家用空調(diào)的新風(fēng)引入與室內(nèi)污染

1、家用空調(diào)的新風(fēng)引入與室內(nèi)微生物污染西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 溫玉杰 唐中華 段莉摘要本文主要簡(jiǎn)要介紹了家庭居住環(huán)境的污染特點(diǎn)，以及家用空調(diào)新風(fēng)引入的方式。著重討論了不同的新風(fēng)引入方式下對(duì)室內(nèi)微生物污染物分布特性的影響。同時(shí)介紹了目前主要的生物污染物控制技術(shù)，分析其在家用空調(diào)系統(tǒng)使用的可行性。關(guān)鍵詞家居環(huán)境 空調(diào)新風(fēng) 微生物 控制技術(shù)Taking out-air in home used air-condition with influence to Microorganismpollution in roomsSouthwest University of Science and Techn

2、ology，Mianyang，Sichuan Province，ChinaWenyujie，Tangzhonghua，DuanliAbstractThis article main simply introduces the polluting characters in home environment and the importing fresh air modes for mini-splited air condition. Above this, it discusses the infection for the microorganism pollution distribut

3、ionin using different importing mode of fresh air. At the same time, it introduces some main method for controlling microorganism pollution and analyses the feasibility for using all that methods in mini-splited air condition for home using.Keywordshome environment, fresh air in air condition, micro

4、organism, controlling technology0 序言人的一生中90%以上的時(shí)間都是在室內(nèi)度過(guò)的，尤其是自家的家居環(huán)境中1。然而長(zhǎng)久以來(lái)，人們往往只注意到了室內(nèi)的各種物理參數(shù)，比如溫度、濕度、氣流速度等。近年來(lái)室內(nèi)的物理化學(xué)性的污染物水平引起了人們的重視，但對(duì)人的生體健康有著重要影響的生物類(lèi)污染物，尤其是微生物污染物且沒(méi)有引起人們足夠的重視，單純的加大新風(fēng)量，并不能有效地對(duì)微生物污染物進(jìn)行控制，而且可能引起污染物在居住小區(qū)的更大范圍擴(kuò)散。掌握微生物污染物與新風(fēng)引入的關(guān)系，選擇合適的新風(fēng)方式和恰當(dāng)?shù)目刂萍夹g(shù)，是有效的提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的途徑。1 家居環(huán)境微生物污染1.1 室內(nèi)微生

5、物的種類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)中的微生物的分類(lèi)方法有許多種。按照其生物學(xué)上的特性可分為：真菌、細(xì)菌、病毒2。病毒一般個(gè)體大小在0.020.3，適宜生活在2560,對(duì)堿性環(huán)境較敏感，常見(jiàn)的有甲肝病毒、乙肝病毒、SARS病毒等。細(xì)菌一般個(gè)體大小在0.53.0，適宜的生活溫度為2560，一般生活在中型和偏堿性環(huán)境，常見(jiàn)的包括革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌、革蘭氏陰性細(xì)菌、炭疽菌、大腸桿菌等。真菌一般個(gè)體大小在210，適宜生活溫度為2337，一般生活在酸性環(huán)境中，常見(jiàn)的包括酵母菌等。在空調(diào)環(huán)境中，這三種微生物往往是共存的，形成了一個(gè)獨(dú)特的生物鏈。而且由于其生殖作用，往往是除了成體外，還有大量的芽孢存在，還有其代謝物，這些都是危害人

6、體健康的重要因素，為治理微生物污染增加了難度。在這其中有代表性的高危險(xiǎn)性微生物見(jiàn)表1。1.2 室內(nèi)污染物的來(lái)源室內(nèi)空氣中微生物一般是由塵土飛揚(yáng)將塵土中微生物帶到空氣中，水滴飛濺將其中微生物帶到空氣中，人和動(dòng)物干燥脫落物、呼吸道、口腔內(nèi)含微生物分泌物通過(guò)咳嗽、吐痰、打噴嚏等方式飛到空氣中。表1 室內(nèi)空調(diào)環(huán)境下的高危險(xiǎn)性微生物3名稱(chēng)治病類(lèi)型傳播方式冠狀病毒嚴(yán)重急性呼吸綜合癥近距離飛沫傳播、呼吸道傳播以及接觸傳播等炭疽桿狀菌炭疽熱通過(guò)皮膚接觸、攝入或吸入感染耶爾森氏鼠疫桿菌瘟疫通過(guò)飛沫、氣溶膠傳播天花病毒天花通過(guò)呼吸排出的大小飛沫傳播HVAC系統(tǒng)中微生物主要來(lái)源于室外、室內(nèi)以及HVAC系統(tǒng)，下面分別

7、進(jìn)行討論。這就決定了空調(diào)環(huán)境下室內(nèi)微生物污染主要來(lái)自三個(gè)方面4。)室外微生物污染源5這部分污染物是由空調(diào)系統(tǒng)中的新風(fēng)系統(tǒng)引入的。由于微生物多附著在微粒上傳播，因此由室外所引入微生物的量與環(huán)境衛(wèi)生狀況、綠化程度、塵埃顆粒多寡及大小以及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的過(guò)濾設(shè)備性能有關(guān)。)室內(nèi)微生物污染源室內(nèi)環(huán)境本身存在著各種污染源，使用家用分體空調(diào)時(shí)，室內(nèi)污染源可能通過(guò)回風(fēng)影響到空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的不同房間或區(qū)域。)家用空調(diào)機(jī)組本身產(chǎn)生的微生物污染源家用的分體空調(diào)的室內(nèi)機(jī)組部分，在夏季長(zhǎng)期處于濕工況下工作，而且可以維持一個(gè)穩(wěn)定而且適宜的溫度、濕度環(huán)境，這都為微生物的滋生提供了良好的環(huán)境。如果有新風(fēng)系統(tǒng)的家用空調(diào)，室外的新風(fēng)

8、在通過(guò)室內(nèi)換熱器時(shí)也會(huì)被污染，同時(shí)將微生物污染擴(kuò)散到更大的范圍。特別是換熱器中的凝結(jié)水接水盤(pán)清洗不夠產(chǎn)生較多的生物污染。2 家用空調(diào)的新風(fēng)引入在家用空調(diào)的環(huán)境中，加入新風(fēng)系統(tǒng)，選擇合適的新風(fēng)量，都是減少室內(nèi)微生物污染的最有效和經(jīng)濟(jì)的方法。家用空調(diào)的新風(fēng)引入主要包括直接引入，經(jīng)過(guò)能量回收裝置后引入。直接引入時(shí)，可以分為自然通風(fēng)的方式引入和即席通風(fēng)的方式引入。在自然通風(fēng)時(shí)，主要是通過(guò)打開(kāi)門(mén)窗，或者是定期打開(kāi)門(mén)窗進(jìn)行通風(fēng)換氣，還可以裝門(mén)開(kāi)設(shè)新風(fēng)引入的窗口。新風(fēng)引入時(shí)，一般可選擇在室內(nèi)換熱器前進(jìn)行混合，還可以在換熱器后部與室內(nèi)的回風(fēng)進(jìn)行混和。考慮到衛(wèi)生性的要求，大多選擇引入的新風(fēng)和室內(nèi)的回風(fēng)在室內(nèi)機(jī)組

9、的換熱器的后端進(jìn)行混合（圖a）。經(jīng)過(guò)排風(fēng)和室外新風(fēng)的能量交換，再讓新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)。新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)可以使其只經(jīng)過(guò)一次顯熱交換（圖b），還可以使新風(fēng)通過(guò)一次顯熱交換器后再經(jīng)過(guò)室內(nèi)機(jī)組的換熱器，最后被送入室內(nèi)，相應(yīng)的室內(nèi)的排風(fēng)也可以先經(jīng)過(guò)一次顯熱交換器在進(jìn)入室外機(jī)組換熱器，而后排放室外（圖d）6。還可以不設(shè)置一次顯熱交換器，使新風(fēng)直接進(jìn)入室內(nèi)機(jī)組的換熱器，進(jìn)入室內(nèi)；室內(nèi)的排風(fēng)直接進(jìn)入室外機(jī)組的換熱器，而后排到室外（圖c）。3 空調(diào)新風(fēng)引入方式對(duì)室內(nèi)微生物污染影響空氣中充滿(mǎn)了各種各樣的微生物，室內(nèi)的各種物體表面都充滿(mǎn)了微生物。而空調(diào)的新風(fēng)主要影響的是家居環(huán)境中的空氣環(huán)境中的微生物分布。大多數(shù)致病的微生物不

10、是單獨(dú)存在于室內(nèi)的空氣中的，而是寄居在懸浮于空氣中的塵埃上的，要有效地控制微生物污染，就要有效地控制室內(nèi)空氣的含塵濃度，并了解在不同的粒徑范圍的不同種類(lèi)的微生物的分布情況?？照{(diào)的新風(fēng)引入方式與室內(nèi)的可吸入顆粒物濃度的關(guān)系。在分析前，我們做一下假設(shè)：（1）顆粒對(duì)湍流的影響忽略不計(jì)，這是因?yàn)榻ㄖh(huán)境內(nèi)的顆粒體積分?jǐn)?shù)足夠小，因此其沉降速度對(duì)湍流的影響也足夠小7；（2）不考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中顆粒由于碰撞、凝聚引起的粒徑變化；（3）氣溶膠混合物密度差引起的質(zhì)量力忽略不計(jì)，因?yàn)橄啾葴夭钜鸬馁|(zhì)量力而言，該力足夠小。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)不同的新風(fēng)送入方式時(shí)，其室內(nèi)的污染物情況見(jiàn)表28表2 不同新風(fēng)方式下的污染物水平新風(fēng)方

11、式室內(nèi)換氣次數(shù)空調(diào)送風(fēng)速度空調(diào)送風(fēng)溫度送風(fēng)病毒顆粒濃度h-1m/s置換方式50.11130混合方式51.2615.10穿堂風(fēng)50.13200病毒顆粒粒徑為1(冠狀病毒顆粒大小為0.080.12，但由于顆粒的附著作用,通常是以約1的顆粒形態(tài)存在)。發(fā)生源假設(shè)為靠近西墻的人(記為“”)，發(fā)生量為0.077/。由于上述3個(gè)工況中的穿堂風(fēng)工況中顆粒發(fā)生源靠近出風(fēng)口(門(mén))，為區(qū)分不同的顆粒產(chǎn)生源位置的影響，對(duì)于穿堂風(fēng)工況還附加計(jì)算了一個(gè)工況,即假設(shè)顆粒產(chǎn)生源為靠近東墻的人(記為“”)，發(fā)生量仍然為0.077/。在表2中用“穿堂風(fēng)+”工況表示。對(duì)于顆粒產(chǎn)生源在同一位置的3個(gè)工況，穿堂風(fēng)依靠面積較大的房門(mén)排

12、風(fēng)，且塵源距離房門(mén)比較近，病毒顆?？梢员容^方便地排出室外。因此在這3種工況下，穿堂風(fēng)房間內(nèi)的顆粒物濃度最低2?？偠灾?，當(dāng)顆粒污染源在房間內(nèi)比較低的位置時(shí)，置換通風(fēng)容易將污染物攜帶到高處從而可能對(duì)人的健康造成不利影響;混合通風(fēng)的回流區(qū)比較大，如果病毒顆粒產(chǎn)生源恰好在回流區(qū)內(nèi)，將會(huì)提高回流區(qū)內(nèi)的顆粒濃度；穿堂風(fēng)房間內(nèi)空氣流動(dòng)近似直流，因此對(duì)顆粒的及時(shí)排出比較有利。而且，當(dāng)顆粒產(chǎn)生源靠近排風(fēng)口(下風(fēng)向)時(shí)，室內(nèi)病毒顆粒濃度可以保持較低的水平。不同粒徑的顆粒物的微生物分布特性，有待于進(jìn)一步研究。4 家居環(huán)境的微生物污染的控制4.1 控制微生物污染的主要方法隨著對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境尤其是空調(diào)環(huán)境中的空氣品質(zhì)

13、的高度重視，以前被用于特殊領(lǐng)域的殺滅微生物的方法及其工藝經(jīng)過(guò)改進(jìn)后被應(yīng)用于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中。比如說(shuō)，化學(xué)藥劑除菌，紫外線殺菌等。常用的主要包括自然通風(fēng)、過(guò)濾吸附、臭氧消毒、臭氧殺菌、紫外線（UVC）消毒技術(shù)等。4.2 其他的新方法4.2.1 基于光催化技術(shù)的等離子體空氣過(guò)濾器殺菌空氣過(guò)濾器有效的結(jié)合了靜電除塵器和光催化技術(shù)，并且加入了等離子體效應(yīng)，使其不僅擁有很好的除塵性，還有比較好的凈化有機(jī)污染和殺菌的效果。利用凈化器中的靜電除塵器的正電極產(chǎn)生的等離子體效應(yīng)激發(fā)光觸媒的光催化作用，綜合了除塵、殺菌和光催化治理VOC的作用。以普通的辦公室作為測(cè)試場(chǎng)所，研究這種凈化器的殺菌效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沉

14、降菌檢測(cè)方面該凈化器在工作15分鐘后有明顯的殺菌作用，30分鐘后菌落數(shù)基本穩(wěn)定；在浮游菌檢測(cè)方面也得到了很好的結(jié)果證明該凈化器有很好的殺菌效果，從而驗(yàn)證了其殺菌的高效性、廣普性和快速性14。加入等離子技術(shù)的光催化凈化器有很好的殺菌效果和實(shí)用性，具有快速，高效和廣普等優(yōu)點(diǎn)，適合在家庭、辦公室、小型會(huì)議室中使用。這項(xiàng)技術(shù)是可行的，值得繼續(xù)深入研究，以便為人類(lèi)的生活提供更好的生活條件。4.2.2 活性炭纖維吸附過(guò)濾除菌活性炭纖維(Activated Carbon Fiber，縮寫(xiě)ACF)是上世紀(jì)70年代后在活性炭基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新型炭材料, 活性炭纖維比表面積大，微孔豐富,孔徑小而均勻，吸附量大，吸附速

15、度快，再生容易，工藝靈活性大(可制成紗、布、氈和紙等制品)，不易粉化和沉降。活性炭纖維不僅吸附量大，且有吸附速度快、脫附速度快、對(duì)低濃度吸附有很好的吸附能力、吸附層薄等優(yōu)點(diǎn)15。由于大氣中的微生物一般不以單體存在，通常是附著在顆粒物上，稱(chēng)為帶菌粒子?；钚蕴坷w維的特性時(shí)期對(duì)空氣中的懸浮顆粒物有著極強(qiáng)的吸附作用，因而對(duì)微生物及細(xì)菌也有良好的吸附能力，例如對(duì)大腸桿菌的吸附率可達(dá)94%99%。4.2.3 正負(fù)離子群強(qiáng)力殺菌通過(guò)離子發(fā)生器高壓放電，將水分子分解成正負(fù)離子。由于水分子被包裹，形成正負(fù)離子群，然后以水分子為載體，在空氣中到處浮游的正負(fù)離子群遇到細(xì)菌、霉菌、病毒等有害物質(zhì)，就能立即將其包圍和隔

16、離。然后，正負(fù)離子群中性能最活躍的氫氧根離子與這些有害物質(zhì)進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，最后將它們徹底分解成水分子等無(wú)害物。4.2.4 歐姆殺菌通電殺菌的機(jī)理?yè)?jù)初步探討有兩方面的原因：一方面由于通電加熱致使溫度升高而滅菌，另一方面是因?yàn)樵谕姷膬呻姌O間的菌體細(xì)胞由于受到所加電場(chǎng)的作用導(dǎo)致菌體細(xì)胞膜的破壞而滅菌。通電滅菌可將液狀食品中的大腸桿菌、酵母菌、芽孢桿菌殺滅。對(duì)于一些難以殺死的微生物，可通過(guò)高壓通電殺菌，即在通電加熱裝置置于一定壓力的惰性氣體中，來(lái)提高殺菌效果16。通電殺菌的一大優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)營(yíng)養(yǎng)物如維生素等的破壞較小。通電加熱器能處理高顆粒密度、高粘度的食品物料，有利用使停留時(shí)間分布減至最小。4.2

17、.5 光催化殺菌1014光催化的原理是TiO2在受到陽(yáng)光或熒光燈的紫外線照射后，內(nèi)部電子空穴對(duì)激勵(lì)，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化分解能力的活性氫氧（羥）基原子團(tuán)。在光和氧或水的存在下可降解幾乎所有的附著在氧化鈦表面的各種有機(jī)物如氫化物、氮氧化物、硫化物、氯化物。伴隨著納米技術(shù)的發(fā)展，解決了TiO2的光催化效率低下的難題，使其在廢水處理，建筑涂料，食品保鮮，除臭等領(lǐng)域都得到了極大的應(yīng)用推廣。納米TiO2光催化劑具以下優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)氧化分解能力，具有滅菌，自清潔，抗霉，耐溫和抗腐蝕功能；環(huán)保，不產(chǎn)生二次污染。在空調(diào)系統(tǒng)中增加光催化凈化段對(duì)控制室內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物，細(xì)菌等空氣污染物將起到一定的作用。需注意的問(wèn)題是增加消毒

18、段對(duì)原空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)造成的影響應(yīng)在允許范圍；二是納米TiO2光催化劑除塵殺菌效力的持久性或穩(wěn)定性的驗(yàn)證。4.3 可行性分析家居環(huán)境不同于其他環(huán)境，控制微生物污染的方法必須安全可靠，不能對(duì)人的生體健康造成傷害，而且還要達(dá)到預(yù)期的控制效果。為了盡量不增加設(shè)備，可以考慮將新風(fēng)引入設(shè)備和空氣凈化裝置和空調(diào)器合為一體，主要是在對(duì)新風(fēng)和室內(nèi)的回風(fēng)進(jìn)行過(guò)濾的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行凈化殺菌。目前的家用空調(diào)器所采用的一些殺菌技術(shù)，在工藝的實(shí)現(xiàn)上是存在著缺陷，要想達(dá)到預(yù)期的殺菌效果，必須是被凈化的空氣與殺菌介質(zhì)達(dá)到一定的接觸時(shí)間，但家用空調(diào)器普遍達(dá)不到這一要求。在這里我們首先可以排出的是使用化學(xué)藥劑，這種方法對(duì)人體存在著傷

19、害，而且有殘留，并在室內(nèi)局部聚集。另外就是使用紫外線殺菌，如上所述，室內(nèi)的回風(fēng)和室外的新風(fēng)在機(jī)組的內(nèi)部停留的時(shí)間過(guò)短，達(dá)不到殺菌的目的?？梢钥紤]將活性碳纖維與靜電場(chǎng)除塵器相結(jié)合，將活性碳纖維置于電場(chǎng)中，一方面活性碳纖維可作為放電極，增加對(duì)空氣中懸浮塵粒的吸附能力，同時(shí)也可以為其進(jìn)行脫附；另一方面，在活性碳纖維的微孔中電場(chǎng)作用下可對(duì)附著于塵粒上的微生物進(jìn)行殺滅。在典型的一次回風(fēng)系統(tǒng)中，可在回風(fēng)管路和新風(fēng)管路上，兩臺(tái)機(jī)組可交替工作，一臺(tái)工作，另外一臺(tái)進(jìn)行脫附。另外是二氧化鈦的光催化殺菌，同樣是一種適于小型化應(yīng)用于家用空調(diào)機(jī)組的。可以在室內(nèi)機(jī)組的換熱器的表面噴涂二氧化鈦活性涂料，由于氣體在換熱器停留

20、得時(shí)間最長(zhǎng)，這樣在不影響換熱效果的基礎(chǔ)上達(dá)到了殺菌的目的。5 結(jié)論在目前的情況下，更實(shí)際也更經(jīng)濟(jì)的做法是改進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，減少微生物的污染。及時(shí)處理機(jī)組的過(guò)濾器，防止被過(guò)濾器攔截下來(lái)的帶有致病微生物的灰塵再次進(jìn)入系統(tǒng)和空調(diào)房間。如何有效控制室內(nèi)生物污染將是該領(lǐng)域長(zhǎng)期的重要研究課題。室內(nèi)生物污染的防治是一個(gè)多學(xué)科交叉的研究方向，涉及暖通空調(diào)、生物、環(huán)境、材料、化學(xué)等學(xué)科，其中有大量的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題需要深入研究。隨著研究的深入,一些新方法將會(huì)問(wèn)世，一些切實(shí)有效的防治室內(nèi)生物污染的方法將會(huì)在工程中獲得廣泛應(yīng)用，同時(shí)一些似是而非的方法將會(huì)被摒棄。參考文獻(xiàn)1 安光義. 人居環(huán)境學(xué). 第一版. 北京

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