分析新风系统的绿色健康运行

王宁

(北京城建道桥建设集团有限公司 北京 100000)

通风一般是指将室内、外空气进行交换，将室外空气引入室内的过程，通常包括机械通风和自然通风两种形式。值得注意的是，室外空气不一定比室内空气更适宜。当室外空气温度、湿度及洁净程度达不到人们所需要求时，就不适合将其直接引入室内。因此，将经过新风机组处理过的洁净舒适的室外空气引入室内，能够在一定程度上提高建筑物室内的空气质量。当今人们对建筑物的服务需求逐年提升，一部分高档建筑物采用全封闭式的设计理念，采用新风机组交换室内外空气越来越被广泛应用，甚至成为唯一途径。但随之而来的问题也在逐步显现，新风机组在运行过程中受成本控制、行业管理不到位、运行人员意识不强等诸多因素影响，空气处理能力并没有达到预期效果，脏乱差的新风系统比比皆是。建筑室内无法获得充足的洁净空气，从而微生物以及病毒等充满于室内空气中，聚积了大量的空气污染物，并被重复循环使用，导致室内空气质量严重恶化。近年来，出现多次由病毒造成的突发性公共卫生事件，例如：2003年的SARS病毒、2019年的新型冠状病毒等，其传染性极高，严重干扰了人们的生产、生活。因此，加强对新风系统行业的研究，通过新风系统的绿色健康运行有效避免细菌病毒传播会有助于整个行业的发展和完善，从而保证人们生活和工作环境的健康、舒适。

1 新风系统定义

新风系统通常是指中央空调系统中除了要满足室内环境的温度和湿度要求外，还需要给环境提供充足室外新鲜空气的部分。若只考虑民用建筑和一般工业建筑中所需的新风系统，其作用主要有3 个：（1）满足室内人员正常的供氧需求；（2）补充室内燃烧所消耗的空气和局部的排风量；（3）保证房间内正压。新风系统是为室内空间提供新鲜空气的设备，工作过程是在室外抽取新鲜的空气经过除尘处理、加湿或减湿处理及温度调节后，通过风机送到室内，保证室内的空气品质。对一般民用建筑而言，中央空调新风系统的优点是维修和保养相对比较方便，同时利于集中控制，能迅速地使室内的空气达到舒适要求；缺点是一般新风机组的耗电量相对较大，造成运行成本较高，同时短时间内还可能出现温度不均的现象。

2 新风系统存在的问题

近年来，新风系统存在的问题主要包括新风机组及管道的污染、室外引进新风量配比不足等方面。

首先，新风机组和管道的污染问题从施工安装时就开始存在了，由于施工现场较为恶劣复杂的环境，设备及管道内积灰现象不可避免。而在工程验收时除了有特殊要求的洁净空调外，很少有人注意此类问题，物业运行时更是如此。新风机组的初、中、高效过滤器很难定期清洗，新风管道的定期清洁更是罕见。张锐等人检测了北京市内30 多家公共建筑中的新风风管内积尘量，发现污染情况均为严重，风管内积尘量平均达750 g/m2，远远超出国家标准值[1]。卫生部曾对900 多座公共建筑使用中央空调的情况进行了检查，结果表明，空调系统合格率仅为6.2%，污染情况较严重[2]。其次，在新风系统的运行过程中，能耗占据整个中央空调能耗的20%～40%左右[3]，为了降低运行成本，运行单位会尽可能降低新风比，甚至阶段性停用，这样就会使得室内温度虽然满足要求，但一段时间后会使人出现胸闷和头晕等不适，甚至出现病毒交叉传染等情况[4]。很显然，新风的缺失直接导致室内CO2浓度上升，如果室内外环境较恶劣，那么可吸入颗粒物如PM2.5、甲醛、苯、病毒、细菌等含量均会增加，无法实现新风系统最基本的功能，室外洁净舒适的空气被挡在窗外。

3 新风系统的绿色健康运行

基于以上新风系统运行中存在的问题，那么如何进行绿色健康运行显得尤为重要。该文通过对新风机组过滤装置的加强、科学清洗新风管道、使用智能化控制系统、采用热回收方式这4个方面逐一进行阐述。

3.1 加强新风机组过滤装置

据调查，办公环境空气品质直接影响人体健康和工作效率。然而，对于大多数公共建筑而言，新风系统的机组过滤装置一般采用初、中效过滤器，净化效率较低，难以实现对灰尘和微生物的有效过滤。最常用的做法是采用移动式空气净化器，但目前市售多功能净化器也存在一些问题：一方面净化面积有限，一般净化器核心滤芯均采用高效过滤纸，由于净化器自身体积有限，净化器阻力较大，造成净化风量很小，总体效果并不明显；另一方面，有害物质吸附到滤芯后长时间不更换会造成二次污染。因此，加强中央空调新风系统的过滤，选用科学有效的过滤材料来使房间内达到健康舒适的环境尤为重要。基于此，该文建议采用以下两种方法。

3.1.1 采用驻极体材料制作的过滤器

驻极体材料是一种高效低阻的过滤空气污染物的有效方法之一，其具有强大的静电吸附能力，能够在不改变普通过滤器结构密度的情况下迅速提高过滤效果。其主要原因是驻极体过滤器中储存着大量电荷，形成较强的静电场，而空气中的尘埃、微生物等颗粒物也带有电荷，由于库仑力的静电吸引作用，当带电颗粒经过储存静电荷的驻极体过滤器时会迅速被吸附，而不带电的颗粒也会被驻极体电场所极化，继而在极化力的作用下被吸附。此过程中既能有效过滤空气中的污染物，又不损失空气通过的流量，效率高的同时又体现了节能环保的作用。因此，驻极体材料过滤器的高效、低阻、抗菌、节能、综合成本相对较低等优点，对于新风系统中的尘埃、微生物等有很好的过滤效率[5]。反之，驻极体过滤效果较HEPA 高效空气过滤器相比略有逊色。另外，驻极体过滤器虽然在过滤效果以及空气阻力方面优势明显，但是静电荷衰减问题仍然是目前不得不考虑的问题，直接影响了其过滤效果和使用寿命[6]。目前，对于驻极体过滤器的使用寿命一般用阻力来衡量,过滤达到终阻力值即认为过滤器达到寿命,一般认为终阻力达初阻力2 倍左右即达使用寿命[7]。但对于大部分办公环境而言，驻极体过滤器在价格上经济合理，净化能力方面较普通过滤器有显著提升。虽然存在一定问题，但其在实际应用中将会越来越显著。

3.1.2 采用HEPA高效空气过滤器

HEPA高效空气过滤器其内部结构为多层玻璃纤维结构，纤维分布密集、网孔小，具有最好的空气净化效能。据研究显示，HEPA 对PM2.5的去除效果最为理想，可达90%以上[8]。不仅如此，对PM1、PM10效果也是最佳的。对于任何过滤器而言，最重要的特性指标有4 项，即滤速、效率、阻力和容尘量。虑速指的是过滤器单位截面积气体流过的速度，效率指的是被滤纸捕捉到颗粒物与原空气总含尘量的比值。阻力顾名思义即过滤器对气流形成的阻碍力量，主要包含两部分：一是滤芯的阻力，二是过滤器内部结构的阻力。倘若过滤器开始工作，已经产生积灰，那阻力随之增加；当阻力增大到最大值时，过滤器无法满足要求，直接报废。容尘量是指过滤器在额定风量下运行，通过阻力因积尘增长到终阻力时，在过滤器上积留灰尘的重量。而对于HEPA 高效空气过滤器而言，其特性指标主要由两个参数来决定，即过滤器的效率和阻力。一般情况下，选择高效过滤器效率的依据是所需的洁净级别，若选用的过滤器效率偏低，那么所需的洁净级别就无法满足；而高效过滤器的阻力又直接影响空调系统的能耗以及最小新风量的要求。对运行者而言，过滤器的效率相同，其阻力越小越好；对设计人员来说，过滤器的阻力特性是其设计的依据[9]。因此，HEPA高效空气过滤器虽然过滤效果突出，但与之而来的通风效果也成为不可忽视的问题，二者在实际应用中需综合考虑。

3.2 新风系统管道科学清洗

风管的清洗方法取决于风管的尺寸，较大尺寸的风管需人工清理；小尺寸的风管需要用自动机器人清洗。日本等国早已拥有专业的通风空调清洗公司，行业规范较为完善，有相对稳定的市场需求。我国通风空调清洗行业起步虽然较晚，但也已经基本形成规模，专业的设备和有资质的公司数量在逐步提升，专业领域的规范也相继出台。目前，我国已经颁布的通风空调清洗规范有《公共场所集中空调通风系统清洗消毒规范（WS/T 396-2012）》《空调通风系统清洗规范（GB 19210-2003）》《通风空调系统清洗服务标准（JG/T 400-2012）》《集中空调通风系统清洗行业技术管理规范（SBT 10594-2011）》。

新风管道清洗步骤如下。（1）熟悉图纸，充分了解新风系统中新风、送风、回风、排风等风管的走向布局。（2）现场查看，根据现场实际情况包括管道外观、周围障碍物等确定清洗路线，确定以各分支系统风管为单位进行清理工作。（3）通过可视监测设备对管道内部进行全方位摸底，包括管道内部构造、污染情况等，并选择相应的清洗设备。（4）前期准备工作完毕后，开始对风管进行清洗作业，具体如下：①将已确定好的各分支系统通过防火阀进行隔离分段，以免在清洗该管段时对其他系统造成二次污染；②使用高效真空集尘设备与所要清洗风管进行有效连接，该设备可使风管内产生负压，防止粉尘外溢；③拆除风口，将清洗机器人放入风管中，并通过操控外部遥控器使其均匀清洗。（5）风管清洗完毕后，取出清理机器人，关闭真空集尘设备并处理收集器内的清理物。（6）清洗该分支分管段的防火阀门。（7）清洗风口及过滤网。（8）恢复安装风口，用密封胶做好拆除风口的密封工作，并随后恢复保温材料。（9）妥善收集所有清洗后的清理物，对其进行二次消毒，并密封保存，运输到指定地点。

对于新风系统净化与消毒杀菌，有一些国外研发了新技术，如二氧化钛光催化、负离子净化、臭氧杀菌、超声波处理、伽马射线辐射、微波辐射等。我们是否需要引进其中的一些技术，又如何合理地运用到目前新风系统运行中去，使其与新风系统有良好的兼容性，运行维护更加简单易行等，都是应该进一步研究的问题。当然也需要考虑新技术的加入对于原有新风系统的造价和运行费用的影响。

另外，是否对新风系统进行清洗消毒目前主要是由设定的时间间隔来决定，但不同建筑物的使用性质、污染状况等条件都不同，完全根据设定的时间间隔来进行清洗消毒并不合理，可能会出现清洗频率过高或清洗不及时的情况，针对这种现状，有必要建立新风系统的积尘监控，根据积尘的实际情况来判断是否需要清洗。

3.3 采用智能化控制模块控制新风量

新风系统可以通过计算机手段，采用智能化控制模块加变频电机来控制新风量[10]。智能化模块中信息采集器收集相关信息，再由变频器开启新风机组[11]。通过控制新风量，在保障室内空气品质的同时达到节能效果。智能化模块中室内信息采集可以有多种形式，该文介绍以下两种形式。

3.3.1 采集室内可吸入颗粒物如PM2.5、甲醛、苯、CO2等有害物质

将建筑物内取多个点分别布置感应模块，感应模块通过传感器将采集的可吸入颗粒物、甲醛、苯、CO2等的相关信息上传到智能控制系统，并由控制系统通过计算，将数据传递到送、排风机的变频器，变频器控制风机转速，从而实现新风系统中新风量大小。具体的控制方式：（1）当室内人数减少一定的比例，CO2含量降低，空调系统则同时降频，减少新风量，直到系统处于最小新风量运行；（2）当室内人数增加一定的比例，或因天气原因雾霾严重，可吸入颗粒物、甲醛、苯、CO2含量增加，空调系统将同时升频，增大新风量，只有这样才能保持室内一定的正压环境，让污染物无法进入或者快速排出。

3.3.2 采集建筑物内人员进出量

许博文通过模拟实验得出随着室内人员增加，新风量随之增加，室内污染物趋于稳定[12]。以某大厦实际情况为例，将信息采集器设计在建筑物每层人员进出口处，具体控制方式与上一种方式类似，但更直接简单，智能控制系统提前编程好每个人所需要的新风量、室内外温湿度等参数，信息采集器分为“进”“出”两个，当有人体通过“进”通道时，智能系统即将启动变频器升频加大新风量。反之，当有人体通过“出”通道时，智能系统即将启动变频器降频减小新风量。

以上两种方式都是在保持室内环境的同时最大限度地通过对新风系统新风量的适时调整来降低能耗。

3.4 采用热交换式能量回收新风系统

采用热交换式能量回收系统可以很好解决新风和能耗之间的矛盾。热交换式能量回收系统可以把室内回风中的显热和潜热回收，用来冷却（或加热）室外新风，从而降低空调能耗。具体工作原理为：室外空气由进风管道进入机组热回收段，通过换热模块与室内回风进行一次能量交换，来预热或预冷从室外导入的新鲜空气，再经过滤器过滤变成洁净空气与表冷加热段进行二次能量交换，若冬季再经过加湿段将处理过的空气进行加湿，从而达到室内所需新鲜空气的温湿度要求；最后由送风段送进个房间，室内排风口排出污浊的空气回到热回收装置由排风机排出室外。整个过程智能模块严格配置送风量、排风量，同时回收排放过程中的能量，既减少能量浪费，又能使室内空气品质得到改善。热交换式能量回收机组中换热模块目前主要分3 类：转轮式热交换器、翅片式热交换器、溶液式热交换器。

转轮式热交换器是由轮芯、密封箱体、驱动装置等组成的。轮芯采用的是蜂窝状的转轮，内部采用无毒、无味的高分子合成材料制作而成，具有极强的蓄热和吸湿功能，装配在密封箱体中间。密封箱体内部与轮芯垂直方向由隔板分割成两部分，分别输送新风和排风。驱动装置顾名思义用来驱动轮芯的转动。夏季运行时，当轮芯转过室内排风段时，轮芯中特殊材料会迅速吸走其能量，包括显热值和潜热值，即轮芯温度降低，水分含量降低；当轮芯转到新风进风段时，高温高湿的室外新风与轮芯接触，低温低时的轮芯瞬间吸走新鲜空气的水分，并使其温度降低。冬季运行时与其相反。为了能适应不同的新风环境，轮芯的转速可进行相应调节，换热效率很高。

翅片式热交换器与热力站所用板式换热器原理类似，但不同的是翅片式热交换器的隔板材质一般采用纸质或者隔膜，具有传热效率高、透水不透气的功能。隔板两侧流通的是气体，即室外新鲜空气与室内带负荷回收气体，当两种气体正交叉流经换热器时，由于两侧气流存在温湿度差，随即完成热湿交换。翅片式热交换器因不带传动装置，故无需产生额外能耗。

溶液式热交换器与以上两种换热器在结构形式上略有不同，其核心换热装置为氯化锂或其他卤族盐水溶液。该溶液具有吸热（放热）、吸湿（放湿）的特点，当换热装置工作时，分别控制室内回风与室外新风分别先后进入溶液，让室内空气进入溶液时能量被大量收集，室外新风进入溶液时能量被大量释放，同时又有杀菌、消毒的作用。

4 结语

综上所述，新风系统作为一个新兴的朝阳产业，在其运行过程中存在着诸多问题，但随着我国科技创新的脚步不断加速，行业内的标准不断出台和完善，在不远的将来必然会出现一大批专业的技术人员、先进的处理设备，从而赶超在此领域相对发达的国家，打造健康舒适的室内环境。经过此次疫情的考验，我们更加对新风系统有了新的认知，力求在运行和管理的各个方面更绿色健康地运作，开发新的管理模式和先进设备，为新风系统带来革命性的变化，让新风系统更好地为人们创造健康舒适的室内生活环境。