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【暖通战疫】一种有效应对公共卫生安全的空调系统研究

  • 作者:
  • 深圳市建筑设计研究总院
  • 发布时间:
  • 2020-03-10

       当前,国家疫情进入平稳控制、积极向好阶段,深总院在复工复产阶段妥善采取应对措施,为生产建设工作平稳推进而努力。作为从事建筑设计一线的守护者,如何有效应对公共建筑运行中涉及的公共卫生安全隐患,值得深思。深圳市建筑设计研究总院有限公司暖通专业总工吴延奎特此撰文,与同仁分享。


作者 | 吴延奎 深圳市建筑设计研究总院有限公司暖通专业总工

       作者简介:吴延奎,1988年毕业于西安冶金建筑学院,并获硕士学位,高工,现任深圳市建筑设计研究总院有限公司暖通专业总工。长期从事暖通空调设计研究,设计或主持设计大中型项目近百项,多个项目市省部级奖。已获专利二十多项,另有已受理专利多项,发表(或合作)论文近二十篇。

       从春节期间爆发新型冠状病毒肺炎疫情以来,人们对疫情的关注与日俱增。由于新型冠状病毒传播速度极快,如何应对新型冠状病毒感染肺炎,引发了全社会的思考。特别是随着春节假期结束,大部分人开始逐步返岗复工,如何有效降低工作场所人与人之间疫情传播的几率,是所有人最关心的话题。作为空调专业设计人员,如何从技术角度出发,充分发挥专业作用,防止病菌传播,需要我们认真分析,深刻思考。

一、传统空调系统应对疫情的不足

       传统空调:风机盘管+新风系统(以普通办公室为例)。空气循环处理过程中,由于人员位于回流区,若新风换气次数小时,病菌在室内停留时间会较长,风机盘管凝结水盘则为病菌提拱了生存空间,并无法有效防止病菌。

二、合适的解决办法

       (1)换气次数问题

       可通过加大新风量来解决换气次数问题,比如利用风机变频技术。在正常运行模式下,风机风量满足最小新风量要求;而疫情模式下,可加大新风量满足换气次数要求。

       (2)空调回流区问题

       在考虑如何让新鲜空气直接送入人员活动区时,可借鉴医院洁净空调系统的设计思路,采用直流空调系统(全新风系统)解决。但是如何将直流空调系统与传统空调系统有效结合,值得关注。

       经过反复思考,我们发现可以采用在温湿度独立控制空调系统的基础上加以改进(命名为多源温湿度解耦智能空调系统)来解决这一问题,同时还解决了室内凝结水盘为病菌提供温床的问题。

三、多源温湿度解耦智能空调系统的特点

       以风机盘管系统为例,空气处理过程如下图所示。新风机承担了新风的显热负荷和湿负荷,还有室内的全部湿负荷和部分显负荷。风机盘管承担室内剩余显热负荷。处理后的新风单独送入室内。新风系统的特点详见表1。



表1  新风系统的特点

       (1)多源温湿度解耦智能空调系统正常工作模式

       新风机定频运行,风量满足最小标准要求,新风机承担了新风的显热负荷和湿负荷,还有室内的全部湿负荷和部分显热负荷,风机盘管承担室内剩余显热负荷,处理后的新风单独送入室内。

       (2)多源温湿度解耦智能空调系统疫情工作模式

       新风机变频运行,新风量开至最大,风机盘管停止运行,实现室内空调直流系统的转变。

四、多源温湿度解耦智能空调系统的可行性及经济性分析

       (1)可行性分析应考虑全新风运行的室内舒适度保障率情况如何。

       (2)经济性分析应侧重能耗、运行费用、造价等情况

       经过反复研究和计算可知,在全新风运行时,办公室、住院部、门诊楼能保障室内温湿度在舒适区的全年新风运行时间和保障率,详见下表2~4。

表2  办公楼全新风运行(h)

       注:办公室每日工作时间8:00-18:00,蓄冰率取30%。

表3  住院楼全新风运行(h)

       注:住院楼每日工作时间0:00-24:00,蓄冰率取30%。

表4  门诊楼全新风运行(h)

       注:门诊楼每日工作时间8:00-20:00,蓄冰率取30%。

       如果提高蓄冰率,办公楼、住院部、门诊部全新风运行可保障的时间更长。结合SARS和新型冠状病毒肺炎的爆发时间,通常流行性病毒的爆发时间主要集中在11-4月。在此期间,全新风运行时,办公室、住院部、门诊楼能保障室内温湿度在舒适区的时间和保障率,详见下表5~7。

表5  办公楼全新风运行(h)

表6  住院部全新风运行(h)

表7  门诊部全新风运行(h)

       注:工作时间、蓄冰率同全年表格。

表8  能耗率、节费率、造价分析

       注:1)机房造价仅包括机房主要设备,不含管道、阀门及建造成本;2)蓄冰率取30%;3)峰值电价取0.89,平期电价取0.66,谷期电价取0.186。

五、结语

       多源温湿度解耦智能空调系统与常规空调系统相比,可以运行在全新风模式,最大限度地满足室内通风换气的最低要求和舒适度的要求,同时还能节约能耗,节省运行费用。2003年爆发SARS病毒,国内感染了5327例,死亡349例;2020年爆发的新型冠状病毒肺炎,现在还没有结束,截至3月3日,累计确诊80422例,死亡2984例。为了防患于未然,建议大力推广和运用多源温湿度解耦智能空调系统。