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中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究成果簡介

09-03 12:40:32  瀏覽次數:156次  欄目:暖通空調
標簽:暖通空調設計規范,暖通空調設計, 中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究成果簡介,http://www.tljciu.live

  中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究是上海交通大學組織開展多學科交叉中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置科研項目,一項旨在研制一種新型多重空氣凈化消毒系統,使之能夠通過巧妙的結構設計復合集成高壓靜電、紫外線、鍍銀過濾和納米光催化技術,并建設一個對中央空調系統殺菌、除病毒處理裝置的檢測平臺和檢驗的方法,填補國內對工程應用的殺菌裝置沒有統一標準和檢測方法的空白的研究計劃。在時間短、任務緊迫的情況下,為解決大眾對中央空調可能成為非典型肺炎(SARS)病毒傳播工具的困惑驚惶,尤其防止醫院含有病原微生物的被污染空氣通過空調系統擴大對人群、醫護人員的感染,研制一套殺菌效率高、無二次污染、裝置阻力小、安裝維護簡便、易于操作的適合于樓宇空調應用的高新技術空氣清潔裝置具有特殊的重要意義和研究價值。將這項技術應用于建筑樓宇的中央空調系統中,在傳染病肆虐時期對醫院人員的健康提供有效保障,并對于穩定社會穩定有重大意義,SARS的流行給傳統中央空調的設計提出了質疑,引亮了紅燈,使空調行業受到重創,但是也給中央空調實現健康升級提供了機遇,給對原有中央空調系統進行改造帶來了巨大商機,空氣凈化裝置在SARS期間和期后如雨后春筍般的成長足以說明這一點。

  另外,這項技術對于今后提高公共場所室內空氣品質,增進人們身心健康和提高員工工作效率都具有長遠意義,使得空調更加以人為本、服務于人,是目前極具有發展潛力和商業化前景的一個綠色室內環保領域。然而,要使得新型復合凈化裝置真正走向實用化和產品化,還必須對其結構布置、凈化效率、以及對空氣凈化裝置的生物檢測方法上和實際應用效果上開展全面而深入的研究和探討。本項目通過一些應用基礎研究,以新型復合空氣潔凈裝置的高效滅菌為研究目標,在模擬中央空調室內微環境的測試平臺上做了大量實驗工作,在應用噬菌體模擬空氣中傳播病毒以實測凈化裝置的滅菌效果上取得了國際先進水平性的突破。其涉及設計空氣調節工程、空氣動力學、電磁場高壓靜電技術、納米光催化技術、室內微生物學、材料科學等科學技術領域。

  與以往凈化裝置相比較,中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置具有實質性特點和顯著進步,設計結構科學合理,集多種殺菌、滅毒的最新技術于一體,優勢互補,達到了快速、徹底、有效殺毒殺菌的目的,系統阻力小,工作可靠、無二次污染、安裝維護簡便、使用方便、形式靈活,可根據需要設計,適用多種場合等優點。

  經過緊張充實的努力和探索,在上海市科委專項基金項目的資助下,取得了下列系列進展:

  一、中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置的成功研制

  本課題研制的裝置主要由針型負高壓電極、載銀導電吸附層、正壓平流吸附層和紫外燈組成,針型負高壓電極的電暈放電,形成負離子流,將空氣中灰塵、細菌、病毒離子荷電,并在電場力作用下向陽極板方向運動,并隨之電荷中和,既可以除塵,又具有殺滅病毒作用;為了增強吸附作用,特采用后端附加的正壓平流吸附電場,將氣流中遺留的荷電微粒進一步吸附;載銀導電吸附層的應用既增加了吸附作用,同時又具有殺毒作用;C波段紫外線滅菌燈(紫外線波長254nm)殺菌滅毒效果好,其對吸附層的大功率長時間的均勻照射,保證了對吸附的各種病毒病菌的殺滅作用。這種復合技術的多重殺菌滅毒裝置,能夠接近100%殺滅很多普通中央空調所不能殺滅的室內空氣中病毒病菌,基于這種殺菌原理可以靈活的設計改造成具體產品形式,安裝于大型和戶式中小型空調設備或系統的風管內。該裝置已在中國專利局注冊申請專利保護,裝置在空調系統的應用文章已被制冷空調新技術進展收錄,于2003年11月出版,供本領域的專家、工程界人士研討參考。

  二、模擬中央空調室內微環境的測試平臺

  本研究建立了模擬空調室內微環境的測試平臺,可進行溫、濕度控制,滿足中央空調對室內空氣微環境調節控制的要求,能夠在此平臺上檢測各種室內空氣凈化裝置效果。平臺為全封閉空氣循環系統,布置了測試箱、加濕器、加熱器、換熱器和試驗段等,被檢測裝置在試驗段可方便的拆卸更換,進行各種物理化學測試和生物學病毒檢測,其動態和靜態測試效果對工程應用都具備高可信度的參考價值。該測試平臺已申請了中國發明專利保護,基于平臺的檢測實驗論文已被中國科學界最高期刊《科學通報》錄用。

  三、中央空調系統滅菌除病毒裝置的生物學檢測方法

  本研究利用從環境中提取的抗逆性超過SARS病毒的JD-II-3噬菌體病毒來模擬代替真正的冠狀病毒,由超聲霧化器以1~5微米直徑液滴的形式均勻分散到空氣中形成比較穩定的病毒氣溶膠,經過大量試驗摸索建立了用明膠-素瓊脂雙層平板通過氣流沖擊法回收測定空氣中噬菌體濃度的方法,整套方法考查了原液濃度、霧化速度、風速、采樣時間、噬菌斑測定條件等一系列條件和參數的影響關系。建立的這一整套用噬菌體病毒霧化、散布、采集和回收培養來模擬空氣中病毒氣溶膠的方法是國際上首次在接近實際工程應用的測試條件下對空氣凈化裝置的去除病毒效果進行系統的測定方法,對于提高空氣凈化產品的質量,規范市場管理和保證公眾健康都具有重要意義。

  四、實驗檢測和實際工程

  在實驗平臺上檢測中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置具有非常明顯的凈化空氣的優勢,能夠短時間內達到99.4%的凈化效率,根據1999 ASHRAE Applications Handbooks (SI)推斷對空氣中包括濾過性病毒、細菌氣溶膠和真菌孢子等的微生物顆粒的過濾殺滅效率至少可以達到99.999%以上;一次通過凈化裝置去除后的噬菌體量已經達到測定方法的最低限,比用空管測出的噬菌體數量降低2~4個數量級,表明散布到空氣中的多數噬菌體已經被有效去除;試驗還發現高壓靜電場或紫外光照射不會產生二次污染,如臭氧。在上海交通大學后勤大樓實地檢測結果表明中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置對微塵的平均凈化全效率為86.2%;上海市疾病預防研究院對后勤大樓安裝有凈化裝置的房間測試,在2小時內使一個220m3的會議室內空氣中微生物由90cfu/m3下降到30cfu/m3.可見本裝置應用于辦公樓宇、公共場所、醫院病房等的中央空調回風管道中,對防止病毒的傳播,是去除空氣懸浮氣溶膠的實際可行的有效方法,必將對室內人員的健康有益,對降低人群交叉感染起到一定的作用。

  研究背景

  爆發的全球非典疫情使得人們對建筑的安全性進行了深層反思,通風換氣一度被認為是最有效的防范非典措施。而空調系統則成為了眾人質疑的病毒傳播途徑。國家衛生部、建設部、科技部聯合制定了《建筑空調通風系統預防非典、確保安全使用的應急管理措施》,措施對中央空調通風系統的使用進行了嚴格規定,同時通知要求中央空調使用前必須進行清洗和消毒處理。

  本課題就是在這樣的背景下開展的,主要針對中央空調系統中的空氣清潔滅菌問題,建立了模擬空調室內微環境的測試平臺,研制能夠接近100%殺滅氣流中病毒病菌的裝置。該測試平臺可進行溫濕度控制,達到中央空調對室內空氣微環境調節控制的要求。在全封閉的系統中通過布置各類空氣凈化裝置,可以篩選、檢測各類裝置對空氣的除塵、除病毒的效率。并且結合該平臺,利用從環境中的抗逆性超過SARS病毒的JD-II-3噬菌體病毒來模擬代替真正的冠狀病毒,由超聲霧化器以1~5微米直徑液滴的形式均勻分散到空氣中形成比較穩定的病毒氣溶膠,經過大量試驗摸索建立了用明膠雙層平板通過氣流沖擊法回收測定空氣中噬菌體濃度的方法,整套方法考查了原液濃度、霧化速度、風速、采樣時間、噬菌斑測定條件等一系列條件和參數的影響關系。這是國際上首次在接近實際工程應用的測試條件下對空氣凈化裝置的去除病毒效果進行系統的測定。

  通過測試平臺試驗篩選,設計研制了新型復合多重除病菌裝置,主要由活性炭纖維網、鍍銀過濾段、高壓靜電場和紫外燈組成,可安裝于大型和戶式中小型空調設備或系統的風管內,與以往凈化裝置相比,具有實質性特點和顯著進步,設計結構科學合理,集多種殺菌、滅毒的最新技術于一體,優勢互補,達到了快速、徹底、有效殺毒殺菌的目的,系統阻風力小,工作可靠、使用方便。裝置的除塵殺菌原理可簡單如下說明,針型負高壓電極電暈放電,形成負離子流,將空氣中灰塵、細菌、病毒離子荷電,在電場力作用下向陽極板方向運動,并隨之電荷中和,既可以除塵,又具有殺滅病毒作用。為了增強吸附作用,特采用后端附加的高壓均勻電場,將氣流中遺留的荷電粒子進一步吸附;載銀導電吸附層的應用既增加了吸附作用,同時又具有殺毒作用。另外,附加電場中C波段紫外線滅菌燈(紫外線波長254nm)殺菌滅毒效果好,其對吸附層的大功率長時間的均勻照射,保證了對吸附的各種病毒病菌的殺滅作用。

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