疫情时家庭新风系统使用及其他注意事项

疫情时家庭新风系统使用及其他注意事项

　　

　　冠状病毒肆虐神州，举国对抗，一线医护人员超负荷工作，可歌可泣。为了控制冠状病毒的传播，更快地战胜它，人们尽量不出行，待在家里等待着这场战役的胜利。

　　

　　新型冠状病毒

　　

　　在密闭的空间，也要做好防护工作，呼吁大家在家要多通风，有条件的开启新风系统。同时，我们也呼吁任何时候，大家加倍重视室内对空气净化和湿度控制的要求。空气中气溶胶（也就是漂浮的微粒）会携带部分病毒和细菌，而且在相对湿度低于38%易存活、高于65%的时候加速繁殖，但在45-55%之间被抑制。

　　

　　家庭新风系统的类型不少，使用方式也是不同，也有很多需要注意的地方。通过新风系统使室内空气质量变好主要就是这么几个方面：新风量充足，室内空气换气次数合理，新风过滤净化稳定，防止滤网后期细菌病毒繁殖造成二次污染，保证室内一定正压阻止室外脏空气进入室内。下面我们简单聊聊发生疫情的时候，新风系统怎么来实现上述的要求。

　　

　　新风量充足以及室内空气换气次数合理，只要选择合格产品，参照国家及行业标准进行设计以及施工，能满足正常使用要求。

　　

　　如果采用的是单向流新风，最好把卫生间的排风扇或者厨房的抽油烟机一直打开，加速室内空气的置换速度，提高单位时间内的换气次数。因为单向流只负责向室内送风，现代建筑的密封性都有所提高，当室内空气压力达到一定时，单向流新风系统的新风量就会变小，无法达到正常的换气次数，对室内的空气品质有影响。有内循环功能的，建议将内循环关闭，采用全新风模式。

　　

　　单向流新风

　　

　　着重讲一下新风过滤净化及稳定性这方面，室内、室外空气质量糟糕的时候通过新风系统可以提升室内空气品质，主要是其过滤净化能力和室内外空气置换能力。谈到过滤净化能力，我们先来了解一下到底是过滤净化什么样的东西。

　　

　　大部分病例都是以呼吸道传播、飞沫传播为主，病原体由传染源通过咳嗽、喷嚏、谈话排出的分泌物和飞沫，使易感者吸入受染。一般情况下，飞沫传播只有与传染源近距离接触才可能实现，最直接的防范方法就是戴口罩。

　　

　　打喷嚏的微观状态

　　

　　飞沫在空气中失去水分后由剩下的蛋白质和病原体组成飞沫核，飞沫核可以气溶胶的形式漂流到远处，在空气中存留的时间较长。

　　

　　来了解一下气溶胶这个概念，凡分散介质为气体的胶体物系称为气溶胶。它们的粒子大小约在0.001-100μm之间，属于粗分散物系。气溶胶粒子是悬浮在大气中的多种固体微粒和液体微小颗粒，有的来源于自然界，如火山喷发的烟尘、被风吹起的土壤微粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒、细菌、微生物、植物的孢子花粉、流星燃烧所产生的细小微粒和宇宙尘埃等：有的是由于人类活动，如煤、油及其他矿物燃料的燃烧物质，以及车辆产生的废气排放至空气中的大量烟粒等。当气溶胶的浓度达到足够高时，将对人类健康造成威胁，尤其是对哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群。空气中的气溶胶还能传播真菌和病毒，这可能会导致一些地区疾病的流行和爆发，我们所熟悉的雾霾也属于气溶胶。

　　

　　任何空间都遍布气溶胶

　　

　　现阶段主要采用不同等级的过滤网进行过滤净化，我们来看看空气当中不同的颗粒大小，以及不同等级的滤网能过滤多大的颗粒。

　　

　　不同颗粒物的当量直径，以及滤网的过滤范围

　　

　　上面的图片是欧盟的一个滤网等级，各国有各国的标准，我们做个对比看看各种滤网的过滤效率。

　　

　　各国滤网等级对比

　　

　　还有一个不太常用的美国划分法MERV（MinimumEfficiencyReportingValue，最低效率报告值），因较少引用，常被商家在宣传上用来搅混水。

　　

　　MERV划分为20个等级，其中M15或H15大致相当于欧标F9~H10，M17或者UH17大致相当于欧标H13。

　　

　　美国划分法MERV详细分类

　　

　　事实是所谓的H10、11、12级，都不该叫HEPA了。因为在欧洲新标准EN779-2011、EN1822-2009中，这三个规格的等级和命名都也变了，现在是E10～E12，HEPA13及以上才是真正的HEPA滤网。此外，F5和F6也变成了M5和M6。

　　

　　欧标滤网等级分类

　　

　　细心的朋友在效率表上发现“最易穿透粒径MPPS”，它的全称为MostPenetratingParticleSize，对于微粒在空气中的运动而言，有保持惯性运动也就是直线运动的趋向，也有受到气体分子的无规则撞击而做“布朗运动”的趋向。

　　

　　布朗运动

　　

　　其中较大的颗粒直线运动趋向更明显，较小的颗粒布朗运动趋向更明显。对于做直线运动的较大颗粒而言，在有一定厚度的滤网中继续走直线，那立刻就一头撞到某根纤维上，直接被拦住或者粘住。同样，较小的微粒做布朗运动，不随气流大方向而是四处乱窜，也很快会横向碰到别的什么一根纤维上，落得同样的下场。

　　

　　被滤网拦截的颗粒物

　　

　　唯有一个特定尺寸的微粒，既不是完全的直线运动，也不是完全的四处震荡，而是随气流的大方向在走，但又晃晃悠悠晃晃悠悠的曲折前进。那它就有可能在纵向上，凑巧接连穿过了一道又一道的“网眼”空隙，穿透了整个滤网，成为“漏网之鱼”。

　　

　　空气穿过滤网的过程

　　

　　这样不大不小的微粒才是最难拦截的，这个效率最低点被称为最易穿透粒径MPPS。它随滤料种类、过滤率和风速等在0.10微米-0.45微米间变化。但对HEPA滤网而言，这个大小就是0.3微米左右。所以HEPA标准考核，都是只要考核这个级别微粒的拦阻效果，评估会有多少“漏网之鱼”就够了。

　　

　　HEPA滤网的效率凹陷

　　

　　从效率坐标图示上可以看出来，对于高效的HEPA级滤材，除了在0.3微米左右处有个微小的“效率凹陷”，比0.25微米小，比0.4微米大的微粒，拦阻率几乎都是100%，无需操心。

　　

　　肯定还会有人关心，最小能过滤到多小？多国科学家把超细微粒测量到3纳米（0.003微米）都未发现过滤效率降低的现象。再往下，就进入接近分子尺寸范围，也就是量子力学的“测不准”区间了。

　　

　　既然HEPA滤网除了0.3微米颗粒物的穿透率稍微高一点，其他拦阻率几乎是100%，那我们来看看主要的一些病毒的大小，是否能完全过滤。

　　

　　常见细菌病毒大小

　　

　　新型冠状病毒的的直径为0.10微米，从上述的表格可以看到，HEPA13等级的滤网除了肺炎衣原体直径0.3微米过滤效果为99.95%，其他几乎为100%过滤效率。

　　

　　HEPA滤网也是有区别的，材质不同特性不同，我们来说一下主要的两种，一种是市面上用量最多的，复合滤纸(PP聚丙烯和PET涤纶树脂)，简单说就是熔喷一层PP，然后再熔喷一层PET，并经过静电驻极处理以后构成滤网。风阻较小、纤维空隙较大，通过静电吸附的方法来处理极细微颗粒物（比如0.3微米）。

　　

　　静电吸附

　　

　　所谓“驻极”，意思就是自身长期带静电的电介质材料。注意这仍然只是附加静电、改善吸附能力的物理滤网，并非另一种体系的“高压静电除尘”技术。

　　

　　那么静电技术有什么缺点呢？无论技术多么高超，都存在失效的时间，当静电自然损耗消退后，小颗粒吸附效率下降很大。而这个失效的时间一般在2个月左右，最好的也很难超过3个月。这里的“驻”，只能解读为“驻留”，并非大家想象中的“长驻”甚至“永驻”。

　　

　　静电驻极消失后的过滤效率

　　

　　上图中画红线的地方是静电驻极失效后的过滤效率，欧洲没有静电驻极的E10-12滤网、也没有静电驻极的HEPA滤网，所以参考F7-F9，虽然F9的失效后过滤效率还能有70%，但是需要注意的是测试采用的颗粒物是0.4微米，HEPA等级的滤网采用最易透过粒径MPPS0.3微米的颗粒，0.4微米颗粒物的过滤效率为100%，所以静电驻极HEPA滤网失效后过滤效率极度下降，最易透过粒径MPPS0.3微米的颗粒过滤效率在20-30%之间。

　　

　　静电驻极滤网的过滤机理

　　

　　采用静电驻极滤网的新风系统，虽然在刚开始使用时，效率表现良好，但是其静电效果消失非常快速，滤网过滤效果将急速降低。也就是说，滤芯使用三个月后，就会失去大部分净化能力。每隔三个月就要更换，耗材费用大，使用不便。何况我们很多新风系统售后维保没有及时跟上，很多滤网用了一年都没有进行更换。

　　

　　第二种滤网使用玻璃纤维材质，不加静电，但是纤维结构非常致密，完全依靠极小的纤维空隙来阻截颗粒物。更多应用在工业无尘室、芯片车间、手术室、高端净化机和高端新风系统，造价相对贵。

　　

　　玻璃纤维滤网结构致密

　　

　　与化纤纤维(复合滤网)相比，玻璃纤维具有耐高温、容尘量大、稳定性好、耐用性强、寿命长等特点。但其最重要的优点，就在于可以保证单次的过滤效率足够高。直到今天，最高效率的U15～U17滤网，基本上还是以玻璃纤维为主。下图为电子显微镜下同等放大倍数的孔隙对比，玻璃纤维比化纤纤维滤网(复合滤网)孔隙要小几十倍。

　　

　　在电子显微镜同等放大倍数下的滤网对比

　　

　　但是过滤效果的提高也同时带来风阻的增大，正常都会在200Pa以上，对风机的要求很高，能耗增加。使用寿命理论上无限，只要风机能克服其阻力。

　　

　　过滤的同时，我们还要考虑杀菌杀病毒，留在滤网上的细菌和病毒在一定的环境存活一段时间，甚至是进行繁殖，造成新风的二次污染。采用的技术也比较多，比如负离子、臭氧、高压静电、光触媒、紫外线等等，都有优缺点，只要控制得当，都能产生作用。

　　

　　负离子发射器

　　

　　另一方面，机器内部结构密封性要好，防止漏气或者串气，对新风进行二次污染。

　　

　　新风主机内部结构

　　

　　针对转轮式换热的新风机，因为结构存在先天的泄漏率，有疫情等特殊情况下不建议进行热交换，开启旁通模式。

　　

　　转轮式热交换新风原理图

　　

　　我们再来说说保证室内一定正压的问题，不能太大也不能太小，一般在几Pa到十几Pa之间，如果房屋气密性好，会更高一些，简单的说就是室内新风量大于排风量。实际要比这个要复杂，取决于建筑的不密封程度、室外风向及风速、室内外温差、房间的高度和朝向位置。室内正压太小或者形成了负压，室外脏空气会通过门窗缝隙进入室内，污染室内。太大室内的人会感觉不舒服，外开的门不容易关闭，内开的门不容易打开。

　　

　　新风系统保证室内正压主要看这两个方面（单向流新风只是单一送风，不在此讨论），一个是设计安装的正确；另外一个是使用过程中滤网脏堵阻力变大新风量变小的调整。

　　

　　家庭新风系统

　　

　　新风主机出厂时会设置新风量比排风量大20-30%，但是在设计和安装的过程中，考虑到吊顶空间和梁上打孔问题，排风管路会做集中排风，新风管路采用分散式送到每个需要的区域，势必造成新风管路长阻力大的问题，新风量有影响，集中排风管路短、管道粗，所以几乎可以忽略阻力，势必造成新风系统刚装完就变成了了负压系统。花了新风系统的钱，变成了排风扇系统的体验。

　　

　　新风系统集中回风

　　

　　通过合理的设计、施工可以改善；也可以选择单独调节新风、排风风机状态的新风主机。或者通过限制排风风量的方式来平衡，不过这个会影响新风系统整体的换气次数，不是特别推荐。

　　

　　新风系统在使用过程中，滤网会越来越脏，阻力越来越大，造成新风量变小，如果新风系统自带恒风量功能，可以改变新风风机的转速，调整静压，保证新风量的输出，新风量大于排风量，一直保证室内正压。具有恒风量功能的新风系统能提供滤网实时监控，保证在正确的时间点更换滤网，不会造成滤网过度使用或者不能物尽其用。

　　

　　可调式压差传感器

　　

　　如果没有恒风量功能，新风量变小，小于排风量，系统变成负压，无法保证室内空气质量。只能通过更换滤网进行改善，但是存在一个麻烦的问题，只有通过专业检测才能知道是不是变成负压，平时很难判断什么时候进行更换滤网。按照新风主机出厂设置新风比排风量大20-30%这个比例，几个星期就需要更换滤网，空气污染严重的地方甚至一个星期就要换。

　　

　　新风系统中的过滤网

　　

　　病房、特殊时期的人员集中区域、特殊工厂车间、实验室等，需要保证室内负压，防止细菌病毒快速扩散或者粉尘过多引起爆炸，也就是排风大于新风。这属于特殊区域，不在这次我们家庭新风的范围，我们暂时不讨论。

　　

　　火神山病房

　　

　　除了上述说到的这些方面，还有空气湿度的问题，室内空间内的相对湿度不仅是人体感觉舒适的一个衡量标准，而且对健康也有决定性作用:对我们来说舒适的50%室内相对湿度，对病毒和细菌来说是致命的。这个湿度下的气溶胶内含有极高浓度的盐份，能使活跃病毒变得消极呆滞。

　　

　　气溶胶（aktiverVirus活跃病毒、inaktiverVirus非活跃病毒、Salze盐）

　　

　　当相对湿度在45-55%的时候，气溶胶内的含水量高，自身重量大，沉降到地面的时间比较短。由于气溶胶自身的粘性强和带电性，容易被吸附在家具或物品上，不轻易被人走动时的气流所带动，重新散发至空气中。

　　

　　50%相对湿度下的气溶胶

　　

　　在湿度50%的时候，人体呼吸道内黏膜和上层凝胶状的保护层是饱满的，来回如刷子般运动，把病毒和细菌阻隔在外。

　　

　　50%相对湿度下的呼吸道黏膜

　　

　　当室内相对湿度低于40%时，溶解盐会急速变成结晶体，从而进一步使水分流失到空气中。结晶体对病毒和细菌没有摧毁作用，它们可继续在这种环境内以活跃形式生存。气溶胶内的水分会蒸发，盐分凝固成结晶体，自身的重量减轻，粘性减少，下降至地面的时间延长。被吸附在家具或物品上的气溶胶很容易被人走动所带气流重新发散至空气中。

　　

　　30%相对湿度下的气溶胶

　　

　　在相对湿度下降到30%的时候，呼吸道黏膜和上层凝胶状保护层水分丧失，失去应有的弹性和来回运动速度，最终静止。细菌和病毒就越来越可能通过保护层进入人体。

　　

　　30%相对湿度下呼吸道黏膜

　　

　　在交叉流感高峰期的冬季，特别是在人员密集的室内，更要保持良好的湿度环境。冬天相对湿度低，造成流感病毒快速传播。在冬天室内除了合理的进行通风，同时也需要进行合理的加湿。