环境建筑学-空气净化技术g2-wowowo654321

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1内容回顾室内空气污染产生的原因及改善的重要性室内空气污染源和污染途径室内空气品质对人的影响及其评价方法室内空气品质标准室内空气控制方法(部分)2本节课内容目录室内污染控制方法概述室内空气净化方法和原理室内空气净化中一些值得注意的问题室内空气净化方式简介习题参考文献3

1.

室内空气污染控制方法概述污染源控制

通风和气流组织

空气净化污染检测技术污染对人的影响目标：Ci<Ci,标准42.空气净化方法和原理空气过滤吸附方法紫外灯杀菌静电吸附纳米材料光催化等离子放电催化臭氧消毒灭菌利用植物净化空气52.1空气过滤去除悬浮颗粒物6空气过滤：去除悬浮颗粒物过滤器主要功能：处理空气中的颗粒污染常见误解：过滤器像筛子一样，只有当悬浮在空气中的颗粒粒径比滤网的孔径大时才能被过滤掉。其实，过滤器和筛子的工作原理大相径庭。过滤器过滤的放大7截留效应惯性效应扩散效应重力作用静电效应空气过滤的机理不同捕集机理的捕集效率对不同粒径的尘粒是不同的。8空气过滤的机理总结截留效应：粒径小的粒子惯性小，粒子不脱离流线。在沿流线运动时，可能接触到纤维表面而被截留。惯性效应：粒子在惯性作用下，脱离流线而碰到纤维表面。扩散效应：随主气流掠过纤维表面的小粒子，可能在类似布朗运动的位移时与纤维表面接触。重力作用：尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表面上。静电效应：由于气体摩擦和其它原因，可能使纤维带电。9过滤器总效率和某种作用的效果和粒径的关系曲线10几种种常常见见过过滤滤器器的的示示意意图图初效效过过滤滤器器中效效过过滤滤器器高效效过过滤滤器器高效效袋袋式式过过滤滤器器11过滤滤效效率率单级级过过滤滤器器的的效效率率为为：：其中中n1、n2分别别为为过过滤滤器器前前后后的的粒粒子子浓浓度度,p＝n2/n1称为为穿穿透透率率。。过滤滤器器主主要要性性能能指指标标12过滤滤器器主主要要性性能能指指标标：：过过滤滤器器阻阻力力新过过滤滤器器阻阻力力一一般般有有下下列列经经验验公公式式：：其中中u0为迎迎面面风风速速，，A、B和m分别别为为经经验验系系数数与与指指数数。。或或：：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13HEPA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成.应用:医院,制造业的的洁净室室。142.2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吸附质和和吸附剂剂之间不不发生化化学反应应；②对所吸附附的气体体选择性性不强；；③吸附过程程快，参参与吸附附的各相相之间瞬瞬间达到到平衡；；④吸附过程程为低放放热反应应过程，，放热量量比相应应气体的的液化潜热稍稍大；⑤吸附剂与与吸附质质间吸附附力不强强，在条条件改变变时可脱脱附附15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。。16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。17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3018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9.150.715.351.552.5920.96192.3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。202.4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21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22FujishimaA.,etal.,Nature,1972,238(5338):38-45.导带价带2.5光催化降降解VOCs23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24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。25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。。26纳米光催催化消除除甲醛、、甲苯27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（％）28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？29不同方法法空气净净化效果果比较0.07次/h30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31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]32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]33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。342.7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。臭氧的主要要应用在于于灭菌消毒毒，它可即即刻氧化细细胞壁，直直至穿透细细胞壁与其其体内的不不饱和键化化合而杀死死细菌，这这种强的灭灭菌能力来来源于其高高的还原电电位，下表列出了常常见的灭菌菌消毒物质质的还原电电位，其中中臭氧具有有最高的还还原电位。。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常见的灭菌菌消毒物质质的还原电电位表35室内的电视视机、复印印机、激光光印刷机、、负离子发发生器等在在使用过程程中会产生生臭氧。臭氧对眼睛睛、粘膜和和肺组织都都具有刺激激作用，能能破坏肺的的表面活性性物质，并并能引起肺肺水肿、哮哮喘等。因因此，臭氧氧杀菌使用用方式应特特别注意。。36空气中杀菌菌消毒所需需时间紫外照射、、纳米光催催化、等离离子体放电电催化和臭臭氧杀菌所所需时间一一般都为数数分钟。372.8利用植物净净化空气绿色植物除除了能够美美化室内环环境外，还还能改善室室内空气品品质美国宇航局局科学家威威廉发现绿绿色植物对对居室和办办公室的污污染空气有有很好的净净化作用:24小时照明条条件下，芦芦荟吸收了了1m3空气中90％的醛；90％的苯在常常青藤中消消失；龙舌兰则可可吞食70％的苯、50％的甲醛和和24％的三氯乙乙烯；吊兰能吞食食96％的一氧化化碳，86％的甲醛。。威廉又做了了大量的实实验证实绿绿色植物吸吸入化学物物质的能力力来自于盆盆栽土壤中中的微生物物，而不主主要是叶子子。与植物物同时生长长在土壤中中的微生物物在经历代代代遗传后后，其吸收收化学物质质的能力还还会加强。。可以说绿绿色植物是是普通家庭庭都能用的的起的空气气净化器。。382.8利用植物净净化空气有些植物还还可以作为为室内空气气污染物的的指示物，，例如：紫花苜蓿：：在SO2浓度超过0.3ppm时，接触一一段时间，，就会出现现受害的症症状；贴梗海棠：：在0.5ppm的臭氧中暴暴露半小时时就会有受受害反应；；香石竹、番番茄：在浓浓度为0.05～0.1ppm的乙烯下几几个小时，，花萼就会会发生异常常现象。利用植物对对某些环境境污染物进进行检测是是简单而灵灵敏的。393.室内空气净净化中一些些值得注意意的问题3.1要“对症下下药”物理污染化学污染微生物污染染普通过滤吸附静电除尘要了解“病病情”，对对症下药。。目前，空气气净化方法法产品宣传传中大多为为“包治百百病”。现实世界中中无万能““灵丹妙药药”。403.2净化负荷与与净化能力力的确定与与匹配目前，空气气净化负荷荷难以确定定，净化器器选择存在在很大的盲盲目性。空气净化负负荷的确定定－值得研研究的问题题！解决途径(抛砖引玉的的想法)：室内物品标标识(Labeling)制度室内污染散散发测试，，结合室内内空气污染染预测和评评估软件确确定。41空气净化器器性能评价价净化器能力力指标：CADR密闭小室体体积为V，内放置净化化器。净化器不工工作，C1=C0e-k1t净化器工作作，C2=C0e-k2tCADR=V(k2-k1)CADR(CleanAirDeliveryRate,m3/h)风量有效率率＝CADR/额定风量目前，净化化器性能不不标识，使使得鱼龙混混杂、滥竽竽充数。建议：应对对