疫情時家庭新風系統(tǒng)使用及其他注意事項
冠狀病毒肆虐神州,舉國對抗,一線醫(yī)護人員超負荷工作,可歌可泣。為了控制冠狀病毒的傳播,更快地戰(zhàn)勝它,人們盡量不出行,待在家里等待著這場戰(zhàn)役的勝利。
新型冠狀病毒
在密閉的空間,也要做好防護工作,呼吁大家在家要多通風,有條件的開啟新風系統(tǒng)。同時,我們也呼吁任何時候,大家加倍重視室內(nèi)對空氣凈化和濕度控制的要求。空氣中氣溶膠(也就是漂浮的微粒)會攜帶部分病毒和細菌,而且在相對濕度低于38%易存活、高于65%的時候加速繁殖,但在45-55%之間被抑制。
家庭新風系統(tǒng)的類型不少,使用方式也是不同,也有很多需要注意的地方。通過新風系統(tǒng)使室內(nèi)空氣質(zhì)量變好主要就是這么幾個方面:新風量充足,室內(nèi)空氣換氣次數(shù)合理,新風過濾凈化穩(wěn)定,防止濾網(wǎng)后期細菌病毒繁殖造成二次污染,保證室內(nèi)一定正壓阻止室外臟空氣進入室內(nèi)。下面我們簡單聊聊發(fā)生疫情的時候,新風系統(tǒng)怎么來實現(xiàn)上述的要求。
新風量充足以及室內(nèi)空氣換氣次數(shù)合理,只要選擇合格產(chǎn)品,參照國家及行業(yè)標準進行設(shè)計以及施工,能滿足正常使用要求。
如果采用的是單向流新風,最好把衛(wèi)生間的排風扇或者廚房的抽油煙機一直打開,加速室內(nèi)空氣的置換速度,提高單位時間內(nèi)的換氣次數(shù)。因為單向流只負責向室內(nèi)送風,現(xiàn)代建筑的密封性都有所提高,當室內(nèi)空氣壓力達到一定時,單向流新風系統(tǒng)的新風量就會變小,無法達到正常的換氣次數(shù),對室內(nèi)的空氣品質(zhì)有影響。有內(nèi)循環(huán)功能的,建議將內(nèi)循環(huán)關(guān)閉,采用全新風模式。
單向流新風
著重講一下新風過濾凈化及穩(wěn)定性這方面,室內(nèi)、室外空氣質(zhì)量糟糕的時候通過新風系統(tǒng)可以提升室內(nèi)空氣品質(zhì),主要是其過濾凈化能力和室內(nèi)外空氣置換能力。談到過濾凈化能力,我們先來了解一下到底是過濾凈化什么樣的東西。
大部分病例都是以呼吸道傳播、飛沫傳播為主,病原體由傳染源通過咳嗽、噴嚏、談話排出的分泌物和飛沫,使易感者吸入受染。一般情況下,飛沫傳播只有與傳染源近距離接觸才可能實現(xiàn),最直接的防范方法就是戴口罩。
打噴嚏的微觀狀態(tài)
飛沫在空氣中失去水分后由剩下的蛋白質(zhì)和病原體組成飛沫核,飛沫核可以氣溶膠的形式漂流到遠處,在空氣中存留的時間較長。
來了解一下氣溶膠這個概念,凡分散介質(zhì)為氣體的膠體物系稱為氣溶膠。它們的粒子大小約在0.001-100μm之間,屬于粗分散物系。氣溶膠粒子是懸浮在大氣中的多種固體微粒和液體微小顆粒,有的來源于自然界,如火山噴發(fā)的煙塵、被風吹起的土壤微粒、海水飛濺揚入大氣后而被蒸發(fā)的鹽粒、細菌、微生物、植物的孢子花粉、流星燃燒所產(chǎn)生的細小微粒和宇宙塵埃等:有的是由于人類活動,如煤、油及其他礦物燃料的燃燒物質(zhì),以及車輛產(chǎn)生的廢氣排放至空氣中的大量煙粒等。當氣溶膠的濃度達到足夠高時,將對人類健康造成威脅,尤其是對哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群??諝庵械臍馊苣z還能傳播真菌和病毒,這可能會導致一些地區(qū)疾病的流行和爆發(fā),我們所熟悉的霧霾也屬于氣溶膠。
任何空間都遍布氣溶膠
現(xiàn)階段主要采用不同等級的過濾網(wǎng)進行過濾凈化,我們來看看空氣當中不同的顆粒大小,以及不同等級的濾網(wǎng)能過濾多大的顆粒。
不同顆粒物的當量直徑,以及濾網(wǎng)的過濾范圍
上面的圖片是歐盟的一個濾網(wǎng)等級,各國有各國的標準,我們做個對比看看各種濾網(wǎng)的過濾效率。
各國濾網(wǎng)等級對比
還有一個不太常用的美國劃分法MERV(MinimumEfficiencyReportingValue,最低效率報告值),因較少引用,常被商家在宣傳上用來攪混水。
MERV劃分為20個等級,其中M15或H15大致相當于歐標F9~H10,M17或者UH17大致相當于歐標H13。
美國劃分法MERV詳細分類
事實是所謂的H10、11、12級,都不該叫HEPA了。因為在歐洲新標準EN779-2011、EN1822-2009中,這三個規(guī)格的等級和命名都也變了,現(xiàn)在是E10~E12,HEPA13及以上才是真正的HEPA濾網(wǎng)。此外,F(xiàn)5和F6也變成了M5和M6。
歐標濾網(wǎng)等級分類
細心的朋友在效率表上發(fā)現(xiàn)“最易穿透粒徑MPPS”,它的全稱為MostPenetratingParticleSize,對于微粒在空氣中的運動而言,有保持慣性運動也就是直線運動的趨向,也有受到氣體分子的無規(guī)則撞擊而做“布朗運動”的趨向。
布朗運動
其中較大的顆粒直線運動趨向更明顯,較小的顆粒布朗運動趨向更明顯。對于做直線運動的較大顆粒而言,在有一定厚度的濾網(wǎng)中繼續(xù)走直線,那立刻就一頭撞到某根纖維上,直接被攔住或者粘住。同樣,較小的微粒做布朗運動,不隨氣流大方向而是四處亂竄,也很快會橫向碰到別的什么一根纖維上,落得同樣的下場。
被濾網(wǎng)攔截的顆粒物
唯有一個特定尺寸的微粒,既不是完全的直線運動,也不是完全的四處震蕩,而是隨氣流的大方向在走,但又晃晃悠悠晃晃悠悠的曲折前進。那它就有可能在縱向上,湊巧接連穿過了一道又一道的“網(wǎng)眼”空隙,穿透了整個濾網(wǎng),成為“漏網(wǎng)之魚”。
空氣穿過濾網(wǎng)的過程
這樣不大不小的微粒才是最難攔截的,這個效率最低點被稱為最易穿透粒徑MPPS。它隨濾料種類、過濾率和風速等在0.10微米-0.45微米間變化。但對HEPA濾網(wǎng)而言,這個大小就是0.3微米左右。所以HEPA標準考核,都是只要考核這個級別微粒的攔阻效果,評估會有多少“漏網(wǎng)之魚”就夠了。
HEPA濾網(wǎng)的效率凹陷
從效率坐標圖示上可以看出來,對于高效的HEPA級濾材,除了在0.3微米左右處有個微小的“效率凹陷”,比0.25微米小,比0.4微米大的微粒,攔阻率幾乎都是100%,無需操心。
肯定還會有人關(guān)心,最小能過濾到多?。?b>多國科學家把超細微粒測量到3納米(0.003微米)都未發(fā)現(xiàn)過濾效率降低的現(xiàn)象。再往下,就進入接近分子尺寸范圍,也就是量子力學的“測不準”區(qū)間了。
既然HEPA濾網(wǎng)除了0.3微米顆粒物的穿透率稍微高一點,其他攔阻率幾乎是100%,那我們來看看主要的一些病毒的大小,是否能完全過濾。
常見細菌病毒大小
新型冠狀病毒的的直徑為0.10微米,從上述的表格可以看到,HEPA13等級的濾網(wǎng)除了肺炎衣原體直徑0.3微米過濾效果為99.95%,其他幾乎為100%過濾效率。
HEPA濾網(wǎng)也是有區(qū)別的,材質(zhì)不同特性不同,我們來說一下主要的兩種,一種是市面上用量最多的,復合濾紙(PP聚丙烯和PET滌綸樹脂),簡單說就是熔噴一層PP,然后再熔噴一層PET,并經(jīng)過靜電駐極處理以后構(gòu)成濾網(wǎng)。風阻較小、纖維空隙較大,通過靜電吸附的方法來處理極細微顆粒物(比如0.3微米)。
靜電吸附
所謂“駐極”,意思就是自身長期帶靜電的電介質(zhì)材料。注意這仍然只是附加靜電、改善吸附能力的物理濾網(wǎng),并非另一種體系的“高壓靜電除塵”技術(shù)。
那么靜電技術(shù)有什么缺點呢?無論技術(shù)多么高超,都存在失效的時間,當靜電自然損耗消退后,小顆粒吸附效率下降很大。而這個失效的時間一般在2個月左右,最好的也很難超過3個月。這里的“駐”,只能解讀為“駐留”,并非大家想象中的“長駐”甚至“永駐”。
靜電駐極消失后的過濾效率
上圖中畫紅線的地方是靜電駐極失效后的過濾效率,歐洲沒有靜電駐極的E10-12濾網(wǎng)、也沒有靜電駐極的HEPA濾網(wǎng),所以參考F7-F9,雖然F9的失效后過濾效率還能有70%,但是需要注意的是測試采用的顆粒物是0.4微米,HEPA等級的濾網(wǎng)采用最易透過粒徑MPPS0.3微米的顆粒,0.4微米顆粒物的過濾效率為100%,所以靜電駐極HEPA濾網(wǎng)失效后過濾效率極度下降,最易透過粒徑MPPS0.3微米的顆粒過濾效率在20-30%之間。
靜電駐極濾網(wǎng)的過濾機理
采用靜電駐極濾網(wǎng)的新風系統(tǒng),雖然在剛開始使用時,效率表現(xiàn)良好,但是其靜電效果消失非常快速,濾網(wǎng)過濾效果將急速降低。也就是說,濾芯使用三個月后,就會失去大部分凈化能力。每隔三個月就要更換,耗材費用大,使用不便。何況我們很多新風系統(tǒng)售后維保沒有及時跟上,很多濾網(wǎng)用了一年都沒有進行更換。
第二種濾網(wǎng)使用玻璃纖維材質(zhì),不加靜電,但是纖維結(jié)構(gòu)非常致密,完全依靠極小的纖維空隙來阻截顆粒物。更多應(yīng)用在工業(yè)無塵室、芯片車間、手術(shù)室、高端凈化機和高端新風系統(tǒng),造價相對貴。
玻璃纖維濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)致密
與化纖纖維(復合濾網(wǎng))相比,玻璃纖維具有耐高溫、容塵量大、穩(wěn)定性好、耐用性強、壽命長等特點。但其最重要的優(yōu)點,就在于可以保證單次的過濾效率足夠高。直到今天,最高效率的U15~U17濾網(wǎng),基本上還是以玻璃纖維為主。下圖為電子顯微鏡下同等放大倍數(shù)的孔隙對比,玻璃纖維比化纖纖維濾網(wǎng)(復合濾網(wǎng))孔隙要小幾十倍。
在電子顯微鏡同等放大倍數(shù)下的濾網(wǎng)對比
但是過濾效果的提高也同時帶來風阻的增大,正常都會在200Pa以上,對風機的要求很高,能耗增加。使用壽命理論上無限,只要風機能克服其阻力。
過濾的同時,我們還要考慮殺菌殺病毒,留在濾網(wǎng)上的細菌和病毒在一定的環(huán)境存活一段時間,甚至是進行繁殖,造成新風的二次污染。采用的技術(shù)也比較多,比如負離子、臭氧、高壓靜電、光觸媒、紫外線等等,都有優(yōu)缺點,只要控制得當,都能產(chǎn)生作用。
負離子發(fā)射器
另一方面,機器內(nèi)部結(jié)構(gòu)密封性要好,防止漏氣或者串氣,對新風進行二次污染。
新風主機內(nèi)部結(jié)構(gòu)
針對轉(zhuǎn)輪式換熱的新風機,因為結(jié)構(gòu)存在先天的泄漏率,有疫情等特殊情況下不建議進行熱交換,開啟旁通模式。
轉(zhuǎn)輪式熱交換新風原理圖
我們再來說說保證室內(nèi)一定正壓的問題,不能太大也不能太小,一般在幾Pa到十幾Pa之間,如果房屋氣密性好,會更高一些,簡單的說就是室內(nèi)新風量大于排風量。實際要比這個要復雜,取決于建筑的不密封程度、室外風向及風速、室內(nèi)外溫差、房間的高度和朝向位置。室內(nèi)正壓太小或者形成了負壓,室外臟空氣會通過門窗縫隙進入室內(nèi),污染室內(nèi)。太大室內(nèi)的人會感覺不舒服,外開的門不容易關(guān)閉,內(nèi)開的門不容易打開。
新風系統(tǒng)保證室內(nèi)正壓主要看這兩個方面(單向流新風只是單一送風,不在此討論),一個是設(shè)計安裝的正確;另外一個是使用過程中濾網(wǎng)臟堵阻力變大新風量變小的調(diào)整。
家庭新風系統(tǒng)
新風主機出廠時會設(shè)置新風量比排風量大20-30%,但是在設(shè)計和安裝的過程中,考慮到吊頂空間和梁上打孔問題,排風管路會做集中排風,新風管路采用分散式送到每個需要的區(qū)域,勢必造成新風管路長阻力大的問題,新風量有影響,集中排風管路短、管道粗,所以幾乎可以忽略阻力,勢必造成新風系統(tǒng)剛裝完就變成了了負壓系統(tǒng)?;诵嘛L系統(tǒng)的錢,變成了排風扇系統(tǒng)的體驗。
新風系統(tǒng)集中回風
通過合理的設(shè)計、施工可以改善;也可以選擇單獨調(diào)節(jié)新風、排風風機狀態(tài)的新風主機?;蛘咄ㄟ^限制排風風量的方式來平衡,不過這個會影響新風系統(tǒng)整體的換氣次數(shù),不是特別推薦。
新風系統(tǒng)在使用過程中,濾網(wǎng)會越來越臟,阻力越來越大,造成新風量變小,如果新風系統(tǒng)自帶恒風量功能,可以改變新風風機的轉(zhuǎn)速,調(diào)整靜壓,保證新風量的輸出,新風量大于排風量,一直保證室內(nèi)正壓。具有恒風量功能的新風系統(tǒng)能提供濾網(wǎng)實時監(jiān)控,保證在正確的時間點更換濾網(wǎng),不會造成濾網(wǎng)過度使用或者不能物盡其用。
可調(diào)式壓差傳感器
如果沒有恒風量功能,新風量變小,小于排風量,系統(tǒng)變成負壓,無法保證室內(nèi)空氣質(zhì)量。只能通過更換濾網(wǎng)進行改善,但是存在一個麻煩的問題,只有通過專業(yè)檢測才能知道是不是變成負壓,平時很難判斷什么時候進行更換濾網(wǎng)。按照新風主機出廠設(shè)置新風比排風量大20-30%這個比例,幾個星期就需要更換濾網(wǎng),空氣污染嚴重的地方甚至一個星期就要換。
新風系統(tǒng)中的過濾網(wǎng)
病房、特殊時期的人員集中區(qū)域、特殊工廠車間、實驗室等,需要保證室內(nèi)負壓,防止細菌病毒快速擴散或者粉塵過多引起爆炸,也就是排風大于新風。這屬于特殊區(qū)域,不在這次我們家庭新風的范圍,我們暫時不討論。
火神山病房
除了上述說到的這些方面,還有空氣濕度的問題,室內(nèi)空間內(nèi)的相對濕度不僅是人體感覺舒適的一個衡量標準,而且對健康也有決定性作用:對我們來說舒適的50%室內(nèi)相對濕度,對病毒和細菌來說是致命的。這個濕度下的氣溶膠內(nèi)含有極高濃度的鹽份,能使活躍病毒變得消極呆滯。
氣溶膠(aktiverVirus活躍病毒、inaktiverVirus非活躍病毒、Salze鹽)
當相對濕度在45-55%的時候,氣溶膠內(nèi)的含水量高,自身重量大,沉降到地面的時間比較短。由于氣溶膠自身的粘性強和帶電性,容易被吸附在家具或物品上,不輕易被人走動時的氣流所帶動,重新散發(fā)至空氣中。
50%相對濕度下的氣溶膠
在濕度50%的時候,人體呼吸道內(nèi)黏膜和上層凝膠狀的保護層是飽滿的,來回如刷子般運動,把病毒和細菌阻隔在外。
50%相對濕度下的呼吸道黏膜
當室內(nèi)相對濕度低于40%時,溶解鹽會急速變成結(jié)晶體,從而進一步使水分流失到空氣中。結(jié)晶體對病毒和細菌沒有摧毀作用,它們可繼續(xù)在這種環(huán)境內(nèi)以活躍形式生存。氣溶膠內(nèi)的水分會蒸發(fā),鹽分凝固成結(jié)晶體,自身的重量減輕,粘性減少,下降至地面的時間延長。被吸附在家具或物品上的氣溶膠很容易被人走動所帶氣流重新發(fā)散至空氣中。
30%相對濕度下的氣溶膠
在相對濕度下降到30%的時候,呼吸道黏膜和上層凝膠狀保護層水分喪失,失去應(yīng)有的彈性和來回運動速度,最終靜止。細菌和病毒就越來越可能通過保護層進入人體。
30%相對濕度下呼吸道黏膜
在交叉流感高峰期的冬季,特別是在人員密集的室內(nèi),更要保持良好的濕度環(huán)境。冬天相對濕度低,造成流感病毒快速傳播。在冬天室內(nèi)除了合理的進行通風,同時也需要進行合理的加濕。