中央空調(diào)空氣凈化系統(tǒng)研究

中央空調(diào)空氣凈化系統(tǒng)研究

  一、室內(nèi)空氣常見的問題

隨著社會的發(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(shè)計中已經(jīng)廣泛使用中央空調(diào)系統(tǒng)，并且不斷提高室內(nèi)裝修標(biāo)準(zhǔn)。

由于中央空調(diào)系統(tǒng)和大量裝修材料的使用，引起了建筑物存在室內(nèi)微環(huán)境的空氣品質(zhì)(IAQ)問題，這些建筑物絕大多數(shù)會因IAQ問題而引發(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)過敏癥)等疾病，嚴(yán)重危害人體健康與工作效率。這些問題主要存在三個方面：

1、揮發(fā)性有機氣體污染

室內(nèi)揮發(fā)性有機物VOC（Votatile Organic Compound）是指室溫下飽和蒸汽壓超過了133.32pa的有機物，其沸點在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(fù)合板、人造板、家具涂層、辦公用具）、辦公設(shè)備、廚房油煙、吸煙、粘合劑、清潔劑等等。

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

我國的建筑和裝修市場中，人們十分重視成本和視覺效果，而往往忽視健康和舒適性因素，造成嚴(yán)重的室內(nèi)環(huán)境問題。其主要原因是：

（1）室內(nèi)裝修采用過多的合成材料、涂料；

（2）缺乏實用的建筑和裝飾材料 VOC的檢測標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范；

（3）為了防塵、隔音或空調(diào)采暖節(jié)能，門窗過于嚴(yán)密，新風(fēng)量小甚至沒有新風(fēng)；

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

2、病菌病毒問題

空氣中的細(xì)菌和病毒蔓延具有快速、廣泛、無形及無孔不入等特點，是人們最難以防范的。細(xì)菌、真菌、病毒主要來自于活性微生物，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(yù)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。 可通過吸入感染的疾病有：傳染水痘與帶狀皰疹、傳染性單核細(xì)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(nèi)瑞拉出血熱、SAHS、類非典、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(jié)核病、炭疽、軍團(tuán)病、肺炎衣原體病、H1N1等等。

3、可吸入顆粒物問題

普通空調(diào)系統(tǒng)的過濾網(wǎng)對直徑20μm以下顆粒物無能為力，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(nèi)。研究表明，小于2.5μm的顆粒物則可深達(dá)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(tǒng)疾病及心血管疾病。

    二、中央空調(diào)對室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響

中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)對于室內(nèi)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(dǎo)和加重空氣污染物的形成和發(fā)展，造成不良的室內(nèi)空氣品質(zhì)。美國環(huán)保局、丹麥技術(shù)大學(xué)等機構(gòu)在美國和歐洲的調(diào)查結(jié)果表明，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由于長期運行、清潔不當(dāng)?shù)仍颍斐墒覂?nèi)空氣污染來自于中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的占42%-53%。

從衛(wèi)生學(xué)角度來講，空調(diào)系統(tǒng)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。空調(diào)系統(tǒng)不僅要保證熱舒適，更重要的是保證人體健康，以犧牲健康為代價的熱舒適是不足取的。

1、空調(diào)系統(tǒng)二次污染

空調(diào)系統(tǒng)的二次污染是由于空調(diào)系統(tǒng)自身問題如盤管、凝水盤、水封、加濕器、長期處于高濕度下的空氣過濾器等所引起的局部積塵和高濕度（一次污染），或建筑結(jié)構(gòu)與材料吸潮積塵導(dǎo)致細(xì)菌大量繁殖，產(chǎn)生大量有害的代謝物，如氣味、毒素、過敏物質(zhì)(如細(xì)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，使人過敏，危害健康。對人的危害不亞于活的細(xì)菌，而且更難于控制，甚至引起交叉污染。

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

（1）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備用材

（2）加濕器、冷卻盤管表面凝水

許多空調(diào)系統(tǒng)啟動后，室內(nèi)細(xì)菌濃度與臭味反而增加。這是因為在熱交換盤管、肋片及周邊部分上由于水分凝結(jié)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(yǎng)分，對空調(diào)系統(tǒng)又未能進(jìn)行及時的檢修與清理，導(dǎo)致盤管積垢，空氣處理器內(nèi)細(xì)菌與微生物叢生。空調(diào)開啟時，這些微生物及其繁殖時所生成的氣體就會被釋放出來，對環(huán)境造成污染。

2、空調(diào)系統(tǒng)是室內(nèi)空氣污染物的傳輸途徑

空調(diào)系統(tǒng)運行管理與維護(hù)不良、過濾裝置過于簡單、過濾效率不足乃至于低下，都影響著室內(nèi)空氣品質(zhì)及人體的舒適性。控制并改善空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的污染現(xiàn)狀，有利于降低污染物通過風(fēng)系統(tǒng)交叉污染的概率，減少系統(tǒng)內(nèi)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(wèi)生安全的隱患，進(jìn)一步改善并提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。

（1）空調(diào)系統(tǒng)將室外污染物傳輸至室內(nèi)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國大氣污染嚴(yán)重，尤其是在重型工業(yè)城市。大氣污染物主要來源于燃燒的燃料、生產(chǎn)、交通運輸?shù)裙I(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(nèi)?？照{(diào)系統(tǒng)實際上起著污染物傳輸途徑的作用。

（2）空調(diào)系統(tǒng)引起的交叉污染

分區(qū)不當(dāng)是引起空調(diào)系統(tǒng)傳輸污染物的另一個途徑，其原因是來自不同空調(diào)區(qū)域的空氣回流后在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部混合并重新分配到各空調(diào)區(qū)域。盡管空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，會充分考慮各區(qū)域的功能和可能產(chǎn)生的污染物類型，但是，在建筑物的實際使用過程中，其用途或室內(nèi)設(shè)施會不斷變化。例如，辦公場所添置的計算機、復(fù)印機和打印機等現(xiàn)代辦公設(shè)備會成為室內(nèi)新的污染源，來自這些辦公場所的回流空氣與其他空調(diào)房間的回流空氣混合并重新分配會引起其他空調(diào)區(qū)域的室內(nèi)污染。此外，煙草煙霧也是主要的交叉污染源。隨著建筑物的演變和空間功能的變化，分區(qū)不當(dāng)引起的問題愈發(fā)突出。

    三、國家對空氣質(zhì)量的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

為了控制室內(nèi)空氣污染，切實提高我國的室內(nèi)空氣質(zhì)量，在借鑒國外相關(guān)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的實際情況，參考國內(nèi)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，國家先后制定并頒布了GB18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，GB/T 18202-2000《 室內(nèi)空氣中臭氧衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和GB 3095-2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

我國室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

    四、中央空調(diào)系統(tǒng)凈化方式分類與特點：

由于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是室內(nèi)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(tǒng)的設(shè)計中從直觀上看是簡單可行的，提高空氣過濾器效率，加強管理是減少中央空調(diào)系統(tǒng)最有效的措施，也是提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的最有效手段。目前國內(nèi)部分公共建筑空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)安裝空氣凈化裝置，對防止有害物質(zhì)在通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的交叉?zhèn)鞑ゴ笥幸嫣?。室?nèi)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，針對不同污染源，中央空調(diào)系統(tǒng)凈化方式也不同。

1、針對室內(nèi)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(nèi)裝修材料中散發(fā)出來的，存在于室內(nèi)各個角落。

中央空調(diào)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，而不是像普通過濾器那樣機械地清除雜質(zhì)。

2、針對室內(nèi)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(diào)的以下幾個部位：

空氣中流動的病毒病菌：主要附著在空氣中的粉塵顆粒物上；

空調(diào)通風(fēng)管路中的病毒病菌：主要附沉積、附著在風(fēng)管內(nèi)壁上；

空調(diào)盤管上的病毒病菌：主要滋生在空調(diào)換熱設(shè)備的換熱盤管上。

中央空調(diào)凈化方式主要有四種：

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

紫外線主要是通過對微生物(細(xì)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(dá)到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導(dǎo)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(fù)制，這種紫外線損傷也是致死性損傷。C波段紫外線（UVC）的波長范圍是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的最強峰在253～254nm之間，因此253.7nm的紫外線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)過濾器：電子除塵器（或介質(zhì)過濾器）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(nèi)空氣物理污染源的凈化方式

現(xiàn)代樓宇的可吸入顆粒物來源主要是空調(diào)系統(tǒng)采集的新風(fēng)和門窗的漏風(fēng)，而且近幾年來，室外空氣中的可吸入顆粒物含量嚴(yán)重超標(biāo)，而且呈現(xiàn)逐步上升的趨勢。通過處理新風(fēng)中的可吸入顆粒物，可解決室內(nèi)的可吸入顆粒物絕大部分問題。

中央空調(diào)凈化方式主要有兩種：

使用介質(zhì)式過濾器：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，粒子與纖維材料表面間的引力使它粘在纖維材料上，達(dá)到過濾的目的。

采用靜電除塵器：利用靜電力（庫侖力）實現(xiàn)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(dá)到F6~F8級凈化（中效）過濾(視設(shè)計處理風(fēng)速)。

    五、中央空調(diào)系統(tǒng)PM2.5凈化設(shè)備配置及運行維護(hù)

PM2.5是指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)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間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的危害極大。

目前市場上針對PM2.5凈化設(shè)備種類繁多，配置于中央空調(diào)系統(tǒng)凈化設(shè)備主要有高壓靜電除塵設(shè)備和傳統(tǒng)的粗中高效過濾器，回風(fēng)箱式復(fù)合凈化器。也有獨立于中央空調(diào)系統(tǒng)的吊頂嵌入式凈化器、暗藏式復(fù)合凈化器、移動式凈化器等空氣凈化器。

1、高壓靜電除塵設(shè)備：

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

2、空氣過濾器

空氣過濾器是通過多孔過濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以凈化的設(shè)備?？諝膺^濾器按過濾效率分為粗中高。粗效過濾器的濾料一般為無紡布、金屬絲網(wǎng)、玻璃絲、尼龍網(wǎng)等，中效過濾器的濾料主要有玻璃纖維、中細(xì)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。高效過濾器其濾料為超細(xì)玻璃纖維濾紙，孔隙非常小。

3、回風(fēng)箱式復(fù)合凈化器

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

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

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

2、選擇過濾器時要考慮阻力和容塵量：袋式中效過濾器和高效過濾器比靜電除塵器阻力要大很多。例如靜電過濾器的初、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(shè)備要考慮產(chǎn)品對臭氧發(fā)生量的控制。室內(nèi)空氣中含過多的臭氧會對人體產(chǎn)生傷害。

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

5、空氣凈化監(jiān)控系統(tǒng)要完善。

（1）操作站：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問

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

（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(tǒng)的重要裝置。它一方面通過以太網(wǎng)與操作站及其他網(wǎng)絡(luò)控制器聯(lián)系，另一方面通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與分布在建筑物各處的現(xiàn)場控制器通訊；    

（3）現(xiàn)場控制器：群測、群控設(shè)備

空氣品質(zhì)傳感器和空氣凈化殺菌設(shè)備連接到相應(yīng)的現(xiàn)場控制器。現(xiàn)場控制器對本區(qū)域室內(nèi)空氣品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行采集，并對空氣污染治理裝置進(jìn)行智能調(diào)控；在現(xiàn)場控制器可以通過小型人機界面查看本地空氣品質(zhì)參數(shù)。

（4）設(shè)備層：感知設(shè)備和污染處理裝置。

設(shè)備層是整個系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，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(diào)系統(tǒng)PM2.5凈化設(shè)備的運行維護(hù)

一般情況下，當(dāng)粗效過濾器的終阻力為初阻力的2倍時，應(yīng)進(jìn)行清洗或更換。根據(jù)經(jīng)驗在北京春季、冬季清洗時間2-3周一次，夏季、秋季一月一次，具體情況根據(jù)實際運行情況決定。過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。粗效過濾器一般清洗3次后要更換，這樣能延長中效過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(jù)經(jīng)驗在北京春季、冬季清洗時間每月一次，夏季、秋季兩月一次，也可根據(jù)現(xiàn)場實際使用情況確定清洗周期，使用靜電除塵設(shè)備上的清洗指示燈有助于建立定期的維護(hù)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，沖洗時注意保護(hù)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(jié)語