环境建筑学空气净化技术gwowowo

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几种常见过滤滤器的示意图图初效过滤器中效过滤器高效过滤器高效袋式过滤滤器11过滤效率单级过滤器的的效率为：其中n1、n2分别为过滤器器前后的粒子子浓度,p＝n2/n1称为穿透率。。过滤器主要性性能指标12过滤器主要性性能指标：过过滤器阻力新过滤器阻力力一般有下列列经验公式：：其中u0为迎面风速，，A、B和m分别为经验验系数与指数数。或：其中u为气溶溶胶通过滤料料的流速，也也叫滤速。对对于国产过滤滤器，一般a＝3～10，n＝1～2。过滤器的阻力力随着迎面风风速u0或者滤速u的的增大而增大大，过滤效率率随着滤速增增大而降低13HEPA滤滤网HEPA全全称“HighEfficiencyParticulateAir””HEPA滤滤网最早产生生在原子弹开开发时期，用用于过滤辐射射颗粒，保证证研究人员的的健康。滤网由超细细玻璃纤维组组成.应用:医医院,制造造业的洁净室室。142.2活性性炭吸附气体体污染物吸附是由于吸吸附质和吸附附剂之间的范范德华力而使使吸附质聚集到吸附剂剂表面的一种种现象。吸附分为物理理吸附和化学学吸附两类。。物理吸附物理理吸附属于一一种表面现象象，其主要特特征为：①吸附质和吸吸附剂之间不不发生化学反反应；②对所吸附的的气体选择性性不强；③吸附过程快快，参与吸附附的各相之间间瞬间达到平平衡；④吸附过程为为低放热反应应过程，放热热量比相应气气体的液化潜热稍大；；⑤吸附剂与吸吸附质间吸附附力不强，在在条件改变时时可脱附附15吸附对于室内内VOCs和和其他污染物物是一种比较较有效而又简简单的消除技技术。目前比较常用用的吸附剂是是活性炭。固体材料吸附附能力的大小小和固体的比比表面积（即即1g固体的表面积积）很有关系系，比表面积越大，吸附能能力越强。16活性炭纤维：：20世纪纪60年代发发展起来的一一种活性炭新新品种含大量微孔，，其体积占了了总孔体积的的90％左右右，因此有较较大的比表面面积：多数为为500～800m2/g！与粒状活性炭炭相比，活性性炭纤维吸附附容量大，吸吸附或脱附速速度快，再生生容易，不易易粉化，不会会造成粉尘二二次污染。对无机气体如如SO2、H2S、NOx等等和有机气体体如(VOCs)都有很很强的吸附能能力，特别适适用于吸附去去除10-9到10-6g/m3量量级的有机气气体，在室内内空气净化方方面有广阔的的应用前景。。17活性炭的吸附附性能物质名称饱饱和吸吸附量(%)SO210Cl215CS215C6H6(苯)24O3能还原为O2烹调臭味30厕所臭味3018普通活性炭对对分子量小的的化合物(如如氨、硫化氢氢和甲醛)吸吸附效果较差差，对这类化化合物，一般般采用浸渍高高锰酸钾的氧氧化铝作为吸吸附剂，空气气中的污染物物在吸附剂表表面发生化学学反应，因此此，这类吸附附称为化学吸吸附，吸附剂剂称为化学吸吸附剂。下表表比较了浸渍渍高锰酸钾的的氧化铝和活活性炭吸附效效果。浸渍高锰酸钾钾的氧化铝和和活性炭对一一些空气污染染物吸附效果果比较表吸附量(%)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紫外外灯杀菌(Ultravioletgermicidalirradiation,UVGI)紫外辐照杀菌菌是常用的空空气中杀菌方方法，在医院院已被广泛使使用。紫外光谱分为为UVA(320-400nm)、UVB(280-320nm)和UVC(100-280nm)，波长短短的UVC杀杀菌能力较强强。185nm以下的的辐射会产生生臭氧。一般紫外灯安安置在房间上上部，不直接接照射人，空空气受热源加加热向上运动动缓慢进入紫紫外辐照区，，受辐照后的的空气再下降降到房间的人人员活动区，，在这一过程程中，细菌和和病毒会不断断被降低活性性，直至灭杀杀。紫外灯杀菌需需要一定的作作用时间，一一般细菌在受受到紫外灯发发出的辐射数分钟后才死亡。202.4静电电吸附屏蔽板激化纤维7000V直直流电压激化纤维空气21静电吸附（双级）Howahigh-voltageelectronicaircleanerworks.ELECTRONICALLYCLEANEDAIRCIRCULATEDBACKTHROUGHYOURBUILDINGELECTRICALLYCHARGEDPLATESATTRACTPARTICLESLIKEMAGNETSELECTRONICALLYCHARGEDWIRESZAPPARTICLESAIRFLOWPRE-FILTERSCREENSTAGE1:CHARGINGSECTIONSTAGE2:COLLECTIONSECTION尘埃病毒细菌花粉Smoke真菌电子净化格格栅22FujishimaA.,etal.,Nature,1972,238(5338):38-45.导带价带2.5光光催化降解解VOCs23光催化材料料UV灯（关关）微生物VOCsUV灯（开开）氧化反应还原反应降解甲醛反反应过程：：REPLAY光催化降解解VOCs及微生物物原理图24光源要求一般在紫外外光照射下下VOCs才会发生生光催化降降解光催化反应应器中采用用的光源多多为中压或或低压汞灯灯。紫外光谱分分为：UVC(100-280nm)UVB(280-320nm)UVA(320-400nm)杀菌紫外灯灯波长一般般在UVC波段，特特别在254nm附附近。25在研制可见见光光催化化剂方面取取得的新进进展将非金属氮氮替换二氧氧化钛中少少量（0.75%）的晶格氧氧，从而使使其具有较较高的可见见光活性，，成功地在在可见光照照射下分别别于液相和和气相中降降解了纯TiO2所不能降解解的乙醛。美国科学家家通过高温温火焰加热热Ti金属的方法法将碳原子子取代了TiO2晶格中的氧氧，显著改变变了它对可可见光的响响应特性。。通过TiO2的H2O2或氯铂酸表表面改性、、增加TiO2中Ti3+浓度等等方法也能能有效地将将TiO2光催化降解解有机污染染物的反应应扩展到可可见光范围围。目前可见光光反应去除除有机污染染物效率很很低，与实实际应用还还有很大距距离。26纳米光催化化消除甲醛醛、甲苯27掺杂对光催催化降解甲甲醛的影响响0.010.020.030.040.050.060.0P25+丝丝光沸石P25+SiO2(SD-400J)P25+Al2O3纯P25:1.05mg/cm2P25+SiO2(SD-520)P25+斜斜发沸石(290目目)P25+斜斜发沸石(325目目)P25+斜斜发沸石(含铁325目)P25+斜斜发沸石(2，神石石)P25+ZSM-5(1)P25+人人造沸石(1:1)P25+斜斜发沸石(1，神石石)P25+SiO2(SD-520L)P25+ZSM-5(2)(1:1)P25+ZSM-5(3)DopedabsorbentsReactioneffectivenesss（％％）28提出了光催催化反应器器设计的ε－NTUm方法纳米光催化化空气净化化效果强化化和应用反应面积影响传质能力影响反应能力影响揭示了反应应面积、传传质能力影影响和反应应能力影响响与反应效效率间的关关系,可将材料评评价、结构构评价、传传质评价分分开。提出了理想想光催化空空气净化器器概念问题：如如何测定光光催化材料料的反应常常数，建立立光催化材材料性能测测定标准？？与其他空气气净化方式式包括通风风的比较（（效果、能能耗、经济济性等）？？何种条件下下采用纳米米光催化空空气净化技技术？目前可见光光催化空气气净化方法法离应用有有多远？29不同方法空空气净化效效果比较0.07次次/h30光催化材料料高压电高压放电REPLAY平板电极平板电极带电粒子冲冲击电场应力及及其热效应应UV光催化微生物VOCs2.6等等离子体放放电催化31等离子体放放电催化消消除甲醛初始浓度6ppm[3]初始浓度229ppm[3]32等离子体放放电催化消消除微生物物污染稀释比为1：1000情况下下未经放电处理的的细菌生长长迹象[4]稀释比为1：1000情况下下经（8kV）放电处理的的细菌生长长迹象[4]33光催化和等等离子放电电催化的优优点广谱：可消除空气气中的多种种污染物如如VOCs、无机有害物物以及微生生物等；安全：催化剂无毒毒、无腐蚀蚀，主要最最终产物为为CO2、水等无害害气体；稳定：无需再生，，可连续工工作；节能：反应所需能能耗低。342.7臭臭氧杀菌消消毒臭氧，一种刺激性性气体，是已知的最强的的氧化剂之一，，其强氧化性、、高效的消毒作作用使其在室内内空气净化方面面有着积极的贡贡献。臭氧的主要应用用在于灭菌消毒毒，它可即刻氧氧化细胞壁，直直至穿透细胞壁壁与其体内的不不饱和键化合而而杀死细菌，这这种强的灭菌能能力来源于其高高的还原电位，，下表列出了常常见的灭菌消毒毒物质的还原电电位，其中臭氧氧具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常见的灭菌消毒毒物质的还原电电位表35室内的电视机、、复印机、激光光印刷机、负离离子发生器等在在使用过程中会会产生臭氧。臭氧对眼睛、粘粘膜和肺组织都都具有刺激作用用，能破坏肺的的表面活性物质质，并能引起肺肺水肿、哮喘等等。因此，臭氧氧杀菌使用方式式应特别注意。。36空气中杀菌消毒毒所需时间紫外照射、纳米米光催化、等离离子体放电催化化和臭氧杀菌所所需时间一般都都为数分钟。372.8利用植植物净化空气绿色植物除了能能够美化室内环环境外，还能改改善室内空气品品质美国宇航局科学学家威廉发现绿绿色植物对居室室和办公室的污污染空气有很好好的净化作用:24小时照明条条件下，芦荟吸吸收了1m3空气中90％的的醛；90％的苯在常常青藤中消失；；龙舌兰则可吞食食70％的苯、、50％的甲醛醛和24％的三三氯乙烯；吊兰能吞食96％的一氧化碳碳，86％的甲甲醛。威廉又做了大量量的实验证实绿绿色植物吸入化化学物质的能力力来自于盆栽土土壤中的微生物物，而不主要是是叶子。与植物物同时生长在土土壤中的微生物物在经历代代遗遗传后，其吸收收化学物质的能能力还会加强。。可以说绿色植植物是普通家庭庭都能用的起的的空气净化器。。382.8利用植植物净化空气有些植物还可以以作为室内空气气污染物的指示示物，例如：紫花苜蓿：在SO2浓度超过0.3ppm时，，接触一段时间间，就会出现受受害的症状；贴梗海棠：在0.5ppm的的臭氧中暴露半半小时就会有受受害反应；香石竹、番茄：：在浓度为0.05～0.1ppm的乙烯烯下几个小时，，花萼就会发生生异常现象。利用植物对某些些环境污染物进进行检测是简单单而灵敏的。393.室内空气气净化中一些值值得注意的问题题

3.1要要“对症下药””物理污染化学污染微生物污染普通过滤吸附静电除尘要了解“病情””，对症下药。。目前，空气净化化方法产品宣传传中大多为“包包治百病”。现实世界中无万万能“灵丹妙药药”。403.2净化负负荷与净化能力力的确定与匹配配目前，空气净化化负荷难以确定定，净化器选择择存在很大的盲盲目性。空气净化负荷的的确定－值得研研究的问题！解决途径(抛砖砖引玉的想法)：室内物品标识(Labeling)制度室内污染散发测测试，结合室内内空气污染预测测和评估软件确确定。41空气净化器性能能评价净化器能力指标标：CADR密闭小室体积为为V，内放置净化器。。净化器不工作，，C1=C0e-k1t净化器工作，C2=C0e-k2tCADR=V(k2-k1)CADR(CleanAirDeliveryRate,m3/h)风量有效率＝CADR/额定定风量目前，净化器性性能不标识，使使得鱼龙混杂、、滥竽充数。建议：应对净化化器净化能力规规定下限。同时对净化器净净化能力贴标签签。根据污染特征和和负荷大小选择择合适的净化器器。C00