复工复产后,公共建筑空调系统运维思考

2022年3月开始,中国疫情防控经受了武汉保卫战以来最严峻的防控考验。面对传播力更强、隐匿性更强的奥密克戎,各地纷纷采取措施阻击病毒传播。而在疫情最严重的上海,经过所有人共同努力,此轮疫情防控已然取得了阶段性成效。

越来越多的人将走出小区,回到工作岗位,上海这座昔日活力之都也即将迎来全面复苏!

如何为回到工作岗位的市民提供安全的环境,是疫情防控和经济社会发展两手抓的重要前提。我们也查阅了疫情以来国内外专家的研究,并结合H&V在空气过滤的经验积累,给出了一些思考供业内人士参考讨论。

01 新冠病毒空气传播的特点

人体感染新冠病毒的主要方式是接触了携带病毒的呼吸道液体,包括:①吸入非常细的呼吸道飞沫和气溶胶;②暴露在外的口鼻或眼睛粘膜直接沾上喷溅的呼吸道飞沫;③用被污染的手接触粘膜。

2021年8月27日的Science期刊上题为《Airborne transmission of respiratory viruses》的综述论文中指出,很多超级传播事件的一个共同因素是人们在同一个房间里共同吸入空气。空气传播是最可能的传播途径。

美国密歇根大学的研究团队2022年4月在《暴露科学与环境流行病学杂志》发表的一项研究表明,新冠病毒经空气传播的效力比经接触物体表面高1000倍。尤其是部分环境内人员聚集较多,像健身房、排练室、会议室等,这些环境中的气溶胶往往高于正常说话时产生的气溶胶。

美国CDC的文件指出,感染性飞沫和颗粒被呼出后向外扩散,较大或较重的在重力作用下下落,细小的逐渐与气流混合被稀释,同时这一过程受到温度、湿度、阳光等作用,病毒的活力逐渐丧失。因此,距离传染者超出1.8米以外通过吸入感染的可能性很低。

但是在某些情况下会增加远距离空气传播的风险,这些因素包括:通风或空气处理不足的封闭空间,感染者进行体力消耗活动或提高声音,15分钟以上的持续暴露在环境中。

# 如何分析传染病空气传播风险

Wells-Riley方程可以用来分析传染病空气传播风险(P):

其中,I=感染人数;q=每个感染者产生的病毒当量数;p=人的呼吸量;t=停留时间;Q=通风量。

因此,如果室内有病毒感染者,那么病毒通过空气传播导致其他人感染的概率:

① 室内带有病毒人数越多,感染率越高

② 暴露在空气中时间越久,感染率越高

③ 通风量(洁净空气)越大,感染率越低

02 空调系统对于新冠病毒防控的思路

空调系统对新冠病毒防控主要是关注上述的病毒空气传播问题,尤其是悬浮在空气中的细小感染性气溶胶的处理。

关键控制手段是通过洁净空气通风稀释来起到降低病毒传染风险。通过关键因素分析得出,加大新风送风量和提高回风过滤器级别是最简单有效的办法

首先解释两个问题,一是什么是洁净空气,二是需要多大通风量。

# 洁净空气与通风量

洁净空气

a) 室外新风

b) 经过过滤的回风

对回风进行过滤,可以得到洁净空气量=回风风量 × 过滤器效率,因此,只要是有装回风过滤器,装高效过滤器和装中效过滤器的区别只是洁净空气量的不同。

洁净空气风量

清华大学江亿院士和赵彬教授的研究表明,当吸入的气体稀释倍数达到2000倍的时候,病毒传播是小概率事件,当吸入的气体稀释倍数在10000倍以上时,是非常安全的。假设人的静态呼吸量是0.3m3/h,10000倍稀释就是3000m3/h的洁净空气风量。

此前,也曾有人质疑空调系统造成新冠病毒隐匿性传播。对此,同济大学沈晋明教授提到,不合规的空调系统有可能传播细菌或霉菌,但是病毒是不可能在空调系统内生长增殖,新冠是包膜病毒,在空调处理过程中其承受能力要比细菌霉菌差很多。

03 针对一些大家关心的问题,H&V的建议

Q1 复工复产后是否需要全新风运行?

不需要。只要有合规的回风过滤器,达到合规的换气次数即可。2020年疫情爆发初期,很多研究尚未形成结论,包括ASHRAE在内的权威机构一开始都建议最大限度增加机械通风引入新风,减少或关闭再循环。这是在对风险了解尚不明朗时不考虑成本的保守建议。

全新风运行会带来高额的成本,同时很多场所原有的空调系统无法通过全新风运行来保障室内舒适度,我们不应忘记空调系统的本职工作。

Q2 回风是否有必要安装HEPA高效过滤器?

不需要。HEPA毫无疑问可以胜任过滤新冠病毒的工作。但是公共建筑空间不是方舱医院,没有那么多感染者。ASHRAE的文件中明确指出,空调系统需要配备MERV13级别的中效过滤器。对应ISO 16890-2016为ePM1≥50%,对应EN 779-2012大致为F7。

HEPA高效过滤器本就不会在普通建筑空调系统中使用。目前市场上对于疫情防控催生了很多新兴的产品,在宣传其性能特点时,动辄就拿成本高昂的HEPA过滤器作比较,未免有哗众取宠之嫌。

Q3 空调末端是否需要消毒?

需要,但是应避免过度消毒。上海市政府针对加快复工复产进度,给出了包括场所消杀在内的一系列建议。对疫情严重区域的消杀,对有病毒沾染的空调末端消杀是能够起到防疫作用的。但是,我们可以看到,在一般场所,没有较大病毒传染风险,且正确使用更换过滤器,是没有必要频繁对空调末端消毒的。

2021年1月29日,Science杂志上题为《Disinfection spreads antimicrobial resistance》的文章就提到,新冠疫情期间消毒抗菌产品的过度使用可加速超级细菌的产生及传播,从而加速超级细菌大流行的到来并威胁未来的公共健康。

人在自然环境中本就和微生物共存,过度消毒会损耗原有对人体有益的微生物菌群,反而会对人体造成副作用。沈晋明教授在 告中也指出,我们需要的是清洁的空气,而不是杀菌空气。对抗新冠疫情应当科学消毒,避免过度消毒。

Q4 新兴的电子式净化和消毒技术是否有效?

有效,但是同样需要谨慎使用。美国疾控中心CDC申明,在新冠流行期间,很多新兴技术被大力推广,像电离发生器、静电除尘、光催化、化学喷雾消毒等,这些技术有的虽然已经存在了几十年,但仍然缺乏足够充分的证据来证明其有效性和安全性。制造商的资料应该谨慎取信。此外,消毒设备的使用需要避免“人机共存”的情况,否则很有可能对人体造成危害。

除此之外,很多技术虽没有耗材,但仍然需要定期维护,甚至前端需要初效或中效过滤器的保护,方能延续其使用效率和寿命。

针对一些特定环境要求,ASHRAE建议在考虑原有空调系统容量、空间大小、气流方向、能耗等问题后,可以结合多种空气净化技术,以实现与MERV 13级别中效过滤器等效的空气净化。比如,在MERV 11过滤器下游安装紫外线灯,以60%的灭活性效率,等效达到MERV 13过滤器的效率。

Q5 有没有办法判断室内空气安全与否?

暂时没有这样的标准,但是可以借助一些室内空气传感器来初步判断室内安全性。目前不少商家和机构在各自领域研发相关指标和测试方式。最简单的方式就是通过室内传感器监控PM2.5浓度和CO2浓度,来判断室内的洁净程度和新风量水准是否达标。

Q6 H&V在新冠疫情防控的方案有哪些?

H&V自1943年研发HEPA产品起一直专注在空气过滤解决方案。目前H&V在全球是最大的高端N95口罩滤材提供者,为全球疫情防控提供了口罩、呼吸机、检测盒等产品的核心材料。在此轮疫情中,H&V的产品也出现在医院、隔离点等场所的空调系统中。

对于疫情常态化后的公共建筑空调系统防疫,H&V始终坚持,管好新风和回风两个入口就是最经济有效的措施。

新风过滤方案由于要增大新风量,建议采用低阻且容尘量更高的NanoWave?,运行能耗可降低40%,寿命提高1.5倍,不仅效率稳定,且全生命周期成本更低。

回风过滤方案满足效率同时需要低阻,Technostat?的方案可以覆盖中效至亚高效级别并提供超低阻力。同时材料自带抑菌灭活特性,消除了细菌在过滤器上滋生的顾虑。

最后我们想说,正如WHO提到的“通风换气是一种经验性的额外预防措施”,空调系统防疫措施可以起到稀释病毒浓度作用,辅助降低室内健康人员的感染风险,但是室内病毒携带者的一些行为如打喷嚏、哈欠、大声说话等都会在短距离短时间带来风险。

因此,复工复产后的个体防护措施依然是重中之重,比如戴好口罩、保持间距、洗手和使用一些其他的护具等。

H&V致力于保障公共建筑的室内空气安全,努力为创造更清洁的世界作出贡献,欢迎您留言或联系我们一起探讨交流。(HV贺氏 王臻阳)

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