中央空調空氣凈化系統研究

中央空調空氣凈化系統研究

  一、室內空氣常見(jiàn)的問(wèn)題

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，人們對人居環(huán)境舒適性的要求逐步提高。在公共建筑物設計中已經(jīng)廣泛使用中央空調系統，并且不斷提高室內裝修標準。

由于中央空調系統和大量裝修材料的使用，引起了建筑物存在室內微環(huán)境的空氣品質(zhì)(IAQ)問(wèn)題，這些建筑物絕大多數會(huì )因IAQ問(wèn)題而引發(fā)SBS ( Sick Building Syndrome, 病態(tài)建筑綜合癥)、及MCS ( Multiple Chemical Sensitivity, 多發(fā)性化學(xué)物質(zhì)過(guò)敏癥)等疾病，嚴重危害人體健康與工作效率。這些問(wèn)題主要存在三個(gè)方面：

1、揮發(fā)性有機氣體污染

室內揮發(fā)性有機物VOC（Votatile Organic Compound）是指室溫下飽和蒸汽壓超過(guò)了133.32pa的有機物，其沸點(diǎn)在50℃至250℃，在常溫下可以蒸發(fā)的形式存在于空氣中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會(huì )影響皮膚和黏膜，對人體產(chǎn)生急性損害。VOC的主要成分有：甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氯仿等多種有毒化學(xué)物質(zhì)。

揮發(fā)性有機物的主要產(chǎn)生途徑：建筑裝修（建筑涂料、地毯、膠墊、復合板、人造板、家具涂層、辦公用具）、辦公設備、廚房油煙、吸煙、粘合劑、清潔劑等等。

建筑中的VOC主要來(lái)源于建筑材料和裝飾材料超標，由于它們具有很大的表面積，而且長(cháng)期暴露在室內空氣中，是室內的主要污染源，建筑材料中的VOC在歐美越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

我國的建筑和裝修市場(chǎng)中，人們十分重視成本和視覺(jué)效果，而往往忽視健康和舒適性因素，造成嚴重的室內環(huán)境問(wèn)題。其主要原因是：

（1）室內裝修采用過(guò)多的合成材料、涂料；

（2）缺乏實(shí)用的建筑和裝飾材料 VOC的檢測標準和技術(shù)規范；

（3）為了防塵、隔音或空調采暖節能，門(mén)窗過(guò)于嚴密，新風(fēng)量小甚至沒(méi)有新風(fēng)；

（4）劣質(zhì)建筑材料或裝飾材料流人市場(chǎng)，引起 VOC超標。

2、病菌病毒問(wèn)題

空氣中的細菌和病毒蔓延具有快速、廣泛、無(wú)形及無(wú)孔不入等特點(diǎn)，是人們最難以防范的。細菌、真菌、病毒主要來(lái)自于活性微生物，包括帶菌人員的交叉感染。它們主要的傳播途徑有空氣、水和接觸等，其中空氣傳染是預防難度最大的傳播途徑。病原體存在于飛沫、飛沫核或煙塵中，經(jīng)空氣傳播的疾病。病人或攜帶者咳嗽、噴嚏，使病原體隨飛沫噴出，飛沫蒸發(fā)形成飛沫核，痰或大的飛沫沉落于地面，干燥后隨塵埃飛揚，易感者吸入帶有病原體的飛沫、飛沫核或塵埃就可能發(fā)病。 可通過(guò)吸入感染的疾病有：傳染水痘與帶狀皰疹、傳染性單核細胞增多癥、人輪狀病毒感染、風(fēng)疹、流感、流行性膽腺、麻疹、流行性出血熱、微小病毒B19感染、埃博拉出血熱、拉沙熱、巴西出血熱、委內瑞拉出血熱、SAHS、類(lèi)非典、手足口?。滤_奇病毒）、猩紅熱、流行性腦脊髓炎、白喉、百日咳、鼠疫、結核病、炭疽、軍團病、肺炎衣原體病、H1N1等等。

3、可吸入顆粒物問(wèn)題

普通空調系統的過(guò)濾網(wǎng)對直徑20μm以下顆粒物無(wú)能為力，但可吸入顆粒物的直徑越小危害越大。直徑在10μm以下的可進(jìn)入下呼吸道，5μm以下的可進(jìn)入呼吸道深處的肺泡內。研究表明，小于2.5μm的顆粒物則可深達肺泡并沉積，進(jìn)而進(jìn)入血液循環(huán)，國外大量流行病學(xué)研究資料提示，顆粒物濃度的上升與疾病的發(fā)病率、死亡率關(guān)系密切，尤其是呼吸系統疾病及心血管疾病。

    二、中央空調對室內空氣質(zhì)量的影響

中央空調通風(fēng)系統對于室內空氣質(zhì)量是一把雙刃劍，一方面具有積極意義，在于可以排除或稀釋各種空氣污染物。另一方面的消極作用在于它可以產(chǎn)生、誘導和加重空氣污染物的形成和發(fā)展，造成不良的室內空氣品質(zhì)。美國環(huán)保局、丹麥技術(shù)大學(xué)等機構在美國和歐洲的調查結果表明，空調通風(fēng)系統由于長(cháng)期運行、清潔不當等原因，造成室內空氣污染來(lái)自于中央空調通風(fēng)系統的占42%-53%。

從衛生學(xué)角度來(lái)講，空調系統常常是病菌病毒滋生與繁殖的溫床，是傳染病交叉感染與傳播的渠道?？照{系統不僅要保證熱舒適，更重要的是保證人體健康，以犧牲健康為代價(jià)的熱舒適是不足取的。

1、空調系統二次污染

空調系統的二次污染是由于空調系統自身問(wèn)題如盤(pán)管、凝水盤(pán)、水封、加濕器、長(cháng)期處于高濕度下的空氣過(guò)濾器等所引起的局部積塵和高濕度（一次污染），或建筑結構與材料吸潮積塵導致細菌大量繁殖，產(chǎn)生大量有害的代謝物，如氣味、毒素、過(guò)敏物質(zhì)(如細胞膜、碎屑、分泌物)及尸體，大大降低了空氣品質(zhì)的可接受性，使人過(guò)敏，危害健康。對人的危害不亞于活的細菌，而且更難于控制，甚至引起交叉污染。

 作為污染源的空調系統主要通過(guò)以下幾種方式產(chǎn)生空氣污染物。

（1）空調系統設備用材

（2）加濕器、冷卻盤(pán)管表面凝水

許多空調系統啟動(dòng)后，室內細菌濃度與臭味反而增加。這是因為在熱交換盤(pán)管、肋片及周邊部分上由于水分凝結而形成的濕潤環(huán)境，成為適合微生物繁殖的溫床，而由新風(fēng)帶入的塵埃不但攜帶了微生物，還為微生物的繁殖提供了不可或缺的養分，對空調系統又未能進(jìn)行及時(shí)的檢修與清理，導致盤(pán)管積垢，空氣處理器內細菌與微生物叢生?？照{開(kāi)啟時(shí)，這些微生物及其繁殖時(shí)所生成的氣體就會(huì )被釋放出來(lái)，對環(huán)境造成污染。

2、空調系統是室內空氣污染物的傳輸途徑

空調系統運行管理與維護不良、過(guò)濾裝置過(guò)于簡(jiǎn)單、過(guò)濾效率不足乃至于低下，都影響著(zhù)室內空氣品質(zhì)及人體的舒適性?？刂撇⒏纳瓶照{通風(fēng)系統的污染現狀，有利于降低污染物通過(guò)風(fēng)系統交叉污染的概率，減少系統內病菌滋生，進(jìn)而減少空氣傳播性疾病的滋生，降低其對人們身體衛生安全的隱患，進(jìn)一步改善并提高室內空氣品質(zhì)。

（1）空調系統將室外污染物傳輸至室內

隨著(zhù)工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國大氣污染嚴重，尤其是在重型工業(yè)城市。大氣污染物主要來(lái)源于燃燒的燃料、生產(chǎn)、交通運輸等工業(yè)污染物，如微生物、粉塵、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、可吸人顆粒物以及部分植物的花粉等。這些污染物通常借助于通風(fēng)換氣和滲透而進(jìn)人室內?？照{系統實(shí)際上起著(zhù)污染物傳輸途徑的作用。

（2）空調系統引起的交叉污染

分區不當是引起空調系統傳輸污染物的另一個(gè)途徑，其原因是來(lái)自不同空調區域的空氣回流后在空調系統內部混合并重新分配到各空調區域。盡管空調系統設計時(shí)，會(huì )充分考慮各區域的功能和可能產(chǎn)生的污染物類(lèi)型，但是，在建筑物的實(shí)際使用過(guò)程中，其用途或室內設施會(huì )不斷變化。例如，辦公場(chǎng)所添置的計算機、復印機和打印機等現代辦公設備會(huì )成為室內新的污染源，來(lái)自這些辦公場(chǎng)所的回流空氣與其他空調房間的回流空氣混合并重新分配會(huì )引起其他空調區域的室內污染。此外，煙草煙霧也是主要的交叉污染源。隨著(zhù)建筑物的演變和空間功能的變化，分區不當引起的問(wèn)題愈發(fā)突出。

    三、國家對空氣質(zhì)量的現行標準

為了控制室內空氣污染，切實(shí)提高我國的室內空氣質(zhì)量，在借鑒國外相關(guān)指標、標準的基礎上，結合我國的實(shí)際情況，參考國內現有的標準，國家先后制定并頒布了GB18883-2002《室內空氣質(zhì)量標準》，GB/T 18202-2000《 室內空氣中臭氧衛生標準》和GB 3095-2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》。

我國室內空氣質(zhì)量標準

    四、中央空調系統凈化方式分類(lèi)與特點(diǎn)：

由于空調通風(fēng)系統是室內空氣污染物的主要傳播途徑，因此將凈化技術(shù)引入HVAC系統的設計中從直觀(guān)上看是簡(jiǎn)單可行的，提高空氣過(guò)濾器效率，加強管理是減少中央空調系統最有效的措施，也是提高室內空氣品質(zhì)的最有效手段。目前國內部分公共建筑空調系統內空調系統安裝空氣凈化裝置，對防止有害物質(zhì)在通風(fēng)系統內的交叉傳播大有益處。室內空氣污染源主要分為化學(xué)污染、物理污染、生物污染三大類(lèi)，針對不同污染源，中央空調系統凈化方式也不同。

1、針對室內空氣化學(xué)污染源的凈化方式

揮發(fā)性有機物主要是由建筑材料和室內裝修材料中散發(fā)出來(lái)的，存在于室內各個(gè)角落。

中央空調凈化方式主要有三種：

光觸媒氧化：光觸媒在光的照射下產(chǎn)生的OH羥自由基氧化能力極強，可將苯、甲醛等有機污染物氧化分解為CO₂、N₂和H₂O等無(wú)機物，徹底消除揮發(fā)性有機物的毒性；

臭氧分解：臭氧將有機物質(zhì)例如甲醛等高分子氣體及微生物在輻射及臭氧的氧化作用下均分解成H₂O、CO₂、N₂、O₂等無(wú)害物質(zhì)；

活性炭吸附：利用活性炭有選擇性地吸附有害氣體分子，而不是像普通過(guò)濾器那樣機械地清除雜質(zhì)。

2、針對室內空氣生物污染源的凈化方式

建筑物中的病毒、病菌主要存在建筑物和中央空調的以下幾個(gè)部位：

空氣中流動(dòng)的病毒病菌：主要附著(zhù)在空氣中的粉塵顆粒物上；

空調通風(fēng)管路中的病毒病菌：主要附沉積、附著(zhù)在風(fēng)管內壁上；

空調盤(pán)管上的病毒病菌：主要滋生在空調換熱設備的換熱盤(pán)管上。

中央空調凈化方式主要有四種：

紫外線(xiàn)凈化殺菌：利用紫外線(xiàn)輻射將冷凝盤(pán)管和積水盤(pán)、風(fēng)管和流動(dòng)空氣中的病菌病毒殺滅。

紫外線(xiàn)主要是通過(guò)對微生物(細菌、病毒、芽孢等病原體) 的輻射損傷和破壞核酸的功能殺滅微生物，從而達到消毒的目的。紫外線(xiàn)對核酸的作用可導致微生物鍵和鏈的斷裂、股間交聯(lián)和形成光化產(chǎn)物等，從而改變了DNA的生物活性，使微生物自身不能復制，這種紫外線(xiàn)損傷也是致死性損傷。C波段紫外線(xiàn)（UVC）的波長(cháng)范圍是280～200nm，病菌與病毒中的脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸（RNA）和核蛋白吸收紫外線(xiàn)的最強峰在253～254nm之間，因此253.7nm的紫外線(xiàn)能夠最高效的殺滅微生物。

臭氧凈化殺菌：利用臭氧的強氧化性氧化病毒病菌的蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)，殺滅病毒病菌；

光觸媒凈化殺菌：利用光源照射下的觸媒材料所分解產(chǎn)生的氧化能力極強的單原子氧（O）和羥基（OH），它在游離時(shí)的能量在瞬間產(chǎn)生強力的氧化作用，而進(jìn)行殺菌、消毒、解毒工作。

靜電除塵器或介質(zhì)過(guò)濾器：電子除塵器（或介質(zhì)過(guò)濾器）可以把大部分的灰塵和氣溶膠電離并將灰塵和氣溶膠聚集并清除，對附著(zhù)在灰塵和氣溶膠上的病菌病毒有良好的殺滅作用。

3、針對室內空氣物理污染源的凈化方式

現代樓宇的可吸入顆粒物來(lái)源主要是空調系統采集的新風(fēng)和門(mén)窗的漏風(fēng)，而且近幾年來(lái)，室外空氣中的可吸入顆粒物含量嚴重超標，而且呈現逐步上升的趨勢。通過(guò)處理新風(fēng)中的可吸入顆粒物，可解決室內的可吸入顆粒物絕大部分問(wèn)題。

中央空調凈化方式主要有兩種：

使用介質(zhì)式過(guò)濾器：利用纖維材料對空氣中粉塵顆粒進(jìn)行攔截?？諝庵械膲m埃粒子撞到纖維材料時(shí)，粒子與纖維材料表面間的引力使它粘在纖維材料上，達到過(guò)濾的目的。

采用靜電除塵器：利用靜電力（庫侖力）實(shí)現粒子（固體和液體粒子）與氣流分離的技術(shù)，將新風(fēng)中的灰塵和氣溶膠電離并聚集清除，成功的將新風(fēng)中的可吸入顆粒物清除出去，能夠達到F6~F8級凈化（中效）過(guò)濾(視設計處理風(fēng)速)。

    五、中央空調系統PM2.5凈化設備配置及運行維護

PM2.5是指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，PM2.5粒徑小，比表面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長(cháng)、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的危害極大。

目前市場(chǎng)上針對PM2.5凈化設備種類(lèi)繁多，配置于中央空調系統凈化設備主要有高壓靜電除塵設備和傳統的粗中高效過(guò)濾器，回風(fēng)箱式復合凈化器。也有獨立于中央空調系統的吊頂嵌入式凈化器、暗藏式復合凈化器、移動(dòng)式凈化器等空氣凈化器。

1、高壓靜電除塵設備：

安裝于新風(fēng)機組，空調機組內或機組的進(jìn)風(fēng)口上。由多個(gè)靜電過(guò)濾模塊，以最大布滿(mǎn)的方式在過(guò)濾段內進(jìn)行組合拼裝，形成完整的過(guò)濾面，高效過(guò)濾氣流中可吸附顆粒物，降低室內顆粒物濃度。同時(shí)，有效控制風(fēng)管系統中灰塵的累積，對空調菌有一定的抑制作用，與空調機組聯(lián)動(dòng)控制。

2、空氣過(guò)濾器

空氣過(guò)濾器是通過(guò)多孔過(guò)濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以?xún)艋脑O備?？諝膺^(guò)濾器按過(guò)濾效率分為粗中高。粗效過(guò)濾器的濾料一般為無(wú)紡布、金屬絲網(wǎng)、玻璃絲、尼龍網(wǎng)等，中效過(guò)濾器的濾料主要有玻璃纖維、中細孔聚乙烯泡沫塑料和由滌綸、丙綸、腈綸等制成的合成纖維氈。高效過(guò)濾器其濾料為超細玻璃纖維濾紙，孔隙非常小。

3、回風(fēng)箱式復合凈化器

安裝于多聯(lián)機室內機、風(fēng)機盤(pán)管回風(fēng)管，利用內循環(huán)裝置高換氣次數的特點(diǎn)，對室內空氣中PM2.5及其它污染物不間斷的循環(huán)凈化，殺滅附著(zhù)在懸浮污染物上的病菌、微生物；通過(guò)循環(huán)風(fēng)作用反復凈化室內甲醛、笨、TVOC污染物。

為提高PM2.5的凈化效率和凈化設備的使用壽命，對中央空調系統凈化設備選用和配置要考慮：

1、合理確定各級過(guò)濾器效率：一般情況下,最末級過(guò)濾器決定送風(fēng)的潔凈程度，上游各級過(guò)濾器保護下風(fēng)端過(guò)濾器以延長(cháng)使用壽命和清洗時(shí)間。例如靜電除塵前要用G3以上初效過(guò)濾器保護。

2、選擇過(guò)濾器時(shí)要考慮阻力和容塵量：袋式中效過(guò)濾器和高效過(guò)濾器比靜電除塵器阻力要大很多。例如靜電過(guò)濾器的初、終阻力基本在20Pa～30Pa之間變化，變化幅度約10Pa。袋式中效過(guò)濾器初阻力約為80Pa，終阻力約為160Pa～240Pa，其最小變化幅度約為80Pa，最大變化幅度約為160Pa。

3、高壓靜電除塵設備要考慮產(chǎn)品對臭氧發(fā)生量的控制。室內空氣中含過(guò)多的臭氧會(huì )對人體產(chǎn)生傷害。

4、安裝雙層靜電除塵器PM2.5凈化率可達95%。靜電除塵器安裝位置可在機組內或新風(fēng)入口處。

5、空氣凈化監控系統要完善。

（1）操作站：實(shí)現網(wǎng)絡(luò )遠程訪(fǎng)問(wèn)

操作站是數據管理級綜合服務(wù)平臺，對建筑物室內空氣及環(huán)境數據進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)布。操作站建立有數據庫，存儲全局性空氣品質(zhì)歷史數據；授權人員可查看全局空氣品質(zhì)參數。

（2）網(wǎng)絡(luò )控制器：群測、群控總控級管理。

網(wǎng)絡(luò )控制器是智能系統的重要裝置。它一方面通過(guò)以太網(wǎng)與操作站及其他網(wǎng)絡(luò )控制器聯(lián)系，另一方面通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與分布在建筑物各處的現場(chǎng)控制器通訊；    

（3）現場(chǎng)控制器：群測、群控設備

空氣品質(zhì)傳感器和空氣凈化殺菌設備連接到相應的現場(chǎng)控制器?，F場(chǎng)控制器對本區域室內空氣品質(zhì)參數進(jìn)行采集，并對空氣污染治理裝置進(jìn)行智能調控；在現場(chǎng)控制器可以通過(guò)小型人機界面查看本地空氣品質(zhì)參數。

（4）設備層：感知設備和污染處理裝置。

設備層是整個(gè)系統的設備基礎，包括空氣品質(zhì)傳感器和空氣凈化殺菌裝置組成。

6、中央空調系統PM2.5凈化設備的運行維護

一般情況下，當粗效過(guò)濾器的終阻力為初阻力的2倍時(shí)，應進(jìn)行清洗或更換。根據經(jīng)驗在北京春季、冬季清洗時(shí)間2-3周一次，夏季、秋季一月一次，具體情況根據實(shí)際運行情況決定。過(guò)濾器可用小功率吸塵器清除表面灰塵，或直接用清水和少許中性洗滌劑清洗。粗效過(guò)濾器一般清洗3次后要更換，這樣能延長(cháng)中效過(guò)濾器或靜電除塵器的壽命。

為保證電子空氣凈化機的最佳運行效果，電子單元必須定期進(jìn)行清潔，根據經(jīng)驗在北京春季、冬季清洗時(shí)間每月一次，夏季、秋季兩月一次，也可根據現場(chǎng)實(shí)際使用情況確定清洗周期，使用靜電除塵設備上的清洗指示燈有助于建立定期的維護與清潔。

電子單元可采用清水兌適量中性清洗劑，手持水槍沖洗壓力為0.1~0.2Mpa，沖洗時(shí)注意保護電子單元，電子單元的電離絲、集塵板不得發(fā)生斷裂、變形等。用一小塊濕的棉布擦拭電離線(xiàn)及電子單元末端的電源接觸板。沖洗完成后，將電子單元置于通風(fēng)處干燥后，即可重新使用。

六、結語(yǔ)