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)傳播很長時(shí)間，新冠病毒將長期與人類共存[1]。面對(duì)疫情，世界衛(wèi)生組織和國家衛(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，越來越受到重視，其中空氣過濾器是研究重點(diǎn)。在我國，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題。為此，科研院校和企業(yè)開始研發(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、微生物一次通過率不大于10％和顆粒物一次計(jì)重通過率不大于5％的過濾設(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、 高效率的凈化過濾設(shè)備為3分[4]。 風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組過濾器除了需要滿足上述國家標(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)口和過濾器的機(jī)組出口靜壓為0 Pa，不帶風(fēng)口和過濾器的機(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，我國風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的凈化技術(shù)經(jīng)過了3次大的變革，第一次是2003年SARS疫情后，第二次是2012年國內(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)組因尺寸過大而無法安裝，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，國內(nèi)有學(xué)者開始研發(fā)風(fēng)機(jī)盤管過濾器。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)盤管過濾器，結(jié)果表明，余壓為50"--80Pa的機(jī)組回風(fēng)過濾器選用粗效、中效(G3、G4)過濾器，余壓為30～50 Pa的機(jī)組回風(fēng)過濾器選用粗效(G2、G3)過濾器[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]。上述研究的過濾器過濾效率只能達(dá)到粗、中效過濾器水平。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)超過了SARS疫情，為了抗擊疫情，風(fēng)機(jī)盤管的凈化問題再度受到國內(nèi)外空調(diào)凈化界的關(guān)注。
《負(fù)壓隔離病房建設(shè)簡明技術(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)高中效過濾器。”并推薦了一種高中效過濾器，其主要性能見表2、3[7]。
文獻(xiàn)[8]介紹了一種風(fēng)機(jī)盤管過濾器，在0．8m／s風(fēng)速時(shí)，粒徑0．5“m粒子的過濾效率為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、問題分析
從上面的介紹可以看出，目前國內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管過濾器還存在一些問題，研發(fā)過程中應(yīng)解決以下問題：1)阻力問題。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)盤管過濾器的首要任務(wù)就是將空氣過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)高中效過濾器。”圖1顯示了根據(jù)表2所示超低阻高中效過濾器實(shí)驗(yàn)結(jié)果模擬的該過濾器在不同風(fēng)速下的阻力。
若將表2過濾器用于表1所示風(fēng)機(jī)盤管中，如按圖1所示不同風(fēng)速下的過濾器阻力進(jìn)行計(jì)算，送、回風(fēng)口過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，過濾器的總阻力將更大，這種空氣過濾器無法用于防控區(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)速均超過了0．8 m／s，使用這種過濾器不但阻力會(huì)增加，效率也會(huì)下降。
2)過濾效率問題。新冠肺炎疫情暴發(fā)后，風(fēng)機(jī)盤管過濾器的開發(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“感染性氣溶膠立場文件”，要求醫(yī)療建筑采用高效過濾器(HEPA)；而對(duì)非醫(yī)療建筑，則應(yīng)改善集中空調(diào)和其他HVAC過濾級(jí)別，達(dá)到MERV-13(相當(dāng)于我國的高中效過濾器)或更高水平[9]。
國內(nèi)亦以高中效過濾器作為風(fēng)機(jī)盤管過濾器的過濾級(jí)別。文獻(xiàn)ET]介紹的過濾器對(duì)粒徑0．5 tLm顆粒物的過濾效率為79．4％(未注明風(fēng)速)；文獻(xiàn)E8]介紹的過濾器在風(fēng)速0．8 m／s時(shí)，對(duì)粒徑0．5“m顆粒物的過濾效率為90％。這些過濾器的過濾效率還有待提高。
3)尺寸問題。風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)VI過濾器有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。目前開發(fā)的風(fēng)機(jī)盤管過濾器為實(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1 m／s，因此直接安裝在回風(fēng)口會(huì)出現(xiàn)阻力過大、風(fēng)量下降的問題。
第二種是安裝在吊頂上，過濾器通過短管與風(fēng)機(jī)盤管相連接。這種安裝方式存在2個(gè)問題：一是要有足夠大的面積安裝過濾器和回風(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)速過高。
除了過濾器的面積外，過濾器的厚度過大也常常使得過濾器無法安裝，目前市場上流行的一種側(cè)回風(fēng)凈化回風(fēng)口，靜壓箱高度竟達(dá)到430 mIn，在很多場合由于吊頂內(nèi)高度受限而無法使用。開發(fā)可用于不同安裝方式的風(fēng)機(jī)盤管過濾器是當(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。玻纖濾料一直是國內(nèi)空氣凈化器的主要過濾材料，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)到高中效過濾效率將十分困難，一般只用于中效過濾器。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濾材料。G剮T14295--2019<<空氣過濾器》規(guī)定：“對(duì)于濾料荷電的空氣過濾器，應(yīng)標(biāo)稱消靜電處理后的效率’’[11|，而消靜電后這種過濾器的過濾效率會(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)盤管過濾。由于工藝水平的突飛猛進(jìn)，納米纖維濾材近年來異軍突起，不但實(shí)現(xiàn)了高效率、低阻力，而且解決了過濾材料在高效過濾顆粒物的同時(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)說明。
②靜電式過濾。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，靜電式空氣過濾器的定義為：采用高壓靜電場使顆粒物荷電之后，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濾器[11|。按照目前國際上通用的分類方法[12]，靜電式過濾分為2種：一種是高壓靜電過濾(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。
靜電過濾還有一項(xiàng)技術(shù)，即強(qiáng)電介質(zhì)場(IFD，intense field dielectric)技術(shù)，是指對(duì)以電介質(zhì)材料為載體的強(qiáng)電場進(jìn)行空氣凈化的技術(shù)，是英國某公司的一項(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篇論文是由中國學(xué)者撰寫的。目前國際上除英國公司之外，在空氣凈化器中采用過這項(xiàng)專利的在美國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，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)場試驗(yàn)可能從一個(gè)側(cè)面說明問題：“IFD過濾器的長期性能可能無法令人滿意，運(yùn)行半個(gè)月(每天8 h)后，過濾效率下降到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，風(fēng)速增大，IFD過濾器的效率會(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)的空氣過濾器能否用于風(fēng)機(jī)盤管值得商榷。
負(fù)離子過濾器也屬于靜電過濾，與前述高壓靜電過濾器不同，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)》也明確說明了這一點(diǎn)。德國標(biāo)準(zhǔn)DIN1946—4在“高效過濾”一章中指出：“不允許使用靜電除塵過濾器”“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)，即使是使用抗菌過濾器或含有特殊材料的過濾器”。國內(nèi)學(xué)者楊明華的實(shí)驗(yàn)表明，開機(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)于中效過濾器一次通過的效率[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濾器，也應(yīng)包括負(fù)離子過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)院場合，目前國內(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題是：對(duì)顆粒物無凈化效果；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)存在的問題，筆者所在團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)從事凈化材料研究的高等院校合作，從2020年5月開始進(jìn)行了風(fēng)機(jī)盤管過濾器用濾材研發(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，國內(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，所以測試空氣過濾器效率時(shí)無需作消靜電處理。目前國內(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濾器和超高效過濾器，雖然其阻力明顯低于玻纖，但若用于風(fēng)機(jī)盤管，阻力仍然過大。因此本研究通過對(duì)靜電紡絲工藝的改進(jìn)，同時(shí)考慮到空氣過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)行了大量優(yōu)化試驗(yàn)，生產(chǎn)出一種適用于風(fēng)機(jī)盤管的亞高效過濾器濾料。表4給出了國家空氣凈化產(chǎn)品及氣體檢測儀器質(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濾器性能的測試結(jié)果。該過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)過濾器的過濾效率(E)達(dá)到亞高效過濾器的效率范圍(o．5肚m時(shí)的過濾效率95％≤E<99．9％)。
圖3給出了這種亞高效過濾器不同容塵量對(duì)應(yīng)的空氣阻力和過濾效率。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，過濾效率為99．1％(0．5灶m)，終阻力為35 Pa。
由于過濾器直接安裝在風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口，過濾器的面風(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，濾材過濾效率下降的同時(shí)阻力也減小，如表5所示。經(jīng)過調(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)過濾器的效率雖然有所降低，但是仍然在亞高效過濾器的效率范圍內(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，不過空氣過濾器不會(huì)100％過濾掉顆粒物，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)廣東省微生物檢測中心檢測，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)生出色的過濾效果，因此過濾介質(zhì)中材料的復(fù)合受到了廣泛關(guān)注。為開發(fā)可去除甲醛和異味的過濾材料，本研究將靜電紡絲聚合物和靜電紡絲無光納米錳鋅纖維膜復(fù)合，濾材可以在無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)盤管過濾器存在的主要問題是：阻力偏大，顆粒物過濾效率偏低，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(高壓靜電過濾、強(qiáng)電介質(zhì)場過濾、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)盤管亞高效過濾器效率高、阻力低。對(duì)亞高效濾材接枝PSDT，通過靜電紡絲工藝形成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，通過復(fù)合工藝，將靜電紡絲聚合物和靜電紡絲無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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