新風系統(tǒng)在智能建筑中的應用

劉萬萬，王秋薈，張向萍

(商丘師范學院，河南 商丘476000)

通風一般是指通過室內與室外空氣進行交換，將室外空氣引入到室內的過程.值得注意的是，室外空氣不是一定就比室內空氣更適宜.當室外空氣有污染時，就不適合將其引入到室內.因此，將凈化過的室外空氣與室內污濁的空氣交換，能夠在一定程度上提高建筑物室內的空氣質量.基于此，采用新風系統(tǒng)(Primary air system)進行通風將比自然通風更符合現(xiàn)代人的居住需求.

1 新風系統(tǒng)有關定義

根據(jù)供暖通風與空氣調節(jié)術語標準( GB/T 50155-2015)，新風系統(tǒng)是指為滿足衛(wèi)生要求、彌補排風或維持空調房間正壓而向空調房間供應經(jīng)集中處理的室外空氣的系統(tǒng).在實際應用過程中，新風系統(tǒng)大致分為氣流方向、有無管道、安裝形式等類別，這些類別各有優(yōu)缺點，可根據(jù)實際需要選用[1].

在智能建筑設計標準(GB 50314-2015)中，智能建筑的定義如下：“以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應用，集架構、系統(tǒng)、應用、管理及優(yōu)化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑.”結合智能建筑的有關知識，建筑不僅要保證居住者的人身財產安全，還應該包括居住者的衛(wèi)生安全.因此，新風系統(tǒng)的運用就有了特殊的意義，應該把新風系統(tǒng)加入智能建筑的應用范圍內.

2 新風系統(tǒng)的參數(shù)設置

新風系統(tǒng)設置的主要目的是滿足人們對安全、舒適、健康的室內空氣環(huán)境的需求.根據(jù)我國室內空氣質量標準(GB/T 18883-2002)的定義，室內空氣質量參數(shù)(indoor air quality parameter)指室內空氣中與人體健康有關的物理、化學、生物和放射性等參數(shù).因此，建立合格的新風系統(tǒng)，就必須對其物理、化學、生物、放射性等參數(shù)進行設置.

2.1 物理參數(shù)

新風系統(tǒng)室內控制質量的物理因素是指室內溫度、相對濕度、空氣流速、新風量.室內空氣質量標準(GB/T 18883-2002)規(guī)定：溫度22℃～28℃(夏季空調)，溫度16℃～24℃(冬季采暖)；新風量要求≥30 m3/(h·p)；相對濕度為40%～80%(夏季空調)，相對濕度為30%～60%(冬季采暖)；空氣流速≤0.3 m/s(夏季空調)、空氣流速≤ 0.2 m/s(冬季采暖).

室內溫度、濕度直接影響人們的居住舒適度.空氣流速影響室內空氣的新鮮程度，即空氣齡.空氣齡是指空氣進入房間的時間.在房間內污染源分布均勻且送風為全新風時，某點的空氣齡越小，說明該點的空氣越新鮮，空氣品質就越好. 空氣齡還反映了房間排除污染物的能力，平均空氣齡小的房間，去除污染物的能力越強. 空氣齡也可以綜合衡量房間的通風換氣效果，是評價室內空氣品質的重要指標.

新風系統(tǒng)在運行時通過設置傳感器實時檢測室內的溫度、濕度、空氣流速的實際值，然后通過系統(tǒng)對這些實際值進行調節(jié)，調節(jié)后再對室內的溫度、濕度、空氣流速進行檢測或者定時進行檢測，最后反饋給新風系統(tǒng)的執(zhí)行器，直至滿足要求.

2.2 化學參數(shù)

新風系統(tǒng)室內控制質量的化學因素是指總揮發(fā)性有機物(主要包括苯、甲醛)、CO2等化學物質在室內的濃度.室內空氣質量標準規(guī)定：總揮發(fā)性有機物濃度≤0.6 mg/m3；CO2濃度≤0.1%的限值；苯≤0.11 mg/m3；甲醛濃度≤0.1 mg/m3.這些污染物主要來自建筑的細木工板和乳膠漆、油漆等，對人體健康十分有害.

當下，隨著人們更加注重隔音保暖的住房要求，房間的封閉性也愈來愈好，空氣的不流通，導致室內空氣質量下降和出現(xiàn)SBS病態(tài)建筑綜合癥的問題，其主要影響因素是總揮發(fā)性有機物(主要包括苯，甲醛)、CO2等物質濃度超標.新風量的注入速度會影響換氣率，進而對室內污染物濃度產生影響.但是，無論房間是低濃度還是高濃度，經(jīng)過新風系統(tǒng)注入新風最終CO2等含量都會達到動態(tài)平衡[2].建立住宅建筑典型模型，通過特性散發(fā)率法和兩階段散發(fā)率法來計算住宅室內所需的新風量的合理范圍，計算得出一般住宅室內所需的換氣次數(shù)為0.39次/h～0.91次/h之間[3].在特殊時期，換氣次數(shù)可以適當增加.我們可以在檢測端實時或定時測出總揮發(fā)性有機物(主要包括苯，甲醛)、CO2等的濃度，通過與設定值進行比較，來決定新風系統(tǒng)的換氣次數(shù)，對室內的總揮發(fā)性有機物(主要包括苯，甲醛)、CO2濃度的數(shù)值進行控制，使其滿足要求.

2.3 生物參數(shù)

新風系統(tǒng)室內控制質量的生物因素是指室內的細菌、病毒等生物物質的含量.近年來，出現(xiàn)多次由病毒造成的突發(fā)性公共衛(wèi)生事件，例如2003年的SARS病毒、2019年的新型冠狀病毒等，其傳染性極高，嚴重干擾了人們的生產、生活.

2003年的SARS病毒造成了8000多人感染，其中有700多人死亡，死亡率接近于10%，雖然當時我國沒有采取封城措施，但是此次的突發(fā)公共衛(wèi)生事件仍導致我國2003年全年GDP增速減少了0.5%～1%.2019新型冠狀病毒具有高傳染性和高隱蔽性，其傳播途徑主要為經(jīng)呼吸道飛沫傳播、密切接觸傳播和氣溶膠傳播.飛沫傳播是空氣傳播的一種，飛沫在空氣中停留時間較久，當吸入含有新型冠狀病毒的空氣時即可導致感染.接觸傳播是指健康人群接觸了確診患者、疑似患者或無癥狀感染者攜帶的分泌物，如痰液、唾液、血液、糞便、尿液等，即被傳染病毒.在相對密閉的環(huán)境中，病毒如果長時間暴露于高濃度氣溶膠情況下，也存在著經(jīng)氣溶膠傳播病毒的可能性.對于這類病毒，居家防護指南有勤開窗、經(jīng)常通風，這就尤其需要通過新風系統(tǒng)過濾掉含有細菌、病毒的污染空氣.

要使室內環(huán)境干凈、衛(wèi)生，我們可以采用全新風，或者采用新風比不小于0.6的回風[4].新風系統(tǒng)能對室內環(huán)境里的氣溶膠污染物有良好的控制效果，并且通過加大新風量來降低室內空氣里的氣溶膠含量，經(jīng)三級過濾的新風系統(tǒng)可有效控制室內空氣中細菌和真菌污染[5].控制室內生物物質含量對于特殊時期呼吸道傳染病，如新冠病毒、SARS病毒等，有至關重要的作用.

2.4 放射參數(shù)

新風系統(tǒng)室內控制質量的放射性因素是指室內空氣中氡的濃度.氡無色無味，但是有輻射作用，在常溫下，氡會形成放射性氣溶膠停留在空氣中.一旦被人體吸收，就會在體內不斷累積.事實上，在我們日常所承受的天然背景輻射劑量中，氡輻射占了一半.

氡被國際癌癥研究機構列入室內重要致癌物質.在目前世界衛(wèi)生組織確認的三類人類致癌物中，氡屬于第一類.據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因氡而導致肺癌的病例超過50 000例.中國疾病預防控制中心研究發(fā)現(xiàn)，室內空氣中氡的濃度每增加100 Bq/m3，居住在此處的人患肺癌的概率就增加19%.假如室內氡的濃度為200 Bq/m3，居住在此處的人相當于每天吸15根煙.除了吸煙以外，氡是引起肺癌的最重要因素.據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國每年有幾萬人死于因氡輻射而導致的疾病[6].所以，室內空氣中氡的危害不容小覷.

室內空氣質量標準規(guī)定：氡濃度≤400 Bq/m3.室內裝飾裝修材料的引入，極大可能使室內空氣氡的濃度增加.主體建筑與裝修材料是室內空氣中氡的主要來源.建筑材料在符合國標建筑材料放射性核素限量(GB 6566─2010)要求的前提下，應盡量選用放射性低的材質，并通過新風系統(tǒng)一步降低室內的氡含量.

在連續(xù)均勻地通入新風情況下，室內氡濃度呈現(xiàn)隨時間指數(shù)遞減的趨勢.隨著新風換氣率的改變，室內的平衡氡濃度隨新風換氣率呈指數(shù)遞減趨勢.并且，在新風換氣率降低時，室內氡濃度會再次累積增加[7].

3 新風系統(tǒng)的應用

3.1 新風系統(tǒng)的應用范圍

建筑按使用功能可分為居住建筑、公共建筑、工業(yè)建筑、農業(yè)建筑.根建筑功能和使用性質的不同，都需要對室內的物理、化學、生物和放射性參數(shù)中的一項或者多項有所要求，因此，都需要或多或少運用新風系統(tǒng).根據(jù)奧維云網(wǎng)統(tǒng)計，我國新風系統(tǒng)的市場規(guī)模逐年增長，從2013年的銷售數(shù)量26萬臺，到2019年的銷售數(shù)量146萬臺，銷售量逐年增長.據(jù)中商產業(yè)研究院的預測顯示，2021年我國新風系統(tǒng)銷量將達246.74萬臺.

1)居住建筑

居住建筑是供人居住使用的建筑，對室內環(huán)境舒適性、安全性要求較高，是新風系統(tǒng)的最初服務對象.當下，智能建筑的出現(xiàn)，新風系統(tǒng)更是必須存在的設備之一.人們對室內環(huán)境中的溫度、濕度以及總揮發(fā)性有機物(主要包括苯，甲醛)、CO2、細菌、病毒、氡濃度的要求越來越苛刻.為了自身和家人的身心健康，在裝修階段，越來越多的人考慮安裝新風系統(tǒng).中國房地產精裝修市場越來越多的項目安裝了新風系統(tǒng)，2018年第三季度市場精裝修規(guī)模為50萬套，其中，新風系統(tǒng)項目配套數(shù)量達到12.47萬套，約占25%.

2)公共建筑

公共建筑是供人們進行各種公共活動的建筑.隨著人們對生活品質的追求，人們不僅僅是對居住建筑，而且對教育建筑、辦公建筑、商業(yè)建筑、醫(yī)療建筑、交通建筑等公共活動的建筑要求也越來越高.面對突發(fā)的新冠病毒肺炎疫情，如何運行公共建筑的空調通風系統(tǒng)成為令人關注的話題.2020年2月14日，習近平總書記主持召開中央全面深化改革委員會第十二次會議，強調要完善重大疫情防控體制機制，健全國家公共衛(wèi)生應急管理體系.公共建筑的空調通風系統(tǒng)是與衛(wèi)生防疫息息相關的，建筑物室內空氣質量好壞影響著居住人的健康.

自從新冠病毒肺炎爆發(fā)以來，國內疫情基本得到控制，但是國外疫情輸入性病例的不斷出現(xiàn)致使防疫形勢仍然很嚴峻.在復產復工期間，為了防止新冠病毒通過空氣流通進行傳播，不允許在公共辦公樓里工作的人們使用供暖或空調系統(tǒng)，這種情形下，如果存在一款能過濾掉空氣中病毒的新風系統(tǒng)，那么人們的工作環(huán)境將會更舒適.

除了辦公室，醫(yī)院這個特殊建筑也需要對空氣中的細菌、病毒進行過濾，特別是傳染病醫(yī)院.自從2020年疫情開始，新冠病毒“院感”事件不斷出現(xiàn)，如哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院、哈爾濱市第二醫(yī)院、青島市胸科醫(yī)院、石家莊市藁城區(qū)人民醫(yī)院、新樂市中醫(yī)院、鄭州市第六人民醫(yī)院等醫(yī)院，這暴露出當?shù)卦诼鋵嶀t(yī)療機構感染防控措施時存在漏洞，從而導致病毒很容易通過空氣傳播，且在醫(yī)院內部進行交叉感染.醫(yī)院這類公共建筑，更需要對空氣中的成分進行嚴控，對各科室、病區(qū)等進行分塊處理，從而過濾掉空氣中的病毒，能一定程度降低“院感”等交叉感染事件的發(fā)生.在疫情期間，加強房間內的通風換氣，降低室內顆粒物或污染物的濃度是關鍵.大空間的集中回風系統(tǒng)，應關閉回風，啟動全新風運行模式.小房間局部循環(huán)的空調系統(tǒng)可以使用，但新風系統(tǒng)、排風系統(tǒng)應該連續(xù)開啟，不允許間歇使用[8].

3)工業(yè)建筑

工業(yè)建筑是以工業(yè)性生產為主要使用功能的建筑，如生產車間、輔助車間、動力用房、倉儲建筑等.黨的十九大報告指出，中國特色社會主義進入了新時代，我國社會主要矛盾已經(jīng)轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾.隨著社會的發(fā)展，科技的進步，人民的美好生活需求離不開工業(yè)性生產.工業(yè)性生產需要對室內空氣的溫度、濕度、微生物含量等有更高的要求，其要求在更精密的客觀環(huán)境下完成生產，亦需要運用新風系統(tǒng).

4)農業(yè)建筑

農業(yè)建筑是以農業(yè)性生產為主要使用功能的建筑，如溫室、畜禽飼養(yǎng)場、糧食與飼料加工站、農機修理站等.同工業(yè)建筑對新風系統(tǒng)的需要一樣，植物生長也需要特定的室內環(huán)境[9]，新風系統(tǒng)也可以運用.例如，為了擴大植物種植范圍，使其不受外界環(huán)境的影響，可考慮采用集裝箱進行植物種植，即集裝箱植物工廠[10].這種小型的農業(yè)建筑能為植物生長提供全周期的穩(wěn)定的溫度、濕度、肥料等.利用現(xiàn)代化的農業(yè)種植技術，對集裝箱空氣的溫度、濕度等進行調節(jié)，新風系統(tǒng)是必備的設備.新風系統(tǒng)在農業(yè)領域的使用可達到節(jié)能減排、提高經(jīng)濟效益的目的.

3.2 新風系統(tǒng)在智能建筑中的應用

新風系統(tǒng)在智能建筑中的運用成熟度較高.智能建筑涵蓋居住建筑、公共建筑、工業(yè)建筑、農業(yè)建筑.新風系統(tǒng)在智能建筑中結合物聯(lián)網(wǎng)，通過傳感器實時檢測室內的物理、化學、生物和放射性數(shù)值，并將其及時反饋給控制器主機，進行實時值與設定值的對比，對比后進行調整，直至室內環(huán)境達到滿意值(如圖1所示)，以此營造安全、舒適、節(jié)能的環(huán)境，保證人們的居住室內環(huán)境質量.

圖1 新風系統(tǒng)調節(jié)反饋圖

4 結語

雖然現(xiàn)在新風系統(tǒng)的使用沒有完全推廣開來，但是，隨著人們對健康生活環(huán)境的追求，新風系統(tǒng)未來需求將會很大.我們應該站在經(jīng)濟、實用、環(huán)保的角度來對待新風系統(tǒng)，尤其是在智能建筑領域更應如此.未來智能建筑的市場會越來越大，新風系統(tǒng)是其重要的一環(huán).新風系統(tǒng)在建筑物室內環(huán)境的物理、化學、生物和放射性等因素可以起到重要的凈化作用.