一种正负压可调的新风系统设计

戴君玉 陈昱名

摘要:本文研究一种正负可调的新风系统，通过三级过滤器处理空气，PM2.5一次净化效率达到99.9%,使系统内的CO₂浓度、PM2.5浓度维持较低水平。可设置正负压场景、压力梯度等参数，实现压力调节。
关键词: 新风系统、自动控制、压力调节

Design of a new air system with adjustable positive and negative pressure

DAI JUN YU CHEN YU MING

（BROAD CLEAN AIR TECHNOLOGY CHANG SHA HU NAN ZIP 410138）

Abstract: This paper studies a positive and negative adjustable fresh air system, which processes air through three-stage filter, PM2.5 primary purification efficiency reaches 99.9%, making the CO2 and PM2 .5 in the system at a low level. Parameters such as positive and negative pressure scene and pressure gradient can be set to realize the pressure adjustment.

Key words: fresh air system, automatic control，pressure control

0 引言

一般的新风系统均采用正压方案，维持室内微正压保障室内的洁净度。负压系统一般用于隔离病房，近年由于疫情的影响，负压系统有了特殊的应用场景；隔离酒店、临时隔离场所也需要采用负压新风系统，防止污染物扩散和交叉感染。

1 控制系统

本系统由集控器、新风设备和多个室内模块组成，系统PI图如图1所示：

图1

集控器负责控制新风设备、管理室内模块、显示运行工况。新风设备为新风系统提供中央新风，集中排出各区域的回风。室内模块安装在独立空间内，调节所在区域的新风状况。

2 控制部件

2.1集控器

集控器基于freeRTOS设计，配置10寸IPS触摸屏，通过RS485接口和蓝牙模组和其他部件进行数据交互。可选择正压、负压工作场景，可设置多种压力区域，以便在系统内形成压力梯度。

通过RS485接口与新风设备进行通讯，可对风机进行启停、频率调节，消毒模块开关等操作，查询新风设备的送风量、排风量、过滤器压差、送风回风空气质量等工况和故障信息。

与室内模块可选择RS485或者蓝牙进行通讯，满足不同的通讯需求。室内模块需在集控器上进行注册，按区域分组管理。综合室内模块的反馈信息，集控器对送排风量进行微调以保证系统压力梯度同时兼顾节能。

2.2新风设备

新风设备采用全新风设计，从室外引入新鲜空气，将室内污浊空气稀释排出室外。主要由送风机、排风机、过滤器、消毒模块、传感器组构成，为保证内部泄漏率符合要求，放弃热回收功能。

送、排风机由变频器驱动，可独立变频、开关。风机选型需根据送风量、设备的结构、过滤器阻力、管路系统综合计算。一般新风侧的阻力要大于排风侧，送风机的选型要比排风机大。

过滤器由粗效、亚高效、高效过滤器组成。粗效采用无纺布材质，过滤等级G4。亚高效可选配PP、玻纤材质，过滤等级H11。高效采用玻纤或PTFE材质，过滤等级H13。三重过滤可保证整机PM2.5一次通过净化率达到99.9%。

排风侧配置有粗效过滤器和消毒模块。粗效可令消毒模块保持洁净，消毒模块可选择紫外灯或者臭氧发生器。

2.3室内模块

室内模块拥有两路0～10V模拟量输出和反馈检测，用于控制比例调节阀的开度控制。配置有SPI通讯的高精度大气压力传感器，精度≤±1Pa。配置有CO₂传感器、PM2.5传感器等用于辅助集控器的自动调节。

室内模块主要功能是调节室内工况。由送风阀开度调节新风量和空气质量。由排风阀开度调节压力，让送风量和排风量保持一定比例，维持不同区域之间的压力差。在负压模式下，优先保证压差。

3.压力系统

3.1管路系统

管路系统采用短风管、长路径原则。短风管原则是为降低造价、管道风阻，减少风管长度和数量。长路径指尽量延长新风路径，防止新风短路。新风的路径越长，新风利用率越高。风口采用送排对应的方式布置，一般采用上送下回的方式，气流方向与微粒沉降方向一致[1]。大面积区域可以安装多个风口。送、排风口安装在相对较远的位置，保证新风路径有效；送风口远离门窗，避免新风短路。

3.2压力梯度

本文将以负压模式为例说明压力梯度的实现方法。负压系统是为了防止传染扩散，在不同区域形成压力梯度，在区域之间设置有缓冲间。在病房之间、缓冲间及公共区域之间的负压差要大于5Pa。在不同的分区之间形成有序的压力梯度，保证空气在各区之间形成合理的定向流动，使污染物控制在污染区之内，从而保证清洁区不受污染[2]。在设计时要合理规划平面布置，确定合理的流程和区域的相邻性，实现合理有序的压力梯度设置，使相邻区域的压差控制在10 Pa~15 Pa较好，最低压差不应<5 Pa，保障运行安全[3]。

以图2为例简要说明压力梯度的规划。公共区域D设置设定与外界压差为20Pa，区域A、B、C通过风量调节，又可形成不同的压差。区域ABC与区域D就形成了负压关系，区域A、B、C之间也存在压力差，形成了压力梯度。

图3

3.3影响压差的因素

管路系统布局、长短会影响送排风的阻力，不同区域的空间大小、风口数量会影响压力差的形成。对各区域所需要压力和风量进行合理规划是十分必要的。

意外气流就是设计中不希望看到的气流，主要指因围护结构的不严密形成的泄露气流[4]。需将系统外的通风设备纳入系统之中，例如卫生间排风。封堵不必要的管道、洞口，用密封胶条对门窗缝隙进行改造，提升区域密闭性。

不同的过滤器阻力变化的差异很大。PP材质的过滤器初阻力小，终阻力也小，但是PM2.5过滤效率会下降严重；玻纤材质过滤的初阻力大，终阻力的增加相对较小；PTFE材质的过滤器，初阻力小，终阻力大；通过变频调节送风机、排风机能维持压力差，减小过滤器阻力变化的影响。

4 结论

区域之间的压差值设置越大，抗扰动性能越好。但系统能耗也会相应增加，需要平衡系统稳定和运行费用。在干扰少的系统送风口采用定风量风阀，调节排风也可实现压差。干扰多的系统，可在排风管道上增加管道风机，更快捷的维持压力梯度。

5 参考文献

[1]龙洋波，邢哲理，温加怡，房电伟.可正负压切换隔离病房通风空调设计探析[J]. 制冷与空调（四川），2019，33（01）∶44-48+61.

[2]余红英.辐射空调末端+新风系统的医院空调系统设计探讨[J].制冷与空调. 2020,20(11)：51-53+58

[3][4]蒋乃军.空气传播的传染病负压隔离病房设计要点[J].洁净与空调技术，2018（04）∶49-50.