（环境工程专业论文）中央空调室内空气净化技术及装置开发.pdf

兰州理下大学硕十学仃论文 摘要 人们超过8 0 的时间在室内度过，室内空气品质( i a q ) 的好坏极大的 影响着人们的生产和生活，国内外的调查表明众多建筑的室内空气存在 较大问题，因此对其研究具有重要意义。 本文分析了室内空气的主要污染物和主要来源，阐述了病态建筑综 合症及其形成原因，室内空气品质、热湿环境、气流等对人体热舒适的 影响，并主要针对当前国内公共建筑集中空调通风系统污染严重的现状， 分析了有中央空调系统的室内空气污染的主要部位及污染形成的原因， 旨在寻求一种能有效控制及利用空调通风系统减少室内污染的有效方 法。为此，本文结合国内外研究成果，提出了利用光触媒等高科技产品 和手段研制空调系统空气净化装置，对室内空气利用空调系统进行消毒、 过滤、净化，以达到改善室内空气品质，提高人们生活工作环境的目的。 通过对木课题提出的净化装置的测试分析发现，该装置净化效率 比传统单一的净化方式更高，且对甲醛、n o 。、s 0 。等都有较好的净化效 果，非常适用于净化室内空气。 关键词：室内污染；中央空调；空气净化； a c f t i0 ： 1 1 1 中央空调室内空气净化技术及装置开发 a b s t r a c t t h et i m ee x c e e d i n g8 0 f o rp e o p l ei s s p e n ti ni n d o o r ，i n d o o r a i r q u a l i t y ( i a q ) e x t r e m e l ya f f e c t sp e o p l e sp r o d u c t i o na n dl i f e t h ed o m e s t i c a n df o r e i g ni n v e s t i g a t i o n si n d i c a t et h a tm a n yp r o b l e m so fi n d o o ra i rq u a l i t y d oe x i s ti nal o to fb u i l d i n g s ，t h e r e f o r e ，i ti sv i t a ls i g n i f i c a lt or e s e a r c ht h e s e p r o b l e m s t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y s e st h em a i np o l l u t a n t sa ni t ss o u r s e so fi n d o o r a i r ，e x p a t i a t i n g w h a ti ss i c k b u i l d i n gs y n d r o m e ( s b s ) a n d i t s f o r m i n g c a u s e s ，t h ei n f l u e n c ec a u s e sb yi a q ，t h e r m a la n dm o i s te n v i r o n m e n t ，a i rf l o w e t ct oh u m a n sc o m f o r t a b l ed e g r e e a i ma tt h ep r e s e n ts e r s i o u sp o l l u t i n g s i t u a t i o no ft h ec e n t r a la i r c o n d i t i o n i n ga n dv e n t i l a t i n gs y s t e m si nd o m e s t i c p u b l i cb u i l d i n g s ，a e f f e c t i v ew a yi ss e a r c h e df o rr e d u c i n gt h ei n d o o r p o l l u t i o n f o rt h i sp u r p o s e ，w ec o m b i n e dh o m ea n da b r o a dr e s e a r c hr e s u l t ，h a v e p u tf o r w a r dt oa p p l y i n gt h eh i g ht e c h n o l o g y , s u c ha sp h o l o c a t a l y s ta n di t s p r o d u c t s ，t od e v e l o pa i rp u r i f y i n gd e v i c e i tc a nc a r r i e so u ts t e r i l i z i n g ， f l i t e r a t i o n ，p u r i f i c a t i o nt oi n d o o ra i ra n di m p r o v e sa i rq u a l i t ya n dp e o p l e s w o r k i n ga n dl i f ee n v i r o n m e n t b yt h et e s to ft h i sp u r i f y i n gd e v i c ep a r a m e t e r ，t h ea n a l y s i sr e s u l t s h o w st h a tt h ep u r i f y i n ge f f i c i e n to ft h i sd e v i c ei sm o r ee f f i c i e n tt h a n t r a d i t i o n a lu n i t a r ym a n n e r i tc a nb eu s e dt op u r i f yf o r m a l d e h y d e ，n 0 2 ，8 0 2 e t ca f f e e t i v e l y i ti sm o r es u i t a b l ef o rp u r i f y i n gi n d o o ra i ra tp r e s e n t k e yw o r d s ：i n d o o rp o l l u t i o n ；c e n t r a la i r c o n d i t i o n i n g ；a i rp u r i f y i n g ； a c f t i 0 2 i v 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：污弼零日期：刀0 7 年扫月占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囵。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 愿料参 刁顿 日期：矽一年6 月3 日 日期：) 卯7 年占月g 日 兰州理t 大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 室内空气污染物的来源、危害和评价 室内环境是人类生存和活动的重要场所，城市居民每天9 0 的时间是 在各种室内环境中度过的，室内环境质量与人体健康息息相关，因而室 内空气品质对人体健康的影响越来越受到国内外学者和研究人员的重视 和关注。影响室内空气质量的污染因素可分为化学性、生物性及物理性 三类。其中污染室内空气品质的化学物质数量庞大，美国环保局1 9 9 1 年 公布了对人体健康影响较大的化学物质清单，清单中的化学物质大致分 为4 类，即颗粒物( p m ) 、无机气体、挥发性有机物、多环芳烃类物质。 美国癌症学会在1 9 9 5 开始长达七年的研究中，共针对5 5 万名成人进行 死亡率与空气污染的关系性研究，结果发现，空气污染是导致城市居民 死亡的重要因素之一。我国山西省岩矿测试应用研究所室内环境检测中 心提供了这样一组数据： 1 0 0 倍：北京一专门机构历时5 年对室内空气研究发现，许多民用和 商用建筑的室内空气污染程度是室外空气污染的4 1 0 倍，有的甚至超 过1 0 0 倍。 9 1 0 ：今年2 月1 4 日北京市儿童医院小儿内科主任医师臧晏向媒 体发布消息说，从去年开始，臧晏接诊白血病患儿时进行了家庭居住环 境调查发现，9 1 0 的小患者家中半年之内曾经装修过，而且大多是豪华 装修。 。 3 0 万：全世界每年有3 0 万人因为室内空气污染而死于哮喘病，其中 3 5 为儿童，而我国1 5 岁儿童哮喘患病率高达8 5 。 7 9 ：中国消费者协会2 0 0 2 年8 月初公布一项调查结果，北京对3 0 户装修后的室内环境污染进行检测，发现甲醛浓度超标达7 3 ；杭州市 对5 3 户装修后的室内环境进行污染检测，发现甲醛浓度超标达7 9 ，最 高的超标3 0 倍以上。由此可见，我国的室内空气质量不容乐观。室内空 气质量标准如表1 1 。 1 1 1 室内主要污染物的危害 室内空气污染源中主要是四大有害气体甲醛、苯、氨和氡，此外， 因装修造成的儿童铅中毒也不容忽视。 中央宅调宅内空气净化技术及装置丌发 甲醛是一种无色有毒物质，具有强烈的刺激性气味，它能与蛋白质 表1 1室内空气质罱标准 反应而使蛋白质变质和凝固。室内甲醛浓度超过0 1m g m 3 时，将损害人 体健康。甲醛已被国际组织列为“可能令人类致癌物质”。甲醛主要来 源于人造板材、木制家具中的粘合剂、涂料、油漆、新家具、化纤地毯 及地面的装饰材料。 苯系物主要来自于室内装修和家具中的油漆、胶、涂料中。苯是一 种无色的有特殊芳香味的液体，对人体极为有害，室内浓度超过2 4m g m 3 时，人可能在短时间内就会出现头痛、胸闷、恶心、呕吐等症状，重者 中毒而死。此外，苯也是致癌物，会引发血液病和心血管疾病等。医学 2 兰州理下大学硕士学伊论文 专家的研究证明，室内空气中的苯和苯系物污染，对人体的造血机能危 害极大，是诱发新生儿再生障碍性贫血和白血病的主要原因。 氨是一种无色，挥发性气体，有刺激性恶臭味。可引起眼睛和皮肤 的烧灼感，产生头痛、厌食等症状，氨主要来源于建筑水泥，在我国冬 季施工中，氨是随着防冻剂加入水泥中。 氡是一种无色无味的具有放射性的惰性气体。主要存在于水泥、矿 渣砖和装饰石材以及土壤中，对人体的主要危害是导致肺癌，它是除吸 烟外的第二致癌物。 铅污染主要来自室内装修和室外两方面。许多建材如木器涂料、内 墙涂料、有颜色的木家具和壁纸，颜料、油漆、p v c 塑料材料中都含有铅。 室内某些装饰用品和儿童生活用品，如涂有色彩的玩具，印有彩色画的 图书，搪瓷等均含有铅，儿童可因吞食彩色油墨书报，含涂料的生活用 品等而引起慢性铅中毒“。另外，室内空气中的铅污染还来自于室外空 气。 空调系统内污染物是指在空调系统内部生成或积聚的污染物。空调 系统内污染物多种多样，按性质可分为物理性、化学性和生物性。生物 性的污染，不仅能积聚在空调系统内部，而且能在适宜生长的某些部位 大量繁殖，是与空调系统有关的对人体健康危害极大的一类污染物。引 起的疾病主要有三类：呼吸道感染、过敏症和不良建筑综合症”1 。 ( 1 ) 引起呼吸道感染病原包括病毒、细菌、真菌、支原体、衣原体 等。如军团菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌。空调系统的冷却塔很适 宜军团菌的生长，军团菌引起的军团菌病是最常见的呼吸道感染疾病， 病原为嗜肺军团菌，是一种革兰氏阴性杆菌。军团菌的生命力很强，在 天然的水体中能生存几个月，在普通的自来水中可存活1 年以上，但在 自然环境中浓度一般较低。自1 9 7 6 年美国首次发现军团菌病以来，已有 许多国家报道了军团菌病的存在。据世界卫生组织的资料表明：从发现至 今，全球已经发生5 0 起以上暴发流行案例，涉及欧洲、美洲、大洋洲及 亚洲的许多国家和地区。世界卫生组织己将军团菌病列入传播疾病对象， 日本等多个国家已将军团菌病定为新型的法定传染病。我国自1 9 8 2 年在 南京发现首例病人以来，包括香港和台湾地区，都相继有军团菌病暴发 和个别病例的报道。据不完全统计，中国大陆地区发现小规模流行7 起， 对冷却水军团菌检测，北京检出率为5 5 6 ，上海为4 9 9 ，其中地铁车 站军团菌检出率6 9 4 。国外报道军团菌检出率大多在3 0 以上，最多 时达6 0 ，一般军团菌的检出数量与冷却塔的管理和清洗有关，但如此高 3 中央空调审内空气净化技术及装置丌发 的军团菌检出率说明了军团菌是空调冷却塔中难以对付的常客。 ( 2 ) 过敏症包括过敏性鼻炎、哮喘、过敏性肺泡炎等。引起过敏 症的过敏原包括细菌、真菌、尘蜡等。这些过敏原可能来自室外空气， 也可能来自空调系统，如通风管道里沉积的颗粒物，冷却塔、加湿器产 生的微生物气溶胶等。不同体质、不同过敏原引起的过敏反应速度不同。 速发性过敏反应可在接触过敏原数分钟之内发生，而迟发性反应可在接 触过敏原数小时后才发生。过敏性鼻炎和哮喘一般是速发性过敏反应， 接触高浓度特异过敏原而引起的外源性过敏性肺泡炎一般是迟发性过敏 反应。 ( 3 ) 不良建筑综合症( s b s ) 亦称为病态建筑物综合症或写字楼综合 症，源自上世纪7 0 年代，是活动在不良建筑内的人群产生的一系列自觉 症状。是目前国内外比较关心的话题，1 9 8 2 年w h o 已将其解释为：s b s 为在非工业区乇诉具有急性非特异症候群( 眼、鼻和咽喉刺激症、头痛、 疲劳、全身不适) 的建筑物室内活动者的频数增加的情况。这些症状在离 开该建筑物之后能得到改善。由于s b s 具有的非特异性，加之其受心理 因素的影响，因此对其的诊断比较网难。引起不良建筑综合症的病因往 往是多种多样的，多与空调与通风系统的卫生状况、房间的密闭程度和 室内空气污染状况都与不良建筑综合症有密切关系，当患者离开不良建 筑后，症状可以改善和消失。引起症状的因素不是单一的，与其相关的 疾病还有建筑物相关病p d 、办公室病等。加强空调系统的管理和清洗， 是防止不良建筑综合症的重要措施。 1 。1 。2 室内空气污染物的来源 室内空气污染源主要包括”m 1 ： ( 1 ) 室外空气进入室内而引入的污染物，主要与室外的大气污染情况 有关，也取决于进入室内的空气量。 图1 1室内空气污染物来源 4 兰州理_ t 大学硕十学俯论文 ( 2 ) 室内人员及其活动，包括抽烟、打扫卫生、烹调、整理房间、从 事科研试验和操作商业机器等。 ( 3 ) 建筑物内的材料、家具等挥发： ( 4 ) h v a c 系统也是污染源之一，由于过滤不足、不良的系统维护等使 粉尘积累、微生物滋生并产生异味等。各种污染物及其大致比例见表1 2 和图1 1 。由图可见h v a c 系统是室内空气污染最重要的污染源。 表1 2不同公共场所产生的污染物 1 1 3 室内空气的评价方法 室内空气品质评价方法主要有1 ： ( 1 ) 主观评价法 主观评价法就是通过对建筑物内的人员进行问卷调研，了解他们在 室内是否有不适症状，经过汇总分析从而确定室内空气品质是否合格。 英国的c i b s e ( c h a r t e r e di n s t i t u t eb u i ld i n gs e r r i c e se n g i l i e e r s ) 认 为，如果室内少于5 0 的人能感觉到任何气味，少于2 0 的人感觉到不舒 服，少于1 0 的人感觉到粘膜刺激，而且少于5 的人在不足2 0 分钟的时间 内感到烦躁，则可认为此时的室内空气品质是可接受的。问卷调查包括 一套针对室内空气品质的核心问题，如职业、性别、年龄、工作环境概 述、吸烟历史、关键症状及工作条件( 满意程度) 等。 中央空调室内空气净化技术及装置7 f 发 ( 2 ) 指数法( 客观评价方法) 指数法比较简单，通过监测、调查取得的各种环境参数数据，经过 统计处理后，直接和环境质量标准进行比较，以判断该环境要素所处的 质量级别或类别。指数法分为单一指数法和综合指数法。单一指数法指 选择具有代表性的污染物作为评价指标，来全面、公正地反映室内空气 品质的状况。通常选用二氧化碳、一氧化碳、甲醛、可吸入颗粒物氮氧 化物、二氧化硫、空气环境细菌总数，加上温度、相对湿度、风速、照 度以及噪声共1 2 个指标来定量地反映室内环境质量。当室内污染物种类 较多，采用单一的某种污染物指数无法准确反应室内空气的污染状况， 因此此时采用综合指数评价法更为科学。 ( 3 ) 主客观相结合的评价方法 人是测定室内空气品质的最敏感“仪器”，利用对人的自身感觉器 官进行描述从而评价室内空气品质。主观评价内容主要包括四个方面：在 室内人员和来访者对室内空气不接收率；对不佳空气的感受程度；在室 内人员受环境影响出现的症状及程度；最后进行综合评价。客观评价是 直接应用室内污染物指标来评价室内空气品质方法，因室内污染物达 3 8 0 0 多种，因此选择几种代表性的污染物作为评价指标，这些污染物指： 一氧化碳、可吸入颗粒物、氮氧化物和二氧化硫、甲醛、温度、相对湿 度、风速、照度及噪声等。主客观相结合的评价方法用室内人员对环境 的感受和室内污染物的各项指标综合评价室内空气品质，两者缺一不可。 ( 4 ) 模糊数学评价法 综合评判就是对受到多个因素制约的事物或对象做出一个总的评 价，这是在日常生活和科研工作中经常遇到的问题，由于从多方面对事 物进行评价难免带有模糊性和主观性，采用模糊数学的方法进行综合评 判将使结果尽量客观从而取得更好的实际效果。 ( 5 ) 灰色系统理论评价法 2 0 世纪8 0 年代我国学者邓聚龙提出了灰色系统理论，它是黑箱概念 的一种延伸，是用已知的白化参数通过分析、建模、控制和优化等程序， 将灰色问题淡化和白化。主要研究灰色系统理论的建模思想、建模方法、 关联分析、灰色预测、系统分析、灰色决策和控制等问题。 ( 6 ) 人工神经网络评价法 人工神经网络是2 0 世纪末发展起来的前沿学科，属于多学科、综合 性的研究领域，是在现代神经科学研究成果上提出的一种数学模型，它 反映了大脑功能的若干基本特征。人工神经网络是由大量简单元件广泛 互联而成的复杂系统。误差反向传播人工神经网络模型( b - p 网络) 是应用 6 兰州理t 大学硕十学位论文 得最多的人工神经网络模型之一。 1 2 室内空气净化的主要方法 近年来如何通过净化技术改善室内空气污染是国内外室内污染问题 的研究热点。用于室内空气净化的方法，按作用原理可分为：通风换气式、 过滤式、吸附式和催化净化式等。 ( 1 ) 通风换气式净化 常开窗通风或安装换气机，是最简单经济有效的清除室内空气污染 的方法，但这种方法主要用于污染程度较轻的场合和合适的气候条件， 对中度以上的室内污染则无法起到净化作用。 ( 2 ) 纤维过滤技术 过滤技术是应用极为广泛的一种方法。纤维过滤主要包括筛滤作用、 惯性碰撞、拦截作用、扩散作用、静电作用、重力沉降作用等过程。室 内空气净化中的过滤器分为三种类型，即粗效过滤器、中效过滤器和高 效过滤器。粗效过滤器主要用于阻挡loum 以上降性微粒和各种异物； 中效过滤器主要用于阻挡卜1 0um 的悬浮性颗粒；高效过滤器主要用于 过滤含量最多、用粗效和中效过滤器都不能或很难过滤掉的1um 以下的 亚微米级微粒。 ( 3 ) 吸附法净化 吸附法是利用某些有吸附能力的物质如活性碳、a 1 。0 。、硅胶和分子 筛等吸附剂吸附空气中有害成分从而达到消除有害污染物的目的。活性 碳作为一种吸附材料已有悠久的历史，自2 0 世纪初活性碳实现工业化以 来，就被广泛应用于空气净化。但是常规的活性碳有一些自身的缺陷， 使其在空气净化中的应用受到限制。近几十年己研制出蜂窝状活性碳、 活性碳纤维( a c f ) 和新型活性碳等，由于其优越的吸附性能，成为近年来 深受人们青睐的吸附材料。它能有效除去空气中的挥发性有害气体，同 时，对可吸入颗粒物也有很好的去处效果。此外，在活性碳中添加一些 物质经化学处理后，原来对活性碳吸附力很弱的气体( 如n o 和s 0 ：等) 吸 附力会增强。 活性碳对于去除室内空气中低浓度的污染物是非常有效的，它是目 前多种净化设备中用于过滤滤芯的一种主要材料。但是，能与活性碳发 生反应的挥发性有机物v o c s 、会发生聚合反应的大分子高沸点的有机物 等，不宜采用该方法。同时，虽然活性碳具有良好的吸附性能，但由于 它是将异味和臭气等从一种状态转化为另一种状态而不能彻底地将之除 去，从而给环境造成二次污染，且难以再生重复使用。 7 中央空调室内空气净化技术及装置丌发 ( 4 ) 静电技术 静电技术应用于小环境的空气净化，是一种比较新型的空气净化方 法。它主要是利用高压静电场形成电晕，在电晕区里有自由电子和粒子 溢出，这些带电粒子就会在运动中不断地碰撞和吸附到尘埃颗粒上，从 而使灰尘带上电荷，荷电后的粉尘等微粒在电场力作用下，就会沉积并 滑落，使空气中的颗粒物和尘埃等除去，达到使空气净化的目的。 静电技术用于小环境空气净化可在有人的条件下进行持续动态的净 化消毒，并具有高效的除尘作用( 除尘效率在9 0 以上) 以及能同时除菌等 特点。因为空气中的细菌大多附着在尘埃颗粒上，空气中的微粒数的减 少就标志着细菌等微生物的减少，即能在除尘的同时除菌。但是该方法 不能有效除去室内空气中的有害气体如v o c s 。同时该技术的使用会有臭 氧的产生，而臭氧对人体是有害的。 ( 5 ) 低温等离子体技术 近年来，低温等离子体应用于污染控制成为一个新兴的交叉学科，目 前国内外在该领域的应用研究非常活跃。低温等离子体内部富含电子、 离子、自由基和激发态的分子，使气体分子键打开，同时又产生如0 h 等 自由基和氧化型极强的o 。，从而达到处理空气中较低浓度挥发无机微生 物的目的，其去除微牛物的效果可达9 5 。低温等离子体技术对于汽车 尾气排放出的颗粒物、氮氧化物和二氧化硫等具有显著的去处效果。但 是该技术不能彻底降解污染物，往往伴有其它副产物以及臭氧的产生， 从而引起二次污染。所以运用该技术需要有其它的后续处理技术以及有 能耗大等问题，而且它不能很好地除去空气中的细微颗粒物。 ( 6 ) 光催化净化 纳米材料光催化技术，采用纳米级二氧化钛t i 0 。进行光催化，直接 利用包括太阳光在内的各种途径的紫外光，在常温下对各种有机和无机 污染物进行分解或氧化成无毒无害的c o 。和h 。0 。在紫外光照射下，t i 0 ： 可以光降解氯代物、醛类、酮类、醇类，芳香族化合物以及其它无机有 害气体c 0 ，n o ，等。同时还具有杀灭微生物的功能。 1 3 本文研究的主要内容及意义 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，s a r s 肆虐以后，人们的健康和环境意识逐 渐增强，对室内空气污染的净化问题引起了足够的重视。全国各地大量 公共建筑集中空调通风系统内部卫生状况的实测数据均显示空调通风系 统污染情况不容乐观，而且随着现代化建筑密闭性的增强，空调通风系 兰州理丁大学顾十学位论文 统直接影响着室内空气品质，进一步影响着室内人员的健康状况。 目前 市场上存在的空气净化器对颗粒物的去除效果较为理想，但对气态污染 物的净化不能满足要求，而且它们大多是供独立房间使用的，若直接用 来净化大型空调系统，除了安装上的问题，阻力太大，能耗也很高，净 化效果不能达到理想的目标。 所以本文的主要目的是研究一种适合解决中央空调系统污染的行之 有效的方法，本文围绕这些问题展开研究，所做的工作主要有以下几方 面： ( 1 ) 指出室内空气的主要污染物及其来源和对人体的危害； ( 2 ) 就建筑中央空调通风系统的污染现状进行调查，指出污染的类 型及主要部位，并提出预防和减少系统污染的方法； ( 3 ) 建立系统i a q 方程模型，提出一种基于室内空气品质的需求控 制新风量的控制策略； ( 4 ) 分析了目前改善室内空气品质的最新措施方法，并提出了一种 带有活性碳吸附段和光触媒结合的空气空调净化装置； ( 5 ) 对紫外光源在风道内的强度分布进行测试，为合理布置、高效 杀菌消毒提供合理依据； ( 6 ) 自行设计模拟封闭箱模拟中央空调系统净化装置，并对n o 。、s o ：、 甲醛等的净化效果进行实验研究。 9 中央空调窄内空气净化技术及装置开发 第二章空调系统的主要污染及其防治 2 1 兰州市中央空调系统现状调查 2 1 1 调查项目及总体情况 我们从2 0 0 6 年6 月2 0 日2 6 日，共历时6 天。对兰州市的各类建 筑物2 0 余家中央空调系统进行了以下五个方面的调查： 一、基本情况，包括建筑物的用途、中央空调系统的空调方式、主 机类型等； 二、对中央空调的新风入口位置、新风量及新风的过滤净化情况作 了详细的调查； 三、对中央空调系统的回风入口位置、回风量及回风的净化消毒情 况作了详细的调查； 四、对中央空调系统的排风口位置及排风处理情况进行了调查； 五、对中央空调系统的净化消毒状况及空调室内空气品质等情况进 行了调查；具体内容见表2 4 。 2 。1 2 存在的问题 经过实地调查、现场咨询和对空调系统实际运行情况的了解及商场 工作人员的感受，发现目前兰州市区大部分中央空调系统的空气品质存 在以下问题： ( 1 ) 新风量低，约为2 1 3 m3 h 人； ( 2 ) 中央空调开启后，室内细菌总数、c 0 与c o 。均较不开启前增高，空 气负离子数明显减少，空气污染较重，商场人员普遍感觉疲倦，皮肤 干燥，还有不同程度的手足麻木，咽喉疼、头痛及肠胃不适等症状； ( 3 ) 回风未经净化消毒处理，易引起疾病的传播； ( 4 ) 空调系统设备本身存在系统污染，成为各种微生物生长的温床、有 害物的集散地及传播器，这一切均没有引起相关人员的足够重视； ( 5 ) 人体本身产生污染，家具、地毯、装饰材料等释放的微量污染物， 混入回风系统，也构成空调环境的污染原： l o 兰州理t 大学硕士学何论文 主机类型 空调方式 新风入口 位置 新风量 新风过滤 挣化 同风入口 位置 回风黄 【u i 风净化 消毒 回风过滤 排风位置 排风风量 排风处理 中央空调系 统的清洗消 毒 室内空气 品质 溴化锂吸收 式制冷机 ( 6 0 ) 风机盘管方 式( 2 8 ) 走廊侧、吊 顶( 2 8 ) 1 5 左右 初效过滤 ( 8 0 ) 机房内 ( 9 0 ) 8 0 左右 无 离心式冷水 机组( 1 0 ) 螺杆式冷水 机组( 1 7 ) 活塞式冷水 机组( 1 0 ) 风机盘管+ 回风+ 新其它( 2 0 ) 新风系统风系统 ( 2 0 )( 5 0 ) 机组房外墙e其它( 4 ) 开口( 6 8 ) 未用( 1 0 ) 其它( 1o ) 其它( 1 0 ) 模块化冷 水机组( 3 ) s a r s 疫情期间采用化学药剂人工喷洒消毒 无 设在顶端机房排风其它( 1 0 ) ( 3 0 )( 6 0 ) 无 基本不进行 差c o 。浓度大，中央空调系统使用时甲醛浓度 ( 0 0 6 0 6r a g i n 3 ) 超标率为6 0 ( 6 ) 空气过滤不佳，大部分中央空调系统只设置了初效过滤器，空气质 量较差；并且缺乏有效的维护。因为初效过滤器仅吸附空气中较大 的尘埃，而对众多的细菌、有机化合物则不起作用，大量细菌随着 中央空调宅内空气净化技术及装置丌发 回风循环，反复地污染着室内空气； ( 7 ) 新风入口位置和排风口位置设计不当，造成排风与新风部分混合， 既耗能又增加了病菌的传播途径。 2 2 空调系统中存在的室内空气质量问题 中央空调系统的污染主要是通风系统、水循环系统和机组及管道外 壁等三部分的污染。 中央空调通风系统的污染物主要是：灰尘、纤维、花粉、细菌、霉 菌、病毒、螨虫、昆虫、老鼠、c 0 、c 0 ：、氨、二氧化硫、放射物、甲醛、 苯、甲苯等有害物质。卫生部于2 0 0 4 年2 月至4 月开展了“全国公共场 所中央空调通风系统卫生状况监督检查”。此次共在全国抽检了6 0 多个 城市9 3 7 家楼宇大厦，检测微生物样品5 6 0 0 件。其中4 4 1 家的中央空调 属于严重污染，占抽检总数的4 7 1 ，中等污染的4 3 8 家，占4 6 7 ，合 格的仅有5 8 家，占6 2 。卫生部组织的检查中，9 0 的中央空调风管内 的积尘达到每平米管道表面2 0 克以上。最高积尘达到每平米4 8 6 克，超 标2 4 3 倍。 各种空调系统存在的室内空气质量问题主要有“1 ： ( 1 ) 新风的质与量常常达不到设计要求。各种住宅空调系统一般都 存在这个问题。一方面是由于系统造价原因，另一方面是某些空调系统 在处理新风方式上的限制。如对于水环热泵空调系统，水环热泵机组要 求进风温度一般不超过一定值，大多数情况下，冬季新风不能直接送入 机组，处理起来较麻烦；对于v a v 系统，普通的室内机不能直接处理室 外新风；对于户式中央空调系统，通常受限于风冷热泵主机的容量而不 能处理新风。 ( 2 ) 水系统滴漏，冷凝水盘滋生影响人体健康的微生物。除了风机 盘管系统的冷媒水管路，各种空调系统都需要排除冷凝水，因管道坡度 不当、施工质量问题等造成的漏水现象是空调系统的通病。冷凝水盘内 低温、高湿的环境极易滋生“军团菌”等致病细菌，随送风散布到室内 空气中，引起各种疾病，严重的可致人死亡。 ( 3 ) 冷却塔飘水，冷却水滋生细菌。冷却水系统产生的致病菌与冷 凝水相似，随冷却塔风机被散布到室外空气中，如建筑物周围通风不畅 或新风吸入口距冷却塔太近，细菌被传播到室内，污染室内空气。 ( 4 ) 室温失调，舒适性差。体现在集中式风机盘管空调系统的水力 失调造成的室温失调；户式风机盘管空调系统中因系统水容量太小，室 兰州理工大学硕十学位论文 外主机启停频繁，室温波动较大；户式全空气系统缺乏有效的室温控制 措施。 ( 5 ) 末端设备空气过滤效率差。风机盘管或室内机设置的网式空气 过滤装置效率很差，如使用过程中清理不及时，反而使集尘成为细菌繁 殖的载体，造成二次污染。 ( 6 ) 冬季缺乏空气加湿。由于常规空调系统加湿装置不适合住宅空 调系统的需要，造成住宅空调系统普遍缺乏空气加湿，室内空气，尤其 是冬季，室内空气湿度太小，容易引起咳嗽等呼吸道疾病，影响人们的 身体健康和对房间舒适度的要求。 2 3 空调水系统污染及危害 2 3 1 冷冻水系统污染及其危害 一般情况下，空调冷冻水系统采用闭式循环且不与大气接触，所以 除了补充水管道接头、阀件以及水泵轴封漏气等原因，会给循环水带入溶 解氧而发牛电化学腐蚀之外，因微生物所引起的粘泥、结垢和腐蚀现象 不是很严重。但对于用喷水室来处理空气的开式循环系统，会因为新风过 滤不良或空调箱漏风等原因而使大量的尘埃和细菌进入喷水室，污染喷 水室底池中的积水。在空调系统停止运行期间，喷水室温度回升，底池积 水中各种微生物大量而迅速地繁殖滋生，当空调系统再次启动时，这些细 菌、霉菌及可溶性固体在空气中形成的气溶胶就会随送风进入空调室内， 污染室内环境，从而引起“空调病”。 2 3 2 冷却水系统污染及其危害 制冷系统的循环冷却水因为与大气直接相通，空气中的污染物如尘 上、杂质、细菌、可溶性固体等，随时都有可能进入循环冷却水系统， 而循环冷却水的温度和p h 值恰恰适合于大多数微生物的繁殖生长，随着 冷却水的不断循环蒸发，水中的营养源也随之增加，更促使微生物迅速 地大量繁殖。这不仅使冷却水水质恶化，而且还和其他杂质掺混，形成 粘垢附着在冷凝器的传热管壁上，使热交换效率大大下降，水流阻力增 加，并进一步促使腐蚀发生。 由于冷却水系统多在空调室外，其水质的好坏与空调室内空气品质 没有直接关系，因而常常被人们所忽视。然而，冷却水的温度和p h 值以 及与大量的灰尘、细菌、霉菌等微生物接触的机会，使冷却水系统污染 成了空调水系统中最为严重的部分。冷却水系统各种细菌、霉菌的繁衍 滋生多在冷却塔内进行，而高层建筑空调系统的冷却塔大多设置于群房 1 3 中央空调宅内宅气净化技术及装置开发 之上，在冷却塔内滋生的各种细菌、霉菌以及可溶性固体在空气中形成 的气溶胶，将会弥散于冷却塔周围大气之中，这些含菌空气，或混入新 风之中进入空调室内，或通过人体带菌进入空调室内，都会对室内空气 品质带来极为不良的影响。 2 3 3 冷凝水系统污染及其危害 由于空调箱和风机盘管中的换热器大多是在湿工况下工作的，而换 热器下面的集水盘常常由于排水坡度不够，或排水管堵塞而积满凝结水。 在这种高湿环境下，会使因初效过滤不良而进入空调箱和风机盘管的灰 尘和微生物，紧紧地粘附在换热器表面和集水盘中。当空调机组中止运行 时，随着机组温度的逐渐回升，为微牛物迅速地大量繁殖创造了良好的 营养和温湿度条件。当机组再次启动时，微生物繁殖时生成的细菌、霉菌 在空气中形成气溶胶，随送风进入空调室内，使室内空气品质恶化拍1 。 2 4 空调风系统污染及危害 ( 1 ) 新风 新风是保证室内空气品质良好的必要条件，它包括新风的“质”和 “量”两个方面。在传统空调的新风设计中，一般只考虑了室内人员引 起的污染，而忽视了室内污染物引起的污染。事实上，新风量应该由室 内人员和室内污染物共同确定。美国a s h r a e 标准6 2 19 8 9 r 中认为：室内 最小新风量= 人数r ，+ 地板面积r 。，其中r 。、r 。分别为每人最小新风 量指标( r ，= 1 0 8 m 3 h p ) 和每平方米地板所需的最小新风量指标 ( r 。= 1 2 6 m 3 h i n 2 ) 。再加上有些地区室外的空气质量比室内的空气还要 差，同时新风过滤器的效率不高，新风中进入室内的有机化学物质得不 到有效的去除，使得室内空气质量往往满足不了人们生活工作的需要。 ( 2 ) 回风 根据采暖通风与空气调节设计规范( g b 5 0 0 1 9 - 2 0 0 3 ) 的规定， 普通房间舒适性空调系统的换气次数不宜小于5 次h 。当空调机组、空 调器处于湿工况时，灰尘、污染物就会粘附集聚在表冷器上，空气通过 表冷器的阻力变大，回风量就减少，从而使室内的换气次数减少。 ( 3 ) 排风 排风问题常常被忽视，不少空调设计，只有送风系统，没有专设排 风系统，而且建筑设计上没有可靠的排风措施。实际运行中，如果排风 不畅，新风量供应也不可能满足。各楼层如果不设面积足够的、可开启 的排风窗或天窗，无组织排风不能达到设计效果，不仅满足不了最小新 1 4 兰州理t 大学硕士学位论文 风所需要排风量，更实现不了过渡季节的全新风运行，使得室内空气环 境恶化。 ( 4 ) 空调设备 赫尔辛基大学对空气处理机和空调系统做了认真的实验测定，结果 指出几乎所有组成构件都是污染源和臭味源。其中包括过滤器、盘管、 热回收器、风机和消声器。各组成构件的恶化作用并不相同，其中最严 重的是过滤器( 纤维型) 。污染的主要原因是是油、尘等污染了表面，新 过滤器也可能同样发生气味，有的构件可能在生产过程中就被灰尘或油 污染了。 ( 5 ) 中央空调系统的污染对节能的影响 据统计，我国目前空调用电量占全国总用电量的6 ，高峰时达1 5 左右。各国的专家都在制订和实施科学的节能方案，总体来说空调系统 的节能主要是从“系统的选择”、“设备的选配”及“系统的运行管理” 等几个方面入手。忽视了中央空调系统污染对节能的负面作用。中央空 调风管积尘对节能的影响很大，中央空调风道中的积尘，不但引起病源 微生物孳生，传播疾病，还能影响空调的热效率，降低风阀和风管的性 能。冬天风道中的灰尘和飘浮物可降低热气流的温度；夏天风道中的灰 尘和飘浮物可升高冷气流的温度。实验证明，风道内的积尘达到每平方 米管道表面2 0 克以上时，可升高或降低管道气流温度0 5 8 ；积尘还能 破坏流体在风道内的层流状态，形成紊流现象，增加了内摩擦力，使风 力受阻，风机的负载增大，机组能力下降，造成设备使用寿命降低，增 加能源的消耗。空气在管道内流动，由于粘性及流体的相对运动，因而 产生了内摩擦力，空气在风道内流动过程中，就要克服这种阻力而消耗 能量“”，造成能源浪费。 2 5 改善中央空调系统污染的措施 2 5 1 防止中央空调水系统污染的措施 ( 1 ) 防止冷冻水系统污染的措施 对于用喷水室处理空气的开式冷冻水循环系统，因其易受污染，所以 在设计、施工和运行管理中应注意采取以下措旌： 用作热、湿交换的喷水室与冷冻水箱之间应采用重力回水方式， 在空调箱中止运行期间，应使底池中的水全部返回冷冻水箱，以免细菌在 底池内繁衍滋生，同时应在底池溢水管的溢水器上设置水封罩。水封罩 四周必须浸没在喷水室底池的水面以下，以防喷水室内、外空气贯通，使 中央空调宅内宅气净化技术及装置丌发 未经过滤的空气进入空调箱内。 仪用于冬季等焓加湿的喷水室，应经常更换底池存水，定期对底 池清洗消毒以免细菌和霉菌的滋生。 建立定期清洗、定期检查、定期化验水质的制度，及时向水中投 放合适的杀生剂和纯化剂等药品，以达到杀菌、阻垢和防腐蚀的目的。 ( 2 ) 防止冷却水系统污染的措施 防止冷却水系统污染的根本措施在于微生物控制，微生物大量繁殖 所造成的危害是循环冷却水系统十分普遍而需要重视的问题。控制微生 物污染的主要途径有： 在开式循环水池上部加盖，避免阳光照射。表面冷却器的冷凝水排 出口，应设能自动防倒吸并在负压时能顺利排出冷凝水的装置。凝结水 管不能直接与下水管道相接。 设置旁滤装置，使部分循环冷水经旁滤池过滤，除去水中的悬浮物 以及菌、藻类微生物。 加强补充水处理，改善补充水的水质。 建立定期清洗、检查、化验制度，及时向水中投放杀生剂，杀灭 各种微牛物。 试验表明，当冷却水中含有大量有机物时，宜采用氧化型杀生剂氯 氨杀菌。氯氨的氧化作用虽比氯弱，但杀菌持续时间较长，维持余氯量 较久，故可抑制微生物的后期生长。为了使氯氨与自由氯达到相同的杀 生效果，应延长其接触时间，或提高氯氨的投放量。通常要求隔半个小 时，自冷却水循环泵的吸入端向水中投放2 0 m g l 氯氨，与水接触3 0 分 钟后，氯氨的浓度应不低于0 3 m g l 。当冷却水含氮量增加，或p h 值大 于7 5 4 ，或发生浊度增大等情况时，游离氯已无法维持，应采用季胺盐 类、乙基大蒜素、烯醛类等非氧化型杀生剂作为辅助药剂与氧化型杀生 剂配合使用，以增强对微生物的控制效果， 由于大多数杀生剂不易生物降解，从而会对环境造成二次污染。因 此，在杀灭微生物的同时，要求能将微生物及其造成的生物粘泥从系统 的表面上完全剥离下来，通过旁滤池将其滤掉。这样，既消除了污垢对 金属表面的传热影响，又解决了垢下腐蚀以及药品排放污染环境的问题。 所以，在选择非氧化型杀生剂时应注意选择那些对污垢有剥离作用的药 品，或辅以季胺盐、松香胺类剥离剂，一般每周向水中投放1 2 次”。 2 5 2 减少空调风系统污染的措施 ( 1 ) 对新风的处理 1 6 兰州理t 大学硕七学位论文 应根据美国a s h r a e 标准6 2 - 1 9 8 9 r 中规定：室内最小新风量= 人数 r 。+ 地板面积r 。来确定。有效发挥通风空调系统的正面作用，就要强调 新风对室内污染稀释的重要作用，要求对新风进行处理时，应尽量保持 新风原有的品质和气味。采用新风独立处理( 或预处理) ，尽量减小系统 对新风的污染。在设计空调系统时，应尽量缩短新风输送途径，尽量使 新风直接入室。 ( 2 ) 回风口安装粗效过滤器 粗效过滤网要定期用清水刷洗，消毒液浸泡，再用清水洗净，晾干 后装上。对于刚刚施工完毕的空调系统，由于现场施工环境比较脏，灰 尘量比较大，在交付使用之前，应对所有过滤网清洗一遍。使用以后可 以每2 个月及时清洗一次。对大型商场室内灰尘量较大，而又需要应用 大量回风的系统，宜采用粗效和中效两级过滤进行净化处理。 ( 3 ) 送风口安装粗效过滤网 对于大面积送风、送风量分配要求不是十分严格的空调系统，通过 对各支管进行阻力计算后，在阻力较小的送风口上安装粗效过滤网。送 风口过滤网的理论计数效率，应比回风口过滤网的理论计数效率高一些： 风口上安装有过滤网的支管取消调节阀。这样可以降低空调系统的造价， 又可使送入室内的空气多经过一级净化过滤。由于空调系统在运行时风 管内壁往往积累了一层薄薄的灰尘，因此有必要在风管系统的干管上设 置检查门。检查门尺寸一般可考虑长边不小于6 0 0 m m 。空调系统运行管理 人员可以通过打开检查门，使用3 6 v 、1 0 0 w 的照明灯，定期用移动式高 效真空吸尘器对风管内壁进行清洁，以减少空调系统对室内空气的污染： 也可以通过检查门往送风管中喷洒一些刺激气味低、对人体健康无害、 对风管系统无腐蚀作用的杀菌剂来改善室内的卫生条件。 ( 4 ) 排风系统的设置 排风系统是空调系统重要的组成部分，它对室内空气的换气次数影 响很大。排风系统的设置应能够及时把室内污浊的空气排走，避免污浊 程度较高的空气流向污浊程度低的地方。有些人员对排风系统的设置不 够重视，甚至取消排风系统。其中一个主要原因是受吊顶标高的限制， 使排风系统需要的空间不够。这不仅需要在施工过程现场各专业工种密 切配合、协商，也需要各专业设计师在设计施工图时充分配合，特别是 装饰设计师与设备设计师要互提资料，互相了解，互相配合，共同努力， 把室内环境的美观、健康经济有机地结合起来。 1 7 中央宅调窄内宅气净化技术及装置丌发 ( 5 ) 室内相对湿度的调节 通风空调系统在施工过程中，应严格按照国家颁布的有关规范、规 程施工，减少风管的阻力，降低风管的漏风率，来保证室内的换气次数， 为室内温、湿度的调节提供更大的余地。有关科学研究揭示，当室内相 对湿度高于6 0 时，对微生物的滋长有利。空气处于较小相对湿度时能 够抑制细菌的生存、繁殖。因此，空调系统运行时，室内日平均相对湿