指导学校的通风系统设计:
减少病毒的传播和支持长期居住者的健康和舒适
1。介绍
足够的通风设计和交付的法律要求在我们的学校建筑,但我们并不总是看到成功的结果。这部分是由于一系列复杂的设计工程师必须平衡的因素,往往导致系统过于复杂为最终用户很容易管理和维护。
然而通风太重要了离开的机会。大量的研究表明,良好的室内空气质量的重要性在学习环境中,CO2浓度和温度控制和需求反映了这一点。更重要的是,根据当前流行和回到学校学习在英国,有一种高度的意识的重要性,在我们的学校提供健康的室内环境。
越来越多的科学共识,COVID-19通过空中传播路线——把通风的缓解策略的核心建筑,包括学校。
2020年7月,200多名科学家写了一封公开信向世界卫生组织(世卫组织),敦促它认识到气溶胶传播的重要性1。进一步的研究正在进行中,更多的研究结果证实这传播路线。本指南检查通风的重要性有助于减少COVID-19病毒的传播,以及支持良好的室内空气质量在我们的教室。
本文档是指最近的一些学术研究建筑通风、病毒缓解和长期的室内空气品质。这是一个关键问题的概述。那些有兴趣深入研究后,为进一步阅读参考资料部分中可以找到细节。
2。学校通风,卫生问题
学校建筑在英国不执行,以及他们应该。2016年,英国皇家建筑师学院(瑞芭)估计,每年£1.5亿被浪费在不必要的能源使用的服务和维护学校的。它的报告更好的学习空间2强调,更好的学校建筑设计可以减少这种浪费。
在面临紧缩的预算的部门,维护通常是在经济压力下,这意味着学校拨出一些“隐藏”的服务,如通风,他们试图处理更紧迫的维修。《卫报》的一份报告3六分之一(2019年12月)强调,学校需要紧急维修。更有更少的关键需求,但仍远未功能设计——或者,居住者健康和生产力的支持。
鉴于这些更广泛的问题与学校建筑,难怪通风系统歉收。然而精心设计和交付通风已经一次又一次显示为居住者提供显著的好处。大量研究得出的结论是,二氧化碳水平一直高于1500 ppm是有害健康,有害的浓度,影响学生的能力在他们最好的工作。设置这些规定和指导水平,但他们往往没有实现或维护。
COVID-19的影响
2020年,全球COVID-19病毒的传播使得建筑设计师和经理们比以往任何时候都更加意识到他们的角色在居住者的健康。越来越多的研究表明,通风是病毒的传播的一个重要因素——或在帮助防止它。
例如,纸由汤姆利平斯基,Darem艾哈迈德,尼古拉斯Seary和胡珊Johura (检查通风策略来减少疾病传播的风险高入住率的建筑4)从2020年9月,在一些杂志上发表评论的通风策略以减少疾病传播的危险在多人乘坐的建筑。他们的研究状态:“许多研究人员和研究正在考虑,这种病毒也可以通过空中传播路线和在空气中停留三个小时。这是导致问题是否做了足够的关于通风,以减少这个或其他疾病的传播的风险可能空气。”
2020年7月,《英国医学杂志》上5也报道,含有COVID-19呼吸道飞沫会保持空气几分钟或小时——漂流水平。文章指出:“大多数传播发生在封闭,室内空间在通风不良和拥挤,人们很近和大声喧哗或唱没有面具。”
最近,英国剑桥大学的一项研究(COVID-19通风对室内的影响的传播6)已经表明,一些通风系统在办公大楼可能会增加暴露在冠状病毒的风险。研究表明,置换通风往往携带热空气,包括呼出的气息,远离人的空间。研究人员认为:“如果设计得当,置换通风可以减少呼吸混合和交叉污染的风险,从而减少暴露的风险”。他们还强调戴着面具的好处。
考虑到这些因素,显然,良好的通风策略学校,现在和将来,都是至关重要的。未知的这次大流行会持续多久,这也不太可能影响人类冠状病毒将是最后一次大流行。因此,任何解决方案的重视减少室内感染传播尽可能多。
3所示。学校通风系统——“好”是什么样的?
有两个关键政府相关文件在学校建筑通风系统设计。它们是:构建公告(BB) 101 (通风,指南2018年热舒适和室内空气质量)和BB 93 (声学设计的学校——性能标准)。
建筑公告本身不是法律要求。然而,部分建筑法规的F (通风方式)是指BB 101作为学校“通风规定”的来源(表6.3)。BB 101提供的是非法定的指导如何设计学校达到足够的通风性能,室内空气品质和热舒适。“这也为设计师提供了计算工具。
同样,BB 93不是立法,但它支持建筑法规的E部分(抵抗的声音)即满足要求的正常方式E4将满足给定的值…93年建立公告。”
这些文档的目标是确保教室提供最好的学习环境。例如,BB 101建议自然通风系统在学校不能超过平均每天1500 ppm的二氧化碳。和二氧化碳水平可以达到2000 ppm二氧化碳连续不超过20分钟的一天。教室里现在还必须配备二氧化碳传感器来监测室内空气质量。
BB101还包括教室的温度,一般来说应该是20oc .然而,监管并体谅夏季气温上升,这是有用的考虑到英国的气候变化和增加夏季气温。
想办法处理课堂热收益是另一个设计工程师面临的挑战。CIBSE技术备忘录52 (热舒适的极限:避免过热在欧洲建筑)认为这个问题在所有类型的建筑。然而,它强调学校良好的通风设计的重要性:“如果一个学生很难集中注意力在考试在学校因为房间太热,特定的任务,学校建筑,其服务或建筑管理有单独或集体失败的一项重要任务。”
以及本条例和准则,工程师必须考虑各种各样的因素在他们的设计:
- 机械过载——这是添加另一个级别的复杂性的学校旅行的装备吗?
- 排放——将如何构建服务(包括通风系统)会影响学校的碳足迹和误码率评级吗?
- 运营成本——能源和维护系统需要多少钱?
- 多功能性——它将适合夏季和冬季条件?同样,它能适应建筑使用变化吗?
- 性能保证——你能肯定它将作为预测吗?设施经理能够调整设置?
- 可靠性——崩溃的风险是什么?要花多少钱来解决吗?
- 生命周期成本-什么是资本之间的平衡、操作、维护和更换成本?
因此工程师们面临着大量的问题在设计通风系统为学校。不幸的是,努力满足他们所有可能导致过于复杂的解决方案并不一定带来成功的长期结果。还依赖复杂的建筑管理系统(BMS),使这些系统功能——经常离开内部设施经理或教学人员无法控制自己。
2016年的瑞芭的研究强调了在学校中都会面临因过于复杂的设计问题,指出复杂性导致表现不佳,能源浪费和不必要的额外的学校预算的成本。良好的通风系统必须实现立法的要求,但在一种简单的方式为用户和灵活。目标应该从一开始就设计出复杂性。
一个设计良好的通风系统的另一个关键方面是它应该能够提供不仅仅是室外空气进入教室。通风工程建筑与其他建筑服务系统提供:
- 驾驶舒适性
- 减少外部噪音
- 低能量性能,使用技术,如自然位移和热回收通风
- 合理的生命周期和运营成本
- 优化建筑性能多年。
除了这些一般通风影响因素,我们现在也面临的关键问题如何处理COVID-19在我们学校建筑。
教育部门(DfE)指导(在2020年9月)7指出:“重要的是要确保良好的通风和最大化这只要有可能,例如打开窗户和支持打开大门,只要他们不是防火门。”
建议空调和通风系统的健康和安全执行(HSE)8是,COVID-19通过空调系统传播的风险“非常低”。然而,这只考虑空气进入房间的时候,不考虑内气流动力学及其对室内病原体传播的贡献。各种出版物指出这是一个主要危险因素10。HSE建议再循环是关闭的。
从REHVA更详细的建议9(欧洲的联合供热、通风和空调协会)也警告说的再循环空气。它进一步建议增加使用室外空气。
选择正确的学校通风系统,满足所有的一般标准成功现在必须加权和的重要考虑减轻对病毒的传播。找到一个解决方案,可以满足所有这些标准因此对于设计师和他们的客户都越来越有挑战性。
4所示。通风系统选择,重要的因素需要考虑
当考虑通风系统设计学校,有用的是他们表现的常见原因:
- 可怜的初始选择的通风系统的设计,如通风策略选择不当或错误的大小
- 减少性能由于缺乏维护
- 缺乏操作知识或故意减少使用节约能源或减少噪音
这些点支持系统是简单的设计和安装,以及易于维护和操作。从技术上讲,有几个主要类别的通风系统需要考虑。BB101承认三大类通风规定(尽管有其他定义,例如在英国标准BS EN 16798 - 2017)
机械通风,使用电动风扇提供室外空气。这些系统通常提供热回收(机械与热回收通风,或MVHR)。这种方法可能是有用的在没有接触自然的机会。供应空气是一致的,但能耗相对较高,他们需要年度维护。
自然通风,依靠浮力和风力等被动的力量创造一个位移效应,把浑浊的空气从一个被占领的空间与室外空气取代它。由于缺乏机动球迷,能耗很低(如相关的碳排放)。其他福利很低的维护要求和居住者的简单操作。自然通风系统通常被纳入建筑设计阶段;然而,有自然通风系统,可以改造现有建筑物。
混合通风,使用电动风扇,自然通风的元素。混合通风系统使用的空气混合而不是热回收,确保进气交付在舒适的温度。排气空气与室外空气混合前回到教室。这减少了需要空气传入的热量但红晕终于散去的时候占浑浊的空气回到室内。
然而,系统的类型选择可能不如空气是如何进入重要的空间。
位移-空气流动的重要性
我们现在迫切需要解决高传染性病毒的传播使得考虑其他因素重要。虽然进一步的研究是必要的,目前的迹象表明,COVID-19病毒空气,并可能持续在一个被占领的空间的空气一段时间。
利平斯基等人的论文指出,许多通风策略,依赖于集中空气分布和ceiling-level供应或再循环可以提供多人乘坐快速疾病传播建筑的理想条件。依靠再循环或混合的方法应该避免,特别是在教室等空间——反映了当前政府需求。
同样的研究也强调了设计相似的通风率可能转化为显著不同的室内病原体传播的结果,在考虑病毒传播问题的一个重要因素。
换句话说,通风率可能是平等的,但是空气(和污染物或病毒)移动空间内可能是非常不同的。因此,仅仅增加通风率不一定会减轻对病毒传播的影响。
当考虑通风系统设计,因此越来越重要考虑空气流动。的检查通风策略研究得出结论,置换通风与很大的自然进气是首选的,因为它可以移动陈旧,直接向房间的排气污染空气层流的方式。”
这些发现强化了这项研究COVID-19通风对室内的影响的传播由剑桥大学6。状态:“置换通风,鼓励垂直分层和旨在消除热空气污染附近的天花板,似乎是最有效的降低风险。”
这是分层的好处,垂直空气流动减少了小液滴和颗粒的浓度在室内空气比其他系统更有效得多。
剑桥研究补充说:“混合通风空气分布在整个空间,不提供任何潜在的清洁区。它也有对工作空间分层的倾向,而置换通风利用它。”
呼出空气比周围的空气温暖它遵循上行轨道远离每一个主人巴加6:根据“静坐时,人类发出热量,由于热空气上升,当你呼气时,增加呼吸和积累在天花板附近。“因此,重要的是使用通风策略操作类似的原则和避免向下或侧向面对周围通风系统可以重新分配这个空气占据空间。
位移可以通过自然通风与机械或自然供给提取浑浊的空气(放置在天花板级别)。自然通风策略将浑浊的空气从教室利用浮力(热空气向上移动的占用空间)或层流(由空气对流空气波动的方法。
这意味着natural-only置换通风策略可以完全依赖建筑等措施打开窗户(只要它们安装在不同的高度,这样他们就可以利用浮力)。然而,车顶的配备或facade-integrated元素可以使空气的流更多的预测和控制。
希望,看着改善我们现有的校园建筑物以及关注未来需求,长期健康的通风设计是高提上议事日程。通过自然的方法置换通风提供了几个学校的关键好处包括更好的病毒在短期内缓解,长期和更低的运营成本。
无论设计选择,重点必须居住者的健康在我们的学校,让学校建筑futureproof -能够承受未来的问题,从气候变化到随后的大流行。
没有缺乏证据表明适当的通风和良好的室内空气质量应该是一个关键的优先级为设计师和他们的客户在教育部门。负责今天的设计师运用最新的科学和工程知识,确保建筑环境是可持续的,弹性和pandemic-ready;在现在和未来。
引用
1。莉迪亚Morawska和唐纳德•K弥尔顿,发表在《临床传染病,2020年7月6日,是时候解决机载冠状病毒疾病的传播2019 (COVID-19)(由239名科学家条)
https://academic.oup.com/cid/advance-article/doi/10.1093/cid/ciaa939/5867798
3所示。《卫报》2019年12月8日,透露:六分之一的学校在英国需要紧急维修,
https://www.theguardian.com/education/2019/dec/08/revealed -五分之一-学校-建筑- -英格兰需要紧急维修
4所示。利平斯基T, et al . 2020。检查通风策略来减少疾病传播的风险高入住率建筑,国际期刊Thermofluids。7 - 8(100045), 24页。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266620272030032X
也发表在美国国家医学图书馆的美国国立卫生研究院的爱思唯尔下突发公共卫生事件集合:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7487204/
5。英国医学杂志(BMJ), 2020年7月7日,Covid-19:机载传输被低估了,专家警告说
https://www.bmj.com/content/370/bmj.m2720
6。Rajesh k .巴等。COVID-19通风对室内传播的影响,流体力学杂志》(2020)。DOI: 10.1017 / jfm.2020.720。
新闻稿:https://www.cam.ac.uk/research/news/many-ventilation-systems-may-increase-risk-of-covid-19-exposure-study-suggests
7所示。教育部门指导全开放:学校
https://www.gov.uk/government/publications/actions-for-schools-during-the-coronavirus-outbreak/guidance-for-full-opening-schools
8。健康和安全执行(HSE)建议关于COVID-19空调和通风系统
https://www.hse.gov.uk/coronavirus/equipment-and-machinery/air-conditioning-and-ventilation.htm
9。REHVA建议操作空调和其他建筑服务系统,防止冠状病毒的传播
https://www.rehva.eu/fileadmin/user_upload/REHVA_COVID-19_guidance_document_V3_03082020.pdf
10。《纽约》杂志,办公室交流系统是伟大的,在循环病毒,https://nymag.com/intelligencer/2020/05/that-office-ac-system-is-great-at-recirculating-viruses.html