空调通风系统的净化消毒
——同济大学刘燕敏教授在2011年11月18日论坛演讲
人们长期以来利用自然通风改善室内居住状态,保证了健康生活,积累了丰富的经验。20世纪初,开始采用机械通风的方法来改善室内空气环境。制冷空调系统的出现,为人们创造了不受天气影响的舒适空调环境。但空调带来的健康与耗能问题日益引起人们重视。
如何采用合理措施创造一种卫生、健康、舒适和充满活力的室内空气环境一直是人们追求目标。《上海市集中空调通风系统卫生管理办法》与《公共场所集中空调通风系统卫生规范》等法规的颁布对一般公共场所提出更高要求。
空调从诞生起以解决“人的生物污染”为目标;目前国外已解决了材料污染,改善室内空气品质下一个目标又是生物性污染;大多人居环境生物性污染指标超标,小粒径微粒超标;国外不仅对(微生物)致病,而且对(有机微粒)致敏提出了更高要求;针对不同场所、不同污染物,哪些空气净化措施最适宜?是靠消毒还是靠清洗?还是消除污染源?
解决空气品质问题,是解决空调通风系统污染源,关键是系统干与净。不积尘、不积水,易清洁,而不要依赖消毒;消毒disinfection词的本意是消除感染的手段,尤其对通风空调系统不要用化学、物理措施杀菌;杀菌措施有很多,但能安全、有效、经济地用于送风系统的技术不多;每一种技术均有优缺点,不可能解决所有污染物,只能针对特定污染物采用适宜的技术;要求送风新鲜、清洁,并非要求无菌。我们需要不滋菌的空调机组,而不是杀菌机组或无菌机组。公共场所集中空调通风系统卫生管理办法,第六条集中空调通风系统应当具备下列设施
(一)应急关闭回风和新风的装置
(二)控制空调系统分区域运行的装置
(三)空气净化消毒装置
(四)供风管系统清洗、消毒用的可开闭窗口
空气净化消毒装置:去除集中空调通风系统送风中颗粒物、气态污染物和微生物的装置。用于送风系统任何净化技术均离不开过滤;各种送风净化消毒技术原理均是对的,我们应该乐见其成。如:空气过滤器(非布袋除尘)、正电晕静电除尘(非负电晕静电除尘)、负离子(非臭氧消毒)、265nm无臭氧紫外线UVC(非185nm)、吸附(非化学吸收)、纳米光催化技术(低温等离子体?)等;关键在于市售产品现有的性能是否符合标准要求,如果是虚假广告,结果反而害了自身,教训太深了。
空气净化技术最基本、有效、经济的措施是空气过滤。对新风或回风过滤可以减少室内空气中的污染物,将经过滤后的空气分布到室内人员周围,是净化系统与室内最基本的手段;代表主流意见的各国通风空调标准或规范肯定了过滤技术,规定了相应的条文。在满足标准或规范的过滤器配置基础上,添加不产生负面效应的其他空气消毒装置当然是允许的,但不能替代;妖魔化过滤技术,片面夸大负面效应,不是科学态度。
如果没有空气过滤,就不能有效去除送风中尘埃和微生物,室内空气品质难以保障;系统内积尘、滋菌,易引起二次污染;系统中热交换器严重积灰堵塞,运行风量以及供冷/供热能力下降,无法保证空调效果。系统部件、传感器积尘、锈蚀,使用寿命缩短,影响风机运转效率,系统风量下降。积尘后系统非常难于清洗,且清洗费用高。空气过滤对通风空调系统的作用难以替代。
有必要了解抗菌空气过滤器的发展与要求
抗菌产品的要求非常高,不仅看其杀菌效果,更注重其是否造成污染。具有广谱杀菌作用,包括细菌、真菌、藻类、母菌、滤过性病毒等;杀灭细菌及其孢子,保证细菌不产生抗药性;具有持久的抗菌作用和杀菌效应;不会产生任何化学物质和挥发性气体。抗菌成分不是喷(或浸泡)在滤料表面,而是在滤料的生产过程中处理,使得在整个过滤器用期内都具有抗微生物效应。
紫外线应用有其局限,要注意影响紫外线消毒效果的因素:
紫外线辐射强度与照射时间长短、伴随臭氧量(在排风中可以采用高臭氧发生率的紫外线灯增加杀菌效果,在送风中只能用无臭氧,紫外线灯),过高或过低环境空气温度(建议20℃40℃)环境空气相对湿度过高(建议至少低于80%,有的文献要求低于70%)。
紫外线灯工作时间的长短是一个影响其辐照输出量和使用寿命的重要因素,必须记录紫外线灯实际照射时间,及时更换。紫外线消毒装置需要定期清洁、检查与更换,紫外线灯管积尘失效是我国目前最大问题。要防止意外破损。一旦发现破损,为防止灯管内,汞蒸气泄漏污染空气,须立即关闭空调机组,打开空调机组所有检修门,以及空调机所在机房的门窗,维持15分钟后才能进入并清理与更换。
紫外线灯工作时间的长短是一个影响其辐照输出量和使用寿命的重要因素,必须记录紫外线灯实际照射时间,及时更换。紫外线消毒装置需要定期清洁、检查与更换,紫外线灯管积尘失效是我国目前最大问题。要防止意外破损。一旦发现破损,为防止灯管内,汞蒸气泄漏污染空气,须立即关闭空调机组,打开空调机组所有检修门,以及空调机所在机房的门窗,维持15分钟后才能进入并清理与更换。
光催化空气净化进展。近年来,试图光催化技术与吸附技术结合在一起。一方面利用吸附剂对低浓度污染物,在光催化剂表面富集被吸附,从而可以显著改善光催化降解效果。另一方面光催化剂能够不断地将吸附的有机污染物分解为二氧化碳和水等,吸附剂的再生问题也就迎刃而解了。
静电除尘也是一项很好的净化技术。除尘关键因素:尘埃荷电率、驱进速度、高电压、负电晕、电晕稳定、电场强度高、集尘面积大、除尘效率高;.要求电晕极:起晕电压低、击穿电压高;电晕电流强流强;要求集尘极:板面场强与电流分布均匀、平行度和刚度易清灰防止二次扬尘和刚度、易清灰、防止二次扬尘。民用空调送风系统服务对象是人,特别要严格控制静电除尘装置臭氧和氮氧化物的发生,只能采用正电晕、低电压的装置。
空气负离子,对于一般室内污染物,也是目前改善室内空气品质的一项适宜的技术。负离子利用电效应凝并小微粒而沉降,降低小微粒对呼吸道影响,消除气味,降低病毒与细菌污染。近年来负离子技术日益进步,负离子发生量加大,消除了臭氧,稳定性加强,不仅应用在室内,而且推广到人流多的大空间场所。
分析各种空气净化消毒装置作用。
单区静电:采用高压电场形成电晕,产生自由电子和离子,因碰撞和吸附到尘菌上使其单区静电带电,在集尘极上沉积下来被除去。对较大颗粒和纤维效果差,会引起放电。优点是能清除尘菌而阻力小,缺点是清洗麻烦、费时,必须有前置过滤器,可能产生臭氧和氮氧化物,可形成二次污染消毒效率;消毒效率只有50%(某些产品测试只有20%左右)。
等离子:气体在加热或强电磁场作用下产生高度电离的电子云,其中活性自由基和射线对微生物有很强的广谱杀灭作用。无法去除尘粒。消毒效率达66.7%
苍术熏:中药效率68.20%
负离子:在电场、紫外、射线和水的撞击下使空气电离而
产生,可吸附尘粒等变成重离子而沉降,缺点是有二次扬尘,在空调系统中用处不大。效率估计73.40%
纳米光催化:在日光、紫外照射下,催化活性物质表面氧化分解挥发性有机蒸气或细菌,转化为CO2和水。要求被消毒空气必须与催化物质充分接触,要一定时间,随表面附尘效果大减,一定要有前置过滤器。紫外照射还产生臭氧。实验中甚至出现负值。消毒效率75%(某些产品测试结果只有30%几,甚至出现负值)
甲醛熏:化学药剂已宣布致癌7742%甲醛熏化学药剂,已宣布致癌效果77.42%
紫外照:应用于空调系统由于空气流速高,细菌受照剂量小,效果差,只能除菌不除尘,有臭氧发生。WHO、欧盟GMP都宣布其为通常不被接受的方法,更不能作最终灭菌。消毒效果82.90%。
电子灭菌灯:物理方法;达到效果85%
双区静电:电离极和集尘极分开;效果有90%(某些产品测试只有约60%)
臭氧:淡蓝色气体,较强氧化作用,其分解产生的氧原子可以氧化、穿透细菌细胞壁而杀死细菌。广谱杀菌但不能除尘,室内必须无人,损坏多种物品,对表面微生物作用小。对人的呼吸道有危害。报导不主张用。效果达91.82%
超低阻高中效过滤器:物理阻隔方法,常规风口上使用阻力仅10Pa上下,是粗效的1/3,但效率达高中效(对≥0.5μm微粒效率达70%~80%以上)重量轻,安装方便,无二次污染;效果在92%~98%
总之:保障送风质量在于系统保持干净,用于送风系统任何净化消毒技术均离不开过滤。每种技术原理均是对的,有的技术目前尚不完善,还需不断发展,我们应乐见其成完善,每种技术总有优点也有不足,关键要针对污染物特性选择合适的净化技术。实事求是地认识市售产品现有的性能,不应不切实际地扩大其利而盲目推广,也不要过分重视其弊而不采用。