到目前为止，人们都知道在建筑中循环室外空气比室内空气更安全。这一点在大流行中得到了证实。问题是，这并不划算。
这种情况可能很快就会改变。普渡大学的工程师们提出了一种将新型薄膜技术与最新的暖通空调系统相结合的系统，使100%的室外空气系统更节能，经济上更可行——特别是在温暖潮湿的气候中。他们表示，对于选择使用更安全室外空气的大型建筑来说，他们的系统可以节省高达66%的能源成本。
普渡大学此前的研究表明，暖通空调系统(采暖、通风和空调)是在办公楼、餐厅和飞机等室内环境中传播COVID等空气传播疾病的一个关键因素。
“大多数人没有意识到现代暖通空调系统的复杂性，”普渡大学赫里克工程学教授、高性能建筑中心(Center for High Performance Buildings at Purdue)主任詹姆斯·e·布劳恩(James E. Braun)说。“室内环境中有一个特定的湿度最佳点——40%到60%。如果再干一点，人们就会觉得不舒服;湿度越高，就有发霉和其他问题的风险。”
因此，简单地打开窗户并不是一个解决方案。
“如果引入室外空气，建筑物的湿度水平可能会剧烈波动。要在温度、湿度、人体舒适度和总成本之间保持正确的平衡，是一项难以置信的挑战。”
布劳恩说，在一个典型的暖通空调系统中，几乎40%的能源用于除湿空气。这使得室外空气的加热或冷却更加耗能和昂贵。
为了解决这个问题，布劳恩与大卫·沃辛格(David Warsinger)合作。大卫·沃辛格是机械工程助理教授，专门研究用薄膜过滤水和脱盐。他们提出了一种名为“活性膜能量交换器”的系统，该系统将专门的膜集成到暖通空调系统中，以减少除湿外部空气所需的能量。与目前的全室外空气系统相比，像医院这样的大型建筑使用这种系统可以减少66%的能源成本。
他们的研究发表在《应用能源》杂志上。
“膜是关键，”普渡大学机械工程专业的博士生、这篇论文的主要作者安德鲁·菲克斯(Andrew Fix)说。我们使用的薄膜是蒸汽选择性的，这意味着当施加压力差时，它们只允许水蒸气通过，但会阻挡空气。通过让空气通过这些薄膜，我们可以将水蒸气从空气中抽出，减少运行制冷循环的电机和压缩机的负载。”
为了评估该系统的有效性，研究小组使用了由太平洋西北国家实验室在不同气候条件下创建的医院计算机模型。医院是理想的测试平台，因为它们的室内环境很大，为了安全起见，通常需要在HVAC系统中有较高比例的室外空气。计算机模型显示，在使用活性膜系统的所有地点，能源使用量总体上有所减少。更炎热和潮湿的地方——坦帕、休斯顿和新奥尔良——显示出最大的节能效果。
“天气越热越潮湿，我们的系统工作得越好，”菲克斯说。“这是一个关键的发现，因为随着全球气候持续变暖，那些想要使用100%户外空气的地方现在将能够经济地负担得起。”
研究人员正在努力构建一个物理原型，以验证他们的计算机模型。但现在的问题不仅仅是节约能源。
“我认为COVID给我们所有人敲响了警钟，”菲克斯说。“建筑的冷暖不仅仅是温度和湿度的问题，它实际上可能是一个生死攸关的问题。希望这项工作能帮助我们所有的室内空间变得更安全。”
