中央空调空气净化系统研究

中央空调空气净化系统研究

  一、室内空气常见的问题

随着社会的发展，人们对人居环境舒适性的要求逐步提高。在公共建筑物设计中已经广泛使用中央空调系统，并且不断提高室内装修标准。

由于中央空调系统和大量装修材料的使用，引起了建筑物存在室内微环境的空气品质(IAQ)问题，这些建筑物绝大多数会因IAQ问题而引发SBS ( Sick Building Syndrome, 病态建筑综合症)、及MCS ( Multiple Chemical Sensitivity, 多发性化学物质过敏症)等疾病，严重危害人体健康与工作效率。这些问题主要存在三个方面：

1、挥发性有机气体污染

室内挥发性有机物VOC（Votatile Organic Compound）是指室温下饱和蒸汽压超过了133.32pa的有机物，其沸点在50℃至250℃，在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。VOC的主要成分有：甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氯仿等多种有毒化学物质。

挥发性有机物的主要产生途径：建筑装修（建筑涂料、地毯、胶垫、复合板、人造板、家具涂层、办公用具）、办公设备、厨房油烟、吸烟、粘合剂、清洁剂等等。

建筑中的VOC主要来源于建筑材料和装饰材料超标，由于它们具有很大的表面积，而且长期暴露在室内空气中，是室内的主要污染源，建筑材料中的VOC在欧美越来越受到人们的关注。

我国的建筑和装修市场中，人们十分重视成本和视觉效果，而往往忽视健康和舒适性因素，造成严重的室内环境问题。其主要原因是：

（1）室内装修采用过多的合成材料、涂料；

（2）缺乏实用的建筑和装饰材料 VOC的检测标准和技术规范；

（3）为了防尘、隔音或空调采暖节能，门窗过于严密，新风量小甚至没有新风；

（4）劣质建筑材料或装饰材料流人市场，引起 VOC超标。

2、病菌病毒问题

空气中的细菌和病毒蔓延具有快速、广泛、无形及无孔不入等特点，是人们最难以防范的。细菌、真菌、病毒主要来自于活性微生物，包括带菌人员的交叉感染。它们主要的传播途径有空气、水和接触等，其中空气传染是预防难度最大的传播途径。病原体存在于飞沫、飞沫核或烟尘中，经空气传播的疾病。病人或携带者咳嗽、喷嚏，使病原体随飞沫喷出，飞沫蒸发形成飞沫核，痰或大的飞沫沉落于地面，干燥后随尘埃飞扬，易感者吸入带有病原体的飞沫、飞沫核或尘埃就可能发病。 可通过吸入感染的疾病有：传染水痘与带状疱疹、传染性单核细胞增多症、人轮状病毒感染、风疹、流感、流行性胆腺、麻疹、流行性出血热、微小病毒B19感染、埃博拉出血热、拉沙热、巴西出血热、委内瑞拉出血热、SAHS、类非典、手足口病（柯萨奇病毒）、猩红热、流行性脑脊髓炎、白喉、百日咳、鼠疫、结核病、炭疽、军团病、肺炎衣原体病、H1N1等等。

3、可吸入颗粒物问题

普通空调系统的过滤网对直径20μm以下颗粒物无能为力，但可吸入颗粒物的直径越小危害越大。直径在10μm以下的可进入下呼吸道，5μm以下的可进入呼吸道深处的肺泡内。研究表明，小于2.5μm的颗粒物则可深达肺泡并沉积，进而进入血液循环，国外大量流行病学研究资料提示，颗粒物浓度的上升与疾病的发病率、死亡率关系密切，尤其是呼吸系统疾病及心血管疾病。

    二、中央空调对室内空气质量的影响

中央空调通风系统对于室内空气质量是一把双刃剑，一方面具有积极意义，在于可以排除或稀释各种空气污染物。另一方面的消极作用在于它可以产生、诱导和加重空气污染物的形成和发展，造成不良的室内空气品质。美国环保局、丹麦技术大学等机构在美国和欧洲的调查结果表明，空调通风系统由于长期运行、清洁不当等原因，造成室内空气污染来自于中央空调通风系统的占42%-53%。

从卫生学角度来讲，空调系统常常是病菌病毒滋生与繁殖的温床，是传染病交叉感染与传播的渠道。空调系统不仅要保证热舒适，更重要的是保证人体健康，以牺牲健康为代价的热舒适是不足取的。

1、空调系统二次污染

空调系统的二次污染是由于空调系统自身问题如盘管、凝水盘、水封、加湿器、长期处于高湿度下的空气过滤器等所引起的局部积尘和高湿度（一次污染），或建筑结构与材料吸潮积尘导致细菌大量繁殖，产生大量有害的代谢物，如气味、毒素、过敏物质(如细胞膜、碎屑、分泌物)及尸体，大大降低了空气品质的可接受性，使人过敏，危害健康。对人的危害不亚于活的细菌，而且更难于控制，甚至引起交叉污染。

 作为污染源的空调系统主要通过以下几种方式产生空气污染物。

（1）空调系统设备用材

（2）加湿器、冷却盘管表面凝水

许多空调系统启动后，室内细菌浓度与臭味反而增加。这是因为在热交换盘管、肋片及周边部分上由于水分凝结而形成的湿润环境，成为适合微生物繁殖的温床，而由新风带入的尘埃不但携带了微生物，还为微生物的繁殖提供了不可或缺的养分，对空调系统又未能进行及时的检修与清理，导致盘管积垢，空气处理器内细菌与微生物丛生。空调开启时，这些微生物及其繁殖时所生成的气体就会被释放出来，对环境造成污染。

2、空调系统是室内空气污染物的传输途径

空调系统运行管理与维护不良、过滤装置过于简单、过滤效率不足乃至于低下，都影响着室内空气品质及人体的舒适性。控制并改善空调通风系统的污染现状，有利于降低污染物通过风系统交叉污染的概率，减少系统内病菌滋生，进而减少空气传播性疾病的滋生，降低其对人们身体卫生安全的隐患，进一步改善并提高室内空气品质。

（1）空调系统将室外污染物传输至室内

随着工业化进程的加快，我国大气污染严重，尤其是在重型工业城市。大气污染物主要来源于燃烧的燃料、生产、交通运输等工业污染物，如微生物、粉尘、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、可吸人颗粒物以及部分植物的花粉等。这些污染物通常借助于通风换气和渗透而进人室内。空调系统实际上起着污染物传输途径的作用。

（2）空调系统引起的交叉污染

分区不当是引起空调系统传输污染物的另一个途径，其原因是来自不同空调区域的空气回流后在空调系统内部混合并重新分配到各空调区域。尽管空调系统设计时，会充分考虑各区域的功能和可能产生的污染物类型，但是，在建筑物的实际使用过程中，其用途或室内设施会不断变化。例如，办公场所添置的计算机、复印机和打印机等现代办公设备会成为室内新的污染源，来自这些办公场所的回流空气与其他空调房间的回流空气混合并重新分配会引起其他空调区域的室内污染。此外，烟草烟雾也是主要的交叉污染源。随着建筑物的演变和空间功能的变化，分区不当引起的问题愈发突出。

    三、国家对空气质量的现行标准

为了控制室内空气污染，切实提高我国的室内空气质量，在借鉴国外相关指标、标准的基础上，结合我国的实际情况，参考国内现有的标准，国家先后制定并颁布了GB18883-2002《室内空气质量标准》，GB/T 18202-2000《 室内空气中臭氧卫生标准》和GB 3095-2012 《环境空气质量标准》。

我国室内空气质量标准

    四、中央空调系统净化方式分类与特点：

由于空调通风系统是室内空气污染物的主要传播途径，因此将净化技术引入HVAC系统的设计中从直观上看是简单可行的，提高空气过滤器效率，加强管理是减少中央空调系统最有效的措施，也是提高室内空气品质的最有效手段。目前国内部分公共建筑空调系统内空调系统安装空气净化装置，对防止有害物质在通风系统内的交叉传播大有益处。室内空气污染源主要分为化学污染、物理污染、生物污染三大类，针对不同污染源，中央空调系统净化方式也不同。

1、针对室内空气化学污染源的净化方式

挥发性有机物主要是由建筑材料和室内装修材料中散发出来的，存在于室内各个角落。

中央空调净化方式主要有三种：

光触媒氧化：光触媒在光的照射下产生的OH羟自由基氧化能力极强，可将苯、甲醛等有机污染物氧化分解为CO₂、N₂和H₂O等无机物，彻底消除挥发性有机物的毒性；

臭氧分解：臭氧将有机物质例如甲醛等高分子气体及微生物在辐射及臭氧的氧化作用下均分解成H₂O、CO₂、N₂、O₂等无害物质；

活性炭吸附：利用活性炭有选择性地吸附有害气体分子，而不是像普通过滤器那样机械地清除杂质。

2、针对室内空气生物污染源的净化方式

建筑物中的病毒、病菌主要存在建筑物和中央空调的以下几个部位：

空气中流动的病毒病菌：主要附着在空气中的粉尘颗粒物上；

空调通风管路中的病毒病菌：主要附沉积、附着在风管内壁上；

空调盘管上的病毒病菌：主要滋生在空调换热设备的换热盘管上。

中央空调净化方式主要有四种：

紫外线净化杀菌：利用紫外线辐射将冷凝盘管和积水盘、风管和流动空气中的病菌病毒杀灭。

紫外线主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体) 的辐射损伤和破坏核酸的功能杀灭微生物，从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致微生物键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等，从而改变了DNA的生物活性，使微生物自身不能复制，这种紫外线损伤也是致死性损伤。C波段紫外线（UVC）的波长范围是280～200nm，病菌与病毒中的脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸（RNA）和核蛋白吸收紫外线的最强峰在253～254nm之间，因此253.7nm的紫外线能够最高效的杀灭微生物。

臭氧净化杀菌：利用臭氧的强氧化性氧化病毒病菌的蛋白质等有机物质，杀灭病毒病菌；

光触媒净化杀菌：利用光源照射下的触媒材料所分解产生的氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（OH），它在游离时的能量在瞬间产生强力的氧化作用，而进行杀菌、消毒、解毒工作。

静电除尘器或介质过滤器：电子除尘器（或介质过滤器）可以把大部分的灰尘和气溶胶电离并将灰尘和气溶胶聚集并清除，对附着在灰尘和气溶胶上的病菌病毒有良好的杀灭作用。

3、针对室内空气物理污染源的净化方式

现代楼宇的可吸入颗粒物来源主要是空调系统采集的新风和门窗的漏风，而且近几年来，室外空气中的可吸入颗粒物含量严重超标，而且呈现逐步上升的趋势。通过处理新风中的可吸入颗粒物，可解决室内的可吸入颗粒物绝大部分问题。

中央空调净化方式主要有两种：

使用介质式过滤器：利用纤维材料对空气中粉尘颗粒进行拦截。空气中的尘埃粒子撞到纤维材料时，粒子与纤维材料表面间的引力使它粘在纤维材料上，达到过滤的目的。

采用静电除尘器：利用静电力（库仑力）实现粒子（固体和液体粒子）与气流分离的技术，将新风中的灰尘和气溶胶电离并聚集清除，成功的将新风中的可吸入颗粒物清除出去，能够达到F6~F8级净化（中效）过滤(视设计处理风速)。

    五、中央空调系统PM2.5净化设备配置及运行维护

PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，PM2.5粒径小，比表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的危害极大。

目前市场上针对PM2.5净化设备种类繁多，配置于中央空调系统净化设备主要有高压静电除尘设备和传统的粗中高效过滤器，回风箱式复合净化器。也有独立于中央空调系统的吊顶嵌入式净化器、暗藏式复合净化器、移动式净化器等空气净化器。

1、高压静电除尘设备：

安装于新风机组，空调机组内或机组的进风口上。由多个静电过滤模块，以最大布满的方式在过滤段内进行组合拼装，形成完整的过滤面，高效过滤气流中可吸附颗粒物，降低室内颗粒物浓度。同时，有效控制风管系统中灰尘的累积，对空调菌有一定的抑制作用，与空调机组联动控制。

2、空气过滤器

空气过滤器是通过多孔过滤材料的作用从气固两相流中捕集粉尘，并使气体得以净化的设备。空气过滤器按过滤效率分为粗中高。粗效过滤器的滤料一般为无纺布、金属丝网、玻璃丝、尼龙网等，中效过滤器的滤料主要有玻璃纤维、中细孔聚乙烯泡沫塑料和由涤纶、丙纶、腈纶等制成的合成纤维毡。高效过滤器其滤料为超细玻璃纤维滤纸，孔隙非常小。

3、回风箱式复合净化器

安装于多联机室内机、风机盘管回风管，利用内循环装置高换气次数的特点，对室内空气中PM2.5及其它污染物不间断的循环净化，杀灭附着在悬浮污染物上的病菌、微生物；通过循环风作用反复净化室内甲醛、笨、TVOC污染物。

为提高PM2.5的净化效率和净化设备的使用寿命，对中央空调系统净化设备选用和配置要考虑：

1、合理确定各级过滤器效率：一般情况下,最末级过滤器决定送风的洁净程度，上游各级过滤器保护下风端过滤器以延长使用寿命和清洗时间。例如静电除尘前要用G3以上初效过滤器保护。

2、选择过滤器时要考虑阻力和容尘量：袋式中效过滤器和高效过滤器比静电除尘器阻力要大很多。例如静电过滤器的初、终阻力基本在20Pa～30Pa之间变化，变化幅度约10Pa。袋式中效过滤器初阻力约为80Pa，终阻力约为160Pa～240Pa，其最小变化幅度约为80Pa，最大变化幅度约为160Pa。

3、高压静电除尘设备要考虑产品对臭氧发生量的控制。室内空气中含过多的臭氧会对人体产生伤害。

4、安装双层静电除尘器PM2.5净化率可达95%。静电除尘器安装位置可在机组内或新风入口处。

5、空气净化监控系统要完善。

（1）操作站：实现网络远程访问

操作站是数据管理级综合服务平台，对建筑物室内空气及环境数据进行网络发布。操作站建立有数据库，存储全局性空气品质历史数据；授权人员可查看全局空气品质参数。

（2）网络控制器：群测、群控总控级管理。

网络控制器是智能系统的重要装置。它一方面通过以太网与操作站及其他网络控制器联系，另一方面通过现场总线网络与分布在建筑物各处的现场控制器通讯；    

（3）现场控制器：群测、群控设备

空气品质传感器和空气净化杀菌设备连接到相应的现场控制器。现场控制器对本区域室内空气品质参数进行采集，并对空气污染治理装置进行智能调控；在现场控制器可以通过小型人机界面查看本地空气品质参数。

（4）设备层：感知设备和污染处理装置。

设备层是整个系统的设备基础，包括空气品质传感器和空气净化杀菌装置组成。

6、中央空调系统PM2.5净化设备的运行维护

一般情况下，当粗效过滤器的终阻力为初阻力的2倍时，应进行清洗或更换。根据经验在北京春季、冬季清洗时间2-3周一次，夏季、秋季一月一次，具体情况根据实际运行情况决定。过滤器可用小功率吸尘器清除表面灰尘，或直接用清水和少许中性洗涤剂清洗。粗效过滤器一般清洗3次后要更换，这样能延长中效过滤器或静电除尘器的寿命。

为保证电子空气净化机的最佳运行效果，电子单元必须定期进行清洁，根据经验在北京春季、冬季清洗时间每月一次，夏季、秋季两月一次，也可根据现场实际使用情况确定清洗周期，使用静电除尘设备上的清洗指示灯有助于建立定期的维护与清洁。

电子单元可采用清水兑适量中性清洗剂，手持水枪冲洗压力为0.1~0.2Mpa，冲洗时注意保护电子单元，电子单元的电离丝、集尘板不得发生断裂、变形等。用一小块湿的棉布擦拭电离线及电子单元末端的电源接触板。冲洗完成后，将电子单元置于通风处干燥后，即可重新使用。

六、结语