新风系统在智能建筑中的应用

刘万万，王秋荟，张向萍

(商丘师范学院，河南 商丘476000)

通风一般是指通过室内与室外空气进行交换，将室外空气引入到室内的过程.值得注意的是，室外空气不是一定就比室内空气更适宜.当室外空气有污染时，就不适合将其引入到室内.因此，将净化过的室外空气与室内污浊的空气交换，能够在一定程度上提高建筑物室内的空气质量.基于此，采用新风系统(Primary air system)进行通风将比自然通风更符合现代人的居住需求.

1 新风系统有关定义

根据供暖通风与空气调节术语标准( GB/T 50155-2015)，新风系统是指为满足卫生要求、弥补排风或维持空调房间正压而向空调房间供应经集中处理的室外空气的系统.在实际应用过程中，新风系统大致分为气流方向、有无管道、安装形式等类别，这些类别各有优缺点，可根据实际需要选用[1].

在智能建筑设计标准(GB 50314-2015)中，智能建筑的定义如下：“以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑.”结合智能建筑的有关知识，建筑不仅要保证居住者的人身财产安全，还应该包括居住者的卫生安全.因此，新风系统的运用就有了特殊的意义，应该把新风系统加入智能建筑的应用范围内.

2 新风系统的参数设置

新风系统设置的主要目的是满足人们对安全、舒适、健康的室内空气环境的需求.根据我国室内空气质量标准(GB/T 18883-2002)的定义，室内空气质量参数(indoor air quality parameter)指室内空气中与人体健康有关的物理、化学、生物和放射性等参数.因此，建立合格的新风系统，就必须对其物理、化学、生物、放射性等参数进行设置.

2.1 物理参数

新风系统室内控制质量的物理因素是指室内温度、相对湿度、空气流速、新风量.室内空气质量标准(GB/T 18883-2002)规定：温度22℃～28℃(夏季空调)，温度16℃～24℃(冬季采暖)；新风量要求≥30 m3/(h·p)；相对湿度为40%～80%(夏季空调)，相对湿度为30%～60%(冬季采暖)；空气流速≤0.3 m/s(夏季空调)、空气流速≤ 0.2 m/s(冬季采暖).

室内温度、湿度直接影响人们的居住舒适度.空气流速影响室内空气的新鲜程度，即空气龄.空气龄是指空气进入房间的时间.在房间内污染源分布均匀且送风为全新风时，某点的空气龄越小，说明该点的空气越新鲜，空气品质就越好. 空气龄还反映了房间排除污染物的能力，平均空气龄小的房间，去除污染物的能力越强. 空气龄也可以综合衡量房间的通风换气效果，是评价室内空气品质的重要指标.

新风系统在运行时通过设置传感器实时检测室内的温度、湿度、空气流速的实际值，然后通过系统对这些实际值进行调节，调节后再对室内的温度、湿度、空气流速进行检测或者定时进行检测，最后反馈给新风系统的执行器，直至满足要求.

2.2 化学参数

新风系统室内控制质量的化学因素是指总挥发性有机物(主要包括苯、甲醛)、CO2等化学物质在室内的浓度.室内空气质量标准规定：总挥发性有机物浓度≤0.6 mg/m3；CO2浓度≤0.1%的限值；苯≤0.11 mg/m3；甲醛浓度≤0.1 mg/m3.这些污染物主要来自建筑的细木工板和乳胶漆、油漆等，对人体健康十分有害.

当下，随着人们更加注重隔音保暖的住房要求，房间的封闭性也愈来愈好，空气的不流通，导致室内空气质量下降和出现SBS病态建筑综合症的问题，其主要影响因素是总挥发性有机物(主要包括苯，甲醛)、CO2等物质浓度超标.新风量的注入速度会影响换气率，进而对室内污染物浓度产生影响.但是，无论房间是低浓度还是高浓度，经过新风系统注入新风最终CO2等含量都会达到动态平衡[2].建立住宅建筑典型模型，通过特性散发率法和两阶段散发率法来计算住宅室内所需的新风量的合理范围，计算得出一般住宅室内所需的换气次数为0.39次/h～0.91次/h之间[3].在特殊时期，换气次数可以适当增加.我们可以在检测端实时或定时测出总挥发性有机物(主要包括苯，甲醛)、CO2等的浓度，通过与设定值进行比较，来决定新风系统的换气次数，对室内的总挥发性有机物(主要包括苯，甲醛)、CO2浓度的数值进行控制，使其满足要求.

2.3 生物参数

新风系统室内控制质量的生物因素是指室内的细菌、病毒等生物物质的含量.近年来，出现多次由病毒造成的突发性公共卫生事件，例如2003年的SARS病毒、2019年的新型冠状病毒等，其传染性极高，严重干扰了人们的生产、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%，虽然当时我国没有采取封城措施，但是此次的突发公共卫生事件仍导致我国2003年全年GDP增速减少了0.5%～1%.2019新型冠状病毒具有高传染性和高隐蔽性，其传播途径主要为经呼吸道飞沫传播、密切接触传播和气溶胶传播.飞沫传播是空气传播的一种，飞沫在空气中停留时间较久，当吸入含有新型冠状病毒的空气时即可导致感染.接触传播是指健康人群接触了确诊患者、疑似患者或无症状感染者携带的分泌物，如痰液、唾液、血液、粪便、尿液等，即被传染病毒.在相对密闭的环境中，病毒如果长时间暴露于高浓度气溶胶情况下，也存在着经气溶胶传播病毒的可能性.对于这类病毒，居家防护指南有勤开窗、经常通风，这就尤其需要通过新风系统过滤掉含有细菌、病毒的污染空气.

要使室内环境干净、卫生，我们可以采用全新风，或者采用新风比不小于0.6的回风[4].新风系统能对室内环境里的气溶胶污染物有良好的控制效果，并且通过加大新风量来降低室内空气里的气溶胶含量，经三级过滤的新风系统可有效控制室内空气中细菌和真菌污染[5].控制室内生物物质含量对于特殊时期呼吸道传染病，如新冠病毒、SARS病毒等，有至关重要的作用.

2.4 放射参数

新风系统室内控制质量的放射性因素是指室内空气中氡的浓度.氡无色无味，但是有辐射作用，在常温下，氡会形成放射性气溶胶停留在空气中.一旦被人体吸收，就会在体内不断累积.事实上，在我们日常所承受的天然背景辐射剂量中，氡辐射占了一半.

氡被国际癌症研究机构列入室内重要致癌物质.在目前世界卫生组织确认的三类人类致癌物中，氡属于第一类.据不完全统计，我国每年因氡而导致肺癌的病例超过50 000例.中国疾病预防控制中心研究发现，室内空气中氡的浓度每增加100 Bq/m3，居住在此处的人患肺癌的概率就增加19%.假如室内氡的浓度为200 Bq/m3，居住在此处的人相当于每天吸15根烟.除了吸烟以外，氡是引起肺癌的最重要因素.据数据显示，我国每年有几万人死于因氡辐射而导致的疾病[6].所以，室内空气中氡的危害不容小觑.

室内空气质量标准规定：氡浓度≤400 Bq/m3.室内装饰装修材料的引入，极大可能使室内空气氡的浓度增加.主体建筑与装修材料是室内空气中氡的主要来源.建筑材料在符合国标建筑材料放射性核素限量(GB 6566─2010)要求的前提下，应尽量选用放射性低的材质，并通过新风系统一步降低室内的氡含量.

在连续均匀地通入新风情况下，室内氡浓度呈现随时间指数递减的趋势.随着新风换气率的改变，室内的平衡氡浓度随新风换气率呈指数递减趋势.并且，在新风换气率降低时，室内氡浓度会再次累积增加[7].

3 新风系统的应用

3.1 新风系统的应用范围

建筑按使用功能可分为居住建筑、公共建筑、工业建筑、农业建筑.根建筑功能和使用性质的不同，都需要对室内的物理、化学、生物和放射性参数中的一项或者多项有所要求，因此，都需要或多或少运用新风系统.根据奥维云网统计，我国新风系统的市场规模逐年增长，从2013年的销售数量26万台，到2019年的销售数量146万台，销售量逐年增长.据中商产业研究院的预测显示，2021年我国新风系统销量将达246.74万台.

1)居住建筑

居住建筑是供人居住使用的建筑，对室内环境舒适性、安全性要求较高，是新风系统的最初服务对象.当下，智能建筑的出现，新风系统更是必须存在的设备之一.人们对室内环境中的温度、湿度以及总挥发性有机物(主要包括苯，甲醛)、CO2、细菌、病毒、氡浓度的要求越来越苛刻.为了自身和家人的身心健康，在装修阶段，越来越多的人考虑安装新风系统.中国房地产精装修市场越来越多的项目安装了新风系统，2018年第三季度市场精装修规模为50万套，其中，新风系统项目配套数量达到12.47万套，约占25%.

2)公共建筑

公共建筑是供人们进行各种公共活动的建筑.随着人们对生活品质的追求，人们不仅仅是对居住建筑，而且对教育建筑、办公建筑、商业建筑、医疗建筑、交通建筑等公共活动的建筑要求也越来越高.面对突发的新冠病毒肺炎疫情，如何运行公共建筑的空调通风系统成为令人关注的话题.2020年2月14日，习近平总书记主持召开中央全面深化改革委员会第十二次会议，强调要完善重大疫情防控体制机制，健全国家公共卫生应急管理体系.公共建筑的空调通风系统是与卫生防疫息息相关的，建筑物室内空气质量好坏影响着居住人的健康.

自从新冠病毒肺炎爆发以来，国内疫情基本得到控制，但是国外疫情输入性病例的不断出现致使防疫形势仍然很严峻.在复产复工期间，为了防止新冠病毒通过空气流通进行传播，不允许在公共办公楼里工作的人们使用供暖或空调系统，这种情形下，如果存在一款能过滤掉空气中病毒的新风系统，那么人们的工作环境将会更舒适.

除了办公室，医院这个特殊建筑也需要对空气中的细菌、病毒进行过滤，特别是传染病医院.自从2020年疫情开始，新冠病毒“院感”事件不断出现，如哈尔滨医科大学附属第一医院、哈尔滨市第二医院、青岛市胸科医院、石家庄市藁城区人民医院、新乐市中医院、郑州市第六人民医院等医院，这暴露出当地在落实医疗机构感染防控措施时存在漏洞，从而导致病毒很容易通过空气传播，且在医院内部进行交叉感染.医院这类公共建筑，更需要对空气中的成分进行严控，对各科室、病区等进行分块处理，从而过滤掉空气中的病毒，能一定程度降低“院感”等交叉感染事件的发生.在疫情期间，加强房间内的通风换气，降低室内颗粒物或污染物的浓度是关键.大空间的集中回风系统，应关闭回风，启动全新风运行模式.小房间局部循环的空调系统可以使用，但新风系统、排风系统应该连续开启，不允许间歇使用[8].

3)工业建筑

工业建筑是以工业性生产为主要使用功能的建筑，如生产车间、辅助车间、动力用房、仓储建筑等.党的十九大报告指出，中国特色社会主义进入了新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾.随着社会的发展，科技的进步，人民的美好生活需求离不开工业性生产.工业性生产需要对室内空气的温度、湿度、微生物含量等有更高的要求，其要求在更精密的客观环境下完成生产，亦需要运用新风系统.

4)农业建筑

农业建筑是以农业性生产为主要使用功能的建筑，如温室、畜禽饲养场、粮食与饲料加工站、农机修理站等.同工业建筑对新风系统的需要一样，植物生长也需要特定的室内环境[9]，新风系统也可以运用.例如，为了扩大植物种植范围，使其不受外界环境的影响，可考虑采用集装箱进行植物种植，即集装箱植物工厂[10].这种小型的农业建筑能为植物生长提供全周期的稳定的温度、湿度、肥料等.利用现代化的农业种植技术，对集装箱空气的温度、湿度等进行调节，新风系统是必备的设备.新风系统在农业领域的使用可达到节能减排、提高经济效益的目的.

3.2 新风系统在智能建筑中的应用

新风系统在智能建筑中的运用成熟度较高.智能建筑涵盖居住建筑、公共建筑、工业建筑、农业建筑.新风系统在智能建筑中结合物联网，通过传感器实时检测室内的物理、化学、生物和放射性数值，并将其及时反馈给控制器主机，进行实时值与设定值的对比，对比后进行调整，直至室内环境达到满意值(如图1所示)，以此营造安全、舒适、节能的环境，保证人们的居住室内环境质量.

图1 新风系统调节反馈图

4 结语

虽然现在新风系统的使用没有完全推广开来，但是，随着人们对健康生活环境的追求，新风系统未来需求将会很大.我们应该站在经济、实用、环保的角度来对待新风系统，尤其是在智能建筑领域更应如此.未来智能建筑的市场会越来越大，新风系统是其重要的一环.新风系统在建筑物室内环境的物理、化学、生物和放射性等因素可以起到重要的净化作用.