空气基本知识

1空气净化的方式—化学方式—物理方式2空气净化的原理化学净化：紫外线灭菌灯化学方法就是净化装置产生一种特殊物质，与有害物体进行化学反应，从而达到净化空气的目的。常见的化学净化方法：双极离子空气净化器3几种常见的化学空气净化方法光触媒（也称作纳米光电离子涂层技术、纳米光催化技术、宽光谱紫外线与特种金属催化剂技术等等）紫外线臭氧发生器等离子发生器负离子发生器双极离子发生器4光触媒：也称作纳米光电离子涂层技术、纳米光催化技术、宽光谱紫外线与特种金属催化剂技术等触媒在化学中称为催化剂，它能降低化学反应所需的能量，缩短反应时间而本身却不发生变化。在化学中，这种由催化剂参与的反应一般需要有较高的温度，催化剂大多为稀有金属。光催化剂指在特定波长光源（例如：紫外线）作用下能在常温下参与催化反应的物质。二氧化钛（TiO2）即为一种典型的光催化剂物质。在特定波长光源紫外线作用下，光源的能量激发TiO2周围的分子产生活性极强的自由基。这些氧化能力极强的自由基几乎可以分解绝大部分有机物质与部分无机物质，形成对人体无害的CO2和H2O。自由基还能破坏细菌的细菌膜，使细胞质流失，进而氧化细胞核，而杀死细菌。5TiO2光催化剂能氧化空气中甲醛、VOC等有机物污染物、能氧化空气中SO2和NOx等无机污染物,也能氧化H2S和NH3等臭气物质.但这些实验均需以下条件:•必须有紫外线灯或其他光源照射;•反应容器容积小,一般为几十毫升到1~2L；•反应时间较长,一般为几个小时至几十个小时；•对微量的污染物难以有效。小结：如果要将TiO2光催化剂用于室内空气净化，那么一般实际空间的容积要比反应容器的容积大数万倍以上，室内空气中的甲醛等污染物氧化分解难以达到显著的程度，一些复杂的问题有待研究解决。6光触媒装置特点：（1）催化反应需要一定的反应时间，空调或空净器中，气体的流速一般为2~3m/s。如内置光催化材料，则可能进行光催化反应的时间仅为几个或几十个微秒。显然，进行催化反应的时间是远远不够的。（2）受空气中微尘的阻塞及污染，TiO2表面的活性将大幅下降。（3）氨、硫化氢氧化后会形成硝酸或硫酸，使TiO2的活性降低。（4）光催化剂的寿命在理论上是持续永久的。但由于上述原因及紫外线的寿命有限，实际上光催化的实际应用寿命仅为几百小时。几年前各种品牌曾泛滥成灾，但实际使用效果与原理描述的相去甚远，大部分企业已退出市场，或变换名称为：二氧化钛空气净化、纳米技术空气净化、光氢技术净化等等。7紫外线技术原理：紫外线是一种电磁波，波长范围为10—400nm。紫外线按波长通常分为长、中、短波三种：波长为380-320nm的长波紫外线简称为UVA，波长320-280nm的中波紫外线简称为UVB，波长短于280nm的短波紫外线简称为UVC。紫外线杀菌的波长范围是200-275nm，其中杀菌作用最强的波段是254nm左右，但对不同的微生物，强作用波段有些差别。紫外线的杀菌机制一般认为包括两个方面：（1）对核酸的作用；（2）对蛋白质的作用。8紫外线技术紫外线在医院用得比较多，但局限于对物体表面消毒，并非用于流动空气的消毒。1、紫外线对杀菌有一定的效果，但是它有一定的照射时间；一次通过的空气进行照射的消毒效果很低；2、紫外光对化学性污染和物理性污染没有什么效果，比如说对甲醛、对苯、对尘埃、对悬浮粒子都没有什么效果。3、紫外线灯辐射强度受灰尘与湿度影响较大。4、紫外光对眼睛和其他没有好处，眼睛容易受伤，所以紫外光有一定的作用，但有一定的局限性。5、紫外线灯辐射强度随时间衰减得较快；而且灯管寿命较短（国产管寿命只有2000小时，进口管4000小时）9影响紫外线效果的因素（1）温度和相对湿度（2）照射时间和照射剂量（3）物体表面状况和有机物的影响（4）灯管（5）电压（6）距离10•根据以上因素考虑：紫外线灯对一次通过气流中的微生物的消毒达到预期效果，我们可以作以下的分析：•已知：目前我国生产的H型高强度紫外线灯，单支3cm近距离照射时，辐射强度可以达到12000uW/cm²。•当中央空调管道中空气流速为2.5m/s时，设紫外线消毒装置的有效长度为0.6m，需要几支H型高强度紫外线灯？•紫外线有效照射时间仅为0.6m÷2.5m/s=0.24s。•按杀灭多种细菌和病毒时所需照射剂量10×104uW·s/cm²计算，则0.24s杀灭多种细菌和病毒时所需照射剂量为42×104uW/cm²，需要H型高强度紫外线灯为：42×104÷1.2×104=35支（处理风量为2160m³/h）•小结：从以上分析可知，在中央空调管道中气流速度较高情况下（2—3m/s），所需H型高强度紫外线灯约为35支。这样，由于初投资、安装空间与结构等原因，在操作时，实际将不可能实现。11臭氧净化法•臭氧：臭氧（ozone），化学分子式O3，是一种强氧化剂。臭氧具有广谱杀灭微生物的功能，杀菌速度比氯快300—600倍。臭氧是一个非常好的强氧化剂，1840年德国人发现的，一直用到现在，在水方面用得比较多，在空气方面应用比较少。•臭氧是非常好，但浓度高，对人体是有害的。所以，世界上对它做了一个规定，美国FDA食品管理局规定室内空气里的标准是0.04PPM，不要超过这个标准。世界卫生组织是0.05PPM，我们国家根据我们的实际情况，我们卫生部定的是0.2mg/m3或0.05PPM，在这个范围内是安全的。•高浓度的臭氧对办公设备及建筑物有一定的腐蚀作用。低于这个水平是没有害的，实际上室外空气还是有臭氧的，你这个浓度要控制住，不可以过高。关键是浓度的控制。12臭氧的特点•影响臭氧空气杀菌消毒的主要因素有：•空气的湿度和温度；•悬浮有机颗粒物；•臭氧本身的作用浓度。臭氧空气杀菌消毒的优点为：•臭氧可以扩散到室内每一个角落，没有死角。•消毒所需时间很短，杀菌的作用是即刻完成的。•臭氧会还原成氧气，在环境中不存在残留物。13臭氧空气消毒的缺点（1）在相对湿度较低的情况下，清毒效果受到很大影响。臭氧空气消毒的一般条件为：相对湿度≥70%，不得低于50%，最好在85%左右。（2）臭氧空气浓度应为4~6mg/m3,消毒时间应60min。该浓度为室内空气质量标准限值的25~37.5倍。因此臭氧空气消毒不能在有人的情况下进行。如在工厂车间，臭氧消毒时必须停产。（3）臭氧消毒后，室内的臭氧的半衰期为30min左右，因此不能马上进入臭氧消毒的房间。（4）臭氧对金属有腐蚀作用，对橡胶和塑料有加速老化的作用，对精密仪器的计算机及金属机械结构也会有氧化作用。小结：公共场所为有人环境，在停止开放的情况下采用臭氧对中央空调通风系统进行消毒的可能性不大。臭氧没有去除可吸入颗粒物的作用，也无法进行动态消毒。臭氧在医院有人环境下的消毒已被其他先进的方法所代替。预计公共场所中央空调通风系统使用臭氧消毒的可能性极小。14等离子采用电子辐照或高能放电可以使空气中的正负离子及大量的自由电子处于激发状态，从而获得巨大的能量。等离子体就是这种高能量激发状态离子群的统称。高能离子与周围的气体相碰撞，将气体分子激活，产生多种自由基。这些活性自由基能对有害气体产生催化氧化、分解等化学反应。等离子体可以用于切割金属、制作大规模集成电路、特种材料的表面处理等。也有采用等离子体进行医疗器械的灭菌。国际上尚未有采用等离子装置净化空调系统的研究报道。我国空调市场上宣传的所谓的等离子技术实际上是一种静电除尘技术，根本不是等离子技术。15等离子•“在常规的静电除尘装置上加上脉冲电压就成为等离子技术，且区别于静电除尘技术”，其实这是对等离子技术的误解。变通的静电除尘装置中也有等离子发生，只不过等离子区域比较小，脉冲高压代替直流高压仅仅扩大了一些等离子区域，其产生的等离子尚不足对高速通过气流中的有害气体进行实质上地分解。等离子的概念是在一个空腔内要充满等离子体，这在流动的气流中是很难实现的。•小结：在工业试验上，等离子反应器对空气中的有害气体例如甲醛、氨、苯等有一定的降解作用，但成传统的吸附吸收相比，在净化效率、性价比等方面还相差甚远。而且能耗极大，易产生氮氧化物等附加有害物质。等离子反应器要成为室内空气净化的商业产品尚有很大的差距。16负离子净化•大气中的气体分子在受到外力的作用时，会因为产生电离而失去或者得到电子，失去电子的为正离子，得到电子的为负离子。宇宙射线、紫外线辐射、瀑布、喷泉或者海浪的冲击，都可能产生空气离子。•在繁华的城市中，空气中的尘埃粒子大量吸附了空气离子，空气中的负离子数量急剧减少。装有空调设备的室内，由于室内空气在空调机的作用下反复多次循环，负离子消失殆尽，相反室内空气中的正离子会明显增多。•负离子根据原理来讲，对空气净化有一定的作用，主要是两个：一个是可以吸附空气中的尘埃，把微小的粒子吸附以后，可以使它们飘到墙壁上，因为它可以接受大量的颗粒物，这是它的优点。就像我们的电视机屏幕，经常有灰，也是一种吸附的粒子。17负离子净化负离子其寿命很短，并且不洁空气会进一步使其浓度降低。负离子在空气中的存在只是昙花一现，是转瞬即逝的。负离子虽然可改善肺功能，给人一种相对清新的感觉，但对污染物它是一筹莫展的。小结：室内空气中负离子浓度太高，对于健康的人来说，不但无益，而且可能产生负面作用。安装中央空调的室内，由于室内空气多次循环通过金属的风管，室内的负离子丧失殆尽，相反空气中的正离子浓度会升高。当室内空气中的相对湿度≤45%时，塑料、纤维等物体的体积电阻率会增大，空气中的正离子能积聚在这些物体的表面，形成静电，而且很难消除。静电积聚到一定程度，如有外界的因素，会引起放电。人的皮肤是呈负电性的，当碰到带正电的物体后，就会产生静电放电现象。室内静电积聚，会影响人的健康，也可能损坏电脑等电子产品。因而通风系统不易采用负离子发生器。18双极离子发生器•双离子群发生器是一种双极式电离系统。它根据电晕放电原理，采用正、负电极分别电离空气，产生大量正、负离子，并将正、负离子身空气中释放。这些正、负离子以空气中的水蒸气为载体，飞向室内各个角落，这些离子群一旦与空气中的细菌、病毒、有害气体碰撞就会生成活性物质OH自由基，这些OH自由基能破坏细菌的细胞膜，抑制或干扰微生物活性，降解TVOC气体，并在中和时有一个能量释放的过程。双离子群技术对空气在微生物的杀灭和气味去除有着十分明显的作用，因此被认为是一种新型的净化技术。19双极离子特点:•双离子群在空气中均匀分布，使空气总体不显示电性；•双离子群的除菌消毒机理基于电击生物原理，不会使细菌产生耐药性；双离子群净化技术消毒具有广谱性，对于多种细菌等微生物杀灭作用很显著；•双离子群净化技术可以在有人场合连续使用，而且速效、高效、简单易行、安全可靠，从而克服了传统的紫外线等消毒方法不能与人共处的缺点；•双离子除菌消毒技术可以在空气环境里进行，因此可以代替净化器内部的电场、紫外线等除菌消毒部件，从而可以缩小净化器的体积，降低净化器的成本；•双离子不需要依靠动力就可以通过布朗运动在室内扩散到每个角落，因此可以在净化器风机不运行的情况下进行连续消毒净化，可以在ICU等需要安静的环境里进行静音式消毒净化。小结：国外已有商业上的产品，将双离子群技术应用与空气净化器、空调与冰箱。这是一项很有发展前途的空气净化消毒与表面消毒技术。缺点是无法有效去除尘埃。20PassThroughofBioaerosols0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%ABCDEFUV/FiltrationCombination%PassThroughDeadLiveUVFilter过滤器APremiumEAC静电BPremiumMediafilter介质CEntry-LevelEAC静电DEntry-LevelMediafilter介质ESecondWindNoneFEclipseNone各种类型的UV+过滤器的细菌通过比较21静电吸附类物理吸附类化学消除类ABCDEF1h19%15%15%12%12%19%12h