净化技术在空调中的应用

　　摘要室内空气污染物主要分为三大类：颗粒污染物、气态污染物、微生物污染物，这其中包括了常见的PM2.5，甲醛，细菌，霉菌等，也有常常被忽视的苯，异味，过敏原，病毒等，这些有毒有害物质给我们的健康带来重大威胁。空调作为调节室内空气状况的重要家电，除了基本的调节室内温度的功能，净化空气的作用也越来越被消费者需求和看重。现在越来越多的净化技术被应用到了空调上，致力于为我们提供“健康空气”。

　　关键词室内空气污染物;净化技术;空调;健康

　　0引言

　　当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，以“室内空气污染”为主的第三次环境污染。室内空气污染目前主要分为三大类，颗粒污染物、气态污染物、微生物污染物。颗粒污染物通常包含PM0.3~PM10(粒径0.3μm~10μm)的固态颗粒物，俗称的雾霾，颗粒污染物是其主要组成成分。雾霾的源头多种多样，比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧，甚至火山喷发等等，雾霾天气通常是多种污染源混合作用形成的。

　　但各地区的雾霾天气中，不同污染源的作用程度各有差异。可吸入颗粒物直径一般在2.5μm以下，可直接通过呼吸系统进入支气管，甚至肺部。所以，颗粒污染物影响最大的就是人的呼吸系统，造成的疾病主要集中在呼吸道疾病、脑血管疾病、鼻腔炎症等病种。气态污染物危害较大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等挥发性有机物，其来源于建筑及室内装饰材料、室外污染物、燃烧产物和人本身活动。其中室内装饰材料及家具的污染是造成室内空气污染的主要方面[1]。

　　国家卫生、建设和环保部门曾经进行过一次室内装饰材料抽查，结果发现具有毒气污染的材料占68%，这些装饰材料会挥发出300多种挥发性的有机化合物。其中甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯、挥发性有机物以及放射性气体氡等，人体接触后，可以引起头痛、恶心呕吐、抽搐、呼吸困难等,反复接触可以引起过敏反应，如哮喘、过敏性鼻炎和皮炎等,长期接触则能导致癌症(肺癌、白血病)或导致流产、胎儿畸形和生长发育迟缓等。微生物污染物主要包括细菌，霉菌，病毒等微生物，冬天、夏天为了保证空调效果需长时间紧闭门窗，因为缺乏气流交换，室内微生物大量滋生，家里的老人和儿童因为抵抗力较弱，这种情况下就非常容易出现身体不适等症状，青壮年长期处于这种环境也会对身体健康造成不良影响[2-3]。

　　针对如此众多的高危污染物，空气净化器最早出现并逐渐被广大的民众所接受，能够吸附、分解或转化各种空气污染物(一般包括PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等)，有效提高空气清洁度的产品，主要分为家用、商用、工业、楼宇。空气净化器应用虽广泛，但也存在诸如占用室内空间，噪音大，更换耗材成本高等缺点。于是净化技术应用于空调的想法被实现并逐渐推广开来。应用于空调的净化技术大致沿用空气净化器的技术，但又不完全相同，考虑空调本身的制冷制热功能以及内部复杂的结构设计，相比净化器来说，在空调上实现净化功能的难度系数更大。

　　1净化技术按照原理进行划分，大致可分为以下三类

　　1.1被动吸附过滤式的净化原理(滤网净化类)用风机(单独或空调风机)将空气抽入机器，通过内置的滤网过滤空气，主要能够起到过滤粉尘、异味、有毒气体和杀灭部分细菌的作用。而滤网主要分为：颗粒物滤网和有机物滤网。颗粒物滤网又分为粗效滤网、中效滤网和高效滤网。

　　1.2主动式的净化原理(无滤网型)主动式的净化技术摆脱了风机与滤网的限制，不是被动的等待室内空气被抽入空调内进行过滤净化，而是有效、主动的向空气中释放净化灭菌因子，通过空气会扩散的特点，到达室内的各个角落对空气进行无死角净化。市场上净化灭菌因子的技术主要有银离子技术、负离子技术、低温等离子技术、光触媒技术和净离子群离子技术等。

　　1.3双重净化类(主动净化+被动净化)这种净化技术其实就是将被动式净化的技术与主动净化类的技术进行结合。此种技术的应用在实际使用时的效果相比来说要更好一些。净化技术应用于空调方面，大多是以模块的方式进行安装，通过空调本身的风机或结构，使用直接或间接的方式，达到去除室内颗粒污染物、气态污染物、微生物污染物等各类污染物的效果，下面是针对本文所提及的污染物种类，从功能点进行划分，结合目前市面上的各大空调品牌产品中所使用的技术，按照净化技术的发展，进行简述。

　　2污染物的去除

　　2.1针对颗粒污染物的去除，主要分为以下两大类

　　2.1.1HEPA滤网

　　高效微粒空气过滤器(HEPA)是空气净化中使用的最热门的技术之一。标准的HEPA过滤器能够吸纳99.7%大小为0.3μm的悬浮微粒(0.3μm是最难过滤的)，HEPA能使吸进的空气更清新、洁净，吸收化学烟雾、细菌、尘埃微粒及花粉等。HEPA滤网的优点是有效安全，是去除空气中颗粒污染物的最主要技术，但缺点是只能滤除悬浮微粒、无法滤除有害气体。

　　而且它的风阻也相对比较大，鉴于空调本身的制冷制热对于风阻的要求极高，如果将进风口完全覆盖的话，制冷制热效果极差，此种情况觉不会被广大用户所接受，于是空调厂家会想办法降低风阻，比如降低厚度、进行分体设计(单独净化风机)、将制冷制热与净化分离(净化模块可往复运动)等方式，大大提升了用户对于净化的体验。

　　2.1.2静电集尘技术

　　利用高压静电吸附的原理去除空气中的微粒污染物，如灰尘、煤烟、花粉、香烟味和厨房油烟等，此技术一般使用集尘模块和负离子发生器配合使用。该技术的优点是风阻低，基本不影响空调的制冷制热;无需更换耗材，进行清洗后可以继续使用。最初的电子集尘器是这一技术的应用，由于技术的不成熟，存在诸如工作时由于高压打火，释放臭氧超标等问题;还有3M的HAF产品，材料本身自带静电，但是在潮湿环境中净化效果衰减会比较快;目前此技术应用最安全有效的是来自英国达尔文公司的IFD净化模块，已经广泛应用于各大空调厂家的高端净化产品中。

　　2.2针对气态污染物的去除，主要分为以下两大类

　　2.2.1活性炭滤网

　　活性碳是一种国际公认的高效吸附材料[4]，早在“一战”时，它就被应用于防毒面具。活性碳被广泛用于汽车或者室内的空气净化。活性碳是一种多孔的含碳物质，其发达的空隙结构使它具有很大的表面积，所以很容易与空气中的有毒有害气体充分接触，活性碳孔周围强大的吸附力场会立即将有毒气体分子吸入孔内，所以活性碳具有极强的吸附能力也是去除气态污染物的主要技术，而且目前针对活性炭的改性升级，也出现了很多的同类高性能产品。活性炭吸附技术主要分为两类：物理吸附和化学吸附。物理吸附主要是针对大分子有机气体(例如苯类等TVOC)通过活性炭自身的微孔结构吸附这些大分子污染物。

　　化学吸附主要针对一些小分子气态污染物例如(甲醛，硫化氢，氮氧化物等)，因为小分子气体被吸附后很容易再次脱开形成二次污染，所以要对活性炭进行化学处理，使得被吸附的气体与化学成分发生反应，从而达到吸附效果。活性炭技术的缺点是使用一段时间会饱和，易产生二次污染，需要定期更换，一般间隔半年时间更换一次。

　　2.2.2光触媒催化技术

　　光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，它涂布于基材表面，在光线的作用下，具有催化降解功能，能降解空气中有毒有害气体。由于需要配备专门的光源，在空调内部实现此功能费用较高，目前此技术应用性不高。

　　2.3针对微生物污染物的去除，从使用目的上区分可分为两大类

　　第一类除菌技术是借助空调实现对室内空气进行除菌的技术，我们在空调上应用除菌技术的最终目的是杀灭室内空气中的细菌霉菌病毒等有害微生物，为室内环境提供健康空气，这类除菌技术的应用大大改善了我们的工作生活环境。第二类是对空调自身滋生的细菌霉菌等微生物进行杀灭去除的技术，空调器内部因为温度、湿度比较适宜，灰尘污物等覆盖在滤网、蒸发器、接水盘等位置，为细菌霉菌等微生物滋生提供了良好的条件，若空调长时间未清理，灰尘污物等大量聚集，细菌霉菌大量滋生，空调就成为了室内空气的污染源，正是因为这个原因，一方面我们在日常使用空调的过程中，尤其是空调长时间未使用，再次开启时要先清理空调，平时也要定期清理，另一方面在空调上应用一些除菌、清洁技术，及时杀灭空调中滋生的细菌霉菌。

　　2.3.1第一类对室内空气进行除菌的技术

　　目前应用在空调上的对室内空气除菌的技术主要包括两大类，一种是利用紫外光进行除菌，一种是利用带电离子进行除菌。

　　1)紫外光除菌技术紫外线的UVC波段，波长200nm~275nm，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。紫外线消毒是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外线除菌效果稳定，无二次污染，除菌效果好，目前国内各品牌空调中海尔母婴空调率先应用此技术，UVC-LED灯珠能发射UVC波段紫外光，有效杀灭经过空调的室内空气中的细菌霉菌病毒等有害微生物，为室内提供健康空气。

　　2)带电离子除菌技术目前空调上应用的带电离子除菌技术主要有负离子除菌、等离子除菌、Nanoe除菌等，离子除菌技术的核心原理就是带电离子与微生物表面的带电基团结合，影响其代谢过程，进而破坏微生物的结构，最终导致微生物死亡。以“净离子群技术”为例，通过等离子放电，释放出(H+)和(O2−)离子，(O2−)离子夺取微生物表面的(H+)结合形成(-OH)，导致微生物的代谢紊乱，结构遭到破坏，(-OH)与(H+)结合生成H2O返回空气中，微生物因为结构被破坏而死亡。

　　带电离子同样可作用于PM2.5等微粒，通过静电吸引，使小粒子相互结合成大颗粒而沉降，但是带电离子的稳定性相比紫外线要差一些。紫外除菌技术和带电离子除菌技术各有优缺点，在应用时可根据不同的侧重点进行选择。随着技术的发展，这两类技术会不断的修正自身的缺点，强化自身的优点，给我们带来更好的除菌体验。

　　2.3.2第二类抑制、去除空调自身滋生微生物的技术

　　随着技术的进步，我们越来越意识到空调自身滋生的细菌霉菌是我们室内微生物污染的重要来源，各种除菌技术应运而生。其中最具代表性的是蒸发器自清洁技术、滤网自清洁技术、抑菌涂层技术等。海尔独有的蒸发器自清洁技术，遥控器控制自清洁功能，通过内部结霜使污垢剥离蒸发器迅速瓦解灰尘污垢，然后通过凝水技术，冲洗蒸发器，以达到清洁的目的，这样吹出来的风都是健康的空气。滤网自清扫技术主要部件包括毛刷、集尘盒、联动装置，将沉积在滤网上的灰尘污垢清扫下来，收集到集尘盒中，这样就避免了灰尘污垢在滤网上长期沉积导致滋生细菌霉菌。

　　空调的蒸发器、接水盘、滤网都是容易滋生细菌霉菌的部位，为了抑制细菌霉菌的滋生可在这些部件上使用抑菌材料，抑菌涂层就是比较常用的抑菌手段。以Ag+抑菌涂层为例：银离子(Ag+)接触细菌后，导致细菌的蛋白质遭受破坏，造成细菌死亡。

　　其接触原理基于电吸附，因为细胞膜带有负电荷，而银离子(Ag+)带有正电荷，二者产生电吸附使之牢固结合，其结果是银离子穿透细胞膜并进入细菌体内，与细菌体内蛋白质上的硫氨基(-SH)产生化学反应：这个反应造成蛋白质凝固，使细菌合成酶的活性遭到破坏，干扰细菌DNA的合成，使细菌丧失分裂增殖能力而死亡。与此同时Ag+和蛋白质的结合还破坏了细菌的呼吸系统，物质传输系统，此外，由于Ag+具有较高的氧化还原(0.798ev，25C)因此细菌被消灭后又会游离从菌体释出，并继续再与其他有机细菌产生氧化反应再度灭除病菌，周而复始的产生杀菌抗菌的作用。

　　3结语

　　随着民众生活水平的不断提高，对于室内空气污染物的重视程度也逐步提升，针对此需求出现的各品牌空调和净化功能一体的机器也不断涌现，从一开始单一针对甲醛或是PM2.5逐步发展为现在的多效合一(同时去除各类污染物)，以及净化性能的极致极速体验，想必具有净化技术功能的空调将会被越来越多的用户所接受并购买。

　　参考文献

　　[1]侯富忠.室内环境污染防治的探讨[J].中国新技术新产品，2010(4)

　　[2]周世宁,陈维田，BumetJ,等.空调室内环境的气传微生物[J].环境科学学报,1997,17(4)

　　[3]丁力行，严汉彬.空调系统微生物二次污染与控制研究进展[J].仲恺农业工程学院学报,2010,23(1)

　　[4]唐冬芬，等.以活性炭为主的吸附类空气净化技术发展综述[J].洁净与空调技术，2010,17(3)

　　空调论文投稿刊物：《洁净与空调技术》(季刊)创刊于1994年，是由中国电子工程设计院与中国电子学会洁净技术分会主办的，是国内目前唯一一本以宣传洁净技术为主要目的，公开发行的科技期刊。本刊以应用技术为主，兼具学术性和信息性，及时报导国家有关建筑节能及环境保护等重大技术政策。

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