|
|
【分析】被動房應(yīng)對疫情的利弊2021-01-28 10:11來源：綠色建筑研習(xí)社作者：木子暖通
 本文轉(zhuǎn)自公眾號“木子暖通”，已獲作者授權(quán)。文章原題目為《基于疫情防控的超低能耗建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計思考》，文章將在《暖通空調(diào)》2021年第1期發(fā)表，本文略有刪節(jié)。 摘要 簡要介紹了超低能耗建筑與普通建筑的主要區(qū)別，分析了超低能耗建筑應(yīng)對疫情的利弊，給出了國內(nèi)目前常見的超低能耗建筑中暖通專業(yè)采取的技術(shù)路線，文章從疫情防控的角度對超低能耗建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計給出了設(shè)計建議，并給出了工程應(yīng)用實例。 關(guān)鍵詞 疫情防控 超低能耗建筑 新風(fēng)系統(tǒng) 技術(shù)路線 設(shè)計要點 0 引言 2020年初，新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情突襲全球，給整個人類社會帶來了巨大災(zāi)難。 疫情期間，公眾對集中空調(diào)系統(tǒng)、集中新風(fēng)系統(tǒng)在疫情傳播中的安全性產(chǎn)生了一些疑慮，鑒于超低能耗建筑的高氣密性以及對集中新風(fēng)系統(tǒng)的依賴性，類似的疑慮也就更為突出，本文嘗試對這些疑慮給出個人的理解，并從疫情防控的角度，對超低能耗建筑的暖通設(shè)計給出一些建議。 本文所述的疫情防控，針對的是包含COVID-19、以及諸如SARS、MERS、H1N9等所有具有空氣傳播特性的病毒、細(xì)菌引起的傳染性疫情，所述的“防控”，主要是基于預(yù)防、底線思維的考慮。 1 病毒傳播與暖通空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)系 1.1 傳染病基本認(rèn)識 傳染?。╥nfectious diseases）是由各種病原體引起的能在人與人、動物與動物或人與動物之間相互傳播的一類疾病。中國目前的法定報告?zhèn)魅静》譃榧?、乙、?類，共40種，屬于甲類傳染病的只有鼠疫、霍亂2種。根據(jù)國家相關(guān)部門要求，COVID-19作為急性傳染病，雖然屬于乙類傳染病，但是按甲類傳染病管理。 傳染病根據(jù)傳播途徑分為接觸傳播、空氣傳播、水和食物傳播、蟲媒傳播、其他等5類。屬于空氣傳播的傳染病有：甲型H1N1等各類流感、傳染性非典型肺炎（SARS-CoV）、中東呼吸綜合征（MERS-CoV）、人感染高致病性禽流感（H7N9等）、結(jié)核病、炭疽、諾如病毒急性胃腸炎、百日咳、流行性出血熱、風(fēng)疹、流行性腦脊髓膜炎、鼻疽和類鼻疽、埃博拉出血熱、流行性腮腺炎、猩紅熱等。 各種空氣傳播傳染病的致病機(jī)理、患病危害、防治手段有極大差異，但傳播機(jī)理基本一致，即主要通過近距離飛沫經(jīng)呼吸道傳播，也可通過口腔、鼻腔、眼睛等處黏膜直接或間接接觸傳播。 《新型冠狀病毒肺炎防控方案（第六版）》對COVID-19的描述如下：主要傳播途徑為經(jīng)呼吸道飛沫和接觸傳播，在相對封閉的環(huán)境中長時間暴露于高濃度氣溶膠情況下存在經(jīng)氣溶膠傳播的可能，其他傳播途徑尚待明確。 1.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)在疫情防治中的作用 截至目前，尚無權(quán)威證據(jù)表明病毒可以通過通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行傳播。事實上，空氣傳播傳染病雖冠以“空氣”兩字，但仍以接觸傳播為主要傳播手段，通過空氣傳播時需要考慮3個主要條件：距離、濃度和暴露時間。 對于專業(yè)的傳染病醫(yī)療建筑來說，暖通空調(diào)系統(tǒng)除了要保證室內(nèi)基本的溫濕度要求，還要承擔(dān)降低病毒濃度、防止病毒擴(kuò)散、保護(hù)醫(yī)護(hù)人員安全的重任，各醫(yī)療區(qū)域壓力梯度的維持至關(guān)重要。 對于具有平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換功能的醫(yī)療建筑來說，暖通空調(diào)系統(tǒng)要保證平時的醫(yī)療工藝需要，疫情時，經(jīng)過簡單的改造，可迅速轉(zhuǎn)換為具備傳染病專業(yè)防治的各項功能。 對于普通民用建筑來說，暖通空調(diào)系統(tǒng)的任務(wù)是保證平時舒適度要求。其平戰(zhàn)結(jié)合的考量，是要根據(jù)不同的系統(tǒng)形式與設(shè)備特點，結(jié)合建筑功能與節(jié)能運行需要，設(shè)計時采取適當(dāng)措施，疫情時進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可具有一定的預(yù)防病毒擴(kuò)散、降低病毒傳播風(fēng)險的能力。 2 被動式超低能耗建筑應(yīng)對疫情的利弊分析 2.1 被動式超低能耗建筑基本特點 被動式超低能耗建筑的基本特點是最大幅度地降低建筑能耗，采取的主要措施有提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能、增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性、對排風(fēng)進(jìn)行高效熱回收等。 我國的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系中沒有建筑氣密性的要求，而在被動房的標(biāo)準(zhǔn)體系中，建筑氣密性是一個重要的指標(biāo)要求。德國PHI標(biāo)準(zhǔn)中，建筑氣密性要求為換氣次數(shù)N50≤0.6 h-1，即在室內(nèi)外50 Pa壓差下無組織空氣滲透換氣次數(shù)不大于0.6 h-1。GB/T 51350—2019中，要求嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)居住建筑N50≤0.6 h-1，公共建筑及非嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的居住建筑N50≤1.0 h-1。 2.2 被動式超低能耗建筑在疫情時的不利因素 普通節(jié)能建筑由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性不強(qiáng)，即使關(guān)閉門窗，大部分時間人們也并無明顯的不適感。但對于氣密性大大增強(qiáng)的被動式建筑來說，完全關(guān)閉門窗，新風(fēng)量將無法滿足人員衛(wèi)生要求，因此，被動式建筑要求全年進(jìn)行有組織機(jī)械新風(fēng)供應(yīng)。對有組織新風(fēng)的依賴，成為被動式建筑應(yīng)對疫情的不利因素。 另一方面，北方地區(qū)基本以集中供暖為主，一般建筑大多處于過度供暖狀態(tài)，尤其是按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的居住建筑，“開窗供暖”幾乎成了常態(tài)。但對于超低能耗建筑來說，不再接駁城市集中供暖，居住建筑通常以住戶套型為單位采用分散式供暖空調(diào)系統(tǒng)，供暖空調(diào)的主要設(shè)備以新風(fēng)環(huán)境一體機(jī)（一種具有新風(fēng)高效熱回收、自帶小型空氣源熱泵進(jìn)行供熱、制冷的設(shè)備）為主，其供熱、供冷能力有限，開窗通風(fēng)可能造成房間溫度波動較大，影響室內(nèi)舒適度。 超低能耗建筑均設(shè)有排風(fēng)高效熱回收裝置，熱回收裝置的形式以板式和轉(zhuǎn)輪式為主。存在的問題有： 1）漏風(fēng)量較大，根據(jù)GB/T 21087—2007《空氣-空氣能量回收裝置》，板式靜止式能量回收裝置的內(nèi)部漏風(fēng)率（排風(fēng)側(cè)漏入新風(fēng)側(cè)的風(fēng)量占名義風(fēng)量的比值）最大允許限值為10%，旋轉(zhuǎn)式的沒有限值要求； 2）由于本身構(gòu)造特點，轉(zhuǎn)輪式能量回收裝置內(nèi)新風(fēng)、排風(fēng)間的污染不可避免； 3）板式全熱回收的換熱材料一般為紙質(zhì)，本身即容易滋生霉菌，在水蒸汽的滲透過程中，病毒有可能隨之從一側(cè)滲透到另一側(cè)。 2.3 被動式超低能耗建筑在疫情時的有利因素 2.3.1 被動式超低能耗建筑的新風(fēng)供應(yīng)更有保證 根據(jù)GB/T 51350—2019，居住建筑主要房間的室內(nèi)新風(fēng)量不應(yīng)小于30m3/（人·h），公共建筑的新風(fēng)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50736《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。德國PHI標(biāo)準(zhǔn)及我國各地被動式超低能耗建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均有類似規(guī)定。 對于一般場合來說，人均 30 m3/h的新風(fēng)量可以實現(xiàn)對污染物的有效稀釋、滿足人員衛(wèi)生需求。同時，被動式建筑要求精細(xì)化施工，風(fēng)管嚴(yán)密性要求較高，新風(fēng)系統(tǒng)需要經(jīng)過嚴(yán)格的調(diào)試與測試，較普通建筑更容易實現(xiàn)設(shè)計風(fēng)量需求；被動式建筑均設(shè)有排風(fēng)系統(tǒng)，對空氣的置換效果更有保證。 2.3.2 被動式超低能耗建筑的新風(fēng)供應(yīng)更潔凈 GB/T 51350—2019規(guī)定，新風(fēng)熱回收系統(tǒng)空氣凈化裝置對大于等于0.5μm細(xì)顆粒物的一次通過計數(shù)效率宜高于80%，且不應(yīng)低于60%。要滿足該標(biāo)準(zhǔn)，新風(fēng)送風(fēng)側(cè)過濾效率至少要設(shè)置GB/T 14295—2008《空氣過濾器》中的Z1（對≥0.5μm的過濾效率為60%~70%）中效過濾器，并盡量達(dá)到GZ（對≥0.5μm的過濾效率為70%~95%）高中效過濾器，對應(yīng)歐洲標(biāo)準(zhǔn)過濾效率為F7（對≥1μm的過濾效率為70%~99%）或F8（對≥0.5μm的過濾效率為75%~90%）。實際上，市場上新風(fēng)企業(yè)一般會將末級過濾器配置到亞高效過濾器（國標(biāo)YG，對≥0.5μm的過濾效率為95%~99.9%，或者歐洲標(biāo)準(zhǔn)H11）。 病毒作為納米級的物質(zhì)，需要附著在飛沫、細(xì)顆粒物等載體上存在。被動式建筑對室內(nèi)細(xì)顆粒物濃度有較高要求，空調(diào)設(shè)備配置有較高效率的過濾器，在對細(xì)顆粒物有效過濾的同時，也降低了病毒的傳播。 3 當(dāng)前超低能耗建筑主要技術(shù)路線 3.1 居住建筑 在超低能耗居住建筑中，室內(nèi)環(huán)境的維持具有如下特點： 1）供暖、空調(diào)采用以住戶的套型為單位的分散式供應(yīng)方式，不再接駁市政集中供熱。 2）室內(nèi)環(huán)境的維持采用新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)為主要形式。每戶設(shè)置1套（大戶型也可能設(shè)置2套或多套）新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)，該設(shè)備新風(fēng)部分配備高效熱回收（全熱或顯熱）裝置，可以在全新風(fēng)、回風(fēng)自循環(huán)、新回風(fēng)混合等多個工況間轉(zhuǎn)換，具有供冷、供暖、通風(fēng)等多個運行模式。 3）冷熱源以分散式空氣源熱泵為主，也有采用集中水源、分散供水的水環(huán)式地源熱泵方式。 目前存在的主要問題有： 1）由于住宅每戶的使用人數(shù)較少（一般3~4人/戶），按人均30 m3/h配置新風(fēng)，對于有多個房間的住宅套型，容易造成單個房間的新風(fēng)量不足。因此，對于多房間戶型，應(yīng)結(jié)合換氣次數(shù)進(jìn)行新風(fēng)設(shè)計，如對于四室兩廳、套內(nèi)面積120㎡左右的套型，應(yīng)按換氣次數(shù)0.5 h-1計算新風(fēng)量，約為150~180 m3/h，而不能僅按使用人數(shù)計算（約為90~120 m3/h）。 2）一般來說，被動式住宅的冬季供暖需求量較低，與之相比，夏季供冷需求量仍然較高。另外，對夏季供冷來說，住戶是間歇性使用空調(diào)，有迅速降低室溫的需求。因此，為提高設(shè)備的供冷能力，加大室內(nèi)空氣換氣次數(shù)，一般采用一次回風(fēng)形式，存在設(shè)備復(fù)雜、容量較大、風(fēng)量風(fēng)壓較大、噪聲較高、設(shè)備安裝位置受限等問題。 3.2 公共建筑 與被動式超低能耗居住建筑相比，被動式超低能耗公共建筑類型多、人員流動性大、內(nèi)熱源負(fù)荷密度較高、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)窗墻面積比通常較大，使得被動式超低能耗公共建筑的暖通空調(diào)設(shè)計具有如下特點： 1）通常需要設(shè)置供暖空調(diào)系統(tǒng)以維持室內(nèi)環(huán)境，夏季冷需求一般顯著高于冬季熱需求。 2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫加強(qiáng)、氣密性、外遮陽等被動式節(jié)能措施的應(yīng)用，使得夏季冷負(fù)荷中的顯熱負(fù)荷部分大大降低，但夏季潛熱負(fù)荷主要跟在室人員有關(guān)，不會隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的改善而變化。故在被動式超低能耗公共建筑中，夏季除濕能耗比重顯著上升，對溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的需求更為迫切。 3）單位負(fù)荷容量的減少、冬夏季不同的負(fù)荷特性變化等因素，對空調(diào)系統(tǒng)提出新的要求，如應(yīng)選擇更為合適的空氣處理方式、采取更加靈活的控制手段與控制策略等。 4）應(yīng)選用更高能效的系統(tǒng)與設(shè)備，降低整個系統(tǒng)的能耗水平。 5）一般應(yīng)采用可再生能源，降低一次能源需求。 4 基于疫情防控的超低能耗建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計建議 4.1 居住建筑 以家庭居住為特點的住宅建筑，從疫情防控的角度，設(shè)計重在防止住戶間的空氣污染。 1）新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)加大室外新風(fēng)通道的通過能力，使得疫情期間或過渡季節(jié)，住戶有條件采用全新風(fēng)模式運行。 2）對于以冬季供暖為主的系統(tǒng)，能量回收裝置建議采用顯熱回收方式。 3）住戶的室外新風(fēng)取風(fēng)口、污風(fēng)排出口設(shè)計應(yīng)注意：
4）應(yīng)探討多樣化的室內(nèi)供暖空調(diào)系統(tǒng)形式，如新風(fēng)系統(tǒng)僅負(fù)擔(dān)平時衛(wèi)生需要，另外設(shè)置獨立的供暖空調(diào)設(shè)施調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，為疫情時用戶開窗通風(fēng)創(chuàng)造條件。 4.2 公共建筑 公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管道復(fù)雜，客觀上為病毒擴(kuò)散提供了可能性，小型密閉空間尤其如此。從防疫的角度，建筑本身要盡可能設(shè)置足夠面積的可開啟外窗，創(chuàng)造自然通風(fēng)條件。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)要針對不同形式，設(shè)計時應(yīng)注意采取不同措施。 1）全空氣變風(fēng)量（VAV）系統(tǒng)：目前很多高層、超高層公共建筑應(yīng)用了VAV系統(tǒng)，疫情期間對VAV系統(tǒng)的質(zhì)疑較多，認(rèn)為VAV系統(tǒng)會造成各房間空氣聯(lián)通，加劇病毒傳播。對于VAV系統(tǒng)，可從如下幾個方面予以關(guān)注：
2）全空氣定風(fēng)量（CAV）系統(tǒng)：一般在商業(yè)、機(jī)場、車站、大堂、會議室等獨立的高大空間應(yīng)用較多，設(shè)計注意事項與VAV系統(tǒng)基本相同。疫情高風(fēng)險時期，一般聚集性活動被禁止，空調(diào)系統(tǒng)停止運行，如遇冬季應(yīng)注意做好防凍工作。 3）風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)、多聯(lián)機(jī)加新風(fēng)系統(tǒng)：室外新風(fēng)取風(fēng)口應(yīng)暢通、注意避免被排風(fēng)污染，新風(fēng)系統(tǒng)可采用適當(dāng)?shù)倪^濾措施，但沒必要設(shè)置殺菌消毒裝置。有條件時，室內(nèi)循環(huán)處理空調(diào)設(shè)備的回風(fēng)口，可設(shè)置適宜的殺菌消毒裝置。 4）熱回收裝置的選擇與使用 排風(fēng)熱回收裝置是被動式超低能耗建筑的重要設(shè)備，從防疫的角度，應(yīng)注意以下幾點：
5）新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 可結(jié)合過渡季節(jié)或冬季新風(fēng)供冷需求，設(shè)計時適當(dāng)加大新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)季節(jié)根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度自動控制新風(fēng)量供應(yīng)，過渡季節(jié)或疫情期間轉(zhuǎn)換為最大新風(fēng)量運行。 6）溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的干式末端減少了對濕表面依賴性較強(qiáng)的細(xì)菌、病毒的滋生，是一種天然的有利于疫情防控的系統(tǒng)形式。 5 某被動式超低能耗建筑中的疫情防控措施 5.1 工程概況 某超低能耗教學(xué)培訓(xùn)綜合樓（見圖1），位于濟(jì)南市，其被動式部分建筑面積33 600㎡，地上12層，地下1層，其中：地下1層~地上2層為培訓(xùn)教學(xué)用房，3~12層為學(xué)員宿舍。空調(diào)系統(tǒng)采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)，學(xué)員宿舍部分干式末端采用干式風(fēng)機(jī)盤管，培訓(xùn)教室部分干式末端采用主動式冷梁，新風(fēng)采用內(nèi)冷式雙冷源系統(tǒng)。
圖1 項目效果圖 5.2 平戰(zhàn)結(jié)合技術(shù)措施概述 1）雙冷源新風(fēng)機(jī)組中的高效熱回收裝置采用石墨烯機(jī)芯，抗菌防腐，具有對水蒸汽的選擇性滲透功能，一般氣體及污染物分子不能滲透，降低排風(fēng)污染的發(fā)生。 2）熱回收機(jī)芯具有旁通控制功能，可以通過控制面板控制旁通閥，過渡季節(jié)或疫情時新風(fēng)直接送入室內(nèi)，避免經(jīng)過熱回收。 3）內(nèi)冷式雙冷源機(jī)組的送、排風(fēng)機(jī)均采用數(shù)字化EC風(fēng)機(jī)，可以分別獨立控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的正壓或負(fù)壓運行。疫情期間可以通過對風(fēng)機(jī)的選擇運行，控制某些區(qū)域為負(fù)壓，用于接收疫情疑似人員，另一些區(qū)域為正壓，避免交叉污染。 4）研究表明，適當(dāng)加大新風(fēng)量具有過渡季節(jié)“免費供冷”效果。本工程新風(fēng)機(jī)組均按不小于額定風(fēng)量的1.25倍進(jìn)行風(fēng)機(jī)配置，平時以額定新風(fēng)量運行，采用CO2濃度控制，過渡季節(jié)以最大新風(fēng)量運行實現(xiàn)新風(fēng)供冷，疫情期間轉(zhuǎn)換為最大新風(fēng)量運行，加大室內(nèi)換氣量。 5）報告廳采用雙冷源全空氣機(jī)組，除了具有上述各項功能外，尚具有全新風(fēng)運行功能。 5.3 新風(fēng)供冷及疫情期間加大新風(fēng)量運行的可行性研究 以項目某教室為研究對象，使用面積為176 m2，額定新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)為30 m3/（人·h），設(shè)計在室人員數(shù)量為35人。房間逐時室內(nèi)冷負(fù)荷采用全年能耗模擬軟件計算，新風(fēng)可承擔(dān)的冷負(fù)荷采用式（1）計算。
當(dāng)采用不同新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)時，考察制冷主機(jī)不同開機(jī)、停機(jī)時間條件下，全年供冷能耗（含制冷系統(tǒng)及新風(fēng)系統(tǒng)）、節(jié)能率（不同新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)、不同主機(jī)開停機(jī)時，年供冷能耗與額定新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)、正常開停機(jī)時間的年供冷能耗之比）新風(fēng)供冷保證率（有冷負(fù)荷時段內(nèi)的新風(fēng)供冷量累計值與室內(nèi)冷負(fù)荷累計值之比），計算結(jié)果如表1所示。 表1 某教室新風(fēng)供冷計算結(jié)果
計算表明： 1）新風(fēng)系統(tǒng)在春秋過渡季節(jié)可承擔(dān)部分室內(nèi)冷負(fù)荷，采用新風(fēng)供冷，可以在適度降低舒適度的前提下，縮短主機(jī)開機(jī)時間，節(jié)約運行費用。 2）加大新風(fēng)量，可以提高新風(fēng)供冷保證率。 3）結(jié)合新風(fēng)供冷需要，疫情期間適當(dāng)加大新風(fēng)量運行是可行的。 6 結(jié)語 1）超低能耗建筑作為節(jié)能建筑的高級形式，在面對疫情時有利有弊，但總起來說是“可防可控，利大于弊”。 2）不同的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)形式，面對疫情時的應(yīng)采取不同的應(yīng)對措施。 3）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，可有意識地考慮平疫結(jié)合因素，采取適當(dāng)措施，疫情來臨時更好地發(fā)揮通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的作用。 4）作為暖通專業(yè)人員，面對疫情期間的種種傳言，應(yīng)從專業(yè)的角度正確對待，給出合理的分析與解釋。
|
