風(fēng)機(jī)盤(pán)管空氣凈化器凈化甲醛實(shí)驗(yàn)研究

胡赟

摘 要：該研究將駐極體纖維、負(fù)載光觸媒的活性碳纖維和活性高錳酸鉀球集成在風(fēng)機(jī)盤(pán)管上，構(gòu)成風(fēng)機(jī)盤(pán)管空氣凈化器，并對(duì)凈化器機(jī)理和凈化甲醛實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)機(jī)盤(pán)管空氣凈化器對(duì)甲醛具有很高的效率，經(jīng)110 min，艙內(nèi)甲醛濃度從1.041 mg/m3降到0.1 mg/m3。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)盤(pán)管 空氣凈化器 室內(nèi)空氣 甲醛凈化

中圖分類(lèi)號(hào)：X511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（c）-0115-02

1 背景

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)足發(fā)展，新建了大量酒店、商場(chǎng)、學(xué)校、寫(xiě)字樓等大型建筑，這些大型建筑都采用中央空調(diào)技術(shù)營(yíng)造舒適的人工環(huán)境[1]。中央空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，采用液體汽化制冷的原理為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量，用以抵消室內(nèi)環(huán)境的冷負(fù)荷；制熱系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供用以抵消室內(nèi)環(huán)境熱負(fù)荷的熱量。風(fēng)機(jī)盤(pán)管是中央空調(diào)理想的末端產(chǎn)品，由熱交換器、水管、過(guò)濾器、風(fēng)扇、接水盤(pán)、排氣閥、支架等組成，其工作原理是機(jī)組內(nèi)不斷的再循環(huán)所在房間的空氣，使空氣通過(guò)冷水（熱水）盤(pán)管后被冷卻（加熱），以保持房間溫度的恒定。為了節(jié)能，酒店、寫(xiě)字樓等基本上形成了封閉式辦公大樓。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的暖通設(shè)計(jì)規(guī)范，從建筑節(jié)能及設(shè)備條件出發(fā)，提高能耗的效率，建筑物的密封性增強(qiáng)，引入的新風(fēng)量比較低，室內(nèi)通風(fēng)成為建筑物內(nèi)部空氣循環(huán)，因此中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤(pán)上滋生的細(xì)菌病毒和室內(nèi)裝修材料長(zhǎng)期散發(fā)有害的污染物會(huì)使室內(nèi)空氣中污染形成累積效應(yīng)，引起室內(nèi)空氣質(zhì)量下降甚至惡化，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。

目前的空氣凈化器可分為過(guò)濾型、高壓靜電型、復(fù)合多功能型等多種形式，但是過(guò)濾型濾料通常采用HEPA，過(guò)濾阻力較大；高壓靜電型比較笨重且易產(chǎn)生臭氧形成二次污染；負(fù)離子型不能凈化有機(jī)揮發(fā)性氣體；復(fù)合多功能型如等離子體易產(chǎn)生中間污染物，形成二次污染[2-5]。

2 凈化器結(jié)構(gòu)及工作原理

為解決中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤(pán)管室內(nèi)空氣污染問(wèn)題，該研究開(kāi)發(fā)了一種風(fēng)機(jī)盤(pán)管空氣凈化器，風(fēng)機(jī)盤(pán)管空氣凈化器安裝在風(fēng)機(jī)與盤(pán)管之間，對(duì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管熱交換空氣先進(jìn)行凈化消毒，使室內(nèi)空氣溫度濕度變得舒適宜人的同時(shí)提高空氣的潔凈度。凈化器是在風(fēng)機(jī)盤(pán)管的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其適應(yīng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管風(fēng)機(jī)壓頭裕量較小（凈化器阻力損失≤50Pa）的特點(diǎn)。凈化器設(shè)置在風(fēng)機(jī)盤(pán)的風(fēng)機(jī)和換熱器之間，使風(fēng)機(jī)盤(pán)管風(fēng)機(jī)吹到盤(pán)管之前先進(jìn)行空氣凈化，凈化后的風(fēng)再經(jīng)盤(pán)管進(jìn)行冷熱交換升溫（或降溫），最后由盤(pán)管出口送出。空氣凈化器由駐極體纖維布、紫外燈、活性碳纖維、光觸媒和活性高錳酸鉀球等組成，它將高效靜電除塵、紫外殺菌、活性碳吸附、光催化、氧化還原等技術(shù)集成一體。凈化原理圖和結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1和圖2所示。

其工作原理是當(dāng)風(fēng)機(jī)抽吸房間空氣時(shí)，回風(fēng)先經(jīng)過(guò)凈化器中的駐極體纖維布，駐極體纖維布內(nèi)電荷產(chǎn)生的靜電作用下，空氣中的微細(xì)粉塵（如PM10、PM2.5）被駐極纖維布捕獲，同時(shí)部分負(fù)載在粉塵的上細(xì)菌病毒等也隨之被捕獲。經(jīng)過(guò)除塵后的空氣進(jìn)入活性碳——光催化模塊，在光催化的紫外燈照射下，空氣被殺菌消毒。空氣中的污染物（苯、甲苯、二甲苯等苯系物及TVOC等）被活性碳——光催化模塊中的活性碳吸附。同時(shí)，光催化劑開(kāi)始光催化分解空氣中的污染物，對(duì)活性碳纖維實(shí)現(xiàn)再生。經(jīng)過(guò)活性碳-光催化凈化后的空氣進(jìn)入活性高錳酸鉀球模塊，活性高錳酸鉀球?qū)μ右莩鰜?lái)的污染物（甲醛）進(jìn)行凈化，凈化后的空氣由風(fēng)機(jī)盤(pán)管排出。

3 凈化甲醛實(shí)驗(yàn)研究

在室內(nèi)空氣模擬艙內(nèi)進(jìn)行甲醛凈化實(shí)驗(yàn)研究，模擬艙尺寸3m×2m×2m，模擬艙框架為不銹鋼，天棚、地面和四周壁面玻璃，模擬艙已建成10年，因此模擬艙組成材料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響。本研究以難以?xún)艋募兹怏w作為研究對(duì)象，根據(jù)《空氣凈化器》（GB/T 18801-2008）要求，模擬艙內(nèi)配制甲醛為1mg/m3作為檢測(cè)凈化器效率的初始濃度。本研究采用濃度為37%的甲醛分析純（密度1.08g/mL）來(lái)制取甲醛氣體。根據(jù)模擬艙的體積10m3和欲配制甲醛氣體的濃度1.0mg/m3計(jì)算出所需甲醛溶液量30μl。將甲醛分析純搖勻后用10μl微量注射器抽取，每次10μl甲醛溶液，抽三次共計(jì)30μl，全部注入到裝有50mL水的燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中加熱，開(kāi)啟艙內(nèi)空調(diào)的循環(huán)風(fēng)模式使艙內(nèi)空氣混合均勻，控制水浴鍋的加熱時(shí)間使艙內(nèi)甲醛氣體平均濃度達(dá)1mg/m3，開(kāi)啟加濕器，使實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)空氣相對(duì)濕度達(dá)50%～60%時(shí)，開(kāi)啟凈化器。

甲醛氣體濃度檢測(cè)：GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》附錄A室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)技術(shù)中規(guī)定小于50m2的房間應(yīng)設(shè)1～3個(gè)點(diǎn)，呈對(duì)角線(xiàn)或梅花式均勻分布，采樣點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)通風(fēng)口，離墻壁距離應(yīng)大于0.5m，采樣點(diǎn)的高度原則上與人的呼吸帶高度相一致，相對(duì)高度為0.5～1.5m之間。本實(shí)驗(yàn)將凈化器置于模擬艙一個(gè)角落，在模擬艙對(duì)角線(xiàn)中心距艙底1.2m高度位置設(shè)采樣儀點(diǎn)，采樣儀器為甲醛在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)儀采用英國(guó)原裝電化學(xué)傳感器，分辨率：0.01ppm。

3.1 凈化器未加活性高錳酸鉀球

凈化器未加高錳酸鉀球，只有過(guò)濾和紫外燈、活性炭光催化劑。凈化甲醛曲線(xiàn)如圖3所示。

從圖3可以看出在凈化器的作用下，隨著時(shí)間增長(zhǎng)艙內(nèi)甲醛濃度逐漸降低，呈指數(shù)曲線(xiàn)降低。經(jīng)7.83 h（465 min）后，艙內(nèi)甲醛濃度從1.01mg/m3降到0.1mg/m3。活性炭是非極性分子，而甲醛是極性分子。根據(jù)同極相容，異極相斥原理，活性炭對(duì)甲醛吸附能力有限，光催化分解效率比較緩慢，凈化近7.83 h才實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)。

3.2 凈化器加活性高錳酸鉀球

凈化器所有組成駐極體纖維過(guò)濾和紫外燈、活性炭光催化劑和活性高錳酸鉀球等模塊正常運(yùn)行，凈化甲醛曲線(xiàn)如圖4所示。

從圖4可以看出在凈化器的作用下，隨著時(shí)間增長(zhǎng)艙內(nèi)甲醛濃度逐漸降低，幾乎呈線(xiàn)性降低。經(jīng)100min后，甲醛濃度從1.04mg/m3降到0.1mg/m3，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)。

活性高錳酸鉀球以氧化鋁球?yàn)檩d體，表面浸漬高錳酸鉀。氧化鋁球表面上有很多微小孔隙，具有非常大的比表面積，對(duì)污染物具有強(qiáng)吸附作用。高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，同時(shí)甲醛具有還原性，活性氧化鋁還具有催化作用。凈化器開(kāi)啟后，空氣中甲醛在通過(guò)活性高錳酸鉀球模塊時(shí)，甲醛被活性高錳酸鉀球吸附并與之發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從活性碳光催化逃逸出來(lái)甲醛被活性酸鉀球高效凈化。

4 結(jié)論

（1）凈化器具有較高的甲醛凈化效率，110min艙內(nèi)甲醛濃度從1.04mg/m3降到0.1mg/m3，1h平均凈化效率約50%，滿(mǎn)足《空氣凈化器環(huán)保認(rèn)證規(guī)則》（CQC51?448155?2011）要求（氣態(tài)污染物凈化效率≥ 25%）。

（2）未加活性高錳酸球，在活性炭吸附和光催化劑的作用下，經(jīng)7.83h，艙內(nèi)甲醛濃度從艙內(nèi)甲醛濃度從1.01mg/m3降到0.1 mg/m3；在活性炭吸附和光催化及活性高錳酸鉀球氧化作用下，經(jīng)110 min，艙內(nèi)甲醛濃度從1.04mg/m3降到0.1mg/m3。

（3）常規(guī)空氣凈化器僅靠活性碳吸附和