人群密集場所空氣凈化技術研究

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人群密集場所空氣凈化技術研究摘要:隨著城市人口密度持續增加和生活水平的不斷提高，人群聚集場所的空氣質量備受關注，如何解決人群聚集場所室內空氣凈化問題，是國家及各級政府亟待解決的問題。本文從空氣過濾和殺除病毒及凈化室內有毒、有害物的角度出發，通過對超細玻璃纖維過濾、紫外線消毒、低溫等離子體等技術的分析研究，設計了一套空氣凈化技術系統。該系統包含一種室內過濾精度可調、自動再生超細纖維球的高效過濾器，并集成了除塵、殺菌、降解去毒功能，為人群密集場所室內空氣凈化裝備設計提供了技術基礎。

關鍵詞:室內空氣;有毒有害物;凈化關鍵技術

1概述

隨著國家發展、生活水平的提高，人們越來越重視居住、學習、辦公場所的空氣質量。目前，室內空氣污染已成為危害人類身體健康的“隱形殺手”。與此同時，室內空氣污染凈化技術研究被提到議事日程。以過濾凈化技術為代表的空氣凈化器的發展大致經歷了三個時期［1-3］:(1)以機械過濾除塵和活性炭吸附等物理性能設計的第一代凈化器;(2)增加了靜電除塵、離子交換、臭氧殺菌等功能的第二代凈化器;(3)采用高效光催化技術的第三代凈化器。從身體健康的角度來看，要想能很好地保持室內空氣的潔凈度，室內進排風系統要能有效地過濾掉進入室內的霧霾，吸附中和有害物質，除掉氣溶膠團中的病毒等，才能保持教室內空氣的潔凈度。從技術角度來看室內空氣凈化關鍵技術是:一是空氣霧霾污染高效的精密過濾技術;二是空氣病毒及有毒有害污染去除技術。從近年來空氣過濾技術發展來看，超細玻璃纖維球過濾技術能夠較好地對PM2．5霧霾進行有效過濾;紫外線能有效地去除病毒。

2空氣灰塵污染和化學污染處理技術

2．1空氣灰塵污染超細玻璃纖維過濾技術

所謂“空氣灰塵污染超細玻璃纖維過濾技術”是指使用纖維線徑≤1μm的亞微米超細玻璃纖維，對分子級空氣PM2．5霧霾污染物進行高效過濾。這種超細玻璃纖維，最大的優點是單絲直徑超細、柔韌性好、撓曲性能好，可以承受5萬～8萬次的過濾沖擊。分子級空氣污染納米級超細玻璃纖維結構如圖1所示。

2．2空氣灰塵和病毒污染超細玻璃纖維過濾+紫外線復合作用處理技術

近年來，新興的超細纖維過濾+紫外線殺菌復合作用環境凈化技術具有操作簡單、耗能少、降解速率快、處理范圍廣、無二次污染、凈化效果好等優點，尤其紫外線對消殺效果明顯［4-5］。超細纖維+紫外線復合作用氣體凈化工作原理如圖2所示。圖2超細纖維過濾+紫外線殺菌復合作用原理該技術運用了超細纖維阻擋過濾+紫外線消毒技術。在換氣風扇(或風機)作用下，室外的新風首先穿過超細纖維過濾網，PM2．5的微細灰塵及霧霾被超細纖維過濾網微孔阻擋過濾掉了，緊接著空氣再經過紫外線殺菌消毒，進入室內的空氣得到了較好的凈化。

3空氣灰塵污染、化學、病毒等污染處理創新設計研究

3．1過濾精度可調、自動再生超細纖維球高效過濾器的創新設計

從上述對“空氣灰塵污染超細玻璃纖維過濾技術”的研究來看，超細玻璃纖維球對灰塵的過濾原理是利用超細玻璃纖維球的多層交叉重疊布置來實現對超細灰塵和霧霾過濾的。雖然采用這種超細玻璃纖維球可用于對灰塵和霧霾進行有效過濾，但是其反吹再生效率隨時間延長會越來越差。針對超細玻璃纖維球過濾介質再生難的問題，在多年研究的基礎上，改進創新設計了圖3所示的“一種過濾精度可調、自動再生超細纖維球高效過濾器”。從圖3可以看出，該過濾器內填滿了超細纖維球，在過濾器超細纖維球中間設計了一個水囊，通過水囊充水加壓來調節纖維球過濾精度。通過進氣口壓力傳感器，自動啟動反吹功能，當給水囊泄壓后纖維球處于松散自由狀態，通過反吹可以較好地實現對超細纖維球清潔再生。

3．2超細纖維球+低溫離子體一體化除塵、殺毒、有害物降解集成創新技術

從課題總體思路來看，要想能很好地解決人群密集場所室內空氣凈化方案，還需要進行細致的思考。通過前面對“超細纖維過濾+紫外線殺菌復合作用環境凈化技術”的研究可以看出，雖然采用紫外線可以殺菌，但是對室內有毒有害物質如室內裝修殘留的甲醛、苯、聚氨酯漆、醇酸類漆污染物等，超細纖維球過濾+紫外線殺菌方法是無法去除的［6］。針對室內有毒有害物質，結合多年對低溫等離子技術的研究，利用低溫等離子具有分解降解功能，研究集成設計了一種集超細纖維球高效過濾、低溫等離子體一體化的人群密集場所空氣除塵、殺菌、有毒有害氣體降解凈化技由圖4可以看出，室外的新風首先穿過超細纖維球過濾器，PM2．5的微細灰塵及霧霾被超細纖維過濾網微孔阻擋過濾掉了，緊接著空氣再經過低溫等離子體發生器，氣體再經過低溫等離子體的放電作用，對有毒有害氣體進行殺菌、解毒、分子降解作用。低溫等離子體凈化空氣污染物，主要是利用粒子間及粒子與物相表面碰撞所產生的高能量使氣體污染物分子化學鍵斷裂，同時使污染物分子在分解過程中產生的高活性自由基轉化為無害物質［7-9］。

4總結

通過上述研究可以看出，本文針對人群密集場所室內空氣凈化問題，從空氣過濾和消除病毒角度出發，對人群密集場所室內空氣凈化，空氣污染超細玻璃纖維過濾，低溫等離子體復合作用除塵、殺菌消毒等關鍵技術進行了較為深入的探討，為人群密集場所室內空氣凈化環境設計提供了技術基礎。主要研究內容歸納如下:(1)通過對國內外室內空氣凈化技術發展現狀的研究，首先確立了超細玻璃纖維球過濾+紫外線除病毒的人群密集場所室內空氣凈化初始方案。(2)依據初始方案，通過對超細纖維過濾和紫外線殺菌相關技術的研究，構建了超細纖維+紫外線復合作用氣體凈化方案。(3)在超細纖維+紫外線復合作用氣體凈化方案研究的基礎上，結合多年研究的經驗，創新設計了一種“過濾精度可調、自動再生超細纖維球高效過濾器”。該過濾器通過中間充水膠囊的加壓或泄壓，調節空氣過濾精度和效率。通過對低溫等離子體技術的研究，利用低溫等離子體同時具備殺菌、解毒的特點，最后集成創新設計了超細纖維球+低溫離子體一體化除塵、殺毒、有害物降解技術系統，為人群密集場所室內空氣凈化設計，提供了一種集成技術。

參考文獻:

［1］裴晶晶，薛人瑋，劉俊杰．氣態分子污染及控制技術［M］．天津:天津大學出版社，2020．

［2］涂有，涂光備．對國內與國際潔凈室節能新標準的綜合評述［J］．潔凈與空調技術，2022(02):1-5．

［3］劉根，蔣澄燦，芮曉光，等．工業超潔凈環境設計關鍵技術的研究［J］．機械設計與制造工程，2016，45(11):86-91．

［4］王一帆，錢曉明．氣體過濾用纖維材料的設計與選用［J］．化纖與紡織技術，2016，45(04):22-26．

［5］黃海峰．分布式自適應空氣凈化系統的設計［J］．現代制造技術與裝備，2022，58(05):57-60．

作者:芮曉光 廖黎莉 劉鑫培 單位:蘇州市職業大學 蘇州大學