「HVAC」吳延奎：一種有效應對公共衛生安全的空調系統研究

戰疫情

當前，國家疫情進入平穩控制、積極向好階段，深圳市建築設計研究總院有限公司在復工復產階段妥善採取應對措施，為生產建設工作平穩推進而努力。作為從事建築設計一線的守護者，如何有效應對公共建築運行中涉及的公共衛生安全隱患，值得深思。深圳市建築設計研究總院有限公司暖通專業總工吳延奎特此撰文，與同仁分享。

深圳市建築設計研究總院有限公司 吳延奎

從春節期間爆發新型冠狀病毒肺炎疫情以來，人們對疫情的關注與日俱增。由於新型冠狀病毒傳播速度極快，如何應對新型冠狀病毒感染肺炎，引發了全社會的思考。特別是隨著春節假期結束，大部分人開始逐步返崗復工，如何有效降低工作場所人與人之間疫情傳播的幾率，是所有人最關心的話題。作為空調專業設計人員，如何從技術角度出發，充分發揮專業作用，防止病菌傳播，需要我們認真分析，深刻思考。

一、傳統空調系統應對疫情的不足
傳統空調：風機盤管+新風系統（以普通辦公室為例）。空氣循環處理過程中，由於人員位於迴流區，若新風換氣次數小時，病菌在室內停留時間會較長，風機盤管凝結水盤則為病菌提拱了生存空間，並無法有效防止病菌。

二、合適的解決辦法

（1）換氣次數問題

可通過加大新風量來解決換氣次數問題，比如利用風機變頻技術。在正常運行模式下，風機風量滿足最小新風量要求；而疫情模式下，可加大新風量滿足換氣次數要求。

（2）空調回流區問題

在考慮如何讓新鮮空氣直接送入人員活動區時，可借鑑醫院潔淨空調系統的設計思路，採用直流空調系統（全新風系統）解決。但是如何將直流空調系統與傳統空調系統有效結合，值得關注。

經過反覆思考，我們發現可以採用在溫溼度獨立控制空調系統的基礎上加以改進（

命名為多源溫溼度解耦智能空調系統）來解決這一問題，同時還解決了室內凝結水盤為病菌提供溫床的問題。

三、多源溫溼度解耦智能空調系統的特點

以風機盤管系統為例，空氣處理過程如下圖所示。新風機承擔了新風的顯熱負荷和溼負荷，還有室內的全部溼負荷和部分顯負荷。風機盤管承擔室內剩餘顯熱負荷。處理後的新風單獨送入室內。新風系統的特點詳見表1。

表1 新風系統的特點

<table><tbody>

傳統空調系統

多源溫溼度解耦智能空調系統

新風量固定；

新風製冷量不大（1臺2000風量的新風機，製冷量≈25kW）

新風量可以調節；

新風製冷量大（1臺2000風量的新風機，製冷量≈38kW）

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（1）多源溫溼度解耦智能空調系統正常工作模式

新風機定頻運行，風量滿足最小標準要求，新風機承擔了新風的顯熱負荷和溼負荷，還有室內的全部溼負荷和部分顯熱負荷，風機盤管承擔室內剩餘顯熱負荷，處理後的新風單獨送入室內。

（2）多源溫溼度解耦智能空調系統疫情工作模式

新風機變頻運行，新風量開至最大，風機盤管停止運行，實現室內空調直流系統的轉變。

四、多源溫溼度解耦智能空調系統的可行性及經濟性分析
（1）可行性分析應考慮全新風運行的室內舒適度保障率情況如何。（2）經濟性分析應側重能耗、運行費用、造價等情況。

經過反覆研究和計算可知，在全新風運行時，辦公室、住院部、門診樓能保障室內溫溼度在舒適區的全年新風運行時間和保障率，詳見下表2~4。

表2 辦公樓全新風運行

<table><tbody>

空調系統

工作時間/h

保障時間/h

保障率/%

換氣次數/h^-1

傳統空調系統

4015

2492

62.07

1.6

多源溫溼度解耦智能空調系統

4015

2840

70.73

2.0

/<tbody>/<table>

注：辦公室每日工作時間8:00-18:00,蓄冰率取30%。

表3 住院樓全新風運行

<table><tbody>

空調系統

工作時間/h

保障時間/h

保障率/%

換氣次數/h^-1

傳統空調系統

8756

4020

45.91

2.0

多源溫溼度解耦智能空調系統

8756

5217

59.58

2.0

/<tbody>/<table>

注:住院樓每日工作時間0:00-24:00,蓄冰率取30%。

表4 門診樓全新風運行

<table><tbody>

空調系統

工作時間/h

保障時間/h

保障率/%

換氣次數/h^-1

傳統空調系統

4745

2120

44.68

2.6

多源溫溼度解耦智能空調系統

4745

3515

66.39

2.6

/<tbody>/<table>

注:門診樓每日工作時間8:00-20:00,蓄冰率取30%。

如果提高蓄冰率，辦公樓、住院部、門診部全新風運行可保障的時間更長。結合SARS和新型冠狀病毒肺炎的爆發時間，通常流行性病毒的爆發時間主要集中在11-4月。在此期間，全新風運行時，辦公室、住院部、門診樓能保障室內溫溼度在舒適區的時間和保障率，詳見下表5~7。

表5 辦公樓全新風運行（h）

<table><tbody>

時間

傳統空調系統

多源溫溼度解耦智能空調系統

保障時間

保障率

保障時間

保障率

11月

251.00

76.06%

330.00

100.00%

12月

341.00

100.00%

341.00

100.00%

1月

341.00

100.00%

341.00

100.00%

2月

308.00

100.00%

308.00

100.00%

3月

265.00

77.71%

339.00

99.41%

4月

225.00

68.18%

311.00

94.24%

/<tbody>/<table>

表6 住院部全新風運行（h）

<table><tbody>

時間

傳統空調系統

多源溫溼度解耦智能空調系統

保障時間

保障率

保障時間

保障率

11月

501.00

69.58%

720.0

100.00%

12月

722.00

97.04%

744.0

100.00%

1月

739.00

99.86%

740.0

100.00%

2月

670.00

99.70%

672.0

100.00%

3月

608.00

81.72%

744.0

100.00%

4月

506.00

70.28%

684.0

95.00%

/<tbody>/<table>

表7 門診部全新風運行（h）

<table><tbody>

時間

傳統空調系統

多源溫溼度解耦智能空調系統

保障時間

保障率

保障時間

保障率

11月

167.00

42.82%

359.00

92.05%

12月

323.00

80.15%

402.00

99.75%

1月

350.00

86.85%

403.00

100.00%

2月

320.00

87.91%

364.00

100.00%

3月

211.00

52.36%

379.00

94.04%

4月

158.00

40.51%

350.00

89.74%

/<tbody>/<table>

注:工作時間、蓄冰率同全年表格。

表8 能耗率、節費率、造價分析

<table><tbody>

空調系統

節能率

節費率

機房成本增加率

常規空調系統

-

-

-

常規冰蓄冷空調系統

-20.04%

8.88%

33.2%

多源溫溼度解耦智能空調系統

20.54%

17.73%

35.5%

/<tbody>/<table>

注:1）機房造價僅包括機房主要設備，不含管道、閥門及建造成本；2）蓄冰率取30%；3）峰值電價取0.89，平期電價取0.66，谷期電價取0.186。

五、結語

多源溫溼度解耦智能空調系統與常規空調系統相比，可以運行在全新風模式，最大限度地滿足室內通風換氣的最低要求和舒適度的要求，同時還能節約能耗，節省運行費用。2003年爆發SARS病毒，國內感染了5327例，死亡349例；2020年爆發的新型冠狀病毒肺炎，現在還沒有結束，截至3月3日，累計確診80422例，死亡2984例。為了防患於未然，建議大力推廣和運用多源溫溼度解耦智能空調系統。

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作者 | 吳延奎

深圳市建築設計研究總院有限公司暖通專業總工

作者簡介：吳延奎，1988年畢業於西安冶金建築學院，並獲碩士學位，高工，現任深圳市建築設計研究總院有限公司暖通專業總工。長期從事暖通空調設計研究，設計或主持設計大中型項目近百項，多個項目市省部級獎。已獲專利二十多項，另有已受理專利多項，發表（或合作）論文近二十篇。

來源：深圳市建築設計研究總院有限公司