應(yīng)對新冠疫情 開啟暖通智能控制新模式
2020年爆發(fā)的新型冠狀病毒疫情對全球經(jīng)濟和民生都造成了嚴(yán)重的影響,新冠病毒主要是通過空氣傳播(飛沫傳播、氣溶膠傳播等),要防止飛沫傳播,可以通過鼓勵人們佩帶口罩等防疫物品來做保護;而氣溶膠(Aerosol)是由固體或液體微粒分散并懸浮在空氣中形成的多相體系,微粒大小為0.001~100μm,會通過空氣傳播,且易在暖通系統(tǒng)的換熱器表面、風(fēng)管、空氣處理器及冷卻塔等場所沉積,然后在氣流作用下產(chǎn)生二次懸浮,傳播或釋放到其他空間,因此使得目前辦公大樓和公共場所暖通系統(tǒng)的運營和管理引起了人們的高度關(guān)注,如何創(chuàng)造更健康、更安全的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境成為了業(yè)主、設(shè)計單位、施工單位及各級設(shè)備供應(yīng)商共同面對的一個新課題。
為了保證新冠肺炎流行期間,辦公場所和公共場所空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的安全合理使用,防止因空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)開啟而導(dǎo)致新冠肺炎疫情的傳播和蔓延,最大限度地保護使用者,2020年2月12日國務(wù)院應(yīng)對新型冠狀病毒肺炎疫情聯(lián)防聯(lián)控機制綜合組印發(fā)了《新冠肺炎流行期間辦公場所和公共場所空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運行管理指南》,與此同時,各地也陸續(xù)出臺《新冠肺炎疫情期間辦公場所和公共場所空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運行管理指引》等相關(guān)指導(dǎo)意見,對新形勢下暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的具體運營和管理做了詳細(xì)的說明。
根據(jù)智慧建筑及樓宇自控行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)品牌霍尼韋爾對中國市場的調(diào)查統(tǒng)計,目前,國內(nèi)一般公共建筑主流空調(diào)系統(tǒng)主要分為三種形式:風(fēng)機盤管FCU+新風(fēng)系統(tǒng)(PAU機組);定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)(AHU機組);變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(AHU+VAVBOX)。實際上,很多采用風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)的樓宇,新風(fēng)機組并不開,或開啟的時間較少,一般沒有集中機械排風(fēng)系統(tǒng)。定風(fēng)量AHU機組新風(fēng)比例一般在30%左右;VAV系統(tǒng)新風(fēng)為固定風(fēng)量+CAV動態(tài)調(diào)節(jié),一般可達(dá)到50-60%比例,隨著近年來空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的提高,一般可以滿足70%新風(fēng)的要求。全空氣系統(tǒng)一般通過AHU機組進行集中排風(fēng)。此外,國內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)很少嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)頻次進行清洗消毒。
本次疫情對于暖通空調(diào)系統(tǒng)控制最為關(guān)鍵和有效的預(yù)防手段就是加大新風(fēng)通風(fēng)換氣,回風(fēng)停止運行,由此也引發(fā)出一系列空調(diào)設(shè)備運行策略的改變,當(dāng)中包括設(shè)備運行時間的變化,電動風(fēng)閥/電動水閥開啟策略的改變,盤管防凍綜合考量的調(diào)整,室內(nèi)通排風(fēng)策略的改變,設(shè)備運行參數(shù)的調(diào)整等等,這些對于今后建筑物暖通空調(diào)的設(shè)計規(guī)劃和相關(guān)設(shè)備選型都會帶來一定程度的影響。
例如,霍尼韋爾建議在智能樓控系統(tǒng)中增加“公共衛(wèi)生應(yīng)急模式”:所有的邏輯和調(diào)整在DDC控制器中修改后,在上位機軟件上增加全局變量,增設(shè)“公共衛(wèi)生應(yīng)急模式”菜單鍵,用戶可以在軟件界面一鍵點擊進行“公共衛(wèi)生應(yīng)急模式”的啟用和關(guān)閉,操作簡單。而對于暖通空調(diào)系統(tǒng)中重要的節(jié)能產(chǎn)品——變頻器,也需要和電動機、風(fēng)機等其他組件靈活匹配并能相互間自由兼容,以保證到達(dá)最高的系統(tǒng)性能和有效性。
空氣檢測+智能空調(diào)控制
新型冠狀病毒主要經(jīng)飛沫和接觸傳播,密閉建筑中的空調(diào)系統(tǒng)可能成為交叉感染的途徑,因此確保空氣質(zhì)量潔凈同時保持新鮮空氣引入室內(nèi)尤為重要。在全球推廣健康建筑標(biāo)準(zhǔn)的國際WELL建筑研究院(International WELL BuildingInstitute?,簡稱IWBI?)首先建議在室外空氣質(zhì)量允許的情況下勤通風(fēng),利用室內(nèi)空氣質(zhì)量偵測器(IAQSensor)與裝在外氣導(dǎo)入風(fēng)管的傳感器所采集到的外氣引入數(shù)據(jù),確認(rèn)室內(nèi)外空氣質(zhì)量,自動化啟動新風(fēng)系統(tǒng)引入室外空氣,稀釋室內(nèi)空氣中的有害物質(zhì)、病菌,維護室內(nèi)空氣質(zhì)量;或是空氣質(zhì)量偵測器連動手機APP,實時發(fā)送訊息提醒用戶目前室內(nèi)空氣質(zhì)量,以增加高質(zhì)量空氣供應(yīng)。
針對辦公建筑,WELL建議優(yōu)先采取加大新風(fēng)的通風(fēng)換氣量,作為最有效的預(yù)防手段之一。從計算室內(nèi)空間與人員數(shù)量可得到新風(fēng)需求量,藉由室內(nèi)空氣質(zhì)量偵測器所搜集到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),搭配具備邊緣運算功能的室內(nèi)空氣質(zhì)量服務(wù)器(IAQServer)與連動新風(fēng)設(shè)備的自動化控制系統(tǒng),可加強通風(fēng)策略,改善人們所處環(huán)境的健康與提升工作效率。同時,利用樓宇管理系統(tǒng),可記錄新風(fēng)系統(tǒng)的運行時間,提供過濾裝置定期清洗維護或更換的提示,優(yōu)化空氣過濾,減少可能攜帶病毒的懸浮顆粒物,去除室內(nèi)空氣污染物;或是透過樓宇管理系統(tǒng)主動發(fā)送的維護通知,實行定期清洗、消毒空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔、空氣處理機組、風(fēng)口等設(shè)備或部件。
為此,臺達(dá)為協(xié)助臺灣陽光社會福利基金會長期對抗疫情,捐建的兩處高性能新風(fēng)系統(tǒng)與UNO空氣質(zhì)量監(jiān)控解決方案,毋須開窗便能引進新鮮空氣至室內(nèi)。臺達(dá)新風(fēng)系統(tǒng)具備高效三重過濾網(wǎng),可有效過濾霧霾PM2.5、PM10等有害成分,并降低室內(nèi)二氧化碳濃度,讓室內(nèi)空氣質(zhì)量遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn);而直流變頻的全熱交換器也深具節(jié)能效益,夏季電價時預(yù)估可節(jié)省空調(diào)用電費用達(dá)30%。
此次導(dǎo)入的臺達(dá)設(shè)備,包括有吊裝式與壁掛式PM2.5直流變頻全熱交換器,在建筑物換氣的同時進行溫、濕度的熱交換,可降低空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷,并搭配高效三重過濾網(wǎng),有效過濾霧霾有害成分PM2.5,凈化效果高達(dá)97%。此外,臺達(dá)亦提供UNO室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控解決方案,以UNOnext IAQ傳感器搭配全熱交換器,不僅調(diào)整所需的基本換氣量,更幫助建筑環(huán)境朝向國際WELL健康建筑標(biāo)準(zhǔn)的要求邁進,讓室內(nèi)空氣中的CO2、PM2.5、PM10等數(shù)值都受到良好控制,使病人在復(fù)健時更安全、健康及舒適。
另外在空間節(jié)能改造上,臺達(dá)也與綠適居社會企業(yè)合作,幫陽光基金會總會裝置雙層玻璃,有效隔離外在熱源及降低噪音;同時協(xié)助在計算機機房進行冷熱信道區(qū)隔,避免混風(fēng),并利用臺達(dá)管道扇,將計算機機房的熱能抽取出去,降低空調(diào)的運作與耗能,在新風(fēng)系統(tǒng)和隔熱改造的互相搭配下,預(yù)期可節(jié)省30%的空調(diào)用電量。
后疫情期催生醫(yī)院管理新模式
2020年爆發(fā)的新冠肺炎疫情給國內(nèi)公立醫(yī)院常態(tài)化改革發(fā)展帶來了新機遇,越來越多的行業(yè)人士重新審視現(xiàn)有的醫(yī)療系統(tǒng)后勤管理模式,積極推進“戰(zhàn)-平結(jié)合”的全數(shù)字化統(tǒng)一管理平臺,協(xié)助醫(yī)院前端的醫(yī)療工作提高工作效率。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)劃,2019-2023年,中國大健康產(chǎn)業(yè)的年均復(fù)合增長率約為12.55%;到2023年,中國大健康產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計將達(dá)到14.09萬億元;2030年將超過16萬億元,是目前市場規(guī)模的3倍左右。
數(shù)據(jù)來源:賽迪顧問2020,02
2018年-2025年中國數(shù)據(jù)中心IT投資規(guī)模增長預(yù)測
在暖通空調(diào)設(shè)計部分,最大的特點是,針對傳染病類型醫(yī)院,在空氣組織形式和智能化管理上提出了更高的要求。例如,所有傳染病醫(yī)院的病房/手術(shù)室均為負(fù)壓設(shè)計,尤其是在“三區(qū)兩通道”,即污染區(qū)、緩沖區(qū)、清潔區(qū)、病患通道和醫(yī)護通道的空氣組織形式上實現(xiàn)壓力梯度差,以隔離病原體,保證空氣流向始終從清潔區(qū)到緩沖區(qū),再到污染區(qū),形成負(fù)壓空間。此外,空調(diào)系統(tǒng)的自動化監(jiān)控也成為了重要的控制手段之一。
結(jié)合目前國內(nèi)不同類型醫(yī)療機構(gòu)的建設(shè)趨勢來看,全國三甲醫(yī)院傳染科和隔離病房在近年內(nèi)將加大投入,改建、擴建的需求明顯,以負(fù)壓為空氣組織形式的單/雙間隔離病房是建設(shè)重點,且空調(diào)控制形式更為多樣化,這使得醫(yī)院的管理模式也會隨之變化。而在學(xué)科單一、專業(yè)性強的傳染病醫(yī)院,由于這類醫(yī)院數(shù)量較小,新建程度較低,因此迫切需要提高利用率,國家的支持力度也會較強,同時這類醫(yī)院一般都是隔離病房,用電負(fù)荷極大,對供電安全性要求較高,氣流組織要求也高,需要做空間隔離和空氣隔離。一些應(yīng)急醫(yī)療機構(gòu)如武漢火神山、雷神山、北京小湯山等應(yīng)急傳染病隔離醫(yī)院、方艙醫(yī)院等等,也要求在平均使用壽命5年的條件下做到戰(zhàn)-平結(jié)合,以空間隔離為主,提高使用效率。此外,CDC疾病防控中心P3實驗室也將成為今后各地的一個建設(shè)重點,其中實驗室的氣流組織形式為負(fù)壓狀態(tài),整個實驗室完全密封,使得實驗室內(nèi)部的氣體不會泄漏到外面而造成污染。
總結(jié)上述傳染病相關(guān)醫(yī)療機構(gòu)的建設(shè)需求特點,可以發(fā)現(xiàn),除了在供電安全、空間安全、檢測安全、信息安全等方面的具體要求之外,環(huán)境安全在醫(yī)院基礎(chǔ)建設(shè)中的重要性尤為突出,它主要包括對四大指標(biāo)要素的控制和管理,即溫濕度、空氣質(zhì)量、照度/噪音、氣流組織形式(負(fù)壓和壓力梯度差的穩(wěn)定)。
作為醫(yī)療行業(yè)的先行者,施耐德電氣正在為全球超過40%的醫(yī)療機構(gòu)提供解決方案與服務(wù),并助力中國的800多家醫(yī)院優(yōu)化整體醫(yī)療環(huán)境。基于EcoStruxure架構(gòu),施耐德電氣以強弱電一體化為核心,打造互聯(lián)互通、全數(shù)字化的醫(yī)院能效與建筑綜合管理平臺,為醫(yī)院后勤管理注入核心引擎動力。
以在此次疫情中最為突出的負(fù)壓隔離病房的建設(shè)為例,實際上,要形成負(fù)壓環(huán)境就是要對整個空氣流向即送風(fēng)、進風(fēng)的壓力差值進行精確的控制管理,在施耐德電氣的智慧醫(yī)院解決方案中,用到的設(shè)備和儀器有風(fēng)閥執(zhí)行器、壓力傳感器、電動水閥、變頻器、EBO軟件、溫度控制器等等,其中,變頻器在穩(wěn)定控制空氣流向的過程中發(fā)揮了重要的作用。在排風(fēng)系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)中都要使用到變頻器產(chǎn)品,以克服空調(diào)系統(tǒng)中管道阻力的變化,恒定排風(fēng)量和送風(fēng)量,保證穩(wěn)定的壓力梯度差,并且變頻器的EMC電磁兼容性能也不容忽視,以免在包含各類傳感器的復(fù)雜系統(tǒng)電路中發(fā)生相互干擾的情況。同時,在整體配電系統(tǒng)架構(gòu)的末端,通過SMart Link這類智能化終端連接空調(diào)及照明設(shè)備,實現(xiàn)綜合智能化管理功能,以減少管理人員頻繁進出病區(qū)的幾率,降低人員感染的可能性。
數(shù)據(jù)中心迎來建設(shè)高峰期
在國家“新基建”政策的指引下,當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟加速重啟,此番“新基建”主要包括三大領(lǐng)域:一是信息基礎(chǔ)設(shè)施,如以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,以人工智能、云計算等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施,以數(shù)據(jù)中心、智能計算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施等;二是融合基礎(chǔ)設(shè)施,如智能交通、智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施等;三是創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施,如重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施等。
“新基建”的一項重要內(nèi)容——建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC),被認(rèn)為是基礎(chǔ)設(shè)施中所有數(shù)據(jù)、計算、網(wǎng)絡(luò)的“基石”,它能夠有力支撐區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展。根據(jù)賽迪顧問的調(diào)查統(tǒng)計,2019年中國超大型、大型數(shù)據(jù)中心數(shù)量占比達(dá)到12.7%,規(guī)劃在建數(shù)據(jù)中心320個,其中超大型、大型數(shù)據(jù)中心數(shù)量占比達(dá)到36.1%;2019年中國數(shù)據(jù)中心IT投資規(guī)模達(dá)3698.1億,預(yù)計2020年這一規(guī)模將增長12.7%,達(dá)到4166.8億元;而到2025年,預(yù)計這一投資規(guī)模將達(dá)到7070.9億元。作為儲存、處理數(shù)據(jù)的重要IT基礎(chǔ)設(shè)施——數(shù)據(jù)中心的作用和價值加速凸顯,吸引到巨量的投資熱潮。
現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一個課題是降低能源消耗。從全球來看,到2025年,數(shù)據(jù)中心將占全球能耗的最大份額,高達(dá)33%;而在國內(nèi),全國數(shù)據(jù)中心的耗電量已連續(xù)八年以超過12%的速度增長,這表明,未來數(shù)據(jù)中心的建設(shè)將重點圍繞規(guī)模化、綠色節(jié)能、低能耗的目標(biāo)發(fā)展,特別是要降低PUE值(即能源使用效率,數(shù)據(jù)中心所有能耗與IT能耗之比,PUE值越接近1,表示數(shù)據(jù)機房綠色化程度越高)。
通常來說,制冷空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗占到數(shù)據(jù)中心整體耗能的25%左右,因此,高熱密度制冷、節(jié)能空調(diào)設(shè)備以及動態(tài)制冷成為了該領(lǐng)域應(yīng)用的主要訴求。由于數(shù)據(jù)中心的密度隨時間而變化,因此對制冷系統(tǒng)的要求非常寬泛。一般來說,一開始制冷設(shè)備只使用20%的制冷能力,并且只有在達(dá)到制冷能力的80%以后,才會考慮增加模塊。
針對這一應(yīng)用狀況,丹佛斯充分發(fā)揮Danfoss品牌變頻壓縮機的優(yōu)勢,利用電子膨脹閥、過熱度控制器和傳感器,測量和控制制冷系統(tǒng)的制冷量,快速精確地進行溫度控制,來自數(shù)據(jù)中心模塊的指令通過系統(tǒng)控制器(驅(qū)動器)傳輸,控制壓縮機的轉(zhuǎn)速,從而滿足用戶要求,實現(xiàn)了遠(yuǎn)低于定速壓縮機的能耗。另一方面,丹佛斯變頻系統(tǒng)還內(nèi)置了軟啟動功能,這降低了對電網(wǎng)和備用發(fā)電機的要求,同時采用丹佛斯變頻器技術(shù)的制冷設(shè)備,令數(shù)據(jù)中心的業(yè)主可以在系統(tǒng)中使用小得多的發(fā)電機,從而節(jié)省一大筆成本。
2020年發(fā)生的新冠疫情將驅(qū)動暖通空調(diào)行業(yè)朝著高質(zhì)量、經(jīng)濟適用、環(huán)保節(jié)能、防疫健康的方向發(fā)展,并且一些新的行業(yè)升級產(chǎn)品也被逐步引入進來,如消毒產(chǎn)品、智能檢測產(chǎn)品、防疫凈化產(chǎn)品等。暖通空調(diào)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展包括建設(shè)過程的精細(xì)化和全流程化、機電系統(tǒng)的集成化、控制、運營和維護的智能化等等,隨著IoT物聯(lián)網(wǎng)、AI人工智能診斷等新技術(shù)的興起,能夠促進系統(tǒng)架構(gòu)更為扁平化,對設(shè)備的運行狀態(tài)、故障檢測、維護記錄等項目實現(xiàn)集中實時管理,并可對設(shè)備運行優(yōu)化,在保證優(yōu)質(zhì)舒適度的前提下進一步深度節(jié)能,開啟暖通行業(yè)新的建設(shè)模式。