風(fēng)口，用密封膠做好拆除風(fēng)口的密封工作，并隨后恢復(fù)保溫材料。（9）妥善收集所有清洗后的清理物，對其進(jìn)行二次消毒，并密封保存，運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。

對于新風(fēng)系統(tǒng)凈化與消毒殺菌，有一些國外研發(fā)了新技術(shù)，如二氧化鈦光催化、負(fù)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(jìn)其中的一些技術(shù)，又如何合理地運(yùn)用到目前新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行中去，使其與新風(fēng)系統(tǒng)有良好的兼容性，運(yùn)行維護(hù)更加簡單易行等，都是應(yīng)該進(jìn)一步研究的問題。當(dāng)然也需要考慮新技術(shù)的加入對于原有新風(fēng)系統(tǒng)的造價和運(yùn)行費(fèi)用的影響。

另外，是否對新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行清洗消毒目前主要是由設(shè)定的時間間隔來決定，但不同建筑物的使用性質(zhì)、污染狀況等條件都不同，完全根據(jù)設(shè)定的時間間隔來進(jìn)行清洗消毒并不合理，可能會出現(xiàn)清洗頻率過高或清洗不及時的情況，針對這種現(xiàn)狀，有必要建立新風(fēng)系統(tǒng)的積塵監(jiān)控，根據(jù)積塵的實(shí)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(fēng)量

新風(fēng)系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)手段，采用智能化控制模塊加變頻電機(jī)來控制新風(fēng)量[10]。智能化模塊中信息采集器收集相關(guān)信息，再由變頻器開啟新風(fēng)機(jī)組[11]。通過控制新風(fēng)量，在保障室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時達(dá)到節(jié)能效果。智能化模塊中室內(nèi)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(nèi)可吸入顆粒物如PM2.5、甲醛、苯、CO2等有害物質(zhì)

將建筑物內(nèi)取多個點(diǎn)分別布置感應(yīng)模塊，感應(yīng)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(guān)信息上傳到智能控制系統(tǒng)，并由控制系統(tǒng)通過計(jì)算，將數(shù)據(jù)傳遞到送、排風(fēng)機(jī)的變頻器，變頻器控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)新風(fēng)系統(tǒng)中新風(fēng)量大小。具體的控制方式：（1）當(dāng)室內(nèi)人數(shù)減少一定的比例，CO2含量降低，空調(diào)系統(tǒng)則同時降頻，減少新風(fēng)量，直到系統(tǒng)處于最小新風(fēng)量運(yùn)行；（2）當(dāng)室內(nèi)人數(shù)增加一定的比例，或因天氣原因霧霾嚴(yán)重，可吸入顆粒物、甲醛、苯、CO2含量增加，空調(diào)系統(tǒng)將同時升頻，增大新風(fēng)量，只有這樣才能保持室內(nèi)一定的正壓環(huán)境，讓污染物無法進(jìn)入或者快速排出。

3.3.2 采集建筑物內(nèi)人員進(jìn)出量

許博文通過模擬實(shí)驗(yàn)得出隨著室內(nèi)人員增加，新風(fēng)量隨之增加，室內(nèi)污染物趨于穩(wěn)定[12]。以某大廈實(shí)際情況為例，將信息采集器設(shè)計(jì)在建筑物每層人員進(jìn)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(tǒng)提前編程好每個人所需要的新風(fēng)量、室內(nèi)外溫濕度等參數(shù)，信息采集器分為“進(jìn)”“出”兩個，當(dāng)有人體通過“進(jìn)”通道時，智能系統(tǒng)即將啟動變頻器升頻加大新風(fēng)量。反之，當(dāng)有人體通過“出”通道時，智能系統(tǒng)即將啟動變頻器降頻減小新風(fēng)量。

以上兩種方式都是在保持室內(nèi)環(huán)境的同時最大限度地通過對新風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)量的適時調(diào)整來降低能耗。

3.4 采用熱交換式能量回收新風(fēng)系統(tǒng)

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

轉(zhuǎn)輪式熱交換器是由輪芯、密封箱體、驅(qū)動裝置等組成的。輪芯采用的是蜂窩狀的轉(zhuǎn)輪，內(nèi)部采用無毒、無味的高分子合成材料制作而成，具有極強(qiáng)的蓄熱和吸濕功能，裝配在密封箱體中間。密封箱體內(nèi)部與輪芯垂直方向由隔板分割成兩部分，分別輸送新風(fēng)和排風(fēng)。驅(qū)動裝置顧名思義用來驅(qū)動輪芯的轉(zhuǎn)動。夏季運(yùn)行時，當(dāng)輪芯轉(zhuǎn)過室內(nèi)排風(fēng)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(dāng)輪芯轉(zhuǎn)到新風(fēng)進(jìn)風(fēng)段時，高溫高濕的室外新風(fēng)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(yùn)行時與其相反。為了能適應(yīng)不同的新風(fēng)環(huán)境，輪芯的轉(zhuǎn)速可進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，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(zhì)一般采用紙質(zhì)或者隔膜，具有傳熱效率高、透水不透氣的功能。隔板兩側(cè)流通的是氣體，即室外新鮮空氣與室內(nèi)帶負(fù)荷回收氣體，當(dāng)兩種氣體正交叉流經(jīng)換熱器時，由于兩側(cè)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(chǎn)生額外能耗。

溶液式熱交換器與以上兩種換熱器在結(jié)構(gòu)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(diǎn)，當(dāng)換熱裝置工作時，分別控制室內(nèi)回風(fēng)與室外新風(fēng)分別先后進(jìn)入溶液，讓室內(nèi)空氣進(jìn)入溶液時能量被大量收集，室外新風(fēng)進(jìn)入溶液時能量被大量釋放，同時又有殺菌、消毒的作用。

4 結(jié)語

綜上所述，新風(fēng)系統(tǒng)作為一個新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，在其運(yùn)行過程中存在著諸多問題，但隨著我國科技創(chuàng)新的腳步不斷加速，行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺和完善，在不遠(yuǎn)的將來必然會出現(xiàn)一大批專業(yè)的技術(shù)人員、先進(jìn)的處理設(shè)備，從而趕超在此領(lǐng)域相對發(fā)達(dá)的國家，打造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境。經(jīng)過此次疫情的考驗(yàn)，我們更加對新風(fēng)系統(tǒng)有了新的認(rèn)知，力求在運(yùn)行和管理的各個方面更綠色健康地運(yùn)作，開發(fā)新的管理模式和先進(jìn)設(shè)備，為新風(fēng)系統(tǒng)帶來革命性的變化，讓新風(fēng)系統(tǒng)更好地為人們創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)生活環(huán)境。