應對新冠疫情 開啟暖通智能控制新模式
文:中國傳動網 編輯部2020年第四期
導語:新型冠狀病毒(COVID-19)可通過氣溶膠傳播,易在暖通系統的換熱器表面、風管、空氣處理器及冷卻塔等場所沉積,然后在氣流作用下產生二次懸浮,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的運營和管理引起了人們的高度關注,如何創造更健康、更安全的室內空調環境成為了業主、設計、施工單位及各級設備供應商共同面對的一個新課題。
2020年爆發的新型冠狀病毒疫情對全球經濟和民生都造成了嚴重的影響,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,且易在暖通系統的換熱器表面、風管、空氣處理器及冷卻塔等場所沉積,然后在氣流作用下產生二次懸浮,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的運營和管理引起了人們的高度關注,如何創造更健康、更安全的室內空調環境成為了業主、設計單位、施工單位及各級設備供應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通風系統的安全合理使用,防止因空調通風系統開啟而導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日國務院應對新型冠狀病毒肺炎疫情聯防聯控機制綜合組印發了《新冠肺炎流行期間辦公場所和公共場所空調通風系統運行管理指南》,與此同時,各地也陸續出臺《新冠肺炎疫情期間辦公場所和公共場所空調通風系統運行管理指引》等相關指導意見,對新形勢下暖通空調通風系統的具體運營和管理做了詳細的說明。
根據智慧建筑及樓宇自控行業的領導品牌霍尼韋爾對中國市場的調查統計,目前,國內一般公共建筑主流空調系統主要分為三種形式:風機盤管FCU+新風系統(PAU機組);定風量全空氣系統(AHU機組);變風量空調系統(AHU+VAVBOX)。實際上,很多采用風機盤管+新風系統的樓宇,新風機組并不開,或開啟的時間較少,一般沒有集中機械排風系統。定風量AHU機組新風比例一般在30%左右;VAV系統新風為固定風量+CAV動態調節,一般可達到50-60%比例,隨著近年來空調系統新風標準的提高,一般可以滿足70%新風的要求。全空氣系統一般通過AHU機組進行集中排風。此外,國內空調系統很少嚴格按國家標準頻次進行清洗消毒。
本次疫情對于暖通空調系統控制最為關鍵和有效的預防手段就是加大新風通風換氣,回風停止運行,由此也引發出一系列空調設備運行策略的改變,當中包括設備運行時間的變化,電動風閥/電動水閥開啟策略的改變,盤管防凍綜合考量的調整,室內通排風策略的改變,設備運行參數的調整等等,這些對于今后建筑物暖通空調的設計規劃和相關設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中增加“公共衛生應急模式”:所有的邏輯和調整在DDC控制器中修改后,在上位機軟件上增加全局變量,增設“公共衛生應急模式”菜單鍵,用戶可以在軟件界面一鍵點擊進行“公共衛生應急模式”的啟用和關閉,操作簡單。而對于暖通空調系統中重要的節能產品——變頻器,也需要和電動機、風機等其他組件靈活匹配并能相互間自由兼容,以保證到達最高的系統性能和有效性。
空氣檢測+智能空調控制
新型冠狀病毒主要經飛沫和接觸傳播,密閉建筑中的空調系統可能成為交叉感染的途徑,因此確保空氣質量潔凈同時保持新鮮空氣引入室內尤為重要。在全球推廣健康建筑標準的國際WELL建筑研究院(International WELL BuildingInstitute?,簡稱IWBI?)首先建議在室外空氣質量允許的情況下勤通風,利用室內空氣質量偵測器(IAQSensor)與裝在外氣導入風管的傳感器所采集到的外氣引入數據,確認室內外空氣質量,自動化啟動新風系統引入室外空氣,稀釋室內空氣中的有害物質、病菌,維護室內空氣質量;或是空氣質量偵測器連動手機APP,實時發送訊息提醒用戶目前室內空氣質量,以增加高質量空氣供應。
針對辦公建筑,WELL建議優先采取加大新風的通風換氣量,作為最有效的預防手段之一。從計算室內空間與人員數量可得到新風需求量,藉由室內空氣質量偵測器所搜集到的空氣質量數據,搭配具備邊緣運算功能的室內空氣質量服務器(IAQServer)與連動新風設備的自動化控制系統,可加強通風策略,改善人們所處環境的健康與提升工作效率。同時,利用樓宇管理系統,可記錄新風系統的運行時間,提供過濾裝置定期清洗維護或更換的提示,優化空氣過濾,減少可能攜帶病毒的懸浮顆粒物,去除室內空氣污染物;或是透過樓宇管理系統主動發送的維護通知,實行定期清洗、消毒空調系統的冷卻塔、空氣處理機組、風口等設備或部件。
為此,臺達為協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系統與UNO空氣質量監控解決方案,毋須開窗便能引進新鮮空氣至室內。臺達新風系統具備高效三重過濾網,可有效過濾霧霾PM2.5、PM10等有害成分,并降低室內二氧化碳濃度,讓室內空氣質量遠超標準;而直流變頻的全熱交換器也深具節能效益,夏季電價時預估可節省空調用電費用達30%。
此次導入的臺達設備,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,可降低空調設備的負荷,并搭配高效三重過濾網,有效過濾霧霾有害成分PM2.5,凈化效果高達97%。此外,臺達亦提供UNO室內空氣質量監控解決方案,以UNOnext IAQ傳感器搭配全熱交換器,不僅調整所需的基本換氣量,更幫助建筑環境朝向國際WELL健康建筑標準的要求邁進,讓室內空氣中的CO2、PM2.5、PM10等數值都受到良好控制,使病人在復健時更安全、健康及舒適。
另外在空間節能改造上,臺達也與綠適居社會企業合作,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;同時協助在計算機機房進行冷熱信道區隔,避免混風,并利用臺達管道扇,將計算機機房的熱能抽取出去,降低空調的運作與耗能,在新風系統和隔熱改造的互相搭配下,預期可節省30%的空調用電量。
后疫情期催生醫院管理新模式
2020年爆發的新冠肺炎疫情給國內公立醫院常態化改革發展帶來了新機遇,越來越多的行業人士重新審視現有的醫療系統后勤管理模式,積極推進“戰-平結合”的全數字化統一管理平臺,協助醫院前端的醫療工作提高工作效率。根據國家相關規劃,2019-2023年,中國大健康產業的年均復合增長率約為12.55%;到2023年,中國大健康產業規模預計將達到14.09萬億元;2030年將超過16萬億元,是目前市場規模的3倍左右。
數據來源:賽迪顧問2020,02
2018年-2025年中國數據中心IT投資規模增長預測
在暖通空調設計部分,最大的特點是,針對傳染病類型醫院,在空氣組織形式和智能化管理上提出了更高的要求。例如,所有傳染病醫院的病房/手術室均為負壓設計,尤其是在“三區兩通道”,即污染區、緩沖區、清潔區、病患通道和醫護通道的空氣組織形式上實現壓力梯度差,以隔離病原體,保證空氣流向始終從清潔區到緩沖區,再到污染區,形成負壓空間。此外,空調系統的自動化監控也成為了重要的控制手段之一。
結合目前國內不同類型醫療機構的建設趨勢來看,全國三甲醫院傳染科和隔離病房在近年內將加大投入,改建、擴建的需求明顯,以負壓為空氣組織形式的單/雙間隔離病房是建設重點,且空調控制形式更為多樣化,這使得醫院的管理模式也會隨之變化。而在學科單一、專業性強的傳染病醫院,由于這類醫院數量較小,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,同時這類醫院一般都是隔離病房,用電負荷極大,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。一些應急醫療機構如武漢火神山、雷神山、北京小湯山等應急傳染病隔離醫院、方艙醫院等等,也要求在平均使用壽命5年的條件下做到戰-平結合,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重點,其中實驗室的氣流組織形式為負壓狀態,整個實驗室完全密封,使得實驗室內部的氣體不會泄漏到外面而造成污染。
總結上述傳染病相關醫療機構的建設需求特點,可以發現,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,環境安全在醫院基礎建設中的重要性尤為突出,它主要包括對四大指標要素的控制和管理,即溫濕度、空氣質量、照度/噪音、氣流組織形式(負壓和壓力梯度差的穩定)。
作為醫療行業的先行者,施耐德電氣正在為全球超過40%的醫療機構提供解決方案與服務,并助力中國的800多家醫院優化整體醫療環境。基于EcoStruxure架構,施耐德電氣以強弱電一體化為核心,打造互聯互通、全數字化的醫院能效與建筑綜合管理平臺,為醫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壓隔離病房的建設為例,實際上,要形成負壓環境就是要對整個空氣流向即送風、進風的壓力差值進行精確的控制管理,在施耐德電氣的智慧醫院解決方案中,用到的設備和儀器有風閥執行器、壓力傳感器、電動水閥、變頻器、EBO軟件、溫度控制器等等,其中,變頻器在穩定控制空氣流向的過程中發揮了重要的作用。在排風系統和送風系統中都要使用到變頻器產品,以克服空調系統中管道阻力的變化,恒定排風量和送風量,保證穩定的壓力梯度差,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雜系統電路中發生相互干擾的情況。同時,在整體配電系統架構的末端,通過SMart Link這類智能化終端連接空調及照明設備,實現綜合智能化管理功能,以減少管理人員頻繁進出病區的幾率,降低人員感染的可能性。
數據中心迎來建設高峰期
在國家“新基建”政策的指引下,當前國內經濟加速重啟,此番“新基建”主要包括三大領域:一是信息基礎設施,如以5G、工業互聯網為代表的通信網絡基礎設施,以人工智能、云計算等為代表的新技術基礎設施,以數據中心、智能計算中心為代表的算力基礎設施等;二是融合基礎設施,如智能交通、智慧能源基礎設施等;三是創新基礎設施,如重大科技基礎設施、產業技術創新基礎設施等。
“新基建”的一項重要內容——建設互聯網數據中心(IDC),被認為是基礎設施中所有數據、計算、網絡的“基石”,它能夠有力支撐區域經濟和社會發展。根據賽迪顧問的調查統計,2019年中國超大型、大型數據中心數量占比達到12.7%,規劃在建數據中心320個,其中超大型、大型數據中心數量占比達到36.1%;2019年中國數據中心IT投資規模達3698.1億,預計2020年這一規模將增長12.7%,達到4166.8億元;而到2025年,預計這一投資規模將達到7070.9億元。作為儲存、處理數據的重要IT基礎設施——數據中心的作用和價值加速凸顯,吸引到巨量的投資熱潮。
現階段數據中心建設的一個課題是降低能源消耗。從全球來看,到2025年,數據中心將占全球能耗的最大份額,高達33%;而在國內,全國數據中心的耗電量已連續八年以超過12%的速度增長,這表明,未來數據中心的建設將重點圍繞規模化、綠色節能、低能耗的目標發展,特別是要降低PUE值(即能源使用效率,數據中心所有能耗與IT能耗之比,PUE值越接近1,表示數據機房綠色化程度越高)。
通常來說,制冷空調系統的電能消耗占到數據中心整體耗能的25%左右,因此,高熱密度制冷、節能空調設備以及動態制冷成為了該領域應用的主要訴求。由于數據中心的密度隨時間而變化,因此對制冷系統的要求非常寬泛。一般來說,一開始制冷設備只使用20%的制冷能力,并且只有在達到制冷能力的80%以后,才會考慮增加模塊。
針對這一應用狀況,丹佛斯充分發揮Danfoss品牌變頻壓縮機的優勢,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的制冷量,快速精確地進行溫度控制,來自數據中心模塊的指令通過系統控制器(驅動器)傳輸,控制壓縮機的轉速,從而滿足用戶要求,實現了遠低于定速壓縮機的能耗。另一方面,丹佛斯變頻系統還內置了軟啟動功能,這降低了對電網和備用發電機的要求,同時采用丹佛斯變頻器技術的制冷設備,令數據中心的業主可以在系統中使用小得多的發電機,從而節省一大筆成本。
2020年發生的新冠疫情將驅動暖通空調行業朝著高質量、經濟適用、環保節能、防疫健康的方向發展,并且一些新的行業升級產品也被逐步引入進來,如消毒產品、智能檢測產品、防疫凈化產品等。暖通空調行業的高質量發展包括建設過程的精細化和全流程化、機電系統的集成化、控制、運營和維護的智能化等等,隨著IoT物聯網、AI人工智能診斷等新技術的興起,能夠促進系統架構更為扁平化,對設備的運行狀態、故障檢測、維護記錄等項目實現集中實時管理,并可對設備運行優化,在保證優質舒適度的前提下進一步深度節能,開啟暖通行業新的建設模式。
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