张伟伟：公共建筑集中空调系统面对突发空气传播疫情的对策思考

2003年的SARS疫情还让人记忆犹新，思之不寒而栗。未曾想到17年后的今天另一种呼吸道传播疾病“新型冠状病毒肺炎”又卷土重来，本次疫情正好赶上春运，使得病毒通过春运的人流迅速扩散，给疫情的控制带来了很大困难。2019年12月8日，湖北省武汉市有27例被诊断为不明肺炎病症，1月23日武汉宣布“封城”，1月24日北京、上海、安徽、重庆、天津、四川、云南、贵州、山东、福建等省市启动最高等级的重大突发公共卫生事件一级响应。至此在党中央国务院的领导下，抗击新型冠状病毒肺炎的战役全面打响。

作为人们办公和休闲娱乐聚集的公共建筑，集中空调系统已普遍使用，当面对突发的空气传播疾病时，如何运行和维护管理成为了一个重要问题。另外对于在疫情期间，大量的非传染病医院转换为传染病医院使用，其原有的集中空调系统如何改进以达到使用需求也是一个问题。面对这些疑问，笔者试图从设计角度来探讨这些问题。

病毒通过空气传播的机理

文献【1】指出，SARS时期的病毒为纳米级尺度，这种病毒主要通过呼吸道飞沫传播，病原体可以在外界生存4~8h，因此空气成了这种病毒的主要传播媒介。文献【2】指出，各类大型公共建筑很容易通过空调系统使建筑物内的空气相互掺混，某处有污染物的空气通过空调系统传播至其他房间。

呼吸系统传染病的主要传播方式包括了飞沫传播、飞沫核传播、毒素宿源的尘埃、分泌及排泄物的传播，因此空气传播途径的控制对于冠状病毒的控制尤为重要【3】。图1为清华大学赵彬教授的研究成果，描述了人咳嗽呼出的飞沫传播。

图2为赵彬教授研究的SARS时期香港淘大花园发生的病毒通过空气传播的案例。

从以上相关文献和研究成果可以看出，病毒是可能通过空气进行传播的，因此集中空调系统特别是全空气系统如果设计和运行不当，很容易成为传播病毒的媒介。在面对突发的重大空气传播疫情时，集中空调系统成为了比较大的隐患。医院建筑的集中空调系统可能造成的病毒传播会造成医务人员的感染，以及病人之间的交叉感染，给疫情的防控和治疗造成很大困难。

传统的集中空调系统设计，除传染病专科医院外，其他类型的建筑的空调系统仅考虑温度、湿度、风速、噪声和新风等几个因素，而新风的设计也只是为了满足基本的人员卫生需求，保证基本的室内空气品质。而在现实运行中，物业又往往为了节省运行费用，不开新风，这也是造成室内空气品质不佳的重要原因。

因此如何应对集中空调系统可能造成的空气传播病毒是在面对重大疫情时必须解决的问题，而此问题的解决又必须从设计源头上加以重视。在设计空调系统时就必须将控制空气污染作为一个重要安全因子来考虑。

以下将从非医院建筑和医院建筑两方面来阐述面对突发空气传播疫情时集中空调系统的对策，而医院建筑又将分为空气传染病医院和综合性医院两类进行考虑。

非医院建筑的集中空调系统对策

非医院类的公共建筑包括办公、酒店、商业（电影院）、体育馆、博物馆、展览馆等类型，这些公共建筑往往是一个城市重要的基础设施，是满足人们工作和生活休闲娱乐的场所。如果面对疫情，仅仅是简单粗暴的关闭这些场所，造成的经济损失是难以估量的。那么如何保证这些场所集中空调系统的安全和可靠运行，以下将根据不同的空调系统分别进行分析。

风机盘管加新风系统，分为风机盘管系统和新风系统进行阐述。风机盘管为局部回风循环系统，所造成的污染传播是局部的、可控的。但是如果设计不当，整个层面或几个房间的吊顶是相通的，风机盘管是通过吊顶回风的，一旦有一个房间的人出现感染，携带病毒，就可能造成整片区域的感染。因此还是要从设计源头上进行把控，风机盘管一定要设计为带回风静压箱的回风口，直接抽取室内风，严禁从吊顶回风。

那么对于新风系统，如果一直开着，保持管道处于正压状态，一般是很难造成污染传播的，除非病毒在风管内壁附着生长，新风把病毒吹到了其他房间，此事的概率相对是较小的。但是如果新风系统间歇运行，在不运行时，污染的空气可能从某一个新风口进入系统，当新风系统重新开启时，就有可能把病毒吹到另一个房间。

因此风机盘管加新风系统主要是要控制风机盘管的回风方式。另外在设计时，如果条件允许新风系统还是建议设计为可变新风量运行，这样一举两得，既可在过渡季通过加大新风量运行实现节能，又可在疫情爆发期间加大室内换气次数，降低空气中的病毒浓度，从而降低感染的风险。

那么对于既有建筑的风机盘管加新风系统，如何保证安全呢？建议还是要改造为从室内直接回风，不能采用吊顶回风。另外要对风机盘管的盘管、过滤网和凝水盘及送回风管道进行清洗，保持清洁。新风空调箱的盘管、过滤网和凝水盘以及新风管道也要清洗。在疫情期间，新风系统要保持一直开着。

对于全空气系统，因为有回风，所以是会加剧病毒的传播。解决此类空调系统的污染传播问题最好的办法当然是切断回风，转变为全新风运行，通过加强全新风的换气次数降低室内污染物浓度，这是最有效的控制病毒传播的方法。

但此方法要求在设计全空气系统时，需要有变新风比的条件，需要增大新风百叶或新风竖井，并设计与新风量配比合适的排风系统。此条也是《公共建筑节能设计标准》的要求，但实际设计中对于有核心筒的办公楼，如果采用变风量系统，由于引入新风条件的限制，很难实现变新风比，更不可能实现全新风运行。办公楼变风量全空气系统实现全新风运行，需要在当层取新风，每层设置新风百叶。或者采用变新风比运行，增大核心筒的新风竖井，这些都需要在建筑方案设计阶段就与建筑师进行充分沟通，因为两种方式会影响建筑的立面或核心筒的尺寸。  

笔者设计某高档办公楼时，采用了变风量系统，新风系统在过渡季加大了50%，虽然所占核心筒的新风竖井面积会增加，但由此带来的收益现在看来还是值得的。对于办公楼来讲，根据一般的人员密度，按8m2/人计算，每人新风量30m3/h，吊顶高度按3m计算，空调工况下新风的换气次数为1.25h^-1，加大50%新风量，换气次数接近2h^-1。提高新风换气次数可以降低病毒浓度，从而减小传染风险，具体影响见下表。

对于全空气系统，如果条件限制不能实现全新风或变新风运行，加强过滤措施也是手段之一。但是此方法具有不确定性，需要进一步研究和验证，所采取的过滤措施对于新型的病毒是否有效。

文献【1】指出，病毒是附着在颗粒上以气溶胶型式传播的，微米级或亚微米级的气溶胶可以通过阻隔式的高效过滤器过滤。

一般飞沫粒径约为0.1~1000μm，100μm以上的飞沫很快沉降。10~100μm的飞沫颗粒在空气中水分蒸发、与空气中颗粒物撞击接触转化为小粒径飞沫，而这些飞沫都有可能携带病毒。1~10μm的携带病毒的飞沫颗粒如果浓度达到了医学生的感染剂量限值，就称为气溶胶传播。因此虽然冠状病毒的粒径约为0.1μm，但其附着的颗粒物粒径范围为1~10μm，最低设置亚高效过滤器就可以过滤。

第二种过滤方式是电离式过滤器（静电过滤器或光触媒过滤器）产生强氧化作用的臭氧杀灭空气中的微生物。本文献也指出此类方法的有效性需要进一步研究，另外此类过滤措施的成本很高。因此对于既有建筑的全空气系统在应对突发疫情改造时需要慎重采用。

从以上的分析中可以看出，带回风的全空气系统是面对突发疫情时，最容易造成空气传播病毒的系统，对此类系统的改进是重中之重。但是对于既有建筑的全空气空调系统，因受先天土建条件的限制，改造为全新风或变新风运行是非常困难的。因此采用加强过滤措施是改造既有建筑全空气系统的可行方法。但需要进一步研究的是采用何种过滤型式，根据目前的研究成果，阻隔式过滤还是最有效的过滤方式，无论是对于洁净手术室还是微生物实验室，目前都是以采用此类方法为主。而其他的过滤型式（比如静电过滤、光氢离子、光触媒等）都有副作用，需要进一步做科学论证。

常规普通的全空气系统，空气过滤器的等级一般为粗效+中效（静电或袋式）。如果增加亚高效过滤器，会增加系统阻力，其初阻力不大于120Pa，终阻力按240Pa考虑。

如图3所示，系统的风量将会减少，相应的冷热量也会同比例减少。按原系统阻力的不同，增加过滤器后造成的风量减少的百分比也不同，具体计算见表2，计算中新增加的亚高效过滤器按终阻力考虑。

从表2可以看出，常规的全空气空调系统，在空调箱内增设亚高效过滤器后，风量及冷热量减少约20%左右。如果还要维持原有的室内温湿度，可以通过降低冷机供水温度增加制冷量。

另外空调箱风量的减少也减少了换气次数。可以通过配置变频器，是风机在允许范围内超频运行，增加一定的风量。

即使夏季室内温度高一点问题也不大，空调工况按25℃设计，特殊应急工况达到28~30℃问题也不大，人体的舒适性范围很大可以接受。而且病毒一般在低温环境下的生存时间比高温环境下要长，因此适当提高室内温度有助于消灭病毒。

医院建筑的集中空调对策

医院建筑分为综合医院和空气传染病专科医院两类，对于空气传染病专科医院，都是参照《传染病医院建筑设计规范》进行设计的，可以满足空气传染病疫情的隔离需要。而对于大部分的综合医院都无法满足空气传染疫情隔离的需求，这些综合医院，可能只有发热门诊独立设置了空调通风系统，可以满足发热诊疗的需要。以下主要针对综合性医院进行论述，考虑面对突发疫情时，这些医院可能转换为收留病人，在设计阶段应采取以下一些措施。

据清华大学赵彬教授的研究报告，在SARS时期香港淘大花园发生了卫生间冲水引起的病毒气溶胶或引入的微生物可能沿管道上下层传播造成感染。发热门诊或预留将来可能作为收留空气传播疾病病人的病房楼，空调冷凝水必须分区收集，分区处理，达到《医疗机构水污染排放标准》GB18466的标准后再进行排放。而且需要强调的是污染区的空调冷凝水不能和清洁的医务人员办公区的冷凝水一起排放。

另外冷凝水水封需要保证有水，以抑制污染气溶胶扩散。不同楼层如果为不同的疾病区，建议把将来可能作为空气隔离病区使用的病房层的冷凝水立管单独排放，不要上下几层接同一根立管。

负压吸引机房的污染物带有很多病菌，因此负压吸引机房的排风必须在最高点排放，且排风机必须设置于系统的末端。如果经环评后，这些排风对周边环境有影响，则建议在排风口处设置高效过滤器，经处理达标后再排放。

对于医院建筑，风机盘管加新风系统广泛用于病房区的病房、门诊区的诊室以及医技楼的非恒温恒湿要求的房间。

除了前述第2.1节所述对策之外，对于医院建筑，建议风机盘管按干工况设计，减少冷凝水盘滋生细菌的污染。干工况运行风机盘管是秉承了温湿度独立控制的理念，把温度和湿度进行解耦。这种设计理念不仅可以节省能耗，还有利于控制污染。

另外可以在病房、诊室增加独立的FFU过滤单元，FFU的高效过滤器可以显著降低 医院内的病毒浓度。这样的临时措施将温湿度和污染物浓度的控制进行解耦，更有利于满足使用需求。

对于综合医院的病房楼，通常卫生间排风设计成垂直系统，如图4所示，这样的系统在非疫情期可以满足要求。但是一旦有空气传染疾病爆发，如果某几层要收留这些特殊病人，就有可能造成对其他楼层病人的感染。因此建议参照《传染病医院建筑设计规范》的要求，卫生间排风采用每层设水平管然后独立垂直立管排放，如图2所示。这样有利于将来灵活的改造某几层为收留特殊病人专用。

卫生间如果采用水平排风系统，在病房楼的走道需要增加1根水平排风管道，在设计走道吊顶净高时需进行考虑。

在医院建筑的前期设计时，应与建筑师商议尽量保证所有的房间（除有特殊的温湿度、洁净度需求的房间外）都能够自然通风。在疫情爆发时，开窗通风换气是最好的减少污染物浓度降低感染风险的方法。

医院建筑的门诊大厅、候诊区等大空间通常采用全空气系统。除了前述第2.2节所述对策之外，医院建筑的全空气系统如果不能实现全新风运行，应优先采用加强过滤措施的方法来达到控制空气传染的目的。如果这些措施都不能实现，可以通过这些区域的排烟风机，并开启相应防火分区的正压送风机，实现强制的机械通风。

总结

参考文献

【1】龙惟定，周辉.“非典”引出的对空调的反思【J】. 暖通空调，2003，33

【2】江亿，薛志峰，彦启森. 防治非典时期空调系统的应急措施【J】. 暖通空调，2003，33

【3】李著萱，孙苗. 呼吸道传染病医疗环境控制与医院的非医学防控措施