现有防疫通风措施及基于先进气流组织的源头控制技术应用

艾正涛 叶金军 Melikov A K Markov D G

摘 要：新冠疫情暴發后，如何应对呼吸道传染病的传播这一难题再次摆在了人们面前.通风是最重要的工程防疫措施，ASHRAE、REHVA、SHASE以及中国的相关机构、学会就如何 利用暖通空调系统有效防控 COVID-19的传播相继出台了指导性文件.总结和分析系列指导 性文件中有关通风量和气流组织方面的内容，发现现有工程防疫措施尚存在诸多需改进之处.传统的全空间通风在疫情期间表现出通风量不足、对近距离短期暴露事件效率低下、能耗高等缺陷，而基于先进气流组织的源头控制技术具有控制效率高、个性化可调、响应快速且节 能潜力大等优势，恰好可弥补全空间通风的不足.在此基础上，系统地总结了基于先进气流组 织的源头控制措施在呼吸道传染病传播控制方面的技术类型，并考虑到后疫情时代通风系统设计面临以“平疫结合”为导向的发展趋势，探讨了在“平疫结合”中应用源头控制技术的优 势，以及在一些高风险场景应用源头控制从而实现“平疫结合”的技术路线，并分析了为落实 “平疫结合”设计理念所需进一步探索的技术方向.所做探索预期为后续指南的编撰提供参考，为未来防疫通风设计带来新思路和新启示.

关键词：新冠疫情;源头控制;先进气流组织;平疫结合;交叉感染

中图分类号：TU834 文献标志码：A

Present Anti-pandemic Ventilation Measures and Application of Source Control Technology Based on Advanced Air Distribution

AI Zhengtao1?，YE Jinjun1，MELIKOV A K2，MARKOV D G3

（1.College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China;

2.International Centre for Indoor Environment and Energy，Technical University of Denmark，Copenhagen 2800，Demark;

3.Centre for Research and Design in Human Comfort，Energy and Environment（CERDECEN），Technical University of Sofia，Sofia1000，Bulgaria）

Abstract：After the outbreak of COVID-19，it is worrisome that how to cope with the spread of the pandemic.Ventilation is the most important engineering control measure，ASHRAE，REHVA，SHASE and authoritative insti-tutions in China have issued many documents on how to apply HVAC system to prevent and control the spread ofCOVID-19，and thus this paper summarizes the contents related to the ventilation rate and air distribution.Besides，traditional total volume ventilation has the disadvantages of insufficient ventilation rate，less efficiency for short-term exposure events at short range and high energy consumption during the pandemic.Source control based on ad-vanced air distribution has the advantages of high control efficiency，personalized adjustable，fast response and high energy saving potential，which can make up the disadvantages of the total volume ventilation scheme.Therefore，this paper systematically summarizes the technical types of source control based on advanced air distribution in coping the spread of respiratory infectious diseases.Considering that the design of ventilation system in the post-pandemic era is facing the development of“combination of normal time and pandemic period”，the advantages of applying source control in the post-pandemic era and the application schemes of source control in high-risk scenarios are dis-cussed，and the directions that need to be further explored in order to implement the design concept of“combination of normal time and pandemic period”are also discussed.This paper aims to provide a reference for the compilation of subsequent guidelines，and to bring some new ideas and enlightenments to the ventilation design for future pandemic prevention.

Key words：COVID-19;source control;advanced air distribution;normal time combined with pandemic pe-riod;cross-infection

新冠肺炎（COVID-19）疫情暴发以来，人类生命安全、社会、政治、经济等诸多方面都面临着巨大挑 战[1-3].新冠病毒（SARS-CoV-2）在人员间的传播途 径：接触传播、飞沫传播、气溶胶传播等都已经得到了充分的验证[4-6].基于对病毒传播机理的认识，一系列防控措施被提出并得到实施.美国疾病控制与预防中心（CDC）提出的风险控制层级倒金字塔模型 将传统的防控措施按照防控有效性从高到低分为了五大类，即移除风险、替换风险传播媒介、工程控制、行政管理及使用个人防护设备[7].移除和替换是最有效的措施，但对于已有的传播媒介，需要进行重大改造才可能实现对风险的有效控制，成本高且不易 实施;行政管理和使用个人防护设备在疫情期间最为常见，如建筑入口的体温检测、保持安全社交距离以及戴口罩、穿防护服等，但是体温检测无法甄别无症状感染者，安全社交距离在人员密集场所难以保证，个人防护设备的有效性受到使用时长和穿戴方法的影响[8-9].工程控制措施具有广泛适用且长期稳 定有效的特点，通风是最重要的工程控制措施，主要 途径是提供充足的通风量将人员区域病毒浓度稀释 至安全阈值以及依赖气流组织控制空气从清洁区流向污染区，从而最大限度地降低暴露者吸入空气中致病颗粒物的含量[10-11].

科学地运行暖通空调系统对控制疫情可以起到积极的作用，有助于复工复产.新冠疫情暴发后，不同机构、学会及时发布了有关暖通空调系统运行和  维护的指南性文件，本文对暖通空调领域的权威机  构，美国供暖制冷与空调工程师学会（ASHRAE）、欧   洲供暖通风和空调协会联盟（REHVA）、日本空气调  和卫生工学会（SHASE）以及中国相关机构和学会在  疫情期间发布的指南性文件进行了总结，对各指南   之间存在的异同点进行了比较和分析，旨在为后续  相关指南/规范的制定提供参考.此外，自2003年非   典（SARS）暴发之后，许多学者便致力于揭示通风房   间中人员间交叉感染机理，基于全空间通风系统提   出了许多有效的防控措施[12-19]，但全空间通风系统   存在通风量不足、对近距离短期暴露事件效率低下、 耗能高等固有缺陷[18，20-21].为保障人员生命安全，疫   情严峻期间公共建筑几乎全部处于停用状态，对经济造成了极大的负面冲击.针对这一问题，并考虑到呼吸道传染病频繁暴发，“平疫结合”设计思路被提   出，部分学者已经就此对建筑通风系统的设计进行了讨论，但提出的措施仍然基于传统通风方式[22-26].基于先进气流组织的源头控制措施通过控制人体微   环境，特别是呼吸区气流和空气品质，从而达到对吸  入和呼出空气实施源头控制的目的，具有效率高、个  性化可调、响应快速且节能潜力大等优势[27-29]，恰好  可以弥补全空间通风的固有缺陷，有理由认为将源   头控制技术融入未来建筑的通风系统是“平疫结合”设计的一条思路.因此，本文对基于先进气流组织的

源头控制技术进行了总结和分析，就基于先进气流 组织的源头控制在“平疫结合”设计理念中的技术可行性及设计路线进行了探索，得到了一些实际可行的设计建议，并基于“平疫结合”设计理念的需求，对需要进一步探索的技术研究方向进行了分析.

1  防疫通風指南总结

1.1 ASHRAE

为了应对COVID-19的快速扩散，ASHRAE在疫 情初期重申了其在2014年发布的《关于空气传播传 染病的立场文件》.随着对病毒传播机理的进一步认识，ASHRAE 首先发布了《关于COVID-19与建筑暖 通空调关系的声明》，表示 SARS-CoV-2 通过空气传 播的可能性很大，暖通空调系统提供的通风和过滤可以降低空气中病毒浓度，从而降低空气传播风险，认为关闭暖通空调系统不应作为降低传播风险的推 荐措施[5].

在其后更新版本的ASHRAE 立场文件中[20]，为了对所提出的建议表达立场，文件按照A～E五个等级对所给出的建议定义确定性级别，见表1.

关于通风控制，ASHRAE认为换气次数保持在3次/h（即3ACH）可以将空气中致病颗粒物浓度降 低95%，并建议在建筑被占用前和结束被占用后额 外运行2h[30].但在立场文件中表示即使是最强大的HVAC系统也不能控制所有气流，认为控制空气传 播路径的首要选择是在带病颗粒混合到室内空气之 前采取措施.此外，基于全空间通风的稀释和定向气流策略对近距离暴露事件没有显著作用.对于自然 通风，虽然可以通过改造实现更高效的控制，但自然 通风受到地域气候以及室外空气质量影响的现实状况无法改变.文件中多次表示基于先进气流组织的源头控制措施有效，如源头捕获通风、局部排风、个性化送/排风.

ASHRAE发布的《COVID-19期间的建筑操作指 南》[31]认为，在大多数非医疗建筑中，暖通空调系统在控制传染病的传播中发挥的作用有限，保持社交 距离（1～2m）、做好表面清洁和消毒、个人做好洗手等卫生工作比暖通空调系统相关的任何措施都更重 要.在这些措施被确保实施之外，可以采用如增强通 风、禁止按需通风、提高系统内过滤器级别以及保持系统长时间运行等作为补充措施.此外，使用带有高效过滤器的便携式空气净化器和紫外线灯进一步净化室内空气也是有效的辅助措施.

1.2  REHVA

REHVA发布的最新版指南文件（相比于旧版本 而言）指出：对于商业建筑，若在使用期间能够得到3ACH的换气次数，则在使用前后额外运行1h 就足 够，并建议将 CO2设定点改为550×10-6以指示系统以额定速度运行.REHVA认为已经有充分的证据证明 SARS-CoV-2可通过空气传播，故通风措施应该成为传播控制中最重要的工程控制措施[4].总结了15 条疫情期间具有实践意义的措施如下：

1）通过机械通风或自然通风向可利用室外空气资源的空间提供充足的通风.

2）至少在建筑开放前 2h以额定速度运行通风系统，并在建筑结束使用后 2h关闭系统或降低通风系统运行速度.

3）废止按需通风的通风设置，强制通风系统以额定速度运行.

4）定期打开窗户（即使是机械通风的建筑）.

5）以与主通风系统类似的运行方式，保持厕所以额定速度运行通风系统.

6）避免打开厕所窗户，从而使厕所保持负压并 保证机械通风气流的正确方向.

7）提示使用者盖上马桶盖冲洗马桶.

8）将带有再回风功能的空气处理机组切换为100%的新风运行.

9）检查余热回收设备，确保泄漏得到控制.

10）确保装配风机盘管或分体式空调系统的房 间有足够的新风供给.

11）勿更改供暖、制冷和可能的加湿设定点.

12）按 计 划 正 常 进行管 道 清 洁（不 需 要 额 外 清洁）.

13）根据维护时间表，正常更换室外中央新风和抽气过滤设备.

14）人员定期更换和维护过滤器时应采取包括 呼吸保护在内的常见的防护措施.

15）引入室内空气质量（CO2）传感器网络，允许居住者和设备管理人员监控通风系统是否正常运行.

REHVA在指南文件中还提供了四个附录，分别以“空气传播风险评估和进一步的行动，通过在未来 建筑中改善通风系统以减少传染病的传播”“检查转 轮式热交换器以限制内部泄漏”“病房通风”“新冠肺 炎通风与建筑服务指南（针对学校）”为主题.在满足 上述15条措施之外，附件一建议在未来建筑设计以及建筑改造中，推荐使用Ⅰ类通风率标准，因为Ⅰ类通风率与Ⅱ通风率相比可以显著地降低感染風险（Ⅰ类通风率与Ⅱ通风率参照 ISO17772-1：2017和EN16798-1：2019）.附件三建议普通病房的换气次数至少为4 ACH;用作安置传染病人的病房，应至少为6 ACH;对于现有的传染病隔离室，送风率应保证房间换气次数在6～12 ACH;新建隔离室的换气次数至少为12 ACH，且应保证该房间维持负压，与周围区域压差值≥5 Pa，从而保证正确的气流流向.建议在病床正上方的天花板或墙壁上安装排风口，若使用了自然通风，应保证较高的通风率，且自然通风只应在合适的室外气候条件下才能使用.附件四针对现有学校普遍缺乏机械通风的现状给出了一些具有实践 意义的短期优化通风建议，指出首先要保证教室具有通风功能，在教室内远离新风入口处约1.5m高度的地方安装 CO2 监测仪，设置黄/橙灯报警限值为800×10-6，红灯设置为1000×10-6，并据此实施通风计划.

1.3SHASE

SHASE分别针对普通居民和暖通空调从业者前 后发布了多份文件[32-36].建议采用提前几个小时开 启系统、延迟关闭系统的运行策略，强调在条件允许时，系统应当24 h连续运行.此外，文件中表示SARS-CoV-2的感染力与气候条件是相关的，在高温高湿环境下病毒的感染能力会减弱，因此建议在确保必要换气量（30m3/（h·人））的基础上，严格遵守 建筑环境卫生标准的温湿度要求（温度：17～28℃;相对湿度：40%～70%RH）.CO2 浓度被建议作为判断通 风量是否充足的可视化标识，在稳态情况下，房间内 CO2 体积分数在1000×10-6以下，室内换气量就可以保证人均30m3/h以上.与REHVA类似，建议厕所的排风扇要持续运行，对于有外窗的厕所，应始终保持 外窗处于关闭状态，提示使用者盖上马桶盖再进行冲洗.

1.4中国通风指南文件总结

疫情暴发后，中国建筑学会、中国制冷学会、国 务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合 组等机构前后发布了多份有关疫情期间建筑暖通空调系统运行、维护和管理的指南文件.普遍建议对于全空气系统，应以全新风模式运行，如果必须使用回风，要以最大新风比运行，新回风比宜大于40%;对于无新风的系统，应根据建筑功能不同制定对应的通风计划，通过开窗或开门或其他可行的方式确保 新风供给，人均新风量不低于30m3/h，如无法满足，应降低房间人员密度，否则应立即停用该房间[37-39].与国外指南类似，中国指南中也指出延长系统运行时间，对于公共建筑，结束使用后保持新风系统和排 风系统继续运行1h.有所不同的是，中国指南中指 出，若建筑在前一天使用结束后确保被全面通风换气，则在第二天建筑被使用前，系统可以全回风运行[38-39]，其主要目的是对建筑预冷/预热，从而为使用者提供舒适的室内环境.以下分别针对通风量和气流组织相关内容进行总结[37-47].

对于通风量建议，总结如下：

1）人均新风量不低于30m3/h.

2）对于办公建筑，楼层集中排风系统的总排风量不小于该楼层新风设计总送风量的70%.

3）接待疑似患者或确诊患者的区域新风换气次数不低于6 ACH.

4）利用宿舍、酒店等独立房间设置隔离病房时，每个房间的换气次数应不小于6 ACH.

5）利用会展中心、体育馆、厂房等高大空间设置 隔离病房时，人均通风量应不小于150m3/h.

6）对于医院，污染区、入院检查处的排风应满足 换气次数不小于12 ACH，出院消毒处置区的新风量应满足换气次数不小于6 ACH.

7）对于方舱医院，采用自然通风时，人均新风量应不小于226 m3/h.

8）隔离病房应设置卫生间、盥洗间，排风应满足 换气次数不小于12 ACH.

9）负压隔离病房最小换气次数应为12 ACH，污 染区最小换气次数应为6 ACH，清洁区最小换气次数应为3ACH.

气流组织方面的建议大多涉及医疗建筑，总结如下：

1）保持公共区域为负压，建筑内设置单独的临时隔离观察区，并保持该区域为负压.

2）对于方舱医院，严格控制气流流向，按不同的压力梯度从清洁区→半污染区→污染区.

3）相邻并相通的不同污染等级房间的压差不小于5 Pa，负压程度由高到低依次为病房卫生间、病房 房间、缓冲前室与半污染走廊，清洁区相对室外应保 持正压.

4）负压隔离病房区域：病房保持-15 Pa，卫生 间-20Pa，缓冲前室-10Pa，半污染走廊保持-5 Pa，污染走廊保持-10Pa.无法满足上述压差时，压力梯度应满足第2）条的要求.

5）负压隔离病房送风口应设置在房间靠近医护的上侧;排风口应设置在病房内靠近床头的下部，应 利于污染空气就近尽快排出，防止送排风气流短路.

2  现有防疫措施改进分析

2.1  建筑设计决策流程改进

防疫通风指南中，自然通风被认为是一种可行的方案而被广泛推荐，但现有建筑自然通风潜力不 能被充分发挥.在当前的建筑设计流程中，暖通空调设计者往往是在建筑设计图纸完成之后再参与进 去，所做的设计大多只是在建筑设计图纸的框架下进行暖通空调系统的配套设计，而建筑设计人员往 往缺乏对通风技术的考虑，这一设计决策流程限制了自然通风被高效合理的利用.因此，为最大化利用自然通风作为疫情防控的有效措施，首先需要优化建筑设计决策流程.正如 ASHRAE 立场文件中所指 出的，设计和施工团队（包括 HVAC设计师）应该参与到综合设计流程中，从而可以在设计的早期阶段 就将传染病控制方案融入设计方案中[20].

2.2  通风气流组织设计理念改进

全空间通风方式在控制人员吸入空气质量上存在一些固有的缺陷[20-21，27-28，48]：

1）送风口远离室内人员，新鲜空气会先与室内空气混合，而后才能到达人员占用区.因此，到达人员呼吸区的空气大部分已经被污染了.

2）全空间通风方式控制呼吸道传染病传播的机理是通过稀释以及定向气流控制污染空气的流动，对近距离短期交叉感染没有显著作用.

3）不仅需要服务于人员占用区，也需要为室内无人员区域送风，增加了能耗.

基于先进通风的源头控制措施可以在病源处移 除呼出的致病颗粒物或者直接向暴露人员提供高品质的吸入空气，个性化服务和可调特点使其具有较大的节能潜力，同时由于其具有快速响应的优点，可以有效地应对近距离短期暴露事件，较为契合地弥 补了传统的全空间通风方案中存在的不足[15，28-29].个性化送排风是基于先进通风源头控制技术的一种方式，在过去得到了较多的关注.有研究指出，传统的天花板通风系统只能将 5%的送风输送给居住者，而个性化通风系统则至少可以将 50%的送风直接输 送给使用者[29]，节能优势明显，且具有更高效的感染 风险控制能力[12-14，28，49-50].高昂的初期投入限制了源 头控制措施的推广使用，但是基于疫情常态化的现 实情况，相比于停工停产带来的经济冲击，研究改进 并推广应用基于先进通风的源头控制设备具有必 要性.

3 基于先进气流组织的源头控制技术

3.1系统类型及应用

现有的基于先进气流组织的源头控制措施根据 技术类型可以大致分为桌式系统、集成于座椅的个性化通风系统、集成于病床的通风系统以及穿戴式 通风系统.以下对这几种系统的技术类型、应用效果以及应用场景进行介绍.

3.1.1  桌式系统和座椅系统

通风系统末端通过活动式风管连接并基于桌面安装的个性化通风系统被称为桌式系统，如图1（a） 右图.桌式系统的末端朝向、系统启闭及送风量大小一般可以由用户根据自身需求进行个性化调节.对于桌式系统的研究常见于办公室，其最初研发的目的是满足个性化热舒适要求.随着病态建筑综合征、建筑关联病以及呼吸道传染病的频繁暴发，室内空气质量成为研究者关注的重点，对桌式系统的研究 开始关注吸入空气品质.与基于热舒适系统的研究有所不同，为提高吸入空气品质，系统末端的送风更多地作用于人员呼吸区，通过提供一定速度的送风作用于人员呼吸區边界层，提高吸入空气中新鲜空气占比，营造安全的呼吸微环境，降低人员暴露量，从而实现对感染风险的有效控制 [13-14，16，49，51].此外，Pantelic等人[52]报道称相比于全空间混合通风方式，桌式系统可以更有效地应对来自不同感染源位置和距离的风险.

桌式系统适用于用户长期处于相对固定的位置，且置于桌面的风管和末端装置不会对用户工作 造成干扰的场景，如办公室、图书馆自习室等.而对于用户前方视野不能被干扰、桌面空间有限的场景，如教室、门诊室等，桌式系统是不适用的，此时可以考虑使用集成于座椅的个性化通风系统.

如图1（b）所示，集成于座椅的固定式风道连接安装有末端装置的活动式风管，构成座椅通风系统[53].独立的风量调节器满足个性化调节的要求.送 风经过集中处理，而后通过管道输送至各座椅的系统，不需要安装独立的空气过滤器.对于无管道系统，即各座椅系统之间相互独立，则要求设置独立的空气过滤器，从而保证送风空气质量.Gao和Niu等人[55-56]通过CFD模拟研究了图示系统对人体微环境的影响，发现使用该系统可以达到的最大送风利用率高于传统通风方式所能达到的最大送风利用率，实验进一步揭示，使用该系统可以在低于3.0L/s的送风量下实现人员吸入空气中的80% 由该系统提 供，显著地改善了吸入空气质量并实现节能.Li等人[51]则报道称在置换通风形式下仅对感染者使用该系统就可以使与之面对面就座的暴露者感染风险 降低.

个性化送风系统主要基于对暴露者进行末端保 护的目的，感染者呼出的带病颗粒物仍然会扩散至房间空气中，此时，脱离个性化送风系统保护的暴露者的感染风险则依赖于背景通风系统的稀释和移除 能力.使用个性化排风系统，在感染者呼出的带病颗 粒与室内空气混合前将其捕获并处理后排除，在致 病源头将感染风险最大限度地降低.图2（a）是针对飞机座舱设计的个性化通风系统，系统送风末端基于前排座位设置，向用户供给高品质吸入空气，排风 集成于本体座椅，及时排除用户呼出的污浊空气，研究表明该系统可以显著降低呼吸道传染病人际交叉 感染风险[15]，达到对感染者的源头移除和对暴露者的末端保护双重保障，适用于前部空间能够为后部系统提供安装基础的公共交通工具.对于电影院、阶梯 教室等，单个座位空间充裕但送风系统无法基于前排 座位安装，且用户前方视野不能受到干扰的场景，图2（b）所示的送排风末端都集成于本体座椅的系统则更加适用[55，57-58].此外，预期在来访人员情况复杂，空间有限且通风不足的门诊室，可以在不对问诊造成干扰的前提下实现对医患的较好保护.

3.1.2 通风病床

疫情期间，医院是病源高度集中的场所，隔离病 房内则无疑都是确诊患者.有研究表明，由于室内气流、室内温度梯度与人体热浮力驱动作用，患者躺 姿、医护人员站姿的相对位置会显著增加感染风 险[59-61]，而这一场景在病房内是常见的.针对这一高风险场景，Melikov[28，62]报道了一种通风病床系统，如图3所示.系统由集成于病床的送排风系统和病床 正上方的排风系统组成，个性化送排风系统确保了病患吸入空气品质并及时捕获患者呼出空气，使用高效过滤器和UVGI（紫外线照射杀菌）对呼气进行处理，病床两侧送风形成向上流动的气幕，既可以将 医患呼吸域隔离，还可以诱导医护呼出气流向上流动并排出，疫情期间，该系统可对医护和患者都起到高效保护作用.在平时，将通风病床应用于ICU 病房可实现对危重患者的有效保护.此外，报道称使用该系统配合背景混合通风以3ACH的换气次数运行可达到的室内空气质量相当于单独使用混合通风以12 ACH 运行下的空气质量，具有非常大的节能潜力.

3.1.3 穿戴式通风系统

上述系统都是针对用户活动区域受限的场景开发的，对于频繁移动的用户不起作用.Bolashikov等人[12，50，63]开发的穿戴式个性化通风装置适用于活动用户，该装置通过类似于麦克风的送风喷嘴以低流速向人体呼吸区提供清洁空气，或在人体呼出空气与室内空气混合前将其捕获并进行净化处理.如图4所示，用户携带的设备盒内包含过滤器和紫外线 灯，用于对送风或捕获的呼出空气进行清洁和杀菌处理，配备的小型风机用于提供动力.报道称该穿戴 式 送 风系统为吸气提 供的清 洁空气比例可高达90%，用作局部排风时，放置在距离嘴部较近的位置（0.02m或0.04 m），可以实现以远低于混合通风方式的换气次数提供更加显著的稀释效果，最佳效果可以实现对呼出污染物的移除.穿戴式通风系统适用于流动性人员，如医护人员、公共交通工具乘务员等，可以高效地实现源头控制或个性化保护，但局限于便携的要求，该装置尚未被报道可以同时实现个性化送排风的目标.

3.2  关键技术问题

个性化通风系统为人体提供清洁吸入空气的效率受到个性化送风气流与对流边界层相互作用的显 著影响[27，53].有研究指出，在舒适温度范围内，人体对流边界层的最大速度可达0.25～0.3m/s [53，64-65]，而为了保证送风不对人体造成吹风感，个性化送风气流速度需要维持在较低的范围内.因此，如何以有限的送风速度穿透对流边界层从而为用户提供足够的清洁空气是个性化通风研究中的一个难题.

Bolashikov等人[12，27，50，57，66]认为送风末端形式、送风末端与口/鼻的相对位置、个性化送风气流特性以及对人体微环境的控制是解决上述问题的方向，研究得到了一些具有实用价值的发现如下：

1）椭圆形喷嘴的效果优于圆形喷嘴.

2）四叶草瓣喷嘴可以实现在距离口/鼻较远的位置提供较高比例的吸入空气.

3）中心封闭的波瓣喷嘴，如四叶草波瓣喷嘴，不建议用于作为穿戴式的个性化通风末端，因为这种类型喷嘴产生的波瓣形射流会夹带室内污染物进入用户的呼吸区.

4）随着初始速度（送风量）和喷嘴尺寸的增大，以及喷嘴与口/鼻之间的距离减小，吸入空气中清洁空气量增加.

5）喷嘴与面部（嘴/鼻子）之间的距离>0.4m，从侧面供应的效果优于从正面和下方供应.

6）使用集成于桌子的可伸缩板与人体腹部贴 合，可以阻隔来自人体下半身的热羽流，由此可以弱化人体呼吸区对流边界层强度，使得个性化送风气流更容易被人体吸气捕获.

7）使用安装在桌子边缘的小型风扇控制来自人体下半身的热羽流，避免其流动至人体呼吸区，由 此弱化人体呼吸区对流边界层强度，使个性化送风气流更容易被人体吸气捕获.

其他的一些学者得到部分实用性结论如下：

1）Melikov和Dzhartov[15]将水冷辐射板作为桌子 隔板，以此冷却用户体表，弱化其产生的对流边界 层，可实现在较低的送风速度下穿透边界层，为用户 提供清洁的空气.

2）Khalifa等人[67]和Russo等人[68]发现使用同轴 喷嘴可以大幅增加個性化送风气流形成的清洁空气区的范围.

4  讨 论

针对机械通风系统，现有指南几乎都建议尽可能加强通风，具体措施有两个，一是使系统以最大新 风量运行;二是尽可能地延长通风时间.但是，现存 全空间通风系统不具备在疫情期间大幅增加通风量的能力.对气流组织的控制也是最常用的措施之一，使气流从清洁区流向污染区可以避免污染区内潜在的致病性颗粒流向健康的暴露者，但该措施只对长 距离暴露有效，对于人员密度较高的室内环境，近距 离暴露造成的感染风险相对更高，而基于全空间通 风方式的气流定向控制对近距离短期暴露事件没有显著控制效果.由此，在疫情期间许多公共建筑只能被迫停用，商场停止营业、写字楼停止开放、工厂停 工，造成极大的负面影响.世界银行发布的《全球经济展望》指出，2020年世界经济整体萎缩了4.3%[2];与2019年相比，2020年全球失业人数增加了1.098%[3].经济遭受重大打击，失业率激增将会带来 潜在的社会不稳定性，因此，复工复产是迫切的要 求，短期应急方案显得尤为重要.在暖通空调领域，升级过滤器级别，使用带有高效过滤器的空气净化器、UVGI（紫外线）等都是有效措施.但也必须意识到辅助措施会造成的潜在负面影响，过滤器级别越高则管道系统阻力越大，对系统动力设备造成挑战;UVGI可能会对人体造成辐射危害[69-70]，因此中国指 南中指出在没有得到专业人员的指导时禁止使用UVGI;空气净化器是几乎所有指南中都建议使用的辅助设备，但在使用空气净化器时不仅要注意其容量是否满足需求，还应注意其放置的位置以及出风方向，这不但会影响其净化效率，还可能对室内既有气流组织造成破坏，且不正确的送风方向会造成更高的暴露风险[71].

此外，中国指南中的系统运行时间表与国外指 南存在较大差异，中国指南中普遍建议在建筑结束 占用后通风系统继续运行1h，且在前一天建筑被全 面通风换气并清洁消毒的情况下，可在第二天早上以全回风方式运行.相比之下，ASHRAE 建议建筑使用前后额外运行2h，REHVA以建筑使用前后额外 运行2h为最低要求，SHASE 则指出条件允许的情况下应 24 h 连续运行系统.这一点可以归因于中国尚为发展中国家，且人口众多，建筑总量大，而资源又相对有限.因此，在保证室内环境安全的前提下，更 兼顾了对节能的考量.

多数指南中都建议尽量使用自然通风，自然通 风可以提供较大的通风率且节能效果显著[72]，但是自然通风能够为建筑提供的通风量和气流组织形式 严重依赖建筑通风设计方案和室内外相对气候条件以及室外空气质量.其中室外气候条件和空气质量是不可控因素，而对于建筑通风设计方案，优化当前实施的建筑设计流程，让设计和施工团队（包括 HVAC设计师）参与到综合设计流程中，在设计的早 期阶段就将传染病控制方案包融入设计方案中，预 期可以加强对自然通风的有效控制和利用.此外，基于门窗、风机及空调采暖系统一体化设计和智慧化联动控制的室外空气最大化通风利用值得深入研究.

基于先进通风的源头控制技术，由于其具有控 制效率高、个性化可调、响应快速且节能潜力较大等优势，较为契合地弥补了全空间通风方式的不足，可以与传统通风方式互为补充，作为未来建筑“平疫结合”设计改革的一条思路.背景通风为整体热舒适性以及空气质量提供保障，源头控制系统在平时状态下根据用户需求提供个性化热舒适性调节或者空气质量调节，若背景通风系统可以为居住者提供舒适的热湿环境以及优良的室内空气质量，则先进气流 组织系统可以被关闭;疫情期间先进气流组织系统 主要为用户提供清洁吸入空气或/和排除污浊呼出空气，更加关注送/排风量的调节，且应持续运行.穿 戴式通风系统更是有望应对活动人员间的近距离短 期暴露事件.但是现有的源头通风控制技术仍然存在一些不足，需要引起关注并进行深入探索.

1）现有的对固定式源头通风控制技术的研究几 乎都是基于人体处于相对固定位置下进行的，缺乏 考虑用户本体（头部扭动、咳嗽、喷嚏等）以及其他人员行为（行走、与处于固定位置的用户交谈等）对系统有效性的影响.因此，开发应对人行为的感应式源 头通风控制技术十分必要.

2）便携式穿戴通风系统是目前适用于活动性人员的唯一的源头通风控制技术，但由于便携式要求，目前尚无报道称可以同时实现送排风功能.因此，集成个性化送排风功能的便携式穿戴通风系统值得进一步探索.

3）通风病床（不考虑置于天花板的排风系统）和穿戴式系统都属于无外置管道的系统，系统集成化程度高，可实现“即插即用”，但是该类系统的有效性 依赖净化处理模块的性能.一般而言，净化效率越高，模块造成的阻力越大，对动力系统要求越高，如何系统地解决动力、模块阻力与系统有效性之间的矛盾值得探索.

5 总结

各指南都指出应该尽可能地增大通风量并延长系统运行时间，建议控制气流从清洁区流向污染区，在细则上存在一些差异：

1）ASHRAE：换气次数为3ACH，建筑被占用前 后应分别额外运行2h.

2）REHVA：系统至少在建筑被占用前后以额定速度额外运行2h，对于可以被提供3ACH的商业建 筑，前后额外运行1h即可;以全新风模式运行系统;普通病房的换气次数至少为4 ACH，传染病病房应 至少为6 ACH，现存的传染病隔离室，换气次数在6～12ACH，新建隔离室的换气次数至少为12 ACH.

3）SHASE：24 h连续运行系统，人均最低新风量为30m3/h.

4）中国指南：建筑在结束被占用后新排风系统 继续运行1h，确保前一天空间被全面通风换气并清 洁消毒的前提下，第二天建筑被占用前，系统可以以回风运行，对建筑进行预冷/預热;公共建筑的人均 新风量不低于30m3/h，对于医疗建筑，换气次数分别为：清洁区3ACH，污染区6 ACH，以及负压隔离病 房12 ACH.

5）气流组织控制方面，REHVA、SHASE 特别指 出厕所的排风扇要持续运行，关闭厕所外窗;中国指 南建议在医疗建筑中，压力从清洁区→半污染区→ 污染区依次降低，相邻相通不同污染等级的区域压 差不小于5 Pa;送风口应设置在房间靠近医护入口 上部;排风口应设置在病床上部.

优化建筑设计决策流程，在未来的建筑设计过程中，允许设计和施工团队（包括 HVAC设计师）参与到综合设计流程中，在设计的早期阶段就将传染 病控制方案包融入设计方案中，从而在未来建筑中实现高效使用自然通风助力疫情防控.

基于人体微环境控制和先进气流组织的人员呼 吸气流源头控制是传统全空间通风系统在应对疫情 防控方面的重要补充，不同类型的源头控制技术适用于不同的场景.桌式系统适用于用户长期处于相对固定位置，且置于桌面的风管和末端装置不会对用户工作造成干扰的场景;当桌面空间无法提供安装基础或用户前方视野不允许被干扰时，集成于座 椅的通风系统则更加适用;针对人员密集的公共交通工具，前部送风，座椅两侧排风的座椅系统实现了对感染者源头移除和对暴露者个性化末端保护的双重保障;而针对前排座位无法提供安装基础的高风 险场景，应用送排风末端都集成于本体座椅的系统 则更加有效;通风病床可以实现对病患的源头控制和末端保护，且有效地隔离医患呼吸区，具有极大的实用价值;穿戴式通风系统更具有灵活性，预期可以有效地应对近距离短期暴露事件.

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