通风管道净化

第1章 绪论 　　由于现代社会人们在室内环境中停留的时间日益增长，室内的空气质量对于人们身心健康、工作学习效率等有着至关重要的影响。有关研究和监测数据发现，我国城市室内环境由于受到各种化学和生物因子的污染，很多时候室内空气质量较室外更差。为保障健康的生活和工作环境，合理利用资源和节约能源，贯彻执行国家技术经济政策，应严格控制室内污染物的释放，对室内外空气进行净化处理，加强建筑物室内外空气的置换与对流。作为空气输送和分布的媒介，通风管道可以有效地营造一个相对卫生、安全、舒适的室内环境。在工业与民用建筑的通风和空调工程领域，如中央空调系统、新风系统和空气净化系统，这类用金属、非金属或复合材料制成的通风管道保证了在有效的气流组织下，可以*大限度地调节并改善室内空气质量参数（温度、湿度、洁净度、流动速度等）。然而空调通风设备长年累月地运行，以及长期未对通风管道进行清洗，会造成通风管道内积尘量过大、微生物大量繁殖滋生等，从而引起室内通风不良，严重时还容易诱发“病态建筑综合征”（sick building syndrome，SBS）和“军团病”等现代建筑问题。本书将聚焦于通风管道净化领域，主要介绍中央空调系统通风管道、新风系统送风管道、空气净化系统送回风管道这三类通风管道的净化。 　　1.1 通风管道设备介绍 　　按照中华人民共和国住房和城乡建设部在2017年发布的行业标准《通风管道技术规程》（JGJ/T 141—2017）[1]中的规定，通风管道主要指的是用于工业与民用建筑中通风工程与空调工程领域，用金属、非金属或复合材料所制成的管道，也称为通风管或简称为风管。作为市政建设中的一种基础设施，通风管道在通风系统和空调系统中的作用是合理组织空气流动，保证空间内的空气温度和相对湿度；使空气流通，并降低有害气体浓度，保证空气的洁净度；输送空气不产生噪声，或兼有消声功能；保证在允许承压条件下，风管内空气不会向外泄漏或风管外空气不会向内侵入[2]。按照用途可以将通风管道分为中央空调系统通风管道、新风系统送风管道、空气净化系统送回风管道、工业送排风通风管道、环保系统吸排风管道、矿用抽放瓦斯管道等。 　　随着城市工业化程度和居民生活水平的不断提高，人们对工业生产和日常生活场所中的环境空气质量有了更高、更严的要求，通风管道在人们生产生活中的使用率也逐渐提升。如果长期运行而不清洗，大量污染物便在通风管道中积聚，随着通风系统的运行对产品质量、人体健康和环境安全产生危害。因此，净化处理通风管道内的污染物，消除污染隐患，就显得尤为重要。 　　1.1.1 中央空调系统 　　中央空调系统指的是由中央空调主机提供冷源（热源），并通过管道输送至空调末端设备，再由空调末端设备对建筑物或构筑物室内空气的温度、湿度、洁净度进行调节的一套机械系统。 　　中央空调系统由一个或多个冷/热源系统或供风系统和多个空气调节系统组成，主要是通过通风管道送风或冷/热源带动多个末端设备的方式来达到控制、调节室内空气质量的目的。中央空调不仅可以控制、调节室内空气温度和湿度，满足人们所需，还能确保室内空气温度和湿度的精度控制在很小的一个范围。这样的调控功能尤其适用于对温度和湿度有严格要求的生产车间（食品、医药、精密仪器和器件等）、研究实验室、生物培育室等场所。因此中央空调被广泛应用于住宅、商场、旅馆、酒店、写字楼、办公室、影剧院、图书馆、美术馆、博物馆、体育馆、广播中心、汽车、船舶、飞机等，用以提高人们生活、工作、学习环境的舒适性（舒适型中央空调）；且在化工、医药、生物、纺织、烟草、食品、钢铁、印刷、造纸、胶片、橡胶等工业生产领域也发挥着巨大的作用，主要提供这些生产过程所需要的温度、湿度、洁净度。 　　中央空调原指的是用于大型工民建筑工程的集中式或半集中式空调系统，近些年来，行业内又将中央空调细分为家用中央空调和商用中央空调。 　　家用中央空调是相对于传统的分散式家用空调形式而言的。家用中央空调是一个小型化的独立空调系统，制冷方式和基本构造类似于大型中央空调，兼顾了大型中央空调和普通家庭空调的优点。家用中央空调由一台主机通过风管或冷/热水管连接多个末端出风口，将冷/暖气送到不同区域，来达到调节室内空气的目的。家用中央空调结合了大型中央空调的便利、舒适、高档，以及传统小型分体空调的简单、灵活等众多优势，适用于家庭住宅、公寓、别墅等场所。 　　商用中央空调是制冷空调的一个细分子类，一般认为能够纳入商用空调范畴的包括户式中央空调、部分传统中央空调及部分家用中央空调[3]。 　　中央空调系统基本组成有冷/热源系统（主机设备）、空气热湿处理系统、冷却塔、空气输送与分配系统、空气水循环系统和自动控制系统等，如图 1-1所示。 　　图1-1 中央空调系统基本组成图 　　无论是家用中央空调还是商用中央空调，都具备中央空调的优点。实际上家用中央空调和商用中央空调结构组成也基本相同，但商用中央空调受到使用场合（如大型购物中心、体育馆、生产车间、写字楼等）制冷/热量要求的限制，其系统运行功率一般都比家用中央空调系统大得多。此外，在系统控制和空气处理方面，商用中央空调系统的复杂度也较家用中央空调系统高得多。 　　1.1.2 新风系统 　　1. 新风的概念 　　新风一般指的是建筑物外的空气，或者是在进入建筑物前未被通风系统循环过的空气。文献[4]中也将新风简单概述为室外的新鲜空气。 　　空调在使用时一般要求较密闭的空间，这样不仅可以使得室内温度快速降低（升高）到所设定的温度，还可以减少建筑能耗。建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。文献[5]称采暖、空调能耗占建筑能耗的六七成，尤其是在大型现代化办公建筑、公共工程（如体育场、游泳馆、大型购物中心等）中，暖通空调系统（供暖、通风与空气调节，heating ventilation and air conditioning，HVAC）的运行能耗占总能耗的比例更高。现在大量研究[6-10]都集中在建筑节能领域，以期实现绿色建筑（指能够达到节能减排目的的建筑物）的普及。提高建筑物密封性虽然可以节约建筑能耗，但是由于室内环境中存在着多种污染物，包括气体污染物如甲醛、苯、氨等，颗粒物污染如PM2.5、PM10等，以及微生物污染如细菌、真菌、过滤性病毒和尘螨等，这些污染物会不断累积，长期不通风的室内含氧量也会下降，二氧化碳超标还会引发亚健康危险，危害人体健康，因此，在现代建筑物中，为了保持室内空气新鲜，引入室外新鲜空气是必要的。但开窗通风又会使得室内冷量/热量大量流失，而且室外环境中的灰尘、被污染的空气、噪声等也会进入室内，加重空调系统的运行负荷，因此新风成了解决这一问题的优选方案。 　　2. 新风系统的概念 　　文献[11]研究表明，室内空气污染的程度比室外严重2～5倍，在特殊情况下甚至可达80～100倍。室内某些有害气体浓度可高出户外十倍甚至几十倍，而且这些有害气体还包含数十种致癌物质，如甲醛、苯、氡等。现代住宅的高密闭性及空调的普及，在调节室内环境的同时，也让居室环境更加封闭，室内空气流通性更差，导致室内空气质量降低。此外现代装修耗材挥发有毒有害气体，严重影响了人类的身心健康，引发多种疾病，严重的直接致死，安装新风系统则可以很好地改善室内空气污染问题，提高室内空气质量。 　　新风系统是由新风机组和管道附件组成的一套对建筑物内空气实行持续单向（进或排）或双向（进和排）通风、集中或分散控制的独立空气处理系统。其具体实现方法是新风机组将室外新鲜空气过滤、净化，再通过管道输送到室内[12， 13]。新风系统是将建筑物周边的室外空气引入室内，因此室内空气质量取决于建筑物周围大气环境及周围可能存在的污染源的种类和污染物的浓度。 　　3. 新风系统的类型 　　（1）新风系统按照安装方式可分为管道式新风系统和无管道新风系统。 　　管道式新风系统也称中央新风系统，由新风机和管道配件组成。管道式新风系统*好在墙面还未处理及吊顶未完成前进场安装[14]。已装修完的房屋也是可以安装新风系统的，可以选择裸露部分风管的形式，但会对室内整体装修美观度有所影响；也可选择二次局部吊顶的方式，拆掉原有吊顶，安装好主机和管道后，重新设计吊顶。 　　无管道新风系统也称单体新风系统，主要由新风机和通风器（是指各种小型送风设备，分为自然送风和强制送风两种）组成。 　　管道式新风系统由于工程量大、换气更全面，更适合工业、商业或者大面积办公区使用，其性能更优、换气与净化效率更高；无管道新风系统因为安装方便，且灵活度更高，占用室内空间小（有的无须吊顶、无须铺设管道和隐藏管道、不占用室内层高空间），因此也更适合家庭使用。 　　（2）按照气流组织形式可将管道式新风系统分为单向流中央新风系统、双向流中央新风系统、全热交换中央新风系统三种。 　　单向流中央新风系统主要由系统主机［图1-2（a）］、进风口、排风口、各种管道和接头等部件构成［图1-2（b）］，单向流包含“强制排风”和“强制送风”两种，因此单向流中央新风系统可以分为负压式新风系统（采用的机制是“强制排风，自然进风”）和正压式新风系统（采用的机制是“强制送风，自然排风”）。负压式新风系统属于比较低端的新风系统，也是*常见的一种类型。负压式新风系统工作原理是依靠主机工作产生的吸力，将室内污浊空气输送到室外，室内形成一个负压区，为了平衡室内的负压，房间外面相对新鲜的空气从预先安装好的进气口进入室内，以达到通风换气的目的。正压式新风系统工作原理是通过强制送入过滤好的新鲜空气在室内形成微正压状态，在正压的作用下，室内污浊空气从门缝或者别的通风口排出，从而达到循环通风换气的作用。此类通风设备较负压式新风系统而言，净化效果更好，引进的新风量也更为充足，基本能够满足一定空间内的需求。正压式新风系统经常与中央空调联用，并且可以增加各种空气滤网，如高效空气过滤器（high efficiency particulate air filter，HEPA filter）滤网。由于单向流中央新风系统自身原因，对引进室内的空气的净化效果不理想，新风质量较差。该系统一般多用于建筑层高较高的住宅、公寓或者办公场所。 　　图1-2 单向流中央新风系统示意图[15] 　　双向流中央新风系统（图1-3）是对单向流中央新风系统的有效补充。双向流中央新风系统有两个电机：一个抽入室外新风，另一个强制排出室内空气。在双向流中央新风系统的设计中排风主机与室内排风口的位置与单向流分布基本一致，不同的是双向流中央新风系统中的新风是由新风主机送入。新风主机通过送风管道与室内的空气分布器相连接，新风主机不断地把室外新风通过送风管道输入室内，以满足人们日常生活所需新鲜、洁净的空气。双向流中央新风系统的原理如下。一方面，将经过过滤、净化好的外界新鲜空气送入室内，补充富含氧气的健康洁净空气。另一方面也起到排风作用：快速排出室内污浊的空气，降低二氧化碳浓度，同时可以排出PM2.5、灰尘、甲醛、总挥发性有机化合物（total volatile organic compounds，TVOC）、氨、微生物、致敏物等污染物。简单来说，所谓双向流中央新风系统，就是机械强制送风、机械强制排风。新风由双向流中央新风系统管道送入室内，污浊空气通过排风系统管道集中排至室外，一送一排，实现室内外空气的置换与对流，换气效果更加明显，在家庭和公共场合中都可安装运用。 　　综合来看，双向流中央新风系统换气的效果比较理想，可对送入室内的室外空气进行过滤杀菌处理，新风品质较高。 　　图1-3 典型双向流中央新风系统示意图[16] 　　全热交换中央新风系统是在双向流中央新风系统的基础上进行改进的一种具有热回收功能的送排风系统。它的工作原理和双向流中央新风系统类似，不同的是其送风和排风由一台主机完成，而且在主机内部装载有