1、集中空调通风系统空气消毒方法课案集中空调通风系统空气消毒方法一、等离子体空气消毒杀菌原理：气体原子的电子在高压脉冲电场中获得能量，高速击破细菌细胞壁；同时发生基元物反应，产生活性自由基和生态氧，直接杀灭细菌、病毒；降解挥发性有机物，变成无机物；颗粒物去除是以聚集成团沉降为主。净化效果：对细菌、病毒、挥发性有机物、颗粒物三类污染物都有高效杀灭、降解、去除作用。可以在有人的情况下使用。缺点：对设备技术指标要求较高。二、静电吸附空气消毒杀菌原理：使空气中颗粒物带上正或负电荷，随气流被反应器中带异性电荷电极吸附。净化效果：只对颗粒物有去除效果，细菌病毒是粘附在颗粒物上被去除的。可以在有人的情况下使用。
2、缺点：杀菌、去除有机物效果差。三、空气净化器产业技术分类目前市场上常见的空气消毒净化机可分为：化学试剂类、紫外线净化型、臭氧型、过滤吸附型（包括FFU、活性炭）、静电吸附型、TiO2光催化（紫外线激励）和等离子体空气消毒净化型等七大类。其中紫外线型、臭氧净化型对人体有副作用，缺陷明显，一般只用于特殊场合。化学试剂类对人体也或多或少有副作用，尤其是残留物造成二次污染。等离子体空气消毒净化技术治理环境污染是集物理学、化学、生物学和环境科学于一体的新技术。其杀菌消毒机理的科学性和先进性是无可比拟的，被国际上称之为“二十一世纪环境科学四大技术之一”。等离子体空气消毒净化机的优化设计Plasma air
3、 purifier disinfections optimal design上海天晕环保科技有限公司总工程师周云正Shanghai Tianyun Environmental Protection TechnologyCo., Ltd. - General Engineer Mr. Zhou Yunzheng摘要：等离子体技术治理室内环境空气污染，消毒净化效果显著，而且节能。关键在于设计产生高密度等离子体的反应器，及其驱动反应器的高上升速率的脉冲电源。它的风阻小、免维护、安全、无副作用，适用于常温常压室内空气净化，可实现动态消毒。最后列出各项测试数据予以验证，指出等离子体空气消毒净化的优化设计
4、产品具有先进性、实用性，前景广阔。Abstract: Using Plasma technology to management the indoor air pollution, the disinfection purification effect is remarkable and energy. The key is designed & to produce high density plasma reactor, and the high rate rising pulse power to drive the reactor. Its wind resistance, main
5、tenance-free, safe, no side effects, suitable for indoor temperature and pressure air purification, can be dynamic disinfection. Finally, list out the test data to verify, pointing out that the plasma air purifier disinfection optimal designed products, with advanced optimization, practical, and bro
6、ad prospects.关键词：等离子体空气净化 优化设计Key words: plasma, air purification, optimal design等离子体空气消毒净化技术治理环境污染是集物理学、化学、生物学和环境科学于一体的新技术。其杀菌消毒机理的科学性和先进性是无可比拟的，被国际上称之为“二十一世纪环境科学四大技术之一”。 先从室内空气污染的危害性和对净化机的需求入手，提出等离子体空气消毒净化机的优化设计，测试数据验证其优越性。一室内空气污染的危害性和对净化机的迫切需求1、室内空气污染物可归纳为三大类：室内空气污染物可归纳为：细菌、真菌、病毒污染物，颗粒污染物PM和有机挥发性
7、气体VOCS 三大类。首先是细菌、真菌、病毒污染物造成的生物污染。室内空气生物污染是影响室内空气品质的一个重要因素，包括细菌、真菌（孢子）、病毒、花粉、生物体有机成分等。这些生物污染因子中，有部分细菌和病毒是人类呼吸道传染病的病原体，另一些真菌、花粉和生物体有机成分则能够引起人体的过敏反应。室内生物污染能引起各种疾病，如呼吸道传染病、哮喘、建筑物综合症等，对人类的健康造成极大的危害。这是人体由细菌、病毒引起的各类发热、炎症，诸如脑炎、肝炎、疮毒、感冒等主要元凶；特别强调的是几年前的 SARS、禽流感及甲型H1N1流感造成全球性大范围感染，死亡人数无法统计。其次是颗粒污染物造成的物理污染。室内空
8、气中颗粒污染物按粒径大小可分为粗颗粒与细颗粒两种类型，粗颗粒通常指TSP（总悬浮颗粒物）或PM10（粒径2.5-10m的颗粒物）；细颗粒主要指PM2.5（粒径小于2.5m的颗粒物）。粗颗粒污染物对人体健康没有太大影响，因为它容易受重力作用的影响而沉降。细颗粒污染物PM2.5 却能长时间漂浮在空气中，容易进入人体呼吸系统，直至血液循环，对健康造成危害。流行病学研究表明：室内可吸入细颗粒污染物浓度或数量与呼吸系统及心脑血管疾病的死亡率密切相关。颗粒污染物的粒径越小，颗粒物传输至呼吸系统的部位就越深，危害也越大。第三类是有机挥发性有害气体VOCS造成的化学污染。VOCS气体（如建筑装饰材料中的苯、甲
9、醛等）具有一定的致癌作用，也是导致白血病主要根源，尤其是儿童；大多数VOCS对人体健康虽然没有直接影响，也会使人体感到不舒适，如强烈的气味或过敏等刺激引起人体疲劳、头痛、恶心、胸闷、眼鼻咽喉不适等症状，通常被称为“病态建筑综合症SBS”。石头内的放射物质导致的氡污染，其危害时间达数十年，引起肺癌发病率不亚于吸烟。20世纪80年代，我国首次出现大规模室内空气污染问题。90年代随着人们生活水平的提高，居住条件大幅度改善，同时室内空气的品质却不断恶化。引起室内空气污染的最主要原因是劣质树脂胶合板、涂料、花岗岩石板。人们在装修过程中使用了含有大量有害物质，如甲醛、挥发性有机物及放射性石材等一些装饰材料
10、。导致哮喘、白血病和肺癌等发病率急剧上升。国际上环保专家已将“室内空气污染”列为继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染之后的第三代空气污染问题。居住装饰使用含有害物质的材料会加剧空气的污染程度。这种污染对儿童、妇女的危害更大。国际有关组织调查发现，世界上50%的新建和重建的建筑物中，存在着对身体健康有害的室内空气。据室内环境专家的调查报告：人类68%的疾病是由于室内空气污染造成的。据统计中国每年有十余万人死于室内空气污染引起的疾病，造成全球200万人早逝。室内环境污染给人们健康造成严重的伤害，同时也遭受巨大的经济损失。据香山科学会议第251次学术讨论会统计，我国每年因室内环境污染危害所导致的经济损
11、失至少达107亿美元。世界卫生组织要求全世界各国政府改进城市的空气质量以便保护人类健康。我国政府在十一计划期间就“环保、节能两大课题，可持续发展”也作出新的政策规定。2、净化机是去除室内环境空气污染最佳选择据上海市室内环境净化协会专家委员会对室内环境污染调查分析，认为：目前我国很多医院一般都是采用过滤的方法，必须配备大功率风机，导致噪音大、耗电多、成本高等问题。过滤网背面积存大量灰尘，夹带病毒、细菌。如不及时更换，会酿成二次污染。最新的一种物理技术流光能将有望在今后代替过滤法，成为空气清洁的主要技术。调查获悉，日本所称的“流光能”是一种在三维空间内产生大量高速电子的等离子体放电技术。当今世界，
12、随着经济发展和人口增长，全球环境正在急剧恶化，环境质量下降、环境污染等环境问题已经影响到了人类的生产、生活和健康。人类的生存一刻也离不开空气。一个人可以15天不进食，5天不饮水，但5分钟不呼吸空气就会死亡。空气品质是人体健康的关键，人们可以异地选择洁净的水和食物，却难以选择人体周围所呼吸的空气。随着环境污染日益加剧，背着氧气袋走路、睡觉总是不现实的。净化机是去除室内环境空气污染最佳选择。人们越来越明白：买净化器就是买健康，其迫切性可想而知。二空气净化器产业技术分类和比较1、空气净化器产业技术分类目前市场上常见的空气消毒净化机可分为：化学试剂类、紫外线净化型、臭氧型、过滤吸附型（包括FFU、活性
13、炭）、静电吸附型、TiO2光催化和等离子体空气消毒净化型等七大类。其中紫外线型、臭氧净化型对人体有副作用，缺陷明显，市场分额越来越少，一般只用于特殊场合。化学试剂类对人体也或多或少有副作用，尤其是残留物造成二次污染。上述七大类净化机理也大相径庭，很难相互作一一对比。过滤吸附型采用多孔性过滤材料，如无纺布、滤纸、纤维、泡沫棉和HEPA高密度空气滤材等，吸附空气中的悬浮颗粒、有害气体。其缺点是只能滤除可吸入颗粒物，不能彻底消毒和消除挥发性有机物；如果颗粒物不及时清理或更换滤网，会造成二次污染。例如：洁净室用的FFU设备，风阻大得惊人，能耗大、噪音也大，每周定期更换，维护费用昂贵是可想而知的。TiO
14、2在紫外线激励下，内部电子受激发，产生 羟基原子团，降解附在TiO2表面的有机物。TiO2是催化剂，它本身不消耗能量；但是需要一套紫外光激励装置，能耗大，而且受紫外灯管和镇流器工作寿命制约。否则光催化能效大大降低。等离子体净化空气的机理中涉及的效应包括以下三方面：A、化学效应 等离子体中包含的大量高能自由基与有害气体分子发生化学反应或打开有害气体的化学键，把有毒有害的有机物质降解为无毒无害的无机物质。B、生物效应 高能电子在细菌、病毒等微生物表面形成击破力，破坏微生物细胞膜，起灭菌的作用；此外所产生的负离子增加人体对氧的吸收，使空气更清新。D、物理效应 大量电子、正负离子与空气中的颗粒污染物发
15、生非弹性碰撞成为荷电离子，在电场力的作用下颗粒物被聚合沉降，小颗粒被集尘极收集去除。2、等离子体与其它净化技术对比下述的可比性项目逐个对比，因为它们各有所长，在不同环境发挥优势也不一样。尤其是静电型净化与等离子体技术，从外观、结构上看很接近的，非专业技术人员是很难找出它们之间的本质区别。静电型净化与等离子体技术对比表（1）对比项目静电型净化等离子体净化放电形态电泳现象电晕放电净化机理静电电场异性吸附离子反应反应器结构正/负电极无严格要求正/负电极要求极不对称驱动电源一般选用高压直流电源。恒压要求高压脉冲电流上升沿越陡，效率越高。恒流净化原理使空气中颗粒物带上正或负电荷，随气流被反应器中带异性电
16、荷电极吸附。气体原子的电子在高压脉冲电场中获得能量，高速击破细菌细胞壁；同时发生基元物反应，产生活性自由基和生态氧，直接杀灭细菌、病毒；降解挥发性有机物，变成无机物；颗粒物去除是以聚集成团沉降为主。净化性质粒子单一，属一种物理现象。等离子体多样，有物理、化学反应双重作用。净化效果只对颗粒物有去除效果，细菌病毒是粘附在颗粒物上被去除的。对细菌、病毒、挥发性有机物、颗粒物三类污染物都有高效杀灭、降解、去除作用。缺点杀菌、去除有机物效果差。有二次污染之虞。对等离子体反应器、驱动电源技术指标要求较高。等离子体空气净化技术与其他技术综合比较表（2）类型原 理作用形式净化对象净化效果能 耗二次污染物理吸附
17、法范德华力多孔吸附颗粒污染物好大有TiO2光催化羟基、自由基细菌病毒、VOCS一般小无臭氧沿面放电氧化反应细菌病毒、VOCS一般大有负离子尖端放电负离子聚合颗粒污染物差小无等离子体法电晕放电高能电子、羟基、自由基细菌病毒、VOCS、颗粒污染物好小无过滤型、静电吸附型、TiO2光催化和等离子体空气消毒净化型各有特色。其净化原理、净化效率、能耗、净化范围、二次污染、工作寿命及价格等各不相同；它们应用于合适场合时各有实用价值，对比表所列仅供参考。例如：过滤吸附型与TiO2光催化结合，优缺点互补，效果会好些。经上述对比分析：等离子体空气消毒净化型无论从净化范围、净化效果都略高一筹，正如国内外专家学者所
18、论证：其杀菌消毒机理的科学性和先进性，是无可比拟的。三、等离子体空气净化技术1、等离子体等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，它是气体在放电过程中产生大量的正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的一种准中性气体云。例如：冰升温至0 以上变成水，如果继续使温度升至100，水就会沸腾成为水蒸气。水蒸气随着温度的上升至3000以上时，水蒸气分子热运动加剧，相互间的碰撞就会产生电离，变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的等离子体(plasma)。这是宇宙上物质存在的状态除气体、液体和固体以外的第四态。等离子体总体来看为准电中性的电离气体；它一旦被风机驱动流出反应器，几毫秒钟内立即被中
19、和，还原成常态气体。犹如蜡烛迅速移走，火焰就立即消失。这就是等离子体不可能对其它电器、设施和人体造成伤害、构成二次污染的道理。据印度天体物理学家沙哈(MSaha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。我们居住的地球却是例外的温度较低，适宜人类居住的星体。对于宇宙中的等离子体，包括比地球体积大130万倍的太阳，银河系内包含了如太阳这类恒星达3000亿颗，整个宇宙是由上千亿个像银河系这样的天体构成。此外，电离层、极光、雷电等都属于等离子体。在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。等离子体空气净化机正是
20、采用电晕放电方法产生杀毒因子等离子体。2、等离子体消毒美国微生物医学2010年12月25日报道，抗生素或许很快会遇到它的竞争者，因为俄罗斯科学家近日找到一种治疗感染比抗生素更好的方法，这种方法不是另一种药物，而是物理学成果“低温等离子体”。低温等离子体疗法不仅避免了药物经常引发的副作用，而且这种离子化焰炬不管细菌对抗生素有没有耐药性，一律都会被杀灭，没有细菌能逃过等离子体的屏障。俄罗斯戈玛乐雅流行病学和微生物学研究所的科学家艾莫列娃在论文中阐明：低温等离子体通过破坏细菌的DNA及其表面结构，可以杀死细菌，这一过程不会损伤人体组织。等离子体焰炬5分钟后杀死了一个皮氏培养皿里生长的99%的细菌。1
21、0分钟后，它杀死一只受伤老鼠伤口处的90%的细菌。由于这种焰炬能直接瞄准小面积的感染区域，因此在治疗过程中周围组织不会受损。3等离子体发生器的净化空气机理：科学研究表明：低温等离子体的空气净化机理是空气中的粒子作非弹性碰撞的结果。低温等离子体内部富含电子、离子、自由基和激发态分子，其中高能电子与气体分子（原子）发生非弹性碰撞,将能量转换成基态分子(原子)的内能,发生激发、离解和电离等一系列反应过程，使气体处于活化状态，同时还产生OH、H2O2等自由基和氧化性极强的O3。在大气常压下，气体放电所产生的非平衡等离子体中的电子温度达1万度，远高于室内的气体温度。任何细菌、病毒在这种环境下都无法存活。
22、又因为电子质量实在太小，所以能耗也小，它属于冷等离子体范畴。在非平衡等离子体中会发生各种类型的化学反应，它在化学反应过程中传递能量如下：?电场+电子 高能电子 受激原子高能电子+ 分子（原子） 受激基团 活性基团 游离基团活性基团 + 活性基团 生成物 + 热量上述化学反应过程是：电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去，那些获得高能量的分子或原子被激发，同时有部分被电离成为活性基团。这些活性基团再与分子、原子或活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热量。电离后产生的电子平均能量为5eV-10eV，这些高能电子轰击气体污染物，足以使其离解。等离子体净化空气过程中的化学反应决
23、定于电子的平均能量，电子密度、气体温度、有害气体分子浓度及其它气体分子成份。当高能电子与气体分子（包括水蒸气H2O）碰撞时，发生一系列基元物化过程气体分子电离、分解、电子态、振动态激发，从而产生各种活性自由基（OH、O、H2O2、O3等）。这些活性自由基对有害气体的氧化、分解过程中涉及到几百个基元化学过程，其中OH、O起重要作用。举例：对CO、NOX的净化反应如下：等离子体作用H2O H+OH- 或H2O+e（激发） H+OH-+e等离子体作用O2 O+O-O-+e+H2O 2OH-（- OH-）O2+ O+ e O3等离子体作用 N2+O2+ e 2N2 2NO+O2 2NO2NO2+ OH
24、 HNO3CO+OH CO2+H CO+O3 CO2+O2CO2+ H2O H2CO3上述化学反应的结果生成的是无毒的简单气体和H2CO3，其中O-是负离子被称为空气维它命，少量O3有灭菌、降解有毒有机体作用；其它如CO2、O2也属无毒气体。4、目前等离子体净化器的设计误区目前等离子体空气消毒净化器的反应器设计不合理：构成反应器放电正极选用细金属丝所产生等离子体浓度虽然高，但是容易被烧断。为此，放电正电极大多选用不锈钢制成锯齿状或尖针状结构。虽然锯齿状或尖针状不容易被烧断，但是它们处于的尖端放电状态，形成的放电流注，在暗室中可以看到正电极与负电极之间有一条0.2mm左右的紫蓝光细线这是空气中放
25、电不均匀现象。在紫蓝光线附近等离子体浓度高，空气中的氧气和氮气容易被激活，生成臭氧及氮氧化物等不利因素；而离开紫蓝光线稍远处的等离子体浓度低，空气消毒净化效果就差。这类反应器的消毒效果受臭氧及氮氧化物浓度的制约，这也是目前专业技术人员感到棘手。还有一个严重缺陷是工作不到几个月，锯齿状或尖针状的放电尖端因溅射效应而变钝。正电极的曲率半径越大，起晕电压越高，放电电流随之减小，空气消毒净化效率当然会降低。这种衰退现象潜移默化，等离子体浓度降低不容易被发现；反应器表面上虽然还在工作，却形同虚设。这在医院手术室、重症病房中使用就会因消毒不合格而发生细菌病毒感染事故，导致手术治疗的失败。凡是正在实施等离子
26、体反应器放电正电极选用锯齿状或尖针状结构的空气消毒净化器生产厂家，以前多数做过金属丝作为正电极的等离子体反应器。就是因为“断丝”才无可奈何改成尖针状、锯齿状电极的净化器。宁可牺牲净化效果，以换取净化器的可靠性和工作寿命的技术方案是一种偏见。再加上高压直流电源的不匹配，致使目前的等离子体空气消毒净化器的净化效率低下，臭氧及氮氧化物浓度超标，它的推广应用受到限制也是情理之中。日前湖南一家公司的净化机在上海市场抽查测试中，臭氧指标不合格被媒体暴光，责令整改就是例证。四低温等离子体空气净化器的优化设计低温等离子体空气消毒净化机主要由反应器和脉冲电源两个核心部件构成，其它还有如风机、微电脑控制器、初效过
27、滤器及外壳等。反应器在高频窄脉冲电源驱动下作电晕放电，产生高密度等离子体。微电脑按设定程序自动控制风机和脉冲电源，将室内空气送进等离子体反应器进行灭菌消毒、降解有毒有害气体、聚合沉降可吸入颗粒物。1、等离子体反应器的设计众所周知，目前凡用针尖状或齿状作放电正极的反应器，其放电区集中尖端附近，此范围内的过激励会产生大量臭氧、氮氧化物的副作用 ；而两放电尖端之间恰好相反，形成放电死区，细菌过此走廊安全无恙。等离子体反应器的优化设计包括正、负电极产生高密度等离子体的最佳形状、放电间距；并选用耐氧化、耐腐蚀及耐高压绝缘材料，安全性可靠性优异。优化设计是把反应器的阳极设计成与针尖状或齿状完全不同结构,阴
28、极选用耐氧化金属平板状。这样反应器在高频脉冲电场中，阴极平板逸出的电子与空气中的自由电子被同时加速向阳极方向运动，发生非弹性碰撞，反应器的阳极四周产生均匀的高密度等离子体，该技术已申请国家专利。优化设计使等离子体发生效率达最佳状态，而产生的臭氧O3和氮氧化物NOX在规定技术指标范围以内，符合国家卫生部GB/T1883-2002规定的0.16 mg/m3的标准值。本技术项目开发的200、400、1200、2500和4000型其它五种规格反应器，适用于小至轿车，大到影剧院空气净化。选用不锈钢、铝合金及陶瓷材料，耐高温、耐氧化、耐腐蚀；采用模具化生产，机械精度高、放电均匀，装配效率高。其中2500和
29、4000型两种是配合空调、中央空调的空气消毒净化。2、 脉冲高压开关电源的设计：脉冲高压开关电源的设计包括高频（50-80KHz）高压（1618KV）的高速逆变电路，恒流输出。众所周知：等离子体反应器外加脉冲电压越高，脉宽越窄，上升速率越快（脉宽s级、上升时间为几十ns），在极短的脉冲时间内，气体电子被加速成为高能电子，而其它质子较大的离子由于惯性作用，在脉冲瞬间来不及被电子加速而基本保持静止，电晕放电所提供的能量主要被用于产生高能电子。减轻了等离子体内部的三体复合反应，臭氧（O3）和氮氧化物（NOX） 产生数量也相应减少。当反应器放电出现了漏电、开路、短路等异常状态时，采用数字控制技术实现过
30、电压、过电流的自动调整、自动保护，提高工作可靠性。脉冲高压开关电源的新设计是：采用无源补偿、软开关新技术，进一步提高输出电压上升沿的曲线陡度，使发生器的消毒效果达到最佳状态。同时为了使电源能长时间可靠工作，还设有过热保护，过电压和过电流保护电路；为了不干扰室内其它电器正常工作，电源输入端设有差模、共模滤波器，达到国家标准电磁兼容性（EMC）的有关规定。国外某大公司脉冲电源试验室实现上升速率120nS，本项目产品批量达到70nS，其先进性可想而知。等离子体反应器电晕放电波形图见图1。图1 等离子体反应器电晕放电波形图新设计还具有以下三个优点：由于脉冲宽度窄，上升速度快，不容易过渡到火花放电，可提供的活性粒子比直流电源高出几个数量级；在高电压下，电晕区域也大，放电空间的电子密度也增高，反应器内的空间电荷效应分布趋于均匀，因而活性空间也比静电型大得多；由于上述二点的优势，反应器内的电子密度大、分布广，反应器设计有较大的空间，所以制造时允许有一定的误差，成品率高。3、新设计等离子体净化机技术路线图带有病毒、细菌、异味气体、可吸入颗粒物的空气从净化器进风口收集后进入等离子体反应区，在高能电子的作用下，使病毒、细菌、异味分子受激发，带电粒子或分子间的化学键被切断；空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH自由基、活性
