作者: 过旸 | 2017-03-14 11:15

建筑设计与运行过程中的防霾办法

自2013年以来，雾霾天气频繁侵袭我国中东部大部分地区，影响面积高达190万平方公里，全国各大城市深受其害。雾霾主要是由PM2.5污染引起，从卫星拍摄的全球大气PM2.5浓度图可以看出，我国的大气PM2.5浓度远远超过全球大部分地区，并且超出了世界卫生组织给出的PM2.5浓度标准值和过渡时期目标值，我国大部分人口暴露在PM2.5浓度超标的环境中[1]。大气中的PM2.5会通过建筑通风和围护结构渗透进入室内，而一般人一天有约90%的时间是在建筑内度过的。所以如何减少PM2.5对人体的伤害，改善建筑内外空气品质，同时从产生源上减少PM2.5的产生，成为社会越来越关注的问题。

从设计到治霾

我国的能源消费以高污染、高排放的煤炭为主。据预测，到2020年我国可能要消费70亿吨标准煤，占全球能源消费量的30%以上。而PM2.5的相当一部分来源就是矿物燃料的燃烧及其排放物的二次转化。同时建筑作为能源使用大户，从设计施工，到运行管理，均消耗了大量的能源，建筑节能对于从根源上防治PM2.5有至关重要的作用[2]。

要做好建筑节能必须从设计源头着手。设计人员除了按照国家颁布的相关节能标准，确定建筑的外观、窗墙比、体形系数、围护结构参数，选择高效适用的设备，还应当积极学习国外先进的节能理念和措施。

以北京市住宅建筑设计研究院设计的被动式超低能耗样板间为例：其位于北京住总集团国家级产业化住宅基地内，总建筑面积64㎡，使用面积49㎡，层高3.3m，净高3.1m，按照被动式超低能耗建筑的要求设计施工建造。外墙保温采用了300mm厚的石墨聚苯板，基础、地面和屋面保温采用的是300mm厚的高强度挤塑聚苯板，其保温效果相当于北京居住建筑节能75%标准的两倍多，达到K≤0.15w/㎡·k;外窗和外门则采用了三玻高效节能铝包木门窗，达到K≤0.8-1.1w/㎡·k，外窗还增加了可遥控的铝合金百叶活动外遮阳，可以在保证冬季太阳得热的同时在夏季更好地阻隔太阳辐射热的进入，以保证室内冬暖夏凉的高舒适度;新风系统采用带有高效全热回收装置及辅助加热、制冷、除湿、PM2.5除霾功能的全新风一体机系统，其热回收效率≥75%、风机耗功<0.45Wh/m3，新风系统可根据室内情况自动调节，使室内一年四季保持适宜的温湿度，有效控制CO2浓度，住户既能呼吸到新鲜的空气又无需再设置传统的采暖和制冷设备;外门窗及与外界连通的穿墙管道等采用气密性胶带进行了密封处理，有效减少了空气渗透带来的能量损失;无热桥设计考虑在屋面保温结合处、外门窗与外墙保温结合处以及地面保温与外墙保温结合处等均采用断桥设计，最大限度减少了热桥带来的能量损失。采用了薄膜光伏发电25块，其日平均发电量在7度左右，进一步减少了传统化石能源的消耗。光伏发电系统可持续稳定运行25年，总发电量达80,000kWh，直接节省标准煤25.24吨，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等废气73吨，相当于植树3,500棵。

图1 北京住总集团被动式超低能耗建筑展示基地

图2 高效的热回收新风系统

图3 薄膜光伏板

从管理到治霾

在运维管理的过程中防治雾霾，最主要的是要用好新风系统。新风系统是由送风系统和排风系统组成的一套独立的空气处理设备，通过新风机处理室外空气并将其导入室内，再通过管道或室内正压将室内空气排出，在室内形成新风流动场，从而满足室内新风换气的需要。

目前，新风系统主要分为户式和集中式两大类，其中公共建筑主要使用的为集中式新风系统，住宅主要使用的是户式系统，近年也有很多新建小区使用了集中式系统。而从热回收应用情况来看，又分单向流不带热回收系统、带热回收的双向流系统、带热回收的集中式新风系统三大类，如图4-图6所示。

图4 单向流不带热回收系统

图5 带热回收的双向流系统

图6 带热回收的集中式新风系统

对于公共建筑常用的带热回收的集中式新风系统来说，其对PM2.5的处理，主要是在常规新风机组的粗效过滤基础上增设PM2.5高效过滤器。如果是新建建筑，在设计中应已考虑到系统阻力和单位风量耗功率等问题;而对于改造建筑，则应在改造前进行相应计算，以确保新风系统可正常运行，且系统能耗无较大幅度提高。

在实际运行中，新风系统的运行模式直接关系到建筑室内空气品质和系统能耗。何时开启新风系统?新风系统运行状态如何?新风系统运行后室内环境有何改善?要解决这些问题就需要一套智能的监测和自动控制系统，以帮助物业管理人员运行新风系统乃至建筑的其他设备系统。

依然以被动式超低能耗样板间为例，其安装了一套基于BIM的三维数字化能源管理平台，可对建筑室内外相关环境参数和新风系统运行参数进行精确监测，同时，通过智能计算，自动调节新风系统的运行状态，如图7-图8所示。

图7 建筑室内外PM2.5浓度

图8 新风系统运行参数

图9 室内外PM2.5浓度变化

实例

2016年12月16日为北京雾霾污染最为严重的一天。通过该平台记录数据显示，在未开启新风系统时，室内外PM2.5浓度相同，均为500μg/m3;而在开启新风系统15分钟之后，室内PM2.5浓度即降为原来的一半左右，为254μg/m3;在开启新风系统75分钟之后，室内PM2.5浓度即降至75μg/m3，达到国家标准限值的要求。

总结

在我国的实际国情下，建筑节能对于PM2.5的防治有至关重要的作用。建筑节能要从设计阶段到运行维护阶段贯穿建筑的全生命周期;新风系统的使用要有一套完整的科学的运行策略为支撑，才能在减少室内PM2.5浓度的同时，不增加建筑能耗。

注释：

[1]李睦.我国室内空气净化及新风换气产品性能评价标准研究[D].北京：清华大学，2014.

[2]高甫生.雾霾天气、环境与能源——暖通空调行业的对策[J].暖通空调，2013(09).

(本文同文作者：李庆平、王国建，原载于《现代物业·新业主》2017年2-3期/总383期)