公共建筑通风空调系统平疫结合设计探讨

钟玮

深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司

0 引言

随着全球范围内新冠疫情的持续，未来公共建筑通风空调系统的设计也面临着疫情防控的重大考验，对既有的公共建筑而言，由于每天进出建筑的人数众多，病原的携带者无法准确地监控，每天的病原携带者数量无法确定，防控的目标也无法确定。加上COVID-19 等新型病毒的传播机理尚待明确，因此，防控的措施难以实现有的放矢，要想实现疫情防控难度加大。

本文通过公共建筑通风空调系统多管齐下的大包围设计思路，最大可能地考虑在通风空调系统上降低病毒传播风险，灵活运用多种手段，探讨既有公共建筑通风空调系统不增加大改动情况下平疫结合的设计思路，以供参考。

1 公共建筑通风空调系统防疫对策

对于公共建筑而言，控制病原携带者的比例，可以通过测温来简单地实现。控制进入公共建筑的人数与人员密度，保持建筑良好的通风，降低空气传播风险，定期进行表面消毒，都可以有效地防控疫情。而从通风空调系统角度，根据感染风险的预测模型（P=C/S=1-e-IqpT/Q）[1]，有效地防控疫情需要考虑以下因素：停留时间T，易感人数S，病原携带人数I，病毒数量q，清洁风量Q，人均呼吸量p。

根据模型算式可知，公共建筑通风系统的防疫任务重点在于：

1）为房间提供足量的清洁空气进行稀释通风，降低致病性的微生物浓度，即减少病毒数量q。

2）控制致病性微生物通过通风空调系统跨房间传播，即减少停留时间T。

3）同时为室内提供适度的热环境保障。

2 公共建筑通风空调系统平疫结合设计

根据《公共及居住建筑室内空气环境防疫设计与安全保障指南》[2]，公共建筑的通风空调系统平疫结合应注意正常工况的功能性、疫情工况的安全性、工程建设的经济型、空间的可实施性等。

公共建筑通风空调系统平疫结合设计，要求在正常使用工况下既能满足使用功能要求，系统能高效节能运行，疫情期间又能快速转换，最大限度地提供清洁空气，实现通风稀释功能。因此，除正常设计选型设计外，需复核疫情工况（温度变化、新风量变化）下空调设备及冷热源的能力。

2.1 疫情工况的空调系统分析

2.1.1 疫情工况下的空调系统温度设定

疫情加强通风时，空调通风系统的新风供给量提高，根据室内干湿球温度对人体舒适度的影响（图1），最简单的办法是，在满足人类体感舒适度的范围内，室内空调设定温度冬季降低1～2 ℃、夏天提高2～3 ℃，在满足基本热舒适要求的情况下，不增加现有空调系统的负荷。

图1 室内干湿球温度对人体舒适度的影响

2.1.2 疫情工况下的空调系统末端设备设计

疫情工况下，公共建筑空调系统末端必须增加空气过滤及净化组件，以达到最大程度减少病毒数量的目的，如图二某公共建筑空调系统末端图，新风从外界环境进来，需要经过初效过滤模块，中效过滤模块，高效过滤模块，杀毒功能模块以及增压功能模块，方能进入到室内空气中。

这种情况下，一般室内风机采用变速控制，以适应平疫转换下初阻力到终阻力的变化。在平时工况，可以抽掉中效过滤，高效过滤及杀毒功能模块，风机风量按平时工况满足室内空气品质要求。同时预留安装设置高中效以上等级过滤器的技术条件，如检修口，简易更换组件槽等。

对于已有未设置两级过滤的空调系统末端设备，只需疫情时将中效更换成高中效，平疫工况风机选择可以做到无差别。

2.1.3 疫情工况下的空调系统热回收设计

如图2，空调系统新风末端的热回收功能模块，是室内新风和排风都要经过的重要装置。热回收装置分为转轮式，盘管式，板式，热管式和热泵等换热器形式。

图2 某公共建筑空调系统末端图

以冬季转轮式热回收装置为例，室内的回风通过热交换器的上半部分，排出到室外。此时，外气中所包含的大部分热量和湿气，聚集在转轮中，排到室外的只有被污染了的空气。另外，从热交换器的下半部分引入的室外新风，通过转轮时，获取转轮中所聚集的热量和湿气，被预热和加湿，同样夏天时有预冷、除湿作用，并连续不断地向室内供给新风。

疫情工况下，对于转轮式热回收装置而言，应设置旁通，以便空调通风系统在由平时工况转到疫情工况时新、排风系统正常工作。如图3 所示。

图3 疫情工况下的热回收装置旁通设计

对于其它热回收装置而言，从目前的制造水平看，均存在内部两个通道泄漏的可能性，因此，在疫情工况下，也要在热回收装置中设置旁通管，使装置处于新风的正压段和排风的负压段，确保装置的新风侧相对排风侧保持160 Pa 以上的正压。

2.2 疫情工况的空调系统通风分析

2.2.1 室内新风的安全性评价

疫情工况下，室内新风主要由室外新风输入，因此，室外取风口的安全性评价是室内新风安全性评价的基础，但这是公共建筑设计初期就已经考虑好的问题，因此本文不予讨论。

由武汉大学病毒学国家重点实验室发布的报告可以看出（见图4）[3]，经过滤净化的循环风新冠病毒气溶胶的粒径分布，带新冠病毒的颗粒粒径主要分布0.25 μm 以上。而根据设计要求，经过空调通风系统高中效过滤器，可以对新冠病毒的去除率达到70%以上，因此，经高中效以上级别过滤器处理的循环空气可认为是基本“清洁”的，其安全性符合疫情工况下的室内新风要求。

图4 新冠病毒气溶胶的粒径分布

2.2.2 “冷热末端+新风”系统的“清洁”空气设计

冷热末端+新风系统是公共建筑空调通风系统的主要形式之一。由于冷热末端设备的多样性，在冷热末端增设高效率过滤器处理回风的可实施性较差，因此，室内的清洁空气主要由室外新风来承担。

对于具有可开启外窗的房间，利用外窗增强通风，可以简化疫情工况下的空调通风系统设置。

对于无可开启外窗的，室内新风量宜按60 m3/(h·P)进行系统设计。

不论哪种情况，平疫结合的空调系统中，采用冷热末端+新风的形式时，新风系统的最大风量取值与系统设计应结合过渡季节通风和疫情通风综合考虑，做到既能满足过渡季节通风的要求，又能兼顾疫情通风的效果。

2.2.3 全空气系统的“清洁”空气设计

全空气系统是公共建筑空调通风系统的另一种常见形式。在全空气系统中，应综合过渡季节免费供冷和疫情期通风稀释的需求来设计新风量，根据相关文献资料，商业、交通等人员密集场所的设计送风量指标一般在20～40 m3/(h·m2)。

从目前传播案例分析，进入建筑的患者比例小于2%时，提高系统新风比能有效控制传播风险。当新风比达到70%以上时，感染风险较低。

因此，综合上述两个参数，在全空气系统中，设计送风量应在满足20～40 m3/(h·m2)范围内，使新风比尽可能达到70%以上。

此外，在全空气系统中，还可以通过合理设置回风过滤，提供“清洁”空气。让室内的回风通过高中效过滤处理，提供控制感染风险的“清洁”空气，来满足难以实现大新风比运行的部分建筑使用，如超高层建筑承担多房间的全空气系统，也可防止跨房间传播。在空调、供暖季节更加有利室内环境的维持，减少运行能耗。工程中可实施性更强，对空间占有不造成影响。

2.2.4 大空间室内的空气设计

对于大开间而言，在疫情工况下，房间的感染风险相对于小房间可大幅降低，有利过渡季节免费冷源的利用以及空调通风系统的平疫转换设计，基本上可维持平时设置不变。

对空间占用在可以接受范围，感染风险高的房间，应辅助以室内空气净化器，对室内的空气进行过滤和杀毒。

对于大进深的空间，宜按复合通风（自然通风+机械通风）进行设计，有利过渡季节能和疫情期通风。空调系统宜结合功能和通风效果按区域设置。空调季按区域调控，通风时可实现选择性开启，弥补自然通风的不足，达到通风降温和通风稀释的目的。

3 结论

本文通过公共建筑通风空调系统平疫结合设计的思考，最大可能地考虑在不改变原有通风空调系统基础上降低病毒传播风险，灵活运用多种手段，探讨既有公共建筑通风空调系统的平疫结合的设计思路，有以下结论：

1）疫情加强通风时，空调通风系统的新风供给量提高，在满足人类体感舒适度的范围内，室内空调设定温度冬季应降低1～2 ℃、夏天应提高2～3 ℃。

2）室内风机宜采用变速控制，以适应平疫转换下初阻力到终阻力的变化。同时预留了安装设置高中效以上等级过滤器的技术条件，如检修口，简易更换组件槽等。

3）疫情工况下，要在热回收装置中设置旁通管，使装置处于新风的正压段和排风的负压段，确保装置的新风侧相对排风侧保持160 Pa 以上的正压。

4）在全空气系统中，设计送风量应在满足20～40 m3/(h·m2)范围内，使新风比尽可能达到70%以上。