同济大学机械与能源工程学院暖通空调研究所副所长/教授 李振海
12月22日，“科罗迪托杯”第四届中国新风净化产业高峰论坛在北京九华山庄三楼101会议室盛大举行！同济大学机械与能源工程学院暖通空调研究所副所长/教授李振海发表了主题为《净化新风系统技术发展的若干问题》的精彩演讲，内容主要包括四个方面：一个是净化新风系统发展的背景以及发展历程，第二个新风发展面临的问题，第三个是关于新风系统运用评价的问题，第四个是产业要面临的挑战性问题。
以下是李振海教授的演讲实录：
一、净化新风系统需求与行业发展背景以及发展历程
首先，阐述新风的需求与行业发展背景。我国新风需求与行业发展背景有三个方面：一个是建筑节能引起的，因为建筑节能要求保温、气密少换气，换气就要使用能源，但是这样做新风就很明显的少了，室内的空气就不“友好”了。第二个是由于经济、技术、市场的变化。曾经有人说，我们现在的文明，实际上也可以说是大量的化学物质消费的文明。离开了化学物质，我们就没法生活，所以不可避免地造成了化学污染的问题。第三个是大气污染，这实际上是一个非常短时期的问题，但是它会导致我们导入新风来解决室内空气问题时候，会同时导入室外的污染物。众多的研究成果表明，我们室内的PM2.5污染百分之70～80左右由外气带入。这样一来，室内的空气品质跟节能的要求是互相矛盾的。从2002年开始，我们在多数的城市住宅做了一些测试，比如北京、上海这些大城市，大体上推算了一下，特别是九〇年以后，自然换气大概在0.1～0.3回/h左右，根本达不到我们室内空气新鲜程度的要求。所以必然要使用通风系统。
新风系统的发展。实际上，我刚刚已经谈了主要是由建筑气密而引起换气不足。实际上，在最早的七二、七八年两次石油危机的时候，当时发达国家已有学者开始提出要如何进行节能，就是不能毫无限制的消耗能源，那么实际上这个时候我们建筑领域里面就提出了两个概念：一个是建筑保温，一个是建筑气密性。保温是已经彻底贯彻了，但是我国没有特别提“气密”这个概念。气密后再用机械通风装置去换气，到底是得还是失？所以就没有提。但是由于建筑技术的发展及相关产业的发展，实际上九〇年以后的建筑是越来越气密了，门和窗都造得非常好，如果不好好进行人工开口，它就是高气密化的。
实际上我们所说的新风换气机，是可以带能量回收的，这个原型最早大概七几年，由日本三菱电机的研发部提出并申请了专利，当时研发者被很多人嘲笑了，说你研究这个东西能值多少钱，但是恰恰就是这个东西在很多年前就开始，给三菱电机每年带来两百多亿日元的产值，也就十几个亿。所以新风系统不是雾霾提出而发展的，它只不过是在我们国家的状况下因严重的雾霾，加速了它的发展历程。我们不必担心新风行业发展的前景。
室内污染主要有三类：一类是颗粒物的污染，第二类就是化学物质的污染，第三类是微生物污染。所以说换气、通新风，它不是一个短期的行为。上图说的是发达国家挪威、瑞典、芬兰、丹麦、比利时、法国、美国、英国等，他们的换气次数要求，各个国家状况不同，大体上在0.4～1回/h之间，大部分在0.5回/h左右。我们国家也有新风标准，我不再赘述。根据不同情况，换气次数不是0.5回/h，而是0.45～0.7回/h。我们是根据居室面积来的，实际上应该是根据需求来定，我们需要这么多换气量是为了解决二氧化碳的稀释以及供氧，加上化学物质污染的问题。
二、新风系统发展面临的问题
当我们通过机械的办法，或者通过其他什么样的办法来实现，如何确保换气量，这里面有几种，我刚才说了自然通风，实际上建筑都是气密了，靠自然通风是行不通的。在新风产业，确保新风量的关键有两条：一个是全热交换换气机，第二个是系统保证，所以说换气机性能的提高和风量分配技术非常关键。
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提高系统性能的主要技术关键。对于交换机器主机来说，它的性能关联参数确定、结构设计优化、净化组件、压力平衡等都很重要。几年前我曾在一个论坛上讲了，说新风加了净化以后出现新的问题。压力不平衡对系统主机造成了比较严重的漏气现象。另外一个就是核心部件，它里面的交换膜材料选取、膜材料后处理的工艺非常重要。实际上还有一个，不同地区的适用技术的选择，不是所有的技术都能够通用不同地区，它的确存在着不同的适用技术的问题，应该研究给产业界一个参考。还有就是控制的策略，也就是我们究竟如何来控制新风系统。
目前新风系统发展中的主要问题，第一个是系统设计问题，也就是主机总体的风量跟各个区域、各个房间的风量所需要的风量，它们之间到底如何确定，理论上是根据标准要求来确定风量，确定好了如何实现，怎么能保证风量把它送进去，这是一个问题。第二个是关于主机设计制造问题，实际上存在很多的问题，包括整机性能参数与结构参数的关联确定、结构设计与流道设计优化、噪声控制、净化组件与压力平衡（动态），以及芯体的热湿交换膜材料选取方法欠缺、流道结构优化、高性能膜材料、芯体设计方法欠缺等。第三个是风量分配装置与高性能的风管系统。如果是单体机，安全风管这个问题还比较容易实现。但对于通风系统，就非常需要风量可调的分配装置，我是一直在提，那么如何来分配，你要拿什么东西来实现这个分配，这是需要考虑的。第四个是评价体系，在评价体系里面，目前我们整机的评价有了，整体的系统的评价也有，但是材料的性能的评价方法，目前还是欠缺的。第五个是施工规范，第六个是验收规范，这两个问题，我们要注意，然后去制定规范方法就可以解决。最后一个问题是运行维护，这里面有两个问题是比较重要的，就是净化组件以及芯体，净化组建我们还可以借鉴现有的过滤器评价办法来实现，但是芯体寿命的问题是一个致命的问题。
总体风量与各室风量确定方法，以及风量分配设计方法的问题。目前还没有一套专门方法提供。这里面就说几个问题，第一个是使用场合的多样性，因为场合不同，它在使用的时候不一样。还有是否热回收、换气方式的问题，早几年我们在研究通风系统的时候，还建议用集中排自然进风的方式，因为这种方式少了一套管道系统，但是不适合我们国家目前的状况，因为我们如果让自然进风以后，室外的空气污染就会要进入室内，所以目前我们还是推荐用机械送。另外还有一种就是无管通风系统，也就是一个机器，但是要选择合理的安装位置，然后在选择合理的室内的空间隔断、合适的开口，能够自然而然的按照我们设计的路径通风，这更加困难。
关于家用换气系统的评价。上世纪90年代初开始，当时发达国家都参加了国际能源机构IEA国际合作项目，如Annex23住宅通风计算的软件开发、Annex27家用换气系统的评价与检证等。评价的内容就是几个方面，噪音怎么样，生命周期成本怎么样，舒适性的影响，能耗到底怎么样，性能怎么样……，所以说那个时候开始就有了评价方法的研究。
那么接下来要说的就是主机的设计制造的问题。那么这里面就是说，这个性能的参数跟结构参数如何把它关联起来？因为这个问题，由于设计的方法的缺乏，造成了很多的时候就把性能要求与尺寸要求都固定了，比如说效率要求百分之多少，百分之七十？尺寸又有限制，这个时候往往就造成设计意图实现不了。另外一个就是净化组建和压力平衡的问题，原来我们是送多少排多少，就是说基本上是平衡的。要保持室内的正压，防止自然的外界污染进来，这个压力差不很大。但是我们一旦装了新风的净化系统，两路的压力更是不平衡，那会造成机器内部压力不平衡，漏风问题就很大。
再就是说芯体方面，芯体的核心材料选取的方法就是比较欠缺了。另外一个就说流道，其实内部的微流道、小微通道，现在我们有这么几种形式，下面我会再讲。但是它的优化确实拿不出一个结论来，这也是一个问题。
高性能膜材料开发。事实上现在已经有一部分高性能材料出现，但是也存在问题，具体的设计方法还是欠缺的。至于功能的材料的现状，目前我们用的大多数都是纸机纤维的，另外一个就是高分子，还有其他各种各样的。但是这个就是说目前大家都在尝试，要提高这个性能。另外一个就是机体的结构和外形，比如流道到底用三角形的还是矩形的，还是我用几个点支撑它，到底哪个性能最好。另外一个是外形，到底我们选什么样的，是原来立方体的，还是六角形的，还有现在直角型的，这些都存在。双向性能如何一致？这个我们做了一些访问计算，做了一些模型，也做了一些实验和计算的验证。那么完成验证模型以后，对流道我们也做了一些优化，那么到底是用什么样形状的流道来做，流道是用来提高性能的，能够提高多少这也要做流道参数传热的分析。其实，做了前面几个内容就是为了解决这几个问题，要选参数来决定它。根据得到的结果，设计开发一个软件，让大家使用这个软件可以很方便的设计，比如你给我性能、风量，我就能设计出机体，或者给了我这些定位，我就能预测它的性能。
三、家用换气系统的评价
目前我们对现在这个做了整理如上图。全能交换的评价方法，各个国家都有这个标准。我特意说一下功能材料的评价方法。我前面提到它缺失了，现在我们在做，目前是没有传热性能的评价方法。其他的，比如说透气透湿这些都可以做。目前可以借鉴别的行业的标准来做。我现在在做的就是传热性能。另外，抗击也可以参照其他的行业标准来做，但是耐热性现在还是做不到。针对新风机的评价标准是没有的，可能也有人在做。另外一个评价室内的环境要求，我们就是参照卫生的角度，因为我们终极目标是要使得室内环境达到好的空气品质。这个要求，我们达到P7就可以了，符合要求。另外，对整机的影响，压力不平衡它是动态的，因为过滤器它的阻力一直在变化，一直变化就导致我们整机主机内部的压力结构在变化，所以这也是一个需要解决的问题。
还有风量装置，怎样开发共同实际的标准系列，也就是我给你我设计好的，你设计是给我风量，我可以根据我的需要来进行调整。这个东西是必须要有的，没有的话我们就做不到了。最后一个问题是运行维护，压力不平衡导致的性能变化，对这个东西要做一些评估。因为不做评估，它将来到底能维持多长时间你也说不清楚。
四、产业要面临的挑战性的问题
最后，谈谈产业界将来要面临的几个挑战性的问题。主要包括标准的完整性、设计方法与预测评价方法等，我用红颜色把重要的几个要求标出来了。大家可以参考上图，事实上现在有的企业已经在提出这样的要求。但是究竟如何来实现它，对于系统的有效配置，怎么来配置，现在还没有出一个具体有效的方案。还有一一个是既有建筑的问题，也非常关键，大家考虑一下。
