办公建筑集中空调系统面对新型冠状病毒疫情的对策思考
摘要：本文介绍了新型冠状病毒通过飞沫直接传播、气溶胶传播（或飞沫核传播）、接触传播的原理及内在联系；介绍了当前办公建筑集中空调系统的三种形式：风机盘管加新风系统、VRF空调系统加新风换气机，以及全空气系统；并针对办公建筑集中空调系统的新风、空气净化、洁净消毒方面提出了防控新型冠状病毒疫情科学安全有效的对策。
刘志坚：华北电力大学 动力工程系
曹国庆：中国建筑科学研究院 建筑环境与节能研究院
引言
2019年12月以来，湖北省武汉市部分医院陆续发现了多例有华南海鲜市场暴露史的不明原因肺炎病例，现已证实为一种2019-nCoV感染引起的急性呼吸道传染病[1] [2]。截止目前，数据显示无华南市场暴露史的病例在增加，并出现了聚集性病例[3]和无武汉旅行史的确诊病例。目前所见传染源主要是新型冠状病毒感染的肺炎患者，传播途径主要是呼吸道飞沫传播，亦可通过接触传播[4]，并存在粪-口传播的可能性。除此之外，虽然病毒来源和人群间传播能力等许多细节仍然未知，但越来越多的病例被证实是由人际传播引起的[5][6]，新型冠状病毒的肆虐给我国社会造成了极大的伤害。图1为2020年1月23日至2月2日，全国新型冠状病毒确诊、疑似、治愈、死亡人数变化趋势。
空调行业受疫情的影响很大，由于各大公共建筑一般都设有中央空调，如果运行不当，建筑物内的空气会通过空调系统互相掺混，某处有污染的空气有可能通过空调系统传播到其他房间，从而导致交叉感染。尤其有些高层建筑不能开窗，或有许多无外窗的内区房间，在返工大潮开启之际更容易出现群体爆发问题[7]。
为全面加强新型冠状病毒感染的肺炎疫情的科学精准防控，切断传染源，阻断传播途径，打赢疫情防控阻击战，全国多个地区启动了重大突发公共卫生事件一级响应机制。全国各大专院校、中职学校、技工院校、中小学、幼儿园等推迟开学，各类企业推迟复工，党政机关事业单位人员按规定及时返岗。接下来为了更好的迎接春运返程、复工、复学，本文详细阐述了新型冠状病毒传播机理，介绍了办公建筑的三种空调系统形式，并提出了一些针对新型冠状病毒疫情的运行管理对策。
图1 新型冠状病毒确诊、疑似、治愈、死亡人数变化趋势
病毒传播机理
病毒进行传播和感染必须同时具备三个基本环节，即传染源（能够散播病原体的人或动物）、传播途径（病原体离开传染源到达健康人所经过的途径）和易感人群（对病原体缺乏免疫力且易感染的人群）。国家卫健委2020年1月27日发布的《新型冠状病毒传播途径与预防指南》[8]指出新型冠状病毒的三种传播途径：直接传播、气溶胶传播、接触传播，并给出了预防措施。下面就新型冠状病毒的传播途径进行详细探讨。
(1)直接传播。人体产生的飞沫是病毒的重要来源。感染病人在呼吸、说话、咳嗽和打喷嚏时，飞沫会经人的口鼻排入环境，近距离接触者直接吸入便会导致感染。研究表明，人员在进行不同呼吸活动时呼气流速各不相同，所产生的飞沫数量和粒径分布也不相同[9]。例如人咳嗽的平均呼出气流速度为11.7m/s，讲话时为3.9m/s[10]；一次喷嚏可以呼出40万~200万颗飞沫，一次咳嗽大概呼出10万颗飞沫，大声说话呼出约3000颗飞沫[11][12]。
(2)气溶胶传播。在飞沫传播过程中，飞沫中的水分迅速蒸发形成飞沫核，飞沫核混合在空气中，形成气溶胶。气溶胶能够长时间停留在空气中，并随着空气的流动而进行长距离的传播。如图3为空调房间可能发生的气溶胶传播。2003年SARS期间，香港淘大花园爆发式的感染，通过研究发现感染者的粪便中存在病毒，又通过实验表明当住户冲厕后，垂直排污管中的水力作用会产生大量气溶胶，而当其他住户打开浴室排风扇时，浴室内产生负压，排污管中的空气通过地漏回流到该浴室中，并通过排风扇进入其他住户。因此，气溶胶通过建筑的污水处理系统的下水管或通气管亦会发生传播和扩散[13]。目前，在患者粪便中已发现新型冠状病毒，粪便是否会传播病毒值得高度警惕。
(3)接触传播。由于感染者剧烈的呼吸活动，导致含病毒的飞沫喷射到身上、手上或其它手可触及的表面上；或者由于感染者用受病毒污染的手触摸环境表面，导致一个或多个环境表面受到污染。一些易感人群触摸了被污染的环境表面，再用被病毒污染的手触摸自身眼睛、鼻腔和口腔的粘膜，导致感染，接触传播示意图如图4。
2 办公建筑空调系统形式
2.1 风机盘管加新风系统
风机盘管加独立新风系统，主要用于大型办公区域、生产车间、宾馆酒店、商场等场合。其中风机盘管机组是整个空调系统的末端装置，它设置于空调房间内，具有夏季供冷，冬季供热的功能。风机盘管工作时，通过盘管管内流过冷冻水或热水与管外空气换热，使空气被冷却、除湿或加热以此来调节室内的空气参数。新风系统则为系统提供新风，房间中新风供应有以下两种方式：
(1)直接送到风机盘管吸入端，与房间的回风混合后，再被风机盘管冷却（或加热）后送入室内。这种方式的优点是简单。缺点是一旦风机盘管停机后，新风将从回风口吹出，可是回风口一般都有过滤器，此时过滤器上灰尘将随新风被吹入房间。因此，一般不推荐采用这种送风方式。
(2)新风与风机盘管的送风并联送出，可以混合后送出，也可以各自单独送入室内。这种系统在实际工程中应该优先采取。该系统的流程图如图5所示。
在疫情发生期间，风机盘管加新风系统与全空气系统相比，它的优点是突出的。因为总体来说各房间的空气互不串通，可以有效避免交叉感染。
2.2 VRF空调系统加新风换气机
VRF空调系统是变制冷剂流量多联分体式空调系统，它通过改变系统中制冷剂的流量来适应空调负荷的变化。这种系统的采用，可以达到节能舒适的目的。改变制冷剂流量的方法有采用管路旁通，改变压缩机转速或改变压缩机工作气缸数量等等，现今最广泛应用的方法是改变压缩机驱动电机的频率，即我们所说的变频技术[14]。
VRF空调系统是一个封闭式系统，相对于传统的中央空调系统，该系统更接近于单元式空调器，新风处理不如常规的中央空调系统那样容易[15]。为了满足室内卫生条件达标的需要以及人们对空气品质的追求，我们还要给室内单独设置一套独立的新风系统，因此许多用户采用VRF空调系统加新风换气机的方式来维持室内的温度和空气品质[16]。该系统的流程图如图6所示。
VRF空调系统的运行简单，对系统运行的使用人员的专业技术要求不高，任何人可以通过有线或无线控制器都能启停空调系统，运用了这一技术的暖通系统往往可以在超低温环境下保持高效的制热功效，此外也兼顾了除湿、免干扰等优点。因此VRF空调系统自上个世纪90年代初期引入中国以来，凭借着方便、灵活、节能舒适、不需要集中机房布置等优点，在我国的空调市场上已经占据了重要地位。
2.3 全空气系统
全空气空调系统是一种广泛应用于商场、影剧院、会场和体育馆等公共场所的空调方式，除此之外，宾馆、写字楼的大堂以及医院门诊等大空间也经常采用此种空调系统形式。以我国采用全空气系统的典型办公建筑为例，办公区域不新鲜的空气通过回风管道回到机房的空气处理机组，与部分室外新风混合，经过空气处理机组加工之后再重新提供给用户。如图7所示，全空气系统的核心是组合式空气处理机组，通过其各个功能段可以实现室内空气环境品质的调节。这些主要功能段包括空气混合段、表冷段、过滤段、加热段、加湿段和回风段等。
无疫情情况下，全空气系统具有许多优点：
(1)空气处理设备集中且易于管理维护；
(2)处理风量多、服务面积大、换气充分、空气污染小；
(3)有专门的过滤段，较强的空气除湿能力和空气过滤能力；
(4)冷凝水在机房处理，不会对用户产生影响，且具备低噪音功能；
(5)在过渡季节可实现全新风运行，节约能耗。但是当疫情来袭时，由于各个房间通过风管道相连，导致各房间空气混杂，全空气系统容易使病毒气溶胶在建筑各区域之间传播，潜在风险大。
3 运行管理对策思考
3.1 空调运行对策
3.1.1 风机盘管加新风系统运行管理对策
(1)不应吊顶统一回风方式。不当的回风方式设计如吊顶统一回风，会使各房间的空气互相掺杂，一旦某一房间的人出现新型冠状病毒感染，污染的空气就可能扩散到所有房间中，造成区域范围性感染。在特殊时期，对于这种回风方式需要进行全面改造，不应从吊顶统一回风。
(2)对于既有风机盘管加新风系统，以通风的安全有效性为第一原则。首先要避免新风系统混入污染空气，确保新风是取自室外的新鲜空气，且新风口保持清洁、不受污染。其次新风系统宜全天候连续运行，这样可以实现新风管道正压，避免污染空气进入系统。此外，建议让排风系统全天连续运行并经常开窗通风换气，这样可以最大化保证通风效果。最后，要注意空调设备的定时清洁。如新风空调箱的盘管、过滤网和凝水盘要定时清洗，新风竖井或新风风道要保持通畅，管理人员也要定期对风机盘管各部件进行统一清洁消毒等。
3.1.2 VRF空调系统加新风换气机运行管理对策
(1)空调室内机可按设计正常运行，新风换气机应24小时运行，风机锁定100%工况运转。所有新风换气机应选用无交叉污染风险的新风机，未选用的房间应关闭回风口，防止污染空气二次利用。此外，必要时可以增加新风换气机的数量，因为增加房间的换气次数可以有效降低感染风险。
(2)所有空调室内机应加装低阻型中效过滤器，关闭空调后在温度可接受的前提下尽量开窗换气；排风系统全天运行，通风不足时可增设高效空气净化器。管理人员应对空调设备定时清洁消毒，特别是过滤网的清洗尤为重要。此外，各房间空调的冷凝水需要严格收集，消毒之后才可排放到室外。
3.1.3 全空气系统运行管理对策
由于全空气系统的各房间回风管道相连，因此在疫情发生时这种空调方式可能会加剧病毒的传播，潜在危险很大。所以，对于一个空调系统承担多个房间时，该系统应该完全切断回风，转变为全新风运行。具体的运行管理对策如下：
(1)若空调机组为单风机时，运行管理人员应关闭机组里的回风阀，切断回风，保证空调系统按全新风运行。增大新风量以增大房间换气次数，若新风口面积不够，根据条件可另开辟一些新风口。若条件限制无法实现全新风运行，机组应尽量降低回风量，提高新风量，并增设低阻型中效过滤装置。
(2)若空调机组为双风机时，同样应关闭机组里的回风阀，让空调系统全新风运行。此外应把新风阀和排风阀彻底打开，保证有效的换气量。注意保证新风采气口与排气口有一定的距离，消除空气短路的可能性。
(3)若全新风运行无法满足室内温湿度要求，可以通过提高一次侧热源温度，提高空调系统供回水温度等措施来提高送风温度，从而满足人体舒适性。此外，所有回风口需加装低阻型中效过滤装置，所有送排风机24小时运行。
3.2 空气净化对策
目前的空气净化方式按原理分为过滤、静电、光催化等形式。
病毒的传播是附着在微粒上以气溶胶形式传播的，研究发现微米级或亚微米级的气溶胶可以被阻隔式的高效过滤器过滤[17][18]。因此，空调系统下游加装阻隔式的高效过滤器可以有效过滤病毒在空气中的传播，但要考虑高效过滤器带来的阻力和造价问题。静电法是利用电晕放电的原理使粉尘粒子带电，借助库仑力的作用捕集。研究发现静电法对于去除自然菌的消除效果良好，但运行时会产生一定量的臭氧。虽然臭氧具有灭杀微生物、去除污染物的作用，但浓度升高时会对环境造成二次污染，危害人体健康。光催化空气净化的原理是通过在光照下自身不发生反应的光触媒来促进空气中的有害化学物质分解，同时利用紫外光杀菌净化空气。但使用过程中催化剂的不完全反应同样会产生NO2等对人体有害的物质，且对环境造成污染。综上所述：空调系统要解决的空气品质问题在于杜绝系统自身污染的同时作为卫生防疫的辅助和支持。加装阻隔式过滤器是现今空调系统预防新型冠状病毒较为有效可行的方式。其他的净化方法都存在或多或少的副作用，建议在进一步的科学研究之后酌情使用，避免现阶段出现二次污染对存在空调系统的建筑内人员造成危害。
3.3 清洁消毒对策
3.3.1空调系统的清洁消毒：
疫情期间空调系统重新投入使用之前应对空调系统现状进行评估：
(1)整理空调系统分区情况，理清各楼层、房间与空调系统关联情况
(2)检查确认空调通风设备正常运行，运行参数和控制功能正常；
(3)检查确认新风口及周围环境清洁，吸入的新风为新鲜清洁的室外空气。
(4)检查确认风系统管路无缝隙，无串风、短路情况；
(5)检查确认相关阀门、各部件功能正常；
现状评估工作完成后需对空调各管段进行清洁消毒：
(1)空调系统投入运行之前，必须对空气处理部件进行清洗或更换，运行后保持定期检查。防止各部件表面成为病菌滋生场所，保证送风清洁。空气过滤器、表面式冷却器、加热器、加湿器等易集聚灰尘和滋生细菌的部件应定期消毒或更换。
(2)疫情期间空调机房需保持干燥清洁，定期消毒，严禁堆放杂物。
(3)疫情期间空调器与柜机的凝结水盘及明装、暗装的风机盘管的凝结水盘，必须保持凝结水排水顺畅，消除存水凹槽，定期清洗消毒。
(4)采用湿膜加湿的空调机组，其湿膜应定期检查，必要时清洗或更换。
(5)疫情期间空调房间的送回风口应经常清洗擦拭。
3.3.2办公建筑清洁消毒
将办公建筑按功能划分好不同区域后，可根据不同区域的使用人数和时间确定管理对策：
(1)疫情期间可以暂停人员密度较大的办公场所如大会议室、报告厅等；职工工作、交流优先选择具有相对独立空调系统或通风换气能力较强的房间。
(2)疫情期间职工餐厅就餐期间应保证空调系统正常运行，闭餐后应持续开启新风、排风系统一小时，并全面消毒。
(3)疫情期间卫生间、开水房应保持空调系统持续运行，非使用时间进行消毒处理。
(4)疫情期间尽量不接待外部访客，接待时应进行体温检测并使用独立隔离会客室。
(5)疫情期间不同办公区域内人员应避免跨区域交叉及不必要的人员流动。人员下班后，待清洁人员清扫完毕后应持续开启新风、排风系统一小时。
(6)疫情期间全体人员勤洗手消毒。
(7)疫情期间服务人员、清洁人员、安保人员必须佩戴口罩，并为其设置专门的休息区域，与办公人员保持安全距离，物品存放区域避免交叉。
3.3.3卫生间清洁消毒
最新研究已经证实新冠肺炎患者粪便中存在新型冠状病毒，需要警惕办公建筑卫生间和下水道的病毒传播，公共卫生间同样要加强清洗消毒，预防传播风险：
(1)逐一排查所有卫生器具和地漏是否设有水封，保证所有排水口的U型管的水封正常工作。未设置水封的卫生器具和地漏可以视情形增加水封或弃用。
(2)人员使用马桶之后应盖上马桶盖冲水。无人使用时应保持马桶盖闭合。
(3)疫情期间清洁人员应加强对卫生间的清洁，每日应多次对卫生间大便器、小便器等卫生器具和地漏进行清洁消毒，对排水口进行检查加水，保证水封有效。消毒可以使用已知可以灭活新冠病毒的含氯消毒液等消毒剂。
4 总结
本文所提出的对策主要适用于办公建筑，其他公共建筑可依据其建筑功能及所采用的空调系统形式进行参考。在面对新型冠状病毒疫情的特殊时期，保证空调系统不造成交叉污染是我们的主要任务，所采取的对策需要根据具体空调系统进行分析，共同原则是：尽量实现全新风运行，增加室内外的通风换气，定期检查空调系统的安全运行，采用合理的消毒方式进行定期清洁消毒。
5 致谢
感谢华北电力大学硕士研究生庄文宾、刘海洋、王梁淇、邓雨竹、张沛雯在疫情期间静心、认真的整理相关素材和绘制相关图片。
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