紫外線消毒燈相關測試方法及標準解讀

王迪 焦曉蘭 張維超

中國家用電器研究院健康家電檢測中心 北京 100053

1 引言

紫外線的殺菌消毒作用早在19世紀就已為人所知，只是受限于當時的生產條件，紫外線相關的衍生產品無法實現，但是那時，人們對紫外線的關注和研究，也對紫外線后來的發展起到了重大作用。20世紀初，汞燈開始被用作人造紫外光源，隨之第一個石英紫外燈也被制造出來并開始廣泛應用于水的消毒，人們對于紫外燈除菌機理的研究也格外深入，確定了微生物對波長250nm的紫外線最敏感，也從細胞生物學的角度解釋了紫外線殺菌的原理，紫外線在殺菌消毒領域的應用開始飛速發展。

紫外線是一種波長在100nm～400nm的電磁波[1]，病原微生物對200nm～280nm波長的紫外線最為敏感，吸收該波長下的紫外線后，其DNA或RNA被破壞，導致細胞不再分裂，以達到滅活病原微生物的目的[2]。基于紫外線優異的殺菌消毒效果，紫外線消毒燈被廣泛應用于消毒領域。紫外線消毒燈是一種采用石英玻璃，或其他透紫玻璃的低氣壓汞蒸氣放電燈，其放電產生的紫外輻射以波長253.7nm為主[3]，該波長下的紫外線對病原微生物擁有很好的殺滅效果，以達到消毒殺菌的目的。在家中使用，可放置于廚房、衛生間等陰暗潮濕易于細菌滋生的地方；在公共場所使用可以有效緩解人員密集所導致病菌的攜帶與傳播，防止人員之間的交叉感染；也可用于對環境質量要求較高的空間內，例如病房、手術室等醫療場所，防止病菌的傳播。紫外線消毒燈在環境空氣消毒、飲用水及污水消毒、衣物和餐具表面消毒等領域被廣泛使用。

2 測試標準簡介

目前對于紫外線消毒燈及其相關產品質量評價標準有：GB/T 19258-2012《紫外線殺菌燈》[3]、GB/T 28795-2012《冷陰極紫外線殺菌燈》[4]；YY/T 0160-1994《直管形石英紫外線低壓汞消毒燈》[5]；GB/T 19837-2005《城市給排水紫外線消毒設備》[6]；GB 28235-2011《紫外線空氣消毒器安全與衛生標準》[7]；《消毒技術規范》（2002年版）[8]。

標準主要從產品分類、電氣安全、輻射效率、輻射照度、臭氧產出率、壽命、消毒效果等方面規定了紫外線消毒燈的質量要求以及在不同領域下的使用效果。

3 技術要求和測試方法

3.1 產品分類

按照GB/T 19258中對紫外線除菌燈的分類有兩種，第一，按照產品外形可分為雙端燈、單端燈和自鎮流燈三類；第二，按照是否產生臭氧可分為含臭氧和不含臭氧兩種。除了上述兩種分類外，不同的紫外線消毒燈所使用的燈管管徑和輸出功率也是不同的。

3.2 安全要求

GB 19258中規定，根據不同外形的紫外線殺菌燈，其安全要求、外形尺寸、啟動特性和初始電參數性能，按表1中所示標準及要求進行測試并符合相關要求。

紫外線殺菌燈應在符合上述要求外，其玻璃管與燈頭也應通過視檢與量規檢驗確認符合相關要求，以確保在正常使用時不會對使用者和周圍環境產生危險，安全可靠。

3.3 紫外線輻射效率/輻射通量

3.3.1 限值要求

GB/T 19258中規定，雙端燈和單端燈的紫外線輻射效率應符合表2中規定。自鎮流燈應不低于表2中單端燈要求的85%。

表2中為雙管類燈的參數要求，四管、多管、方形和環形燈的數據按表中規定值的90%進行要求。輻射通量實測值不應低于標稱值的90%。

3.3.2 測試方法

輻射通量的測量系統應符合圖1所示，要求所使用積分球內壁應為對紫外無吸收、無熒光的漫反射涂層；測試儀的中心波長為253.7nm；所選用的標準燈與待測燈形狀相似。

輻射通量按式（1）計算：

式中：

表1 紫外線殺菌燈安全要求

表2 紫外線輻射效率要求

圖1 輻射通量的測量系統

α——吸收修正系數。

紫外輻射效率按式（2）計算：

式中：

ηe253.7——燈在波長253.7nm處的紫外線輻射效率；

P——燈的輸入功率。

3.4 紫外線輻射照度

3.4.1 限值要求

雙端燈和單端燈的初始紫外線輻射照度應不低于表3、表4中要求的93%。

3.4.2 測試方法

紫外線輻射照度的測量需在圖2所示的光度測量臺上進行。圖2中：1-燈；2-定位臺；3-紫外探頭；4-光軌；5-光闌。

為避免雜散光誤差，整個測試系統需至于墻壁刷為黑色的暗室中，應使用中心波長為253.7nm的紫外線輻射照度計進行測試。

將受試燈管固定在鋼軌上，點燃燈，調整位置使燈中部的水平法線通過紫外線輻射照度計探頭，且兩者之間的距離為1000mm±1mm。待紫外燈點燃預熱20min后讀取照度計讀數，記為該待測燈的紫外線輻射照度。

表3 雙端燈紫外線輻射照度限值要求

表4 單端燈紫外線輻射照度限值要求

圖2 紫外線輻射照度測量裝置

圖3 臭氧產出率測試系統

3.5 臭氧產出率

3.5.1 限值要求

GB/T 19258中規定，無臭氧燈應低于0.05g/(kW·h)；有臭氧燈應不低于標稱值的80%。

3.5.2 測試方法

在標準中規定的環境條件下進行測試，待測燈應使用基準鎮流器連入測試線路。測試系統如圖3所示。

臭氧產出率按式（3）計算：

式中：

N——臭氧產出率，g/（kW·h）；

c——臭氧濃度，mg/m3；

V——臭氧采集器容積，m3；

t——時間，s；

P——燈功率，W。

3.6 紫外線輻射通量維持率/壽命

3.6.1 限值要求

GB/T 19258中規定紫外線殺菌燈的平均壽命應不低于5000h。2000h紫外輻射通量維持率不低于85%，壽終時紫外輻射通量維持率不低于65%。

3.6.2 測試方法

試驗應在15℃～50℃的環境中進行，無對流風。所使用鎮流器應與試驗燈配套，保證紫外燈所消耗的功率逾期額定值之差不超過4%，電壓實測值與額定值的偏差應不超過2%，在額定電壓下的預熱電流與相應參數表規定值的偏差應小于10%。燈以點燃165min，關閉15min為一周期，計算單只燈的紫外線輻射通量下降至規定值時的累計時間或無法正常點燃的時間。

3.7 紫外線空氣消毒器

紫外線空氣消毒器是由紫外線殺菌燈、過濾器和風機為元器件的空氣消毒產品，檢驗依據是GB 28235，該產品主要用于室內空氣的消毒。針對其所使用的紫外線消毒燈除了應滿足GB/T 19258中的要求外，對于空氣消毒器整機還增加了消毒效果和泄漏量的評價要求。

消毒效果的評價方法按照《消毒技術規范》（2002年版）規定的方法測定，要求對白色葡萄球菌的殺滅率≥99.90%。泄漏量要求從兩方面進行評價，一個是紫外線泄漏量，要求在消毒裝置周邊30cm處，紫外線泄漏量應≤5μW/cm3；另一個是臭氧泄漏量，要求消毒器在正常工作時，室內空氣中的臭氧1h平均最高允許濃度不應超過0.1mg/m3。另外，消毒器的安全指標也應符合GB 9706.1中的規定；噪聲應按照GBZ/T 189.8規定的測試方法進行測試，噪聲限值不超過55dB(A)。

3.8 水中紫外線消毒設備

GB/T 19837[6]中規定了紫外線燈的壽命、有效劑量、消毒指標等要求。規定了低壓燈和低壓高強燈運行壽命應不低于12000h，中壓燈壽命應不低于3000h。當其用于污水消毒時，有效劑量應≥15mJ/cm2，用于生活飲用水或飲用凈水消毒的有效劑量應≥40mJ/cm2，用于再生水消毒的有效劑量應≥80mJ/cm2[6]。

消毒指標要求，紫外線消毒設備應用于生活飲用水應達到GB 5749[9]、城鎮污水應達到GB 18918[10]、城市雜用水應達到GB/T 18920[11]、景觀環境用水應達到GB 50335[12]等相關標準中的相關測試方法及要求。

3.9 紫外線燈消毒功效鑒定試驗

根據《消毒技術規范》中要求，應進行紫外線燈消毒功效及除菌效果測試，30W的紫外線燈，在燈管下方中心1000mm處輻照度應≥90μW/cm2。除測試輻照強度外，還應進行細菌和真菌殺滅效果的測試，測試要求紫外線消毒燈的殺滅對數值均≥3，可判定為消毒合格。

4 紫外線消毒燈適用范圍及條件

由于紫外線輻照的穿透力弱，其消毒有效區僅為裝置周邊1.5m～2m處，為了確保良好的消毒效果，紫外線消毒燈與被消毒部位之間的距離不宜超過1m，且無法穿透物體表面，因此要確保紫外線充分照射消毒表面。在使用紫外線消毒時，其適宜溫度范圍是（30±10）℃，溫度在高于或低于這個溫度下均會對紫外線產生削弱，影響消毒效果，當紫外線用于空氣消毒時，相對濕度以不超過80%為宜，無法滿足上述條件要求時，應適當延長照射時間，確保消毒效果。當對物品表面消毒時，根據大部分微生物殺滅所需劑量計算，所需照射時間約為24min。對室內空氣消毒時，要確保照射時間不少于30min，而且由于紫外線的穿透能力弱，一個紫外線消毒燈可能很難保證室內消毒效果，根據《消毒技術規范》（2002年版），一般按每立方米空間應設置不少于1.5W的紫外線消毒燈，根據房間實際大小選擇相應功率的紫外線消毒燈。

由于紫外線對生物細胞的破壞作用，在使用紫外線消毒燈時要注意不要直接照射到人體皮膚，會導致皮膚表面的紅腫、疼癢，重者甚至會引發癌變；更不要直接用眼睛去直視燈管，會引起眼角膜發炎等癥狀，嚴重的會造成不可逆的損傷。紫外線消毒燈在使用時，首先應確保人員遠離消毒區域，防止紫外線對人體的損傷；并且應保持紫外線燈表面的清潔，建議每兩周用酒精棉球對表面進行一次擦拭，確保燈管表面無灰塵、油污覆蓋。同時根據紫外線消毒器使用條件，房間內的溫濕度也要注意，溫度過高或過低，會影響紫外線的照射強度，當空氣中的水分和灰塵含量較高時，也會對紫外線有一定的削弱作用，所以要保證室內環境的清潔干燥，更有利于紫外線消毒燈的殺菌消毒功效。

5 結論

歷經100多年的發展，紫外線消毒設備以及相關技術已經非常成熟，除了在工業領域的應用外，目前也開始廣泛應用于家庭，成為家中除菌消毒的一種重要手段。與家庭中常見的使用化學試劑消毒的方式相比較而言，紫外線消毒更安全、污染較小，且殺菌消毒效果要明顯優于化學試劑的消殺，而且紫外燈管的壽命比較長，平均壽命達到了8000小時，一些高性能產品壽命更是可以達到1萬小時以上，再加之價格低廉，使用成本很低，就越來越受到消費者的青睞。

隨著紫外線消毒燈的廣泛應用，相關標準的制定也變得尤其重要。應盡快建立家用紫外線消毒燈及相關器具的標準體系，以及質量監督體系，保障紫外線殺菌燈的質量安全。同時規范相關產品市場，確保消費者能購買到安全、性能質量有保證的紫外線消毒燈。