2.1.2静电式空气过滤器 • 通过电晕极电离空气，使颗粒物荷电并在 静电场中受电场力作用向集尘极运动而与 空气分离 • 与相同过滤效率的机械式过滤器相比，空 气流动阻力较小是主要优点 • 可产生臭氧、有打火可能 • 效率不稳定、通透式可靠性差 • 相关标准还欠缺（空调领域用产品、检测、 设计等） • 价格较高、维护要求较高
19 20
2.2.4光子波（光波、光催化） • “纳米光子波技术始于美国21世纪的发明成 果” • 针对光触媒反应速度慢而提出的“新技术”： “与通常光触媒技术的最大不同之处在于： 通常的光触媒技术是接触式的”，光催化“照 射污染源或污染空气直接产生臭氧等氧化 剂……是一种非接触方式”的概念[4]
• 净化机理：“利用光波特定的频谱，对空气 中的O2进行电离、碰撞、结合，通过光电 化学产生臭氧、过氧化氢、羟自由基及负 离子。臭氧、过氧化氢以及羟自由基均具 有较强的氧化还原作用，具有杀菌和降解 VOC的作用”[4] • 相关研究和应用的报道不多，尚难以评价
关于空气净化技术
同济大学 暖通空调及燃气研究所
徐文华
2010年10月
1
内
容
1.空气污染物的分类及其危害 2.空气污染物净化技术简介 3.净化技术领域存在的几个问题 4.结语
2
1.空气污染物的分类及其危害
1.1空气污染物分类 颗粒物：有机、无机 有害气体：有机、无机 （有害微生物：细菌、病毒、霉菌、真菌、 螨虫） 1.2空气污染物的危害 影响人员的健康、安全 影响工艺过程及产品质量
• 设一次通过净化效率η与浓度无关，则n次 循环的累积效率ηt可以用下式计算：
η t = 1 − (1 − η )
n
如一次效率仅20%，则循环10次的累积效率可达 89%，循环20次达98.8%
2.2.9臭氧 • 臭氧具有很强的氧化能力，可以有效处理有 害气体和微生物 • 臭氧的发生技术与设备简单 • 臭氧是室内空气质量标准要控制的污染物之 一，GB18883-2002《室内空气质量标准》 规定的允许浓度为0.16mg/m3 • “臭氧使用的基本原则是与人隔绝使用”[7]
• 如何根据被处理空气中污染气体的浓度控 制净化装置的臭氧发生量是关键 • “美国环保署认为臭氧在浓度低于人体安全 值时，并不能快速、有效地消除甲醛等污 染物”，国内的“实验结果支持了美国环保署 的观点”[8]
8
7
几种与空调系统配套的静电过滤器
在大型空调系统 中的应用实例
9
10
• 静电过滤器的效率 多依奇效率公式：
A η = 1 − exp − ω L
对前述几种设备实验测定的结果表明其效 率大致相当于机械式中效过滤器，其中板 式由于电场长度较长、集尘面积较大而效 率比较高 2.1.3空气洗涤设备（如喷淋室等）
13
• 空调送风用吸附剂不能工作到吸附饱和状 态（平衡吸附量），计算吸附剂的用量及 工作时间要依据其平衡保持量
平衡保持量：已吸附饱和的吸附剂用同温度的清 洁干空气连续通过六小时后，单位质量吸附层内 仍残留的吸附质质量
• 由于阻力、寿命、维护与再生、价格等原 因，在我国舒适性空调系统中应用还很 • 在小型空气净化器中应用较多
33
34
3.净化技术领域存在的几个问题
3.1净化机理阐述不清 • 堆积时髦、玄妙的名词，使用户无法了解 其真正的工作原理，甚至生产商自己都没 搞清是什么机理 • 同样的机理用不同名词包装，摇身变为新 技术 • 堆积多种技术，偷换概念，掩盖实际工作 机理 • 借用外国品牌甚至冒充外国品牌欺骗民众
35
3.2夸大净化效果，避而不谈副作用 • “彻底清除污染物”、 “速度快、效率高，无 污染”、“保证对人体不会造成任何危害” … • 采用某技术的企业一定标榜自己的技术是 最佳的，而其他技术都存在缺陷，结果相 互矛盾、互揭弊端 • “市场上大量的纳米材料光催化空气净化器 在降解有机挥发物的同时会产生有害副产 品，如CO、O3等；等离子空气净化技术也 存在类似问题”[10]
29
• 空气离子化是双刃剑 • 采用电晕放电产生负离子的同时也会产生 臭氧和氮氧化物 • 负离子的作用与浓度有关，负离子发生器 能提供多少离子并输送多远 • 负离子发生器出口及附近壁面会有明显污 渍出现
30
5 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
25
• 企业宣传的效果很好，兼有杀菌作用 • 有企业宣传在静电空气净化器中也有等离 子 • 暖通空调学术界研究与实验测定的报道尚 不多
26
2.2.7紫外线 • 紫外线具有杀菌作用是众所周知的 • 由于对流动空气的杀菌效果与光源强度、作 用时间及空气参数有关，故尚无法有效应用 于空调系统中流动状态空气的净化 • 近来有企业宣传已开发出高强度紫外线源， 可以直接用于一次通过性空气净化，尚未通 过权威机构的检测认可 • 在生物净化领域存在紫外线和高效过滤两种 技术流派的争议 • 紫外线对人体有害
14
核电站使用的第三代活性炭过滤器（参考）
2.2.2吸收 • 用液体吸收空气中的有害气体 • 物理吸收与化学吸收 • 净化效率高 • 湿式过程带来系统复杂、运行管理麻烦、 吸收剂处理等问题 ——舒适性空调中极少应用
15
16
2.2.3光触媒 • “1972年Fujishima和Honda发现了在 TiO2单 晶体表面光催化分解水的显现象，这标志着 多相光催化反映研究的开始”[1] • “一般常用之光触媒有 TiO2、CdS、WO3、 SnO2 等”[2]
11
2.2有害气体的净化 • 空调环境中的有害气体污染情况与工业生 产场合有很大不同： 有害气体浓度低、种类多、危害机理不清、 作用时间长、受体对象复杂 • 工业排风系统中采用的有害气体净化技术 大多不适用于空调送风的净化（如燃烧法、 冷凝法、吸收法等） • 空调环境使用的有害气体净化技术与设备 总体上还处于探索与起步阶段
• 某国外知 名企业的 产品样本
37
38
• 依据GB/T18801-2008《空气净化器》的规 定，测试条件如下：
容积：30m3 初始浓度：室内 空气质量标准允 许浓度的8~12 倍，测试开始后 无污染物发生 测试时间：60min ——测试结果与实际空调系统中低浓度污染物一次 39 通过的效率绝然不同
• 从理论上讲，触媒物质是催化剂，由于本 身不参加化学反应而可长期使用 事实上： “光催化剂随着使用会发生失活”，这是由于 “反应副产品或中间产物在催化剂表面吸附 或积累，……导致催化剂活性降低，甚至 完全丧失”[3] • 有副产品产生 • 近来有被否定的趋势 • 开始研究与吸附剂联合工作的模式 • 纳米级材料的剥落对人体有危险
• 净化机理：“当波长在400nm以下紫外线照 射在超微粒TiO2时，在价电子带的电子被紫 外线之能量所激发跳升到传导带，此时在价 电子带便会产生带正电之正孔，而形成一组 电子-电洞对。 TiO2则利用所产生的电洞之 氧化力及电子的还原力和表面接触的H2O、 O2发生作用，产生氧化力极强之自由基：O-、 O2-、O3-、O、OH，而进行杀菌、除臭、分 解有机物等作用。” [2] • 有文献给出十多个反应方程式
12
2 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
2.2.1吸附 • 用多孔性固体材料吸附空气中的有害气体 • 物理吸附与化学吸附（浸渍） • 净化效率高，干式过程，设备结构及维护 较简单 • 阻隔式的空气流动阻力较大，通透式效果 不佳 • 需要前级保护，常用活性炭材料还因可能 产生颗粒物而需要后级治理 • 吸附材料的使用寿命、更换与再生是运行 管理的主要问题
21
22
2.2.5光氢离子 • 净化机理：尚未见相关学术性论文的描述 • 摘自某企业的宣传资料：“它利用高强度的宽 波幅光子管发出的特定波段能量均衡的光 （波长为100~300nm），在特定纳米级混合 贵金属媒介的催化下生成羟基自由基、气态 过氧化氢、氧离子、及大量的负离子。这些 氧化物质快速、高效地杀灭空气中的细菌、 病菌、分解各类有害有毒物质和各种异味”[5]
28
2.2.8负离子 • 健康机理：“理论上讲负离子对人类健康会 产生良好的影响”，“但并非对任何人一样”， “一般来说，空气离子化只对非健康者、病 人才有显著作用，而对正常健康人往往不甚 显著” 正离子通常“会引起一系列身体不适效应” • 净化机理：“借助凝结和吸附作用，它能附 着在固相或液相污染物微粒上，从而形成大 离子并沉降下来”[3]
5
6
1 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
• 效率比较稳定 • 阻隔式形式效果比较可靠 • 效率越高的过滤器空气流动阻力越大 已开发出阻力小于100Pa的PTFE滤材 HEPA • 相关标准完善，产品门类齐全，使用可靠、 设计选用及效果检测方便
31
32
2.2.10化学络合 • 净化机理：“利用化学络合反应，使空气中 的有害气体与络合剂反应形成大分子的无 害产物，达到净化空气的目的”[9] • 络合：“分子或离子与金属离子结合形成稳 定的新离子” • 目前有关研究、产品和应用的报道鲜见
2.2.11其他 • 生物降解 • 植物提取液 • ……
17 18
3 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
• 光触媒分解作用发现者本人未认可净化空 气的作用（中国CDC） • 实验室研究证实有分解有害气体的作用 • 需要特定的 • 反应速度慢 • 需前级保护 • 实际产品的光触媒用量存在疑问
3
2.空气污染物净化技术简介
2.1颗粒物的净化 • 颗粒物净化技术已十分成熟 • 主要形式有机械式和静电式 2.1.1机械式空气过滤器 • 依靠重力、惯性力、筛滤、惯性碰撞、接触 阻留、扩散等机械作用力将颗粒物从空气中 分离 • 有些与静电作用相结合（如驻极体滤料等） 4