CN101982704B - 建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统及方法，适用于保护诸如医院候诊厅、大型商场、机场航站楼、火车站、地铁站等具有大空间的建筑物室内人群免受空气传染性病菌/病毒引起的交叉传染，以及来自恐怖攻击或泄露引起的化学/生物物质的侵害。系统由送风系统、回风系统和空气处理系统三部分组成；送风系统由多孔布风板、送风主管道和风机构成；回风系统由多孔地板、回风管道构成；空气处理系统由化学物质探测器、化学消毒系统、空调机组、过滤器和紫外灯阵列构成。通过自上而下均匀的束状空气流的循环方法，保证将人体呼出的带菌颗粒或人为施放的化学毒剂吹入地板，阻断病原体借助空气进行传染和化学毒剂的传播，并能够满足人体舒适性的要求。

Description

建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统及方法，尤其适用于保护诸如医院候诊厅、大型商场、机场航站楼、火车站、地铁站等具有大空间的建筑物室内人群免受空气传染性病菌/病毒引起的交叉传染，以及来自恐怖攻击或泄露引起的化学/生物物质的侵害。

背景技术

随着城市化的发展，人们在建筑物内生活的时间日渐延长。据统计，在高度城市化的地区，人们平均每天在室内度过的时间超过80％，在汽车内为7％，只有5％在室外度过。

在当前建筑节能的背景下，人们不断减少入室新风量以节约能源，加上各类新建筑气密性的不断改善，又使得室内空气环境恶化，出现了“病态建筑综合症”(Sick Building Syndrome)。世界卫生组织估计有60％-70％的新建建筑是“病态建筑”，并且认为对大多数人的生活构成了威胁。

在病态建筑中，具有大空间的公共建筑的形势尤为紧要。流行病学研究表明，在大空间公共建筑中，如医院候诊厅、大型商场、机场航站楼、火车站、地铁站等区域，建筑空间广大、人员密集，情况复杂，易于发生传染病的交叉感染。近年来我国连续出现的SARS，H1N1等传染性疾病的蔓延，都很大程度与公共建筑中的交叉感染有关。此外，随着近年来国际恐怖主义的抬头，一些袭击也往往针对大型公共建筑物内的人群展开，例如2004年的东京地铁沙林事件。这类人为污染的情况虽然出现几率较小，但是一旦发生将对建筑物内公共安全构成最严重、最致命的威胁。

针对“病态建筑”的问题，国际上已经提出了免疫建筑技术的概念。该技术它集中了传感器技术、计算机技术、建筑通风安全技术以及生化物质中和技术于一身，可以主动探测室内空气中存在的有害病菌/病毒或者化学物质，并采取稀释、活性炭吸附以及紫外线杀灭等手段加以反制，从而确保建筑物内部空气的清洁，实现建筑的免疫。目前该技术已经处于实用化前期，在美国、加拿大已经有相对成熟的产品或原理样机。

上述免疫建筑技术对于拥有大量小房间的建筑，如写字楼、政府办公楼等，较为有效。原因在于释放的污染物传播范围有限，一旦传感器探测到有害物质可以将污染控制在有限的区域内从而保护大多数的人群。

但是对于大空间公共建筑，上述系统就基本失效，因为有害物质在目前常用的建筑空调通风系统(HVAC)的吹送下(例如当前非常常见的上供上回通风模式)会分布到整个空间，此时即便有害物质被探测到，也已经很难采取有效的反制手段，至多采用加强换新风的手段加以稀释，但是对于一些恶性传染病毒/病菌、泄漏/人为投放的化学毒剂等很小的浓度就足以威胁人类的生命，稀释并不能完全解决问题。

近年来在国内外范围，置换通风技术得到了迅速的发展。该技术采用地板供风，可以将人体呼出的C0₂，微小带菌液滴等垂直向上吹离人体，从而使人体吸入的空气更加清洁，也能一定程度上减少病菌/病毒在人与人间相互传染的概率。

需要指出的是，由人体呼吸、咳嗽、喷嚏等行为呼出人体的液滴直径分布范围可能从1微米以下到1000微米不等，置换通风可以有效吹除直径约20微米以下的液滴，但对于20微米以上的液滴，尤其是1000微米左右的液滴就无能为力了。这些大液滴离开人体后将向地面坠落，同时逐渐干燥、破碎为固体颗粒，然后在置换通风向上的气流吹送下再次到达人体呼吸区域。如果这些颗粒携带有病菌，势必产生二次传染。

此外，置换通风对人为化学武器袭击的防范能力也非常有限。以2004年东京地铁沙林事件的攻击方式为例，恐怖分子将装有剧毒化学品的容器投掷在地上，然后撤离。在此情况下，置换通风向上吹送风流正好将有毒气体吹送到人的耳鼻喉区域。另一种针对置换通风系统更危险的攻击方式是将液态挥发性化学毒剂直接倾倒在地板出风口里。此时有毒液体将会顺着地板的出风口流到地板下方，进而在具有气流分配功能的地板夹层里挥发，此种情况下，毒气将布满整个通风空间，具有极其危险的杀伤效果。

综上所述，面对传染性疾病和恐怖生化攻击，在世界范围内，现有技术无法很好地解决大空间公共建筑的免疫防护问题。面对大空间公共建筑严峻的安全形势，急需开发出一种廉价、高效的防护技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单，成本低，具有特殊功效的建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统及方法。

技术方案：本发明的建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统，包括设在建筑物大空间公共场所内的送风系统、回风系统，分别连接在送风系统和回风系统的空气处理系统；所述的送风系统包括设在建筑物大空间房屋顶板上的多孔布风板，多孔布风板的上方设有与风机相连的送风主管道，送风主管道上设有若干通向多孔布风板的送风支管；所述的回风系统包括设在建筑物大空间公共场所地面的多孔地板，多孔地板的开孔面积与地板面积之比约为1∶20；多孔地板的下方设有布有若干进风口的回风管道；所述的空气处理系统包括与回风管道相连的化学物质探测器，化学物质探测器的上方设有化学消毒系统，化学消毒系统的上方设有空调机组，空调机组的上方设有微生物颗粒过滤器，微生物颗粒过滤器的上方设有与送风主管道相连接的紫外灯阵列。

所述的化学物质探测器采用光离子探测器，或者亚稳态原子轰击探测器；所述的紫外灯阵列由平行栅状排列的紫外灯管构成，紫外灯管排列间距小于200mm；所述的多孔地板的孔距＜1m，开孔形状为圆孔或条缝。

本发明的建筑物大空间公共场所有害物质的防护方法：首先在建筑物大空间公共场所的房屋顶部设置送风系统、地面设置回风系统，然后设置连接送风系统和回风系统的空气处理系统；启动系统，从空调机组来的空气进入送风系统，经送风系统的送风主管道进入，从送风支管分流后再经多孔布风板的孔隙流向建筑空间内，进入建筑空间内的空气形成均匀向下的束状层流，如下雨一般，与建筑空间内产生的有害气体一并向下流入多孔地板，经回风管道进入空气处理系统，经空气处理系统处理后生成的洁净空气再进入送风系统，形成气流循环；当进入空气处理系统后，一旦化学物质探测器探测到有毒化学成分，则化学消毒系统启动，对空气中有害的化学物质进行消毒；化学消毒后的气体通过空调机组进行初级过滤、混入新风并调节温度和湿度；之后经微生物颗粒过滤器过滤，再经过紫外灯阵列进行无差别灭菌，形成清洁空气；所述均匀向下的束状层流的流速为0.015-0.03m/s。

有益效果：本发明通过空气进入地板回风口后在地板夹层里汇集，流入空气处理系统。在空气处理系统除了布置有传统的空气过滤、调温、调湿装置外，系统还在单元入口布置有化学物质传感器，在中央空气调节单元的后面布置有紫外灯阵列。当传感器探测到空气中含有有毒化学物质，则化学消毒系统启动，对空气中有害的化学物质进行消毒；直接送新风保证重新进入室内的空气清洁无害，被污染空经活性碳罐吸附处理或稀释后排入周围大气。如果空气含有传染性病菌/病毒，经过二级过滤和紫外灯杀菌后，绝大多数传染性病菌/病毒将被杀灭。这样清洁空气将被送至送风主管道重新循环，具有如下优点：

1)能将因呼吸、咳嗽、喷嚏携呼出人体的有害病菌/病毒等会很快被风流压入进入地板的回风口，从而抑制了向周围的传播，大大减少了病菌、病毒的一次空气传染机率。部分携带有害病菌/病毒的液滴，可能会暂时粘附在地板，干燥、破碎。但是在“空气雨”气流的作用下，它们没有再次接近人体耳鼻喉等易感染区域的可能，只要一脱离地板就会被风流再次吹入地板的回风口，因此相对置换通风，二次传染的概率也大大下降。

2)装备“空气雨”系统的建筑即便遭受人为化学武器袭击，由于化学毒剂释放装置通常会置于地板，散发的出的毒剂也会尽快压入地板，而不会向上飘散进入人体的呼吸系统，大大减少了大空间公共建筑内人员遭受伤亡的可能。

3)对置换通风最致命的液态挥发性毒剂倾倒的问题，在“空气雨”系统里迎刃而解，因为即便液态挥发性毒剂流到地板下面，气流也会将毒剂送入回风管道后被无害化处理，而不会像置换通风系统那样将其从地板里吹出来造成大规模伤害。

4)将能大大减少人们在大空间公共建筑内遭受空气传播的病毒/病菌传染的可能，可以广泛应用于医院候诊厅、机场、车站、超市等，保护人民的健康。此外，该技术还能有效抵御恐怖分子对大空间公共建筑内人群的生物/化学袭击保护人民的安全。

5)大型公共建筑防护系统能够廉价、高效抑制建筑物内部传染性病毒/病菌和有害化学物质的传播，从而起到免疫、反恐的双重效果。

附图说明

附图为本发明的系统布置示意图。

图中：1-送风主管道，2-多孔布风板，3-束状向下气流，4-带菌人体呼出物，5-多孔地板，6-回风管道，7-化学物质探测器，8-化学消毒系统，9-空调机组，10-过滤器，11-紫外灯阵列

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

本发明的建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统，主要由设在建筑物大空间公共场所内的送风系统、回风系统，空气处理系统三部分组成，空气处理系统连接在送风系统和回风系统之间，送风系统包括设在建筑物大空间房屋顶板上的多孔布风板2，多孔布风板2的上方设有与风机相连的送风主管道1，送风主管道1上设有若干通向多孔布风板2的送风支管12；多孔布风板2为多孔结构板，安装于大空间公共建筑的天花板下方，它可以使得送风道来风在这里被均匀分配，然后送入室内。回风系统包括设在建筑物大空间公共场所地面的多孔地板5，多孔地板5的开孔面积与地板面积之比约为1∶20；多孔地板5的下方设有布有若干进风口的回风管道6，多孔地板5的孔距＜1m，开孔形状为圆孔或条缝，开孔面积与地板面积之比为1∶20左右。空气处理系统包括与回风管道6相连的化学物质探测器7，化学物质探测器7的上方设有化学消毒系统8，化学消毒系统8的上方设有空调机组9，空调机组9的上方设有微生物颗粒过滤器10，微生物颗粒过滤器10的上方设有与送风主管道1相连接的紫外灯阵列11；化学物质探测器7采用光离子探测器PID，或者采用亚稳态原子轰击探测器MAB。化学消毒系统8为活性炭吸附式或等离子体消毒系统。从回风道来风在这里被处理，内部含有的有毒化学物质被吸收或者分解，然后洁净空气通过中央空调机组后被风机重新送入送风道。紫外灯阵列11由平行栅状排列的紫外灯管构成，紫外灯管排列间距小于200mm，紫外灯阵列11布置在化学消毒系统中用于无差别杀灭空气中的有害病菌。

本发明的建筑物大空间公共场所有害物质的防护方法：首先在建筑物大空间公共场所的房屋顶部设置送风系统、地面设置回风系统，然后在室外设置连接送风系统和回风系统的空气处理系统；工作时，开启空气处理系统，从空调机组9来的清洁空气按照现行空调通风规范要求的流量送入送风系统，经送风系统的送风主管道1进入，从送风支管12分流后再经多孔布风板2的孔隙流向建筑物大空间公共场所内，进入建筑物大空间公共场所内的清洁空气形成均匀向下的束状层流3，清洁空气形成均匀向下的束状层流3的向下流速为0.15-0.3m/s，如下雨一般，与建筑物大空间公共场所内的有害气体一并向下流入多孔地板5，经回风管道6进入空气处理系统，经空气处理系统处理后生成的洁净空气再进入送风系统，形成气流循环；进入空气处理系统的气体首先通过化学物质探测器7，一旦探测到有毒化学成分，则化学消毒系统8启动，对空气中有害的化学物质进行消毒；化学消毒系统8采用流化床活性炭吸附罐、等离子消毒器或采用简便的切换风阀，将含毒空气直接稀释后排入大气，然后从洁净的取气点直接抽吸环境空气作为新风送入空调机组9，进行初级过滤、混入新风并调节温度和湿度；不含化学物质的新风经由空调机组9后完成初级过滤、调温、调湿等功能，然后经过滤器10过滤掉空气中大多数带菌颗粒，并延缓小颗粒的流动速度，再经过紫外灯阵列11杀死剩小颗粒中的病菌/病毒。之后将合格的清洁空气重新送至送风主管道1内进行循环。系统在建筑物大空间内部形成的多束状均匀向下空气流场可以保证将人体呼出的带菌颗粒或人为施放的化学毒剂吹入地板，阻断病原体借助空气进行传染和化学毒剂的传播，并能够满足人体舒适性的要求。

Claims (4)

1.一种建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统，包括送风系统、回风系统、多孔地板(5)、空调机组(9)、微生物颗粒过滤器(10)，其特征在于：所述送风系统、回风系统设在建筑物大空间公共场所内，在送风系统和回风系统之间连接有空气处理系统；所述的送风系统包括设在建筑物大空间房屋顶板上的多孔布风板(2)，多孔布风板(2)的上方设有与风机相连的送风主管道(1)，送风主管道(1)上设有若干通向多孔布风板(2)的送风支管(12)；所述的回风系统包括设在建筑物大空间公共场所地面的多孔地板(5)，多孔地板(5)的孔距＜1m，开孔形状为圆孔或条缝；多孔地板(5)的开孔面积与地板面积之比约为1∶20；多孔地板(5)的下方设有布有若干进风口的回风管道(6)；所述的空气处理系统包括与回风管道(6)相连的化学物质探测器(7)，化学物质探测器(7)的上方设有化学消毒系统(8)，化学消毒系统(8)的上方设有空调机组(9)，空调机组(9)的上方设有微生物颗粒过滤器(10)，微生物颗粒过滤器(10)的上方设有与送风主管道(1)相连接的紫外灯阵列(11)，紫外灯阵列(11)由平行栅状排列的紫外灯管构成，紫外灯管排列间距小于200mm。

2.根据权利要求1所述的建筑物大空间公共场所有害物质的防护系统，其特征在于：所述的化学物质探测器(7)采用光离子探测器(PID)，或者亚稳态原子轰击探测器(MAB)。

3.一种根据权利要求1所述防护系统的建筑物大空间公共场所有害物质的防护方法，首先在建筑物大空间公共场所的房屋顶部设置送风系统、地面设置回风系统，然后设置连接送风系统和回风系统的空气处理系统；启动空气处理系统，从空调机组(9)来的空气进入送风系统，经送风系统的送风主管道(1)进入，其特征在于：空气从送风支管(12)分流后再经多孔布风板(2)的孔隙流向建筑空间内，进入建筑空间内的空气形成均匀向下的束状层流(3)，如下雨一般，与建筑空间内产生的有害气体一并向下流入多孔地板(5)，经回风管道(6)进入空气处理系统，经空气处理系统处理后生成的洁净空气再进入送风系统，形成气流循环；当进入空气处理系统后，一旦化学物质探测器(7)探测到有毒化学成分，则化学消毒系统(8)启动，对空气中有害的化学物质进行消毒；化学消毒后的气体通过空调机组(9)进行初级过滤、混入新风并调节温度和湿度；之后经微生物颗粒过滤器(10)过滤，再经过紫外灯阵列(11)进行无差别灭菌，形成清洁空气。

4.根据权利要求3所述的建筑物大空间公共场所有害物质的防护方法，其特征在于：所述均匀向下的束状层流(3)的流速为0.015-0.03m/s。

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