室内空气品质-空气净化技术

1第三章

室内空气品质

－第2部分空气净化清华大学建筑学院建筑技术科学系2004年2内容回顾顾室内空气气污染产产生的原原因及改改善的重重要性室内空气气污染源源和污染染途径室内空气气品质对对人的影影响及其其评价方方法室内空气气品质标标准室内空气气控制方方法(部分)3本节课内内容目录录室内污染染控制方方法概述述室内空气气净化方方法和原原理室内空气气净化中中一些值值得注意意的问题题室内空气气净化方方式简介介习题参考文献献41.室内空气气污染控控制方法法概述污染源控制

通风和气气流组织织空气净化污染检测测技术污染对人人的影响响目标：Ci<Ci,标准52.空气净化化方法和和原理空气过滤滤吸附方法法紫外灯杀杀菌静电吸附附纳米材料料光催化化等离子放放电催化化臭氧消毒毒灭菌利用植物物净化空空气62.1空气过滤滤去除悬悬浮颗粒粒物7空气过滤滤：去除悬浮浮颗粒物物过滤器主主要功能能：处理理空气中中的颗粒粒污染常见误解解：过滤滤器像筛筛子一样样，只有有当悬浮浮在空气气中的颗颗粒粒径径比滤网网的孔径径大时才才能被过过滤掉。。其实，，过滤器器和筛子子的工作作原理大大相径庭庭。过滤器过过滤的放放大8截留效应应惯性效应应扩散效应应重力作用用静电效应应空气过滤滤的机理不同捕集集机理的的捕集效效率对不不同粒径径的尘粒粒是不同同的。9空气过滤滤的机理总总结截留效应应：粒径小的的粒子惯惯性小，，粒子不不脱离流流线。在在沿流线线运动时时，可能能接触到到纤维表表面而被被截留。。惯性效应应：粒子在惯惯性作用用下，脱脱离流线线而碰到到纤维表表面。扩散效应应：随主气流流掠过纤纤维表面面的小粒粒子，可可能在类类似布朗朗运动的的位移时时与纤维维表面接接触。重力作用用：尘粒在重重力作用用下，产产生脱离离流线的的位移而而沉降到到纤维表表面上。。静电效应应：由于气体体摩擦和和其它原原因，可可能使纤纤维带电电。10过滤器总总效率和和某种作作用的效效果和粒粒径的关关系曲线线11几种常见见过滤器器的示意意图初效过滤滤器中效过滤滤器高效过滤滤器高效袋式式过滤器器12过滤效率率单级过滤滤器的效效率为：：其中n1、n2分别为过过滤器前前后的粒粒子浓度度,p＝n2/n1称为穿透透率。过滤器主主要性能能指标13过滤器主主要性能能指标：：过滤器器阻力新过滤器器阻力一一般有下下列经验验公式：：其中u0为迎面风风速，A、B和m分别为经经验系数数与指数数。或：：其中u为气溶胶胶通过滤滤料的流流速，也也叫滤速速。对于于国产过过滤器，，一般a＝3～10，n＝1～2。过滤器的的阻力随随着迎面面风速u0或者滤速速u的增大而而增大，，过滤效效率随着着滤速增增大而降降低14HEPA滤网HEPA全称“HighEfficiencyParticulateAir”HEPA滤网最早早产生在在原子弹弹开发时时期，用用于过滤滤辐射颗颗粒，保保证研究究人员的的健康。。滤网由超细玻璃璃纤维组组成.应用:医院,制造业的的洁净室室。152.2活性炭吸吸附气体体污染物物吸附是由由于吸附附质和吸吸附剂之之间的范范德华力力而使吸吸附质聚集到吸吸附剂表表面的一一种现象象。吸附分为为物理吸吸附和化化学吸附附两类。。物理吸附附物理吸吸附属于于一种表表面现象象，其主主要特征征为：①吸附质质和吸附附剂之间间不发生生化学反反应；②对所吸吸附的气气体选择择性不强强；③吸附过过程快，，参与吸吸附的各各相之间间瞬间达达到平衡衡；④吸附过过程为低低放热反反应过程程，放热热量比相相应气体体的液化潜热稍稍大；⑤吸附剂剂与吸附附质间吸吸附力不不强，在在条件改改变时可可脱附附16吸附对于于室内VOCs和其他污污染物是是一种比比较有效效而又简简单的消消除技术术。目前比较较常用的的吸附剂剂是活性性炭。固体材料料吸附能能力的大大小和固固体的比比表面积积（即1g固体的表表面积））很有关关系，比表面积积越大，吸吸附能力力越强。。17活性炭纤纤维：20世纪60年代发展展起来的的一种活活性炭新新品种含大量微微孔，其其体积占占了总孔孔体积的的90％左右，，因此有有较大的的比表面面积：多多数为500～800m2/g！与粒状活活性炭相相比，活活性炭纤纤维吸附附容量大大，吸附附或脱附附速度快快，再生生容易，，不易粉粉化，不不会造成成粉尘二二次污染染。对无机气气体如SO2、H2S、NOx等和有机机气体如如(VOCs)都有很强强的吸附附能力，，特别适适用于吸吸附去除除10-9到10-6g/m3量级的有有机气体体，在室室内空气气净化方方面有广广阔的应应用前景景。18活性炭的的吸附性性能物质名称称饱饱和吸吸附量(%)SO210Cl215CS215C6H6(苯)24O3能还原为为O2烹调臭味味30厕所臭味味3019普通活性性炭对分分子量小小的化合合物(如氨、硫硫化氢和和甲醛)吸附效果果较差，，对这类类化合物物，一般般采用浸浸渍高锰锰酸钾的的氧化铝铝作为吸吸附剂，，空气中中的污染染物在吸吸附剂表表面发生生化学反反应，因因此，这这类吸附附称为化化学吸附附，吸附附剂称为为化学吸吸附剂。。下表比比较了浸浸渍高锰锰酸钾的的氧化铝铝和活性性炭吸附附效果。。浸渍高锰锰酸钾的的氧化铝铝和活性性炭对一一些空气气污染物物吸附效效果比较较表吸附量(%)NO2NOSO2甲醛HS甲苯浸渍高锰酸钾的氧化铝1.562.858.074.1211.11.27活性炭9.150.715.351.552.5920.96202.3紫外灯杀杀菌(Ultravioletgermicidalirradiation,UVGI)紫外辐照照杀菌是是常用的的空气中中杀菌方方法，在在医院已已被广泛泛使用。。紫外光谱谱分为UVA((320-400nm))、UVB((280-320nm)和UVC((100-280nm)，波长短短的UVC杀菌能力力较强。。185nm以下的辐辐射会产产生臭氧氧。一般紫外外灯安置置在房间间上部，，不直接接照射人人，空气气受热源源加热向向上运动动缓慢进进入紫外外辐照区区，受辐辐照后的的空气再再下降到到房间的的人员活活动区，，在这一一过程中中，细菌菌和病毒毒会不断断被降低低活性，，直至灭灭杀。紫外灯杀杀菌需要要一定的的作用时时间，一一般细菌菌在受到到紫外灯灯发出的的辐射数分钟后才死亡亡。212.4静电吸附附屏蔽板激化纤维维7000V直流电压压激化纤维维空气22静电吸附附（双级））Howahigh-voltageelectronicaircleanerworks.ELECTRONICALLYCLEANEDAIRCIRCULATEDBACKTHROUGHYOURBUILDINGELECTRICALLYCHARGEDPLATESATTRACTPARTICLESLIKEMAGNETSELECTRONICALLYCHARGEDWIRESZAPPARTICLESAIRFLOWPRE--FILTERSCREENSTAGE1:CHARGINGSECTIONSTAGE2:COLLECTIONSECTION尘埃病毒细菌花粉Smoke真菌电子净化化格栅23FujishimaA.,etal.,Nature,1972,238(5338):38--45..导带价带2.5光催化降降解VOCs24光催化材材料UV灯（关））微生物VOCsUV灯（开））氧化反应应还原反应应降解甲醛醛反应过过程：REPLAY光催化降降解VOCs及微生物物原理图图25光源要求求一般在紫紫外光照照射下VOCs才会发生生光催化化降解光催化反反应器中中采用的的光源多多为中压压或低压压汞灯。。紫外光谱谱分为：：UVC((100-280nm)UVB((280-320nm)UVA((320-400nm))杀菌紫外外灯波长长一般在在UVC波段，特特别在254nm附近。26在研制可可见光光光催化剂剂方面取取得的新新进展将非金属属氮替换换二氧化化钛中少少量（0.75%）的晶格格氧，从从而使其其具有较较高的可可见光活活性，成成功地在在可见光光照射下下分别于于液相和和气相中中降解了了纯TiO2所不能降降解的乙乙醛。美国科学学家通过过高温火火焰加热热Ti金属的方方法将碳碳原子取取代了TiO2晶格中的的氧，显著改改变了它它对可见见光的响响应特性性。通过TiO2的H2O2或氯铂酸酸表面改改性、增增加TiO2中Ti3+浓度等方方法也能能有效地地将TiO2光催化降降解有机机污染物物的反应应扩展到到可见光光范围。。目前可见见光反应应去除有有机污染染物效率率很低，，与实际际应用还还有很大大距离。。27纳米光催催化消除除甲醛、、甲苯28掺杂对光光催化降降解甲醛醛的影响响0.010.020.030.040.050.060.0P25++丝光沸石石P25++SiO2(SD-400J)P25++Al2O3纯P25::1..05mg/cm2P25++SiO2(SD-520))P25++斜发沸石石(290目)P25++斜发沸石石(325目)P25++斜发沸石石(含铁325目)P25++斜发沸石石(2，神石)P25++ZSM-5((1)P25++人造沸石石(1:1)P25++斜发沸石石(1，神石)P25++SiO2(SD-520L)P25++ZSM-5((2)((1:1)P25++ZSM-5((3)DopedabsorbentsReactioneffectivenesss（％）29提出了光光催化反反应器设设计的ε－NTUm方法纳米光催催化空气气净化效效果强化化和应用用反应面积影响传质能力影响反应能力影响揭示了反反应面积积、传质质能力影影响和反反应能力力影响与与反应效效率间的的关系,可将材料料评价、、结构评评价、传传质评价价分开。。提出了理理想光催催化空气气净化器器概念问题：如如何测测定光催催化材料料的反应应常数，，建立光光催化材材料性能能测定标标准？与其他空空气净化化方式包包括通风风的比较较（效果果、能耗耗、经济济性等））？何种条件件下采用用纳米光光催化空空气净化化技术？？目前可见见光催化化空气净净化方法法离应用用有多远远？30不同方法法空气净净化效果果比较0.07次/h31光催化材材料高压电高压放电电REPLAY平板电极极平板电极极带电粒子子冲击电场应力力及其热热效应UV光催化微生物VOCs2.6等离子体体放电催催化32等离子体体放电催催化消除除甲醛初始浓度度6ppm[3]初始浓度度229ppm[3]]33等离子体体放电催催化消除除微生物物污染稀释比为为1：1000情况下未未经放电处理理的细菌菌生长迹迹象[4]稀释比为为1：1000情况下经经（8kV）放电处理理的细菌菌生长迹迹象[4]34光催化和和等离子子放电催催化的优优点广谱：可消除空空气中的的多种污污染物如如VOCs、无机有害害物以及及微生物物等；安全：催化剂无无毒、无无腐蚀，，主要最最终产物物为CO2、水等无无害气体体；稳定：无需再生生，可连连续工作作；节能：反应所需需能耗低低。352.7臭氧杀菌菌消毒臭氧，一种刺激激性气体体，是已知的的最强的的氧化剂剂之一，，其强氧氧化性、、高效的的消毒作作用使其其在室内内空气净净化方面面有着积积极的贡贡献。臭氧的主主要应用用在于灭灭菌消毒毒，它可可即刻氧氧化细胞胞壁，直直至穿透透细胞壁壁与其体体内的不不饱和键键化合而而杀死细细菌，这这种强的的灭菌能能力来源源于其高高的还原原电位，，下表列出了了常见的的灭菌消消毒物质质的还原原电位，，其中臭臭氧具有有最高的的还原电电位。名称分子式标准电极电位/V名称分子式标准电极电位臭氧O32.07二氧化氯ClO21.50双氧水H2O21.78氯气Cl21.36高锰酸离子MnO21.67常见的灭灭菌消毒毒物质的的还原电电位表36室内的电电视机、、复印机机、激光光印刷机机、负离离子发生生器等在在使用过过程中会会产生臭臭氧。

臭氧对眼眼睛、粘粘膜和肺肺组织都都具有刺刺激作用用，能破破坏肺的的表面活活性物质质，并能能引起肺肺水肿、、哮喘等等。因此此，臭氧氧杀菌使使用方式式应特别别注意。。37空气中杀杀菌消毒毒所需时时间紫外照射射、纳米米光催化化、等离离子体放放电催化化和臭氧氧杀菌所所需时间间一般都都为数分分钟。382.8利用植物物净化空空气绿色植物物除了能能够美化化室内环环境外，，还能改改善室内内空气品品质美国宇航航局科学学家威廉廉发现绿绿色植物物对居室室和办公公室的污污染空气气有很好好的净化化作用:24小时照明明条件下下，芦荟荟吸收了了1m3空气中90％的醛；；90％的苯在在常青藤藤中消失失；龙舌兰则则可吞食食70％的苯、、50％的甲醛醛和24％的三氯氯乙烯；；吊兰能吞吞食96％的一氧氧化碳，，86％的甲醛醛。威廉又做做了大量量的实验验证实绿绿色植物物吸入化化学物质质的能力力来自于于盆栽土土壤中的的微生物物，而不不主要是是叶子。。与植物物同时生生长在土土壤中的的微生物物在经历历代代遗遗传后，，其吸收收化学物物质的能能力还会会加强。。可以说说绿色植植物是普普通家庭庭都能用用的起的的空气净净化器。。392.8利用植物物净化空空气有些植物物还可以以作为室室内空气气污染物物的指示示物，例例如：紫花苜蓿蓿：在SO2浓度超过过0.3ppm时，接触触一段时时间，就就会出现现受害的的症状；；贴梗海棠棠：在0.5ppm的臭氧中中暴露半半小时就就会有受受害反应应；香石竹、、番茄：：在浓度度为0.05～0.1ppm的乙烯下下几个小小时，花花萼就会会发生异异常现象象。利用植物物对某些些环境污污染物进进行检测测是简单单而灵敏敏的。403.室内空气气净化中中一些值值得注意意的问题题3.1要“对症症下药””物理污染染化学污染染微生物污污染普通过滤滤吸附静电除尘尘要了解““病情””，对症症下药。。目前，空空气净化化方法产产品宣传传中大多多为“包包治百病病”。现实世界界中无万万能“灵灵丹妙药药”。413.2净化负荷荷与净化化能力的的确定与与匹配目前，空空气净化化负荷难难以确定定，净化化器选择择存在很很大的盲盲目性。。空气净化化负荷的的确定－－值得研研究的问问题！解决途径径(抛砖引玉玉的想法法)：室内物品品标识(Labeling))制度室内污染染散发测测试，结结合室内内空气污污染预测测和评估估软件确确定。42空气净化化器性能能评价净化器能能力指标标：CADR密闭小室室体积为为V，内放置净净化器。。净化器不不工作，，C1=C0e-k1t净化器工工作，C2=C0e-k2tCADR=V((k2-k1)CADR(CleanAirDeliveryRate,m3/h)风量有效效率＝CADR/额定风量量目前，净净化器性性能不标标识，使使得鱼龙龙混杂、、滥竽充充数。建议：应应对净化化器净化化能力规规定下限限。同时对净净化器净净化能力力贴标签签。根据污染染特征和