一种能改善室内空气品质的空气处理方式一种能改善室内空气品质的空气处理方式 摘要：本文简单阐述了传统空调在空气品质方面存在的问题，以及控制室内空气品质的方法，提出了一种能改善室内空气品质的空气处理方式，并说明了该方法应用的可行性及相应的问题。 统计数字表明，现代人８０％～９０％的时间是在室内度过的，因此室内空气质量将潜在、直接影响到人们的身体健康和工作效率[1]。随着对室内空气品质问题的深入研究，国内对该问题的重视程度已经达到了一个相当高的程度，已相继颁布并实施的与室内空气中主要污染物控制有关的国家标准至少有10部以上，而新修订、正在审批中的国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》不仅新增了舒适性空调“室内空气污染物的允许浓度”的条文，而且给出了室内空气12种污染物的允许浓度限值。可以说我国的暖通空调工程实践已经到了必须同时确保室内空气品质达标的时候了。 1、传统空调存在的问题 随着人们生活水平的提高，空调的使用已经很普遍。但是传统空调只注重对室内温度、湿度的调节作用，并没有考虑室内空气品质。而且为了减少能耗，往往采用较小的新风量，并紧闭门窗。建筑材料、家具、家电和办公用品等所释放出的挥发性有害化学物质，还有生活油烟以及室内的病菌和霉菌等所产生的悬浮颗粒物等都得不到有效的稀释和置换，使得室内空气中的这些污染物浓度升高，人们长时间暴露在这种环境下，容易造成头痛、恶心、头晕眼花、暂时性记忆丧失、心慌乏力、情绪不稳定等，严重的可导致神经和呼吸系统受到损害。据大连、武汉、厦门、安徽、福建等五个省市的调查结果，在装有空调的房间里二氧化氮浓度增加，氧气、负离子等的浓度明显低于普通房间。 目前我国的大部分中央空调系统只设了一级初效过滤器，而初效过滤器仅能有效的滤去大于10μm的尘粒，对于可吸入微粒，特别是可深入呼吸道深处的微粒PM2.5的过滤效率较低，显然不足以满足室内空气质量要求，同时，较低的过滤效率也是空调箱中表冷器、挡水板、集水盘等湿表面滋生细菌等微生物的主要原因，使空调设备本身也成为了污染源，导致室内空气品质恶化。 2、控制室内空气品质的方法 2.1、污染源控制 众所周知，消除或减少室内空气污染源是改善室内空气品质，提高舒适性的最经济最有效的途径。室内空气污染源来自三个方面：室内、室外和空调系统本身。 室内污染源是影响室内空气品质能否达到“感受到的可接受的室内可空气品质”的主要因素，也是室内异味的根源，主要是来自建材、装修装饰材料、办公用品、电器、地毯等物品，以及人们日常生活的行为，诸如吸烟、使用燃气灶具、烹饪过程、使用气雾剂等，这些物品或过程所释放的有害挥发性有机蒸气、化学气体及微粒和微生物构成了室内空气污染物的主要组成部分。而选用绿色建材、绿色装修装饰材料、环保的办公用品等及减少吸烟、加强室内燃烧和烹饪过程的局部排风等均可有效减小有害物的发散量。 室外污染源主要是指对室内空气造成污染的室外大气中的污染物，其控制途径从根本上讲主要依赖全社会对大气污染的综合治理。而对一具体工程而言，减少室外污染源的措施是阻止或减小这些污染物进入室内，即通过对吸入的室外新风中的污染物进行去除处理，防止其对室内空气形成污染。 对于空调系统自身产生的污染，需要通过提高过滤效率，过滤掉大部分生物微粒，大大降低其进入室内或与表冷器等湿表面接触的数量，还须加强系统维护和管理，如定期清洗或更换空调箱中过滤器，清洗表冷器和凝水盘等，克服空调系统只用不管或轻视管理的倾向。诸多的研究报告指出：将近80%的建筑物成为病态是与不良的维护管理有关[3]。 2.2、改善空调系统，保证新风量与换气量 室内散发有害物而无法汇集排除，采用通风的方法加以稀释是最有效、最可靠的方法，而要求稀释后的浓度和所需的通风量是两个相关的量，必须加以确定才可作为保证室内空气品质的措施依据。尽管美国ASHRAE标准62-1989成为人们达到可接受的室内空气品质的最为熟悉的指南，它几乎被所有的建筑法规采用，也被绝大多数工程师认同并作为通风空调系统的设计基础[4]。但是各国的国情不同，室内污染物的特点也不尽相同，只有正式颁布的国家标准才具有强制执行的效力。我国相继颁布实施的GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》以及GB50327-2001《住宅装饰装修工程施工规范》等国家标准虽然均限定了部分室内污染物的允许浓度，但真正对室内通风量设计具有指导、约束作用的仍是《采暖通风与空气调节设计规范》，其修订稿较之现行“规范”明显加大了新风量，并且规定了应根据室内吸烟和其他由于室内装修等产生的污染物浓度，增加用于稀释的新风量。这些标准的着眼点是通过限定所使用的建材、装修装饰等材料的有害物释放量来达到室内空气质量达标的目的。 值得注意的是在许多城市里室外空气中的某些成分的浓度超过了允许的标准，这时如果向室内直接送室外空气，则会增加室内空气的污染水平。因此这时必须要去除空气中的气态污染物了，有人提出了新风三级过滤[5]以及在回风管道上装上吸附装置的设想[4]。 3、具有空气吸附段的空调系统的空气处理方案 3.1、活性炭吸附技术 让通风气流与某种固体物质相接触，利用该固体物质对气体的吸附能力，除去其中某些有害成份的过程称为吸附。用于吸附的固体物质称为吸附剂，而吸附的有害物称为吸附质。物理吸附主要靠分子间的吸引力，把吸附质吸附在吸附剂表面。因此吸附剂必须有很大的比表面积（m2/g）。活性炭是一种最常用的吸附材料，一克活性炭的有效接触面积高达1000m2，而每升活性炭就有485g，它对有害气体具有很强的吸附能力。吸附饱和后，用水蒸气脱附，再生的活性炭循环使用。 活性炭以及浸渍活性炭能吸附的物质如表1所示[6]。可以看出室内空气中的污染物绝大多数可以用活性炭进行吸附清除，所以将活性炭吸附技术用于清除空调送风或空调房间内空气中的低浓度有害物是可行的，对于不同的空调系统形式，应用方式应各不相同。 用活性炭吸附化学有害物技术在工业应用方面已相对成熟，但将活性炭制成较薄的吸附层，并用来吸附民用建筑通风空调中遇到的低浓度的有害物尚缺乏技术数据，本文对此做了部分工作，分别测试了薄层活性炭（厚度为20mm）对二氧化碳和甲醛的吸附效率，测试结果如图1和图2所示。 活性炭吸附法可除去的污染物质 表1
图1 不同风量下二氧化碳浓度对活性炭吸附效率的影响 图2 不同风量下甲醛浓度对活性炭吸附效率的影响 可以看出，薄层活性炭对有机污染物如甲醛的吸附效果还是很好的，而对无机污染物如二氧化碳的吸附效率不高。 3.2、分散式空调系统 对于一般的房间，使用独立的空气净化器处理室内循环空气，是改善办公室、住宅类建筑室内空气质量的十分有效的方法。这也是最节约能源的空气净化方法之一，因为采用额外增加新风量来改善室内空气质量，需再增设空气处理设备，并增加对室外空气进行冷却或加热的能耗。 吸附方法是目前去除室内主要VOCs最常用的技术，最常用的吸附剂是颗粒活性炭、含高锰酸钾的活性氧化铝及改性颗粒活性炭。活性炭对浓度在100mg/m3左右的VOCs有较好的净化效果。其使用周期约在1000h以上，并且净化效果随使用时间的延长会有所下降[7]。而室内空气中常见VOCs的浓度一般低于8300μg/m3，活性炭的使用周期会更长，但吸附效果也会随有害物浓度的变小而下降。 3.3、中央空调系统 上述各类独立的空气净化器，对小空间的建筑是适用的，但对于设有中央空调的建筑来说，其建筑用途就限制了独立式空气净化器的使用，而且即使使用也难以取得好的效果。而空调送风本身要经过过滤和热湿处理，这样可以在空调处理设备中加入空气净化段，对送风进行吸附处理，再送入室内，使其具备更高的稀释能力。 3.3.1、全空气系统 这个系统的空气净化设备由过滤段和吸附段两部分组成，其原理图如图3所示，新风先经过初效过滤器，滤除掉较大颗粒物；再和回风一起进入活性炭吸附段，吸附掉有害气体；再通过中效过滤器，进一步去除尘埃以及微生物等，还有吸附段可能漏出的活性炭粉末；然后进入热湿处理设备进行热湿交换；最后由风机将确保室内空气品质的气体送入到室内。这样，室内的有害气体不断由回风携带通过吸附段吸附清除，净化后的洁净空气又进入室内环境。本文将中效过滤器放在热湿设备前面，主要是为了更有效的滤掉微生物粒子，从而避免细菌在换热器湿表面上的滋生，能有效地避免空调自身的污染。
3.3.2、风机盘管加独立新风机组系统 对于室外空气中某些成分的浓度本身已超标的地区而言，送入室内的新风需加以净化才能增加其稀释室内有害物的能力，其净化设备亦由过滤段和吸附段组成。其原理图亦如图3，去掉回风段。新风先通过初效过滤器，滤除掉较大颗粒物和生物粒子；再通过吸附段，吸附掉有害气体；然后通过中效过滤器，进一步除掉小粒径的颗粒、微生物以及漏下的炭粒等；然后进入热湿处理设备进行热湿交换；再由风机送入房间。 3.4、效果分析 图4为设置了吸附段的一次回风全空气空调系统示意图，其对室内空气中某种污染物浓度的改善情况可以通过比较得出。
a)对于传统空调系统，即没有设置吸附段的系统，稳定状态时室内有害物平衡方程如式（1）所示： Q0C0+QrC+G=QsC （1） 式中 Q0————新风量，m3/h 对式（1）进行变换，可得出在室内有害物浓度不变的情况下所需要的新风量的表达式： 同时，也可得出在新风量不变的情况下，室内有害物浓度的表达式： b)对于带有吸附段的空调系统，稳定状态时室内有害物浓度平衡方程如式（3）所示： Q0C0(1-η)+QrC(1-η)+G=QsC （4） 式中 η————吸附段的吸附效率，% 对式（3）进行变换，可得出在室内有害物浓度稳定时的新风量的表达式： 同样，可得出在新风量一定的情况下，室内有害物浓度的表达式： 比较式（3）和式（6），可以发现在室外新风量一定的情况下，在加了吸附段的空调系统，达到稳定状态时室内有害物浓度较之常规空调系统有明显降低，大大提高了室内空气品质。 再比较式（2）和式（5），可以看到在要求达到的室内有害物浓度一定的情况下，带有吸附段的空调系统用于稀释污染物所需要的新风量比常规空调系统要少。 3.5、吸附段设置的可行性 目前市场上已经有相关的吸附产品。吸附层的两侧是特制的吸附材料，中间填充活性炭颗粒、纤维活性炭或其它吸附剂，厚约20mm。外型做成多个并列的圆桶状或楔型等以增加吸附面积。将这样的吸附器外型加以调整，装在空气处理设备中形成一个功能段即吸附段，可根据所处理的空气的需要进行组合，这会大大方便工程应用的。当然，在空气处理设备中加入吸附段，会带来一系列的问题，如设备投资费用的增加，空调机组大约要加长500mm，还有系统的阻力将增加约几十Pa，这将增加系统的运行费用，但设置了吸附段后，将大大地提高送风对污染物的稀释能力，所以在满足室内卫生要求的前提下可减少额外的新风量，从而降低了对室外空气进行冷却或加热的能耗。 4、结论与展望 随着有关室内污染物控制国家标准的颁布实施，标志着室内空气品质问题已进入工程实施阶段，那么这必然给我们暖通空调工程的设计者提出了新的要求。如何保证室内空气品质必将成为每个暖通设计者必须考虑的重要环节。 活性炭吸附段不仅能改善室内空气品质，而且活性炭过滤材料和浸渍活性炭吸附剂在技术上是可行的，相对价格不高，同时还能节约处理大量新风的能源。因此，这种带有活性炭吸附段的空调机组应该能被用户接受。 参考文献 1、姚志棋等编.环境卫生学（第二版）.北京：人民卫生出版社，1993
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