前言
2020年暴發(fā)的新冠肺炎疫情席卷全球，到2021年仍然在蔓延，沒(méi)有消失的跡象。世界衛(wèi)生組織聲稱：與所有其他疫苗一樣，COVID-19疫苗也不會(huì)100％有效，新冠肺炎很可能會(huì)持續(xù)傳播很長(zhǎng)時(shí)間，新冠病毒將長(zhǎng)期與人類共存[1]。面對(duì)疫情，世界衛(wèi)生組織和國(guó)家衛(wèi)生健康委多次呼吁所有人均應(yīng)戴口罩、勤洗手、不聚集，并保持社交距離。
與此同時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為抗擊疫情的重要措施之一，越來(lái)越受到重視，其中空氣過(guò)濾器是研究重點(diǎn)。在我國(guó)，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組應(yīng)用廣泛，尤其是在醫(yī)院、旅館和辦公建筑中更是如此。因此新冠肺炎疫情暴發(fā)后，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的凈化問(wèn)題被重新提出，不但有新建醫(yī)院的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，更多的是既有醫(yī)院、旅館和辦公建筑風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的改造，均需解決空氣凈化問(wèn)題。為此，科研院校和企業(yè)開(kāi)始研發(fā)新的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組用空氣凈化裝置。
1、標(biāo)準(zhǔn)和約束條件
作為舒適性空調(diào)系統(tǒng)末端裝置的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，GB／T 19232—2019《風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》第5．5條表1給出的風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器的定義為：尼龍網(wǎng)或鋁合金網(wǎng)。但是第5．2條要求“具有特殊功能(如抑菌、殺菌、凈化等)的機(jī)組，其實(shí)現(xiàn)特殊功能的構(gòu)件應(yīng)滿足國(guó)家有關(guān)規(guī)定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求”[2]。
GB 51039--2014<<綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》第7．1．11條規(guī)定：集中空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的回風(fēng)El必須設(shè)初阻力小于50 Pa、微生物一次通過(guò)率不大于10％和顆粒物一次計(jì)重通過(guò)率不大于5％的過(guò)濾設(shè)備[3]。
GB／T 51153--2015<<綠色醫(yī)院建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》 第8．2．8條規(guī)定：集中空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組回 風(fēng)口，采用低阻力、高效率的凈化過(guò)濾設(shè)備。本條價(jià)總分值為6分，并應(yīng)按表8．2．8的規(guī)則評(píng)分。 集中空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)口采用低阻力、高效率的凈化過(guò)濾設(shè)備為3分，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組回風(fēng)口采用低阻力、 高效率的凈化過(guò)濾設(shè)備為3分[4]。 風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組過(guò)濾器除了需要滿足上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外，還需要考慮風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的機(jī)外余壓和風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組送、回風(fēng)El尺寸。根據(jù)GB／T 19232--2019<<風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組分為高、低靜壓風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組。低靜壓風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組是指在額定風(fēng)量或名義風(fēng)量時(shí)，出口靜壓為0 Pa或12 Pa的機(jī)組，其中帶風(fēng)口和過(guò)濾器的機(jī)組出口靜壓為0 Pa，不帶風(fēng)口和過(guò)濾器的機(jī)組出口靜壓為12 Pa。高靜壓風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組是指在額定風(fēng)量或名義風(fēng)量時(shí)，出口靜壓不小于30Pa的機(jī)組，包括30、50、120 Pa 3種機(jī)組[2]。
風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的送、回風(fēng)口尺寸沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，由設(shè)備廠家自行設(shè)定，表1給出了醫(yī)院常用的幾種風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的主要性能參數(shù)。
2、現(xiàn)狀
近20年，我國(guó)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的凈化技術(shù)經(jīng)過(guò)了3次大的變革，第一次是2003年SARS疫情后，第二次是2012年國(guó)內(nèi)多個(gè)城市公布每El霧霾指數(shù)后，第三次則是新冠肺炎疫情暴發(fā)后。
2003年SARS疫情暴發(fā)時(shí)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一度被認(rèn)為是可能傳播&慷S的主要途徑之一，有關(guān)科研院校對(duì)醫(yī)院的空調(diào)凈化系統(tǒng)進(jìn)行了反思，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的冷凝水盤是真菌、霉菌和細(xì)菌繁衍的重要部件，于是獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)(DOAS，國(guó)內(nèi)亦稱為溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng))和干盤管應(yīng)運(yùn)而生。由于要達(dá)到普通風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的冷量，在相同的條件下，必須提高風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的規(guī)格。
為避免風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組因尺寸過(guò)大而無(wú)法安裝，出現(xiàn)了多排管(4排、6排甚至8排)的干盤管，由于受空氣阻力、能耗和噪聲等諸多問(wèn)題的限制，干盤管很快就偃旗息鼓了。這段時(shí)間對(duì)風(fēng)機(jī)盤管凈化問(wèn)題的研究主要集中在冷凝水盤消毒技術(shù)方面。
2013年，為應(yīng)對(duì)細(xì)顆粒物(PM2．5)導(dǎo)致的嚴(yán)重霧霾，國(guó)內(nèi)有學(xué)者開(kāi)始研發(fā)風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器。樊越勝等人基于室外PM2．5濃度“不保證10 d”研究了一種風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器，結(jié)果表明，余壓為50"--80Pa的機(jī)組回風(fēng)過(guò)濾器選用粗效、中效(G3、G4)過(guò)濾器，余壓為30～50 Pa的機(jī)組回風(fēng)過(guò)濾器選用粗效(G2、G3)過(guò)濾器[5]。周劉軻等人研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口加裝駐極體過(guò)濾器后處理風(fēng)量相較于未加裝時(shí)的處理風(fēng)量均有所衰減，但加裝過(guò)濾器后對(duì)PM2．5的瞬時(shí)凈化效率可達(dá)68％以上[6]。上述研究的過(guò)濾器過(guò)濾效率只能達(dá)到粗、中效過(guò)濾器水平。最近幾年以PM2．5凈化為目標(biāo)的風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器的研發(fā)工作一直在推進(jìn)。
新冠肺炎疫情傳播之廣，影響之深，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了SARS疫情，為了抗擊疫情，風(fēng)機(jī)盤管的凈化問(wèn)題再度受到國(guó)內(nèi)外空調(diào)凈化界的關(guān)注。
《負(fù)壓隔離病房建設(shè)簡(jiǎn)明技術(shù)指南》對(duì)醫(yī)院病房所采用的風(fēng)機(jī)盤管提出了具體建議：“用于防控區(qū)(污染區(qū))房間的風(fēng)機(jī)盤管，在其送、回風(fēng)口均應(yīng)設(shè)高中效過(guò)濾器，用于普通房間的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，在其回風(fēng)口應(yīng)設(shè)高中效過(guò)濾器。”并推薦了一種高中效過(guò)濾器，其主要性能見(jiàn)表2、3[7]。
文獻(xiàn)[8]介紹了一種風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器，在0．8m／s風(fēng)速時(shí)，粒徑0．5“m粒子的過(guò)濾效率為90％，阻力為21 Pa；風(fēng)速1．2、1．4 m／s時(shí)阻力分別為33、39 Pa。
3、問(wèn)題分析
從上面的介紹可以看出，目前國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器還存在一些問(wèn)題，研發(fā)過(guò)程中應(yīng)解決以下問(wèn)題：1)阻力問(wèn)題。由于風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組可用機(jī)外余壓有限，所以研發(fā)風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器的首要任務(wù)就是將空氣過(guò)濾器的初阻力和終阻力控制在風(fēng)機(jī)盤管可用機(jī)外余壓范圍內(nèi)。由于過(guò)濾器的阻力與風(fēng)速有關(guān)，如果只考慮阻力而忽略了風(fēng)速，過(guò)濾器的實(shí)際阻力將明顯超標(biāo)。文獻(xiàn)[7]指出“用于防控區(qū)(污染區(qū))房間的風(fēng)機(jī)盤管，在其送、回風(fēng)口均應(yīng)設(shè)高中效過(guò)濾器?！眻D1顯示了根據(jù)表2所示超低阻高中效過(guò)濾器實(shí)驗(yàn)結(jié)果模擬的該過(guò)濾器在不同風(fēng)速下的阻力。
若將表2過(guò)濾器用于表1所示風(fēng)機(jī)盤管中，如按圖1所示不同風(fēng)速下的過(guò)濾器阻力進(jìn)行計(jì)算，送、回風(fēng)口過(guò)濾器總的初阻力最大為86 Pa，最小為58Pa，如果考慮終阻力為初阻力的2倍，過(guò)濾器的總阻力將更大，這種空氣過(guò)濾器無(wú)法用于防控區(qū)(污染區(qū))房間的風(fēng)機(jī)盤管。如果只用在普通房間風(fēng)機(jī)盤管的回風(fēng)口，回風(fēng)口過(guò)濾器的初阻力最大為37 Pa，最小為25 Pa，當(dāng)同時(shí)考慮終阻力時(shí)，回風(fēng)口的面積需要擴(kuò)大，因此不宜直接安裝在風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口，只能安裝在吊頂上。文獻(xiàn)E8]作者認(rèn)為，集中空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的回風(fēng)口風(fēng)速一般小于1．5 m／s，多數(shù)在0．8 m／s，所以其所研發(fā)的風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器的試驗(yàn)風(fēng)速定為0．8 m／s。但由表1可知，風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口風(fēng)速均超過(guò)了0．8 m／s，使用這種過(guò)濾器不但阻力會(huì)增加，效率也會(huì)下降。
2)過(guò)濾效率問(wèn)題。新冠肺炎疫情暴發(fā)后，風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器的開(kāi)發(fā)者考慮到病毒的直徑只有0．06"--0．14tzm，因此需凈化的顆粒物不宜以PM2．5作為目標(biāo)。根據(jù)ASHRAE 2020年4月公布的“感染性氣溶膠立場(chǎng)文件”，要求醫(yī)療建筑采用高效過(guò)濾器(HEPA)；而對(duì)非醫(yī)療建筑，則應(yīng)改善集中空調(diào)和其他HVAC過(guò)濾級(jí)別，達(dá)到MERV-13(相當(dāng)于我國(guó)的高中效過(guò)濾器)或更高水平[9]。
國(guó)內(nèi)亦以高中效過(guò)濾器作為風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器的過(guò)濾級(jí)別。文獻(xiàn)ET]介紹的過(guò)濾器對(duì)粒徑0．5 tLm顆粒物的過(guò)濾效率為79．4％(未注明風(fēng)速)；文獻(xiàn)E8]介紹的過(guò)濾器在風(fēng)速0．8 m／s時(shí)，對(duì)粒徑0．5“m顆粒物的過(guò)濾效率為90％。這些過(guò)濾器的過(guò)濾效率還有待提高。
3)尺寸問(wèn)題。風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)VI過(guò)濾器有2種安裝方式，一種是安裝在帶回風(fēng)箱的風(fēng)機(jī)盤管的回風(fēng)口上，如圖2所示。目前開(kāi)發(fā)的風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器為實(shí)現(xiàn)低阻力，均以風(fēng)速低于1 m／s為設(shè)計(jì)值，而風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口的風(fēng)速均超過(guò)1 m／s，因此直接安裝在回風(fēng)口會(huì)出現(xiàn)阻力過(guò)大、風(fēng)量下降的問(wèn)題。
第二種是安裝在吊頂上，過(guò)濾器通過(guò)短管與風(fēng)機(jī)盤管相連接。這種安裝方式存在2個(gè)問(wèn)題：一是要有足夠大的面積安裝過(guò)濾器和回風(fēng)口，例如解放軍總醫(yī)院700 m3／h風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)過(guò)濾器尺寸達(dá)到400 mmX 500 mIn[1叩；二是安裝面積受限，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)速過(guò)高。
除了過(guò)濾器的面積外，過(guò)濾器的厚度過(guò)大也常常使得過(guò)濾器無(wú)法安裝，目前市場(chǎng)上流行的一種側(cè)回風(fēng)凈化回風(fēng)口，靜壓箱高度竟達(dá)到430 mIn，在很多場(chǎng)合由于吊頂內(nèi)高度受限而無(wú)法使用。開(kāi)發(fā)可用于不同安裝方式的風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器是當(dāng)務(wù)之急。
4)凈化技術(shù)或設(shè)備。
①纖維濾料。主要有玻纖濾料和合成(9a學(xué))濾料，其中合成濾料又有非織造布(無(wú)紡布)、纖維紙、駐極體靜電濾料和納米纖維濾料。玻纖濾料一直是國(guó)內(nèi)空氣凈化器的主要過(guò)濾材料，其主要缺點(diǎn)是當(dāng)效率達(dá)到高中效之上時(shí)，阻力過(guò)大，不適用于風(fēng)機(jī)盤管。非織造布要實(shí)現(xiàn)在風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口風(fēng)速下達(dá)到高中效過(guò)濾效率將十分困難，一般只用于中效過(guò)濾器。纖維紙只適合用于低風(fēng)速工況。駐極體靜電濾料(采用熔噴工藝的濾料)由于阻力低、效率高，一度成為國(guó)內(nèi)空調(diào)凈化界研發(fā)的重點(diǎn)。新冠疫情暴發(fā)后，由于駐極體靜電濾料在口罩中大量使用，這種濾料成為空氣凈化的重要過(guò)濾材料。G剮T14295--2019<<空氣過(guò)濾器》規(guī)定：“對(duì)于濾料荷電的空氣過(guò)濾器，應(yīng)標(biāo)稱消靜電處理后的效率’’[11|，而消靜電后這種過(guò)濾器的過(guò)濾效率會(huì)急劇下降，同時(shí)靜電效應(yīng)在高濕環(huán)境中會(huì)隨時(shí)間而逐漸衰減，所以難以用于風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾。由于工藝水平的突飛猛進(jìn)，納米纖維濾材近年來(lái)異軍突起，不但實(shí)現(xiàn)了高效率、低阻力，而且解決了過(guò)濾材料在高效過(guò)濾顆粒物的同時(shí)具備滅活病毒、抑菌和分解有害氣體功能的難題。關(guān)于納米纖維的應(yīng)用，后文將詳細(xì)說(shuō)明。
②靜電式過(guò)濾。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，靜電式空氣過(guò)濾器的定義為：采用高壓靜電場(chǎng)使顆粒物荷電之后，再被集塵板捕集，實(shí)現(xiàn)去除空氣中顆粒物含量的空氣過(guò)濾器[11|。按照目前國(guó)際上通用的分類方法[12]，靜電式過(guò)濾分為2種：一種是高壓靜電過(guò)濾(electrostatic precipitation，靜電沉淀)，即高壓靜電除塵器(electrostatic precipitator)；另一種是離子發(fā)生器(ionizers，ion generators)。這2種產(chǎn)品的原理基本相同，不同的是電暈放電方式和電壓。
其特點(diǎn)是：對(duì)各種粒徑的顆粒物均有較高的凈化效率，阻力小，但是可能產(chǎn)生火花、聲響、臭氧和氮氧化物，由于集塵后效率下降，集塵板上的灰塵如何清理是一大難題。
靜電過(guò)濾還有一項(xiàng)技術(shù)，即強(qiáng)電介質(zhì)場(chǎng)(IFD，intense field dielectric)技術(shù)，是指對(duì)以電介質(zhì)材料為載體的強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行空氣凈化的技術(shù)，是英國(guó)某公司的一項(xiàng)發(fā)明專利。據(jù)稱“世界上最先進(jìn)的空氣凈化技術(shù)”，但涉及這項(xiàng)技術(shù)的文獻(xiàn)從2010年到2021年只有4篇，其中3篇論文是由中國(guó)學(xué)者撰寫的。目前國(guó)際上除英國(guó)公司之外，在空氣凈化器中采用過(guò)這項(xiàng)專利的在美國(guó)只有霍尼韋爾公司和特靈公司，在日本只有松下公司。在中國(guó)，IFD技術(shù)獨(dú)家授權(quán)生產(chǎn)的是山東雪圣環(huán)境工程有限公司。
2000年就申請(qǐng)了專利的這項(xiàng)凈化技術(shù)為何迄今為止研究者甚少，也未得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，其原因不清。文獻(xiàn)[13]完成的一項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可能從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明問(wèn)題：“IFD過(guò)濾器的長(zhǎng)期性能可能無(wú)法令人滿意，運(yùn)行半個(gè)月(每天8 h)后，過(guò)濾效率下降到80％---85％，運(yùn)行一個(gè)月后，效率進(jìn)一步下降到60％-～65％”。另外根據(jù)實(shí)測(cè)，風(fēng)速增大，IFD過(guò)濾器的效率會(huì)明顯降低，耗電量會(huì)明顯增加[13-14]，所以采用這項(xiàng)技術(shù)的空氣過(guò)濾器能否用于風(fēng)機(jī)盤管值得商榷。
負(fù)離子過(guò)濾器也屬于靜電過(guò)濾，與前述高壓靜電過(guò)濾器不同，帶電顆粒物會(huì)隨送風(fēng)氣流附著在房間物體表面，導(dǎo)致污染，同時(shí)可能形成二次揚(yáng)塵。
對(duì)于采用高壓電電離產(chǎn)生的負(fù)離子對(duì)人體的影響目前尚有不同的觀點(diǎn)。
GB 50333--2013{醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》第8．3．5條規(guī)定：非阻隔式空氣凈化裝置不得作為末級(jí)凈化設(shè)施，末級(jí)凈化設(shè)施不得產(chǎn)生有害氣體和物質(zhì)，不得產(chǎn)生電磁干擾，不得有促使微生物變異的作用[15]。第8．3．5條條文說(shuō)明指出：原規(guī)范本條為“靜電空氣凈化裝置不得作為凈化空調(diào)系統(tǒng)的凈化設(shè)施”。實(shí)踐中發(fā)生過(guò)斷電、斷絲使其后空氣含塵濃度大增的事情。日本空氣清凈協(xié)會(huì)的《空氣凈化手冊(cè)》也明確說(shuō)明了這一點(diǎn)。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN1946—4在“高效過(guò)濾”一章中指出：“不允許使用靜電除塵過(guò)濾器”“在機(jī)組運(yùn)行時(shí)不能有任何有害健康的物質(zhì)釋放到機(jī)組內(nèi)，即使是使用抗菌過(guò)濾器或含有特殊材料的過(guò)濾器”。國(guó)內(nèi)學(xué)者楊明華的實(shí)驗(yàn)表明，開(kāi)機(jī)4 h，手術(shù)室內(nèi)靜電凈化器除菌效率才達(dá)到66．7嘣7|。同濟(jì)大學(xué)研究指出，對(duì)大氣自然菌的1h除菌率為79．9％，也只相當(dāng)于中效過(guò)濾器一次通過(guò)的效率[7|。根據(jù)這些年的實(shí)踐，為確保安全，認(rèn)為將靜電裝置擴(kuò)大為非阻隔式裝置是必要的。這方面還遵循一個(gè)原則，就是把塵菌拒之于“門”外，細(xì)菌即使殺死了，如仍在室內(nèi)漂浮也存在后患，所以阻隔式是必要的。同時(shí)，末級(jí)凈化設(shè)施不應(yīng)產(chǎn)生超標(biāo)的有害氣體(如臭氧、氮氧化物等)，不應(yīng)產(chǎn)生電磁輻射，不應(yīng)有促使微生物變異和增加抗藥性的可能。這是本次修訂根據(jù)有些微生物專家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而特別說(shuō)明的m]。這里所指的非阻隔式空氣凈化裝置不但包括高壓靜電過(guò)濾器，也應(yīng)包括負(fù)離子過(guò)濾器和低溫等離子凈化器。
③低溫等離子凈化器。低溫等離子體凈化是利用高壓放電技術(shù)對(duì)氣體進(jìn)行電離，加速電子產(chǎn)生大量活性離子和自由基[1 2|，可以令很多需要很高活化能的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，使采用常規(guī)方法難以去除的有害氣體分子得以轉(zhuǎn)化或分解，達(dá)到凈化目的。
在空氣凈化技術(shù)中雖然低溫等離子凈化器對(duì)顆粒物有一定的凈化作用，對(duì)細(xì)菌也有殺滅功能，但是其主要功能還是對(duì)有害氣體的分解，所以這項(xiàng)技術(shù)屬于有害氣體凈化技術(shù)[1 2|。低溫等離子體空氣凈化技術(shù)目前最大的問(wèn)題是，如果要達(dá)到空氣凈化的各項(xiàng)指標(biāo)，所產(chǎn)生的臭氧和其他有害氣體很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的二次污染，所以目前國(guó)內(nèi)外采用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)往往把電壓降到幾千伏，臭氧含量雖然可以達(dá)標(biāo)，但凈化效果卻大打折扣，只能與其他多項(xiàng)凈化技術(shù)組合應(yīng)用。文獻(xiàn)[-12-]指出該技術(shù)缺少在室內(nèi)實(shí)際應(yīng)用的信息，也缺少可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。作為一種非阻隔式空氣凈化裝置不宜用于醫(yī)院場(chǎng)合，目前國(guó)內(nèi)主要用于工業(yè)有害氣體凈化。
④紫外線照射。紫外線照射是一項(xiàng)傳統(tǒng)的消毒手段，應(yīng)用廣泛。國(guó)內(nèi)有公司曾經(jīng)嘗試在風(fēng)機(jī)盤管中采用紫外線燈作為殺菌設(shè)備。紫外線燈安裝在盤管和風(fēng)機(jī)之間，使用時(shí)殺菌效率為82％E16]。在風(fēng)機(jī)盤管中采用紫外線照射作為空氣凈化措施存在的主要問(wèn)題是：對(duì)顆粒物無(wú)凈化效果；紫外線燈壽命較短，一般低于1000 hl安裝維護(hù)不方便；對(duì)不同菌種殺菌效率差異明顯；可能產(chǎn)生臭氧和氮氧化物，導(dǎo)致二次污染。所以紫外線照射也不適合作為風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的凈化手段。
4、新型風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器研發(fā)
針對(duì)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組凈化技術(shù)存在的問(wèn)題，筆者所在團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)從事凈化材料研究的高等院校合作，從2020年5月開(kāi)始進(jìn)行了風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器用濾材研發(fā)工作，目標(biāo)是：1)高效率；2)低阻力；3)抗病毒；4)抑菌；5)除甲醛；6)除異味。由于風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的自身特點(diǎn)，不宜采用多種凈化技術(shù)疊加，考慮到凈化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以阻隔式纖維濾材作為研發(fā)的重點(diǎn)，在重點(diǎn)考慮濾材對(duì)顆粒物的過(guò)濾效率和空氣阻力的同時(shí)，充分考慮上述其他凈化功能。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在納米纖維膜研究方面取得了重大突破，盡管有多篇文獻(xiàn)，但產(chǎn)業(yè)化的研究成果極少。納米纖維膜有幾種不同的加工工藝，其中靜電紡絲工藝采用不同原材料生產(chǎn)納米纖維膜，被認(rèn)為最有前景。需要說(shuō)明的是，靜電紡絲工藝與熔噴紡絲工藝是2種不同的工藝，靜電紡絲工藝制造的納米纖維膜不帶靜電，所以測(cè)試空氣過(guò)濾器效率時(shí)無(wú)需作消靜電處理。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的靜電紡絲納米纖維膜可以替代玻纖濾料用于高效過(guò)濾器和超高效過(guò)濾器，雖然其阻力明顯低于玻纖，但若用于風(fēng)機(jī)盤管，阻力仍然過(guò)大。因此本研究通過(guò)對(duì)靜電紡絲工藝的改進(jìn)，同時(shí)考慮到空氣過(guò)濾器的阻力由材料阻力和結(jié)構(gòu)阻力構(gòu)成，所以對(duì)不同濾材的摺高和摺間距進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化試驗(yàn)，生產(chǎn)出一種適用于風(fēng)機(jī)盤管的亞高效過(guò)濾器濾料。表4給出了國(guó)家空氣凈化產(chǎn)品及氣體檢測(cè)儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(江蘇)對(duì)采用這種濾料的亞高效空氣過(guò)濾器性能的測(cè)試結(jié)果。該過(guò)濾器宜安裝在吊頂上，當(dāng)面風(fēng)速為
0．9 m／s時(shí)，阻力為15 Pa，適用于靜壓30 Pa的風(fēng)機(jī)盤管；當(dāng)面風(fēng)速為1．33 m／s時(shí)，阻力為25 Pa，適用于靜壓50 Pa的風(fēng)機(jī)盤管。試驗(yàn)樣機(jī)過(guò)濾器的過(guò)濾效率(E)達(dá)到亞高效過(guò)濾器的效率范圍(o．5肚m時(shí)的過(guò)濾效率95％≤E<99．9％)。
圖3給出了這種亞高效過(guò)濾器不同容塵量對(duì)應(yīng)的空氣阻力和過(guò)濾效率。試驗(yàn)樣機(jī)的風(fēng)量為1 228m3／h，迎風(fēng)面風(fēng)速為1 m／s，初阻力為17Pa，過(guò)濾效率為99．1％(0．5灶m)，終阻力為35 Pa。
由于過(guò)濾器直接安裝在風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口，過(guò)濾器的面風(fēng)速將增大，不同設(shè)備廠家的回風(fēng)口尺寸不同，所以本研究調(diào)整了靜電紡絲納米纖維膜的工藝，濾材過(guò)濾效率下降的同時(shí)阻力也減小，如表5所示。經(jīng)過(guò)調(diào)整后，如表1所示最低回風(fēng)口風(fēng)速為1．20m／s、最高為1．85 m／s時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻力分別為15 Pa和29 Pa，其他風(fēng)速下的阻力可用式(1)計(jì)算，此時(shí)過(guò)濾器的效率雖然有所降低，但是仍然在亞高效過(guò)濾器的效率范圍內(nèi)。
工程設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組通常是以中速擋為選型規(guī)格，考慮到噪聲的影響，使用者習(xí)慣將風(fēng)機(jī)盤管低速擋運(yùn)行，因此，采用上述空氣過(guò)濾器時(shí)，阻力會(huì)明顯下降，效率將相應(yīng)提高。根據(jù)試驗(yàn)，這種空氣過(guò)濾器可以采用手持式家用(車用)吸塵器進(jìn)行清潔，十分方便。
高效過(guò)濾器不但可以阻隔空氣中的顆粒物，而且可以高效率除去空氣中的懸浮菌[1 7|。最新的一項(xiàng)研究報(bào)告表明：在傳染病房間，高中效過(guò)濾器(MERV_13)可以將房間病毒濃度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著過(guò)濾器級(jí)別的提高，房間病毒濃度達(dá)到理想值的時(shí)間將縮短，不過(guò)空氣過(guò)濾器不會(huì)100％過(guò)濾掉顆粒物，部分病毒還會(huì)返回房間[1 8|，阻隔在濾料上的病毒可能產(chǎn)生二次污染和滯后污染E19]。由于現(xiàn)有的濾材產(chǎn)品只能阻隔部分病毒和細(xì)菌，所以為了盡可能地滅活病毒、殺滅細(xì)菌，國(guó)際上采用紫外線照射技術(shù)消毒。為了避免使用紫外線燈，本研究對(duì)上述超低阻力的亞高效濾材進(jìn)行了抗病毒和抗菌處理，將聚合物接枝5，5一二甲基海因和三甲胺(PSDT)，使其具有鹵胺和季銨鹽位點(diǎn)，通過(guò)靜電紡絲工藝形成PSDT納米纖維膜，將固有的鹵胺和季銨鹽基團(tuán)共價(jià)整合到納米纖維中，實(shí)現(xiàn)了高效和穩(wěn)定地滅活病毒，具有殺滅細(xì)菌的功能。2021年2月8日經(jīng)廣東省微生物檢測(cè)中心檢測(cè)，這種濾
料對(duì)冠狀病毒的滅活率達(dá)到99．93％，對(duì)金黃色葡萄球菌抑菌率達(dá)到>99．999％。
一般醫(yī)院非傳染區(qū)和其他公共建筑的房間內(nèi)存在甲醛危害，風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器能否去除甲醛等有害氣體也是受到關(guān)注的一個(gè)課題。目前納米二氧化硅加紫外線燈組成的納米光催化技術(shù)是去除甲醛和其他有機(jī)物最主要的技術(shù)，其缺點(diǎn)是納米二氧化硅必須在紫外線照射下才能起作用，如前所述，這項(xiàng)技術(shù)也不適合用于風(fēng)機(jī)盤管凈化。Sekine通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在室溫下一些金屬氧化物可以將甲醛氧化生成C02和H：O，其中MnO：是最有前途的價(jià)廉氧化物E2州，此后MnO。和納米MnO。逐漸成為催化降解有機(jī)物的重要化合物。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在一種聚合物表面層引入另一種聚合物層可以產(chǎn)生出色的過(guò)濾效果，因此過(guò)濾介質(zhì)中材料的復(fù)合受到了廣泛關(guān)注。為開(kāi)發(fā)可去除甲醛和異味的過(guò)濾材料，本研究將靜電紡絲聚合物和靜電紡絲無(wú)光納米錳鋅纖維膜復(fù)合，濾材可以在無(wú)光的條件下高效地將甲醛分解成C02和H。O，去除甲醛效率達(dá)99．6％，去除異味效率達(dá)99．7％。
5、結(jié)論
1)現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的凈化要求僅限于非疫情期間風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的常規(guī)應(yīng)用，建議國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)充分考慮全球大流行疾病的發(fā)生，增加相應(yīng)的凈化條款。
2)由于風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的余壓和外形尺寸受限，所以風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器必須充分考慮這些限制條件。
3)目前作為商品的風(fēng)機(jī)盤管過(guò)濾器存在的主要問(wèn)題是：阻力偏大，顆粒物過(guò)濾效率偏低，外形尺寸不適用，缺少滅活病毒和殺滅細(xì)菌的功能。
4)在現(xiàn)有的空氣凈化技術(shù)中，非阻隔式(高壓靜電過(guò)濾、強(qiáng)電介質(zhì)場(chǎng)過(guò)濾、負(fù)離子凈化、低溫等離子凈化)和紫外線照射均不適合作為風(fēng)機(jī)盤管的凈化技術(shù)使用。
5)本文研發(fā)的風(fēng)機(jī)盤管亞高效過(guò)濾器效率高、阻力低。對(duì)亞高效濾材接枝PSDT，通過(guò)靜電紡絲工藝形成PSDT納米纖維膜，可實(shí)現(xiàn)滅活99．93％冠狀病毒的凈化效率、大于99．999％的抑菌率；另一方面，通過(guò)復(fù)合工藝，將靜電紡絲聚合物和靜電紡絲無(wú)光納米錳鋅纖維膜復(fù)合，去除甲醛效率達(dá)99．6％、去除異味效率達(dá)99．7％，使得風(fēng)機(jī)盤管空氣過(guò)濾器的凈化功能大幅度提高。多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的室內(nèi)機(jī)空氣凈化問(wèn)題與風(fēng)機(jī)盤管相似，本文研發(fā)的風(fēng)機(jī)盤管新型過(guò)濾器也可以用于多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的室內(nèi)機(jī)。
6)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的凈化尚需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐繼續(xù)深入研發(fā)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)除了風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組外，與其配套的新風(fēng)機(jī)組的空氣凈化亦是一個(gè)大課題，尤其是當(dāng)新風(fēng)機(jī)組作為一種凈化設(shè)備獨(dú)立使用時(shí)，更是值得深入研究。
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