01.28 “非典”以后对民用建筑通风空调工程的反思和预期

1 通风空调工程有利于改善建筑空间的卫生条件


  设置完善通风空调系统的建筑,比之于完全依靠自然通风的建筑,应该更有利于改善建筑空间的卫生条件,而不是相反。所谓“完善”,是指通风空调系统的各个环节符合现行有关标准,并能够经常进行维护和正常运行。民用建筑通风空调工程的目的,是在达到必要的卫生标准前提下,满足建筑环境的舒适度,包括:一定范围的温度、相对湿度、空气流动速度和新鲜空气量等。特别是在现代建筑中,由于建筑的大体量和大进深、难于避免有许多无法和室外直接相通的空间(如地下室等)、对空间的自由分隔要求、巨大的内部热湿负荷等,单纯自然通风不仅难以满足基本使用要求,更谈不上满足良好的卫生条件,必须依靠机械的通风空调工程。体现了现代技术的通风空调工程,正是在不断满足上述要求的过程中不断得到发展和进步。现行有关通风空调工程的技术标准,反映了这种发展和进步。

  在对“非典”的致病机理和传播规律还不完全清楚的应急情况下,对建筑设计包括对通风空调工程做出有点“过度”的反应,是必要和可以理解的。但是,不区分情况,把通风空调视若“洪水猛兽”,做出“尽可能不使用中央空调”的片面判断,则大可不必。

2 合理确定安全性和经济性的“度”

  任何工程问题,安全性和经济性,从来就是有矛盾的。现代的工程技术条件,完全有可能达到很高的安全性标准,但同时必须付出相应的经济代价,包括投资费用和能源消耗等。合理确定安全性和经济性的“度”,是工程标准的主要任务。

  对于通风空调工程而言,例如:抵御不同机率的大气炎热或寒冷因素、抵抗自然或人为灾害的能力、卫生或舒适度的不同标准等,都可以根据经济和其它因素灵活确定。显然,不能用生物净化的标准来要求一般舒适性空调工程,也不能以特殊情况为依据,不计较代价地提高各种标准。这就提出了正确区分和处理“常规”和“应急”的问题。即:根据现实的经济条件确定“常规”标准,而在发生突然灾害时,能够有效地实现“应急”转换。正确处理常规运行和应急措施的关系,是合理确定安全性和经济性的“度”的主要途径。

  现有的通风空调工程,虽然大多可以基本满足疫情突然发生时的应急转换,但在某些环节上有明显的缺陷,这是应对“非典”疫情给我们的启示。

3 避免使用“中央空调”的模糊称谓

  有的媒体宣称“传统中央空调存在病毒交叉感染的隐患”,“一些新的写字楼已经开始考虑安装多组户式中央空调取代传统中央空调的计划”,这是比较片面的带有商业倾向性的误导。所谓“中央空调”,是概念比较模糊的一种不规范的称谓,此名称未见于《采暖通风与空气调节术语标准》(GB50155-92)。通常主要是指空调的冷源(或热源)设备集中配置,由比较大型的冷源设备和热源设备,提供空气处理所需要的冷媒或热媒,既包括如高大空间的集中送回风的全空气制式,也包括如酒店客房的风机盘管加集中新风制式等。显然,这种冷源或热源的集中配置方式,和“存在病毒交叉感染的隐患”根本毫不相干。

  空调冷源正在向多元化的方向发展,比较小型的分散冷源有其便于计量、使用灵活等优点,在某些条件下(例如住宅)也是一种相对合理的选择。但是从总体上讲,集中设置大型的冷源设备,较分散设置小型冷源设备,可以得到更高的能效比,因而,它仍然应该是大型公共建筑空调冷源的主体方式。

  在集中冷源和热源的条件下,采用何种具体的通风空调系统向房间提供冷源和热源,则应该根据各类建筑的类型和使用特点。例如:可以采用集中送回风的全空气制式的多种方式、无回风的直流制式、风机盘管加集中新风的水——空气制式等。每种具体的通风空调系统,既非必然“存在病毒交叉感染的隐患”,也并不是万无一失。每一种方式,都应该从卫生角度出发扬长避短,进行切实的改进。

4 全空气制式空调系统宜适当缩小系统规模

  全空气制式空调系统,一般是指加入部分新风的集中送回风循环系统,但也包括其它多种型式。除传统意义上同一送风温度“吃大锅饭”的集中系统外,还有可以适合不同建筑热工特性房间分别控制温度的多分区型式或带有各种不同变风量末端的型式。相对于水——空气制式空调系统的弊病而言,全空气系统仍是较大空间的比较适宜的空调方式,例如:影剧院、体育馆、展览馆、商场、侯机或候车大厅、公共建筑大堂、开敞式的现代化写字楼等。在较大的同一建筑空间内,即使采用其它形式的空调制式,或不运行空调,疫情在人群中的传播同样可以发生。

  但是,适当缩小系统的规模,尽可能减少同一建筑空间内各区间空气的交互性,是有条件的。例如:写字楼可以按照楼层(或同一楼层内进一步按照销售和出租单元)划分为独立的系统;商业大厦可以在建筑防火分区范围内进一步划分系统;剧院、体育馆、展览馆、侯机或候车大厅等,也可以在一个较大的空间内,划分为由若干个相对独立的空调机组和管道系统,使送回风循环系统自成体系。这对于建筑防火、减少风管占用空间、节约能源、系统的均匀性和可调节性,都会十分有利。而出租写字楼按照销售或出租单元划分为独立的系统,更可以便于空调费用的计量。

5 新风量偏小的状况急待改进

  在民用建筑的通风空调工程中,无论采用何种空调制式,新风量偏少是目前一个带普遍性的缺陷。平时就达不到标准所要求的卫生条件,更无法适应疫情发生时加大新风量的应急转换。

  尽管在设计标准中一再强调,在过渡季节或可以利用新风作为冷源时,应该尽可能最大限度地使用新风,但在一般工程中,由于建筑条件的限制和自身的观念,常常按照主要根据二氧化碳浓度限制确定的最小新风量标准进行设计。加以新风进口的装饰性遮档、机组的实际出力折减、输送过程中的渗漏、过滤器不及时清洗等因素,大多达不到最小新风量。

  在空调的能耗中,新风负荷所占的比例较大。按照最小新风量标准计算,在设计条件下的新风负荷占总负荷的比例,写字楼和酒店约可占50%,商业大厦约可占40%。因此在实际运行中,为减少能源费用,经常采用减少新风或间断运行集中新风系统的不当方法。多年以前进行的一次旅游旅馆空调系统运行情况调查发现,集中新风系统运行最好的某工程,其实际新风量也只有设计新风量的30%。

  新风量偏小的状况,在通风空调工程的设计中急待改进,应该采用各种技术措施,确保有可能最大限度地使用新风。例如:采用变风量新风机组,并且用低档转速下的风量对应最小新风量标准选择机组,在过渡季节或可以利用新风作为冷源时,转换为中速或高速运行。同时,也要解决好最大限度地使用新风条件下的进风口和排风出路,以及配套相应的节能措施。

6 合理地应用全新风直流式空调系统

  “非典”以后,全新风直流式空调系统成为一种“时尚”。笔者在参与北京一个颇具影响的高档写字楼工程中,就遇到了开发建设单位配置这种系统的执著要求,其目的十分明确:提高楼盘的“卖点”。为了合理地应用这种很有特点的系统,需要深入研究其利弊得失。

  不使用回风循环的全新风直流式空调系统,当然可以在一定程度上防止或减少建筑内同一系统中空气的交互性。但是,即使采用普通的加入部分新风的集中送回风循环空调系统,也可以把它当作一种备用的运行方式,如果遇到通过空气途径传染疫情发生时,用作应急转换措施。类同于防空地下室通风系统的平战结合和转换。

  众所周知,通风空调系统不仅要满足由卫生要求确定的最小新风量,还要满足室内空气的热—湿平衡和合适的送风温差。如果不区分各类建筑的使用特点,一概采用不使用回风循环的直流式全新风空调系统,就会产生一系列、首先是巨大的能耗和运行的经济性问题。

  对于全新风直流式空调系统,应该有如下基本认识:

(1) 全新风直流式空调系统并不能够等同于“清洁”空调系统。建筑空调可以达到的卫生标准,除了合理的新风量标准以外,还要全面解决好空气过滤、气流组织、建筑空间的压力控制、空气的热湿处理方式、通风系统的“回流”、空调冷凝水等诸多方面的问题。在其中,“全新风”不一定可以成为提高卫生标准的主导因素。

(2) 不能用一般全空气送回风循环空调系统的概念,来设计全新风直流式空调系统。全新风直流式空调系统在不同负荷特征建筑中应用,其技术经济效益相差较大。空调系统的风量,主要取决于空调房间的热湿负荷、室内空气过程的热湿比、空气处理设备的能力、房间允许的送风温差等因素。人员密度不大、围护结构和内部显热负荷较大的建筑,如果用一般全空气送回风循环空调系统的概念,来设计全新风直流式空调系统,进入的新风量将达到规定最小新风量的7~8倍,能耗将是常规系统的3~4倍。

(3) 为了克服上述负面后果,特别是对待具备上述特征的空调建筑,应该通过深入的技术经济论证,采用不同的配置方式和一系列的配套措施,以达到相对合理的回报。例如:用较小的风量提供足够的冷量,就需要采用降低制冷机组的能效比的低温冷媒,为弥补这种损失,往往利用电网谷电的冰蓄冷技术;采用高效率的热回收装置,尽可能多的回收冷量和热量,但是又不宜采用转轮式全热回收装置;采用干工况的显热末端设备,担负房间的显热负荷;采用特殊的送风口装置和气流组织,以避免由于过大的送风温差而影响舒适度等。

7 改进空气过滤装置

  为达到必要的卫生标准,和新风量同样重要的,是空调系统中的空气过滤装置。有两个问题需要解决:

(1)宜采用中效空气过滤器

  任何细菌或病毒不能单独存在,在空气中的存在,必须附着在一定粒径的微粒上。医院洁净室的空气净化手段,主要是使用各种不同级别的空气过滤器和采用不同的空气循环过滤次数。大气尘埃中约70%(按重量计)为粒径小于10μ的固态或液态的微粒, 以气溶胶的形态存在, 称为大气尘, 或称为飘尘, 可吸入肺内危及人体健康。《公共场所卫生标准》(GB9663—9673-1996)称之为“可吸入颗粒物”(IP)。大多数民用建筑空调设备的空气过滤装置采用粗效过滤器。粗效空气过滤器只能过滤粒径为10—100μ的微粒。因此, 即使从平时的卫生条件出发,也宜采用能过滤粒径为1—10μ微粒的中效空气过滤器。

(2)应开发便于清洗的空气过滤器

  笔者在许多通风空调工程看到,由于空气过滤装置不能及时清洗,使阻力增大风量减少,为保证风量有时就将过滤器拆掉,灰尘和冷凝水使表冷器上形成坚硬的污垢。这当然主要是由于运行管理上的不规范化,但是大多空调机组配带的空气过滤装置不便于清洗,也是一个重要的因素。因此,在有条件时,应该重新开发和采用例如可以自动清洗或自动卷绕的空气过滤装置,这种装置应该是体型紧凑和灵活可靠的。

8 冬季空气加湿技术的困惑

  冬季空气的加湿,一直是较难解决好的课题。以北京地区为例,为保证室内相对湿度不低于30%,在设计工况下,每m3 新风的加湿量一般不应少于5克,以每万m2写字楼为例,最小新风量约需30000 m3/h,则加湿量约需150kg/h。

  使用干蒸汽加湿虽然比较理想,调节控制问题现在也能够解决好。但是,难以取得不间断的汽源,特别是在例如北京地区,质量技术监督部门不允许在建筑内设置锅炉,蒸汽管道也难免恶化室内环境,因而大多数民用建筑均无法采用干蒸汽加湿,只能采用例如离心、超声波、高压喷雾、湿膜等绝热加湿装置。

  最近,建设部、卫生部和科技部关于印发《建筑空调通风系统预防“非典”、确保安全使用的应急管理措施》的通知中,有如下规定:“在医院空调系统中禁止采用任何形式的绝热加湿装置。”虽然是列入“对医院隔离区空调装置与空调通风系统的特殊附加要求”内,但是否说明任何一种绝热加湿方法,都不能满足洁净卫生标准?因此,应该认真界定各种加湿方式在卫生方面的可行性,避免形成在空气加湿技术方面留下空白。

9 关于空调器冷凝水

  夏季空调除湿过程形成的冷凝水,有可能滋生有害微生物,是通风空调系统的一个卫生死角。在全空气制式空调系统中,集中空调机组一般可以设置于机房内,可以有组织的排入建筑的污水管系内,存在较好的冷凝水排放条件,并不需要加以特殊处理。有的工程将冷凝水集中后,作为建筑中水的水源,由于有严格的建筑中水标准,也不致造成污染。

  问题较为突出的,是例如嵌装于顶板棚的风机盘管机组、直接蒸发式空调机的室内机、小型吊挂式的新风机和空调器等。由于采用在顶棚内安装,清洗十分困难。当冷凝水管系较长、又难以保证足够坡度时,常发生堵塞和泄漏。冷凝水管系位于机组的负压端,没有水封,冬季是干的,当采用垂直排水管系时,会发生建筑各部分空气的交互性。这也是风机盘管机组加集中新风系统的致命缺陷。标准较高的写字楼,逐渐用末端变风量的全空气系统加以替代,是其中的一个重要原因。

  尽管可以采用对冷凝水排水部件经常清洗消毒等具体措施,但都不能根本解决冷凝水系统对建筑环境的污染问题。这就提出了采用关于“显热末端”的课题。即:夏季空气的除湿过程,全部由集中新风系统负担,末端设备(例如风机盘管机组表冷器和顶棚冷辐射装置等)的表面温度,不低于室内空气的露点温度,在干工况条件下运行,只负担显热负荷。这需要有良好的建筑热工条件相配合,冷负荷(尤其是湿负荷)较大的建筑,难以取得理想的效果。

  对于住宅建筑房间空调器的冷凝水排除,《住宅设计规范》(GB50096-1999)中,已经提出了关于“综合解决好冷凝水引流”等要求,许多工程都设置有专用的冷凝水管道,而不应该是无组织的自由飘洒。

10 防止排风系统的“回流”现象

  通风空调系统中,容易使建筑各部分的空气发生交互性的另一环节是排风管系,即排风系统的“回流”。“回流”是指排气口气流的反方向流动。即使不从流行病传播的角度出发,也是个使人厌烦的老问题。《住宅设计规范》中,两处明确提出应加以防止:“当排油烟机的排气管排至竖向通风道时,竖向通风道的断面应根据所负担的排气量计算确定,应采取支管无回流、竖井无泄漏的措施”。“无外窗的卫生间,应设置有防回流的排气通风道”。在实际工程中,不仅是住宅的厨房和卫生间,公共建筑的排风系统,也都存在不同程度的“回流”现象。

  防止发生排风系统的“回流”现象最基本的要求是:在排风系统运行时,所有排风管系内均应保持负压;在排风系统停止运行时,防止因为热压烟囱效应发生“回流”,不使冬季下层的室内空气流向上层,夏季上层的室内空气流向下层。从设计和产品两个方面,都需要进行改进。

  有些通风空调工程采用室外空气的公共进风竖井,也有与此类似的问题。在实际工程中可以看到,当断面较小致使风速较高时,公共进风竖井内存在不同程度的负压,当某一层机组停止运行时,即使进风阀门处在关闭状态,该层室内空气会向负压状态的公共进风竖井发生“回流”。

11 关于建筑内不同空间的压力控制

  空调建筑一般要求维持适度正压,以防止室外空气的无组织渗入,有利于清洁度和室内参数少受外界干扰。但这是一个原则规定,对于空调建筑内的不同空间,应该有不同的压力控制要求。例如:医院洁净区的设计,就要根据不同洁净度区域保证不同的“静压程度”,即各区间的相对程度,使洁净度要求高区域的压力,按顺序略高于次洁净区域。有些区域还应该保持适当的负压。

  在一般民用公共建筑中,也应该注意遵循与此类似的原则,确定不同区域的压力分布。例如:厨房、汽车库、洗衣房、浴室和卫生间、中水或污水处理站房等发生不良气体的区域,应该确保其适度的负压状态。

  形成正压或负压状态的基本办法,是调整送风和排风的比例。一般区域的新风补充量应该大于排风量,或只送不排,以保持适度正压;而某些区域的新风补充量则应该小于排风量,或只排不送。但是,一般民用公共建筑的平面布置,往往又不可能严格按照洁净区的设计的规则。不同空间虽然分属不同的通风空调系统,由于压力差也会形成交叉污染,应该尽可能减少或杜绝空间之间由于压力差形成的空气流动。

  特别应该改进厨房的通风设计。既需要排除不良气体、又需要补入清洁气体的厨房,最大排风量高达30-50h-1,并根据炊事状态改变排风量,但其空调送风量常固定为10-20h-1,因此常发生空间压力的剧烈波动,时而出现正压致使厨房气味弥漫至其它空间,时而又有较大负压致使从餐厅或其它空间补入大量不清洁的空气。除空调送风量以外,厨房应该配置有过滤装置的室外新风进风系统,直接送至排气罩部位,并采用有效的调节控制装置,实现保持空间微负压的风量动态平衡。

12 关于风管系统

  风管系统对于确保通风空调工程的卫生条件也是十分重要的环节。

  风机盘管机组加集中新风系统的新风管道,基本上属于直流式送风系统,一般认为不存在不同建筑空间的空气交互性。其实,当系统停止运行时,如果管系是竖向布置的,笔者就观察到由于热压作用造成的各层间少量空气的流动。因此,有条件时宜横向划分系统。必须竖向布置时,宜分层设置可以在系统停止运行时关断的风阀。

  风管及相应构配件(如消声器等)的材质种类很多,宜按照卫生要求加以重新界定。内壁粗糙的土建材料,不应用作送风管道。尤其是用土建材料砌筑的风道加以分隔,分别做为送风、回风和排风管道的做法,应予废止。

13 通风空调系统的运行、维修和管理

  大多数民用公共建筑的通风空调系统的运行、维修和管理,停留在比较粗放的水平。很多单位对通风空调系统运行的主要关注点,仅是温度和运行费用。有些配置很好的系统及其控制装置,常常出现“一年自动、两年手动、三年不动”的现象。应该制定和完善通风空调系统的运行、维修和管理的标准,作为物业管理的重要内容,逐步改变落后状态。


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