室內(nèi)空氣品質(zhì)--空氣凈化技術(shù).ppt

第三章室內(nèi)空氣品質(zhì)第2部分空氣凈化,建筑技術(shù)科學(xué)系2004年,內(nèi)容回顧,室內(nèi)空氣污染產(chǎn)生的原因及改善的重要性室內(nèi)空氣污染源和污染途徑室內(nèi)空氣品質(zhì)對人的影響及其評價方法室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)空氣控制方法(部分),本節(jié)課內(nèi)容目錄,室內(nèi)污染控制方法概述室內(nèi)空氣凈化方法和原理室內(nèi)空氣凈化中一些值得注意的問題室內(nèi)空氣凈化方式簡介習(xí)題參考文獻(xiàn),1.室內(nèi)空氣污染控制方法概述,污染源控制,通風(fēng)和氣流組織,空氣凈化,污染檢測技術(shù),污染對人的影響,2.空氣凈化方法和原理,空氣過濾吸附方法紫外燈殺菌靜電吸附納米材料光催化等離子放電催化臭氧消毒滅菌利用植物凈化空氣,2.1空氣過濾去除懸浮顆粒物,空氣過濾：去除懸浮顆粒物,過濾器主要功能：處理空氣中的顆粒污染常見誤解：過濾器像篩子一樣，只有當(dāng)懸浮在空氣中的顆粒粒徑比濾網(wǎng)的孔徑大時才能被過濾掉。其實，過濾器和篩子的工作原理大相徑庭。,過濾器過濾的放大,截留效應(yīng),慣性效應(yīng),擴(kuò)散效應(yīng),重力作用,靜電效應(yīng),空氣過濾的機(jī)理,不同捕集機(jī)理的捕集效率對不同粒徑的塵粒是不同的。,空氣過濾的機(jī)理總結(jié),截留效應(yīng)：粒徑小的粒子慣性小，粒子不脫離流線。在沿流線運(yùn)動時，可能接觸到纖維表面而被截留。慣性效應(yīng)：粒子在慣性作用下，脫離流線而碰到纖維表面。擴(kuò)散效應(yīng)：隨主氣流掠過纖維表面的小粒子，可能在類似布朗運(yùn)動的位移時與纖維表面接觸。重力作用：塵粒在重力作用下，產(chǎn)生脫離流線的位移而沉降到纖維表面上。靜電效應(yīng)：由于氣體摩擦和其它原因，可能使纖維帶電。,過濾器總效率和某種作用的效果和粒徑的關(guān)系曲線,幾種常見過濾器的示意圖,初效過濾器,中效過濾器,高效過濾器,高效袋式過濾器,過濾效率單級過濾器的效率為：其中n1、n2分別為過濾器前后的粒子濃度,pn2/n1稱為穿透率。,過濾器主要性能指標(biāo),過濾器主要性能指標(biāo)：過濾器阻力,新過濾器阻力一般有下列經(jīng)驗公式：其中u0為迎面風(fēng)速，A、B和m分別為經(jīng)驗系數(shù)與指數(shù)?；颍浩渲衭為氣溶膠通過濾料的流速，也叫濾速。對于國產(chǎn)過濾器，一般a310，n12。過濾器的阻力隨著迎面風(fēng)速u0或者濾速u的增大而增大，過濾效率隨著濾速增大而降低,HEPA濾網(wǎng),HEPA全稱“HighEfficiencyParticulateAir”HEPA濾網(wǎng)最早產(chǎn)生在原子彈開發(fā)時期，用于過濾輻射顆粒，保證研究人員的健康。濾網(wǎng)由超細(xì)玻璃纖維組成.應(yīng)用:醫(yī)院,制造業(yè)的潔凈室。,2.2活性炭吸附氣體污染物,吸附是由于吸附質(zhì)和吸附劑之間的范德華力而使吸附質(zhì)聚集到吸附劑表面的一種現(xiàn)象。吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類。物理吸附物理吸附屬于一種表面現(xiàn)象，其主要特征為：吸附質(zhì)和吸附劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；對所吸附的氣體選擇性不強(qiáng)；吸附過程快，參與吸附的各相之間瞬間達(dá)到平衡；吸附過程為低放熱反應(yīng)過程，放熱量比相應(yīng)氣體的液化潛熱稍大；吸附劑與吸附質(zhì)間吸附力不強(qiáng)，在條件改變時可脫附,吸附對于室內(nèi)VOCs和其他污染物是一種比較有效而又簡單的消除技術(shù)。目前比較常用的吸附劑是活性炭。固體材料吸附能力的大小和固體的比表面積（即1g固體的表面積）很有關(guān)系，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。,活性炭纖維：20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種活性炭新品種,含大量微孔，其體積占了總孔體積的90左右，因此有較大的比表面積：多數(shù)為500800m2/g！與粒狀活性炭相比，活性炭纖維吸附容量大，吸附或脫附速度快，再生容易，不易粉化，不會造成粉塵二次污染。對無機(jī)氣體如SO2、H2S、NOx等和有機(jī)氣體如(VOCs)都有很強(qiáng)的吸附能力，特別適用于吸附去除10-9到10-6g/m3量級的有機(jī)氣體，在室內(nèi)空氣凈化方面有廣闊的應(yīng)用前景。,活性炭的吸附性能,物質(zhì)名稱飽和吸附量(%)SO210Cl215CS215C6H6(苯)24O3能還原為O2烹調(diào)臭味30廁所臭味30,普通活性炭對分子量小的化合物(如氨、硫化氫和甲醛)吸附效果較差，對這類化合物，一般采用浸漬高錳酸鉀的氧化鋁作為吸附劑，空氣中的污染物在吸附劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，這類吸附稱為化學(xué)吸附，吸附劑稱為化學(xué)吸附劑。下表比較了浸漬高錳酸鉀的氧化鋁和活性炭吸附效果。,浸漬高錳酸鉀的氧化鋁和活性炭對一些空氣污染物吸附效果比較表,2.3紫外燈殺菌(Ultravioletgermicidalirradiation,UVGI),紫外輻照殺菌是常用的空氣中殺菌方法，在醫(yī)院已被廣泛使用。紫外光譜分為UVA(320-400nm)、UVB(280-320nm)和UVC(100-280nm)，波長短的UVC殺菌能力較強(qiáng)。185nm以下的輻射會產(chǎn)生臭氧。一般紫外燈安置在房間上部，不直接照射人，空氣受熱源加熱向上運(yùn)動緩慢進(jìn)入紫外輻照區(qū)，受輻照后的空氣再下降到房間的人員活動區(qū)，在這一過程中，細(xì)菌和病毒會不斷被降低活性，直至滅殺。紫外燈殺菌需要一定的作用時間，一般細(xì)菌在受到紫外燈發(fā)出的輻射數(shù)分鐘后才死亡。,2.4靜電吸附,屏蔽板,激化纖維,7000V直流電壓,激化纖維,空氣,靜電吸附（雙級）,Howahigh-voltageelectronicaircleanerworks.,ELECTRONICALLYCLEANEDAIRCIRCULATEDBACKTHROUGHYOURBUILDING,ELECTRICALLYCHARGEDPLATESATTRACTPARTICLESLIKEMAGNETS,ELECTRONICALLYCHARGEDWIRESZAPPARTICLES,AIRFLOW,PRE-FILTERSCREEN,STAGE1:CHARGINGSECTION,STAGE2:COLLECTIONSECTION,塵埃,病毒,細(xì)菌,花粉,Smoke,真菌,電子凈化格柵,FujishimaA.,etal.,Nature,1972,238(5338):38-45.,導(dǎo)帶,價帶,2.5光催化降解VOCs,光催化材料,UV燈（關(guān)）,UV燈（開）,氧化反應(yīng),還原反應(yīng),降解甲醛反應(yīng)過程：,REPLAY,光催化降解VOCs及微生物原理圖,光源要求,一般在紫外光照射下VOCs才會發(fā)生光催化降解光催化反應(yīng)器中采用的光源多為中壓或低壓汞燈。紫外光譜分為：UVC(100-280nm)UVB(280-320nm)UVA(320-400nm)殺菌紫外燈波長一般在UVC波段，特別在254nm附近。,在研制可見光光催化劑方面取得的新進(jìn)展,將非金屬氮替換二氧化鈦中少量（0.75%）的晶格氧，從而使其具有較高的可見光活性，成功地在可見光照射下分別于液相和氣相中降解了純TiO2所不能降解的乙醛。美國科學(xué)家通過高溫火焰加熱Ti金屬的方法將碳原子取代了TiO2晶格中的氧，顯著改變了它對可見光的響應(yīng)特性。通過TiO2的H2O2或氯鉑酸表面改性、增加TiO2中Ti3+濃度等方法也能有效地將TiO2光催化降解有機(jī)污染物的反應(yīng)擴(kuò)展到可見光范圍。目前可見光反應(yīng)去除有機(jī)污染物效率很低，與實際應(yīng)用還有很大距離。,納米光催化消除甲醛、甲苯,摻雜對光催化降解甲醛的影響,0.0,10.0,20.0,30.0,40.0,50.0,60.0,P25+絲光沸石,P25+SiO2(SD-400J),P25+Al2O3,純P25:1.05mg/cm2,P25+SiO2(SD-520),P25+斜發(fā)沸石(290目),P25+斜發(fā)沸石(325目),P25+斜發(fā)沸石(含鐵325目),P25+斜發(fā)沸石(2，神石),P25+ZSM-5(1),P25+人造沸石(1:1),P25+斜發(fā)沸石(1，神石),P25+SiO2(SD-520L),P25+ZSM-5(2)(1:1),P25+ZSM-5(3),Dopedabsorbents,Reactioneffectivenesss（）,提出了光催化反應(yīng)器設(shè)計的NTUm方法,納米光催化空氣凈化效果強(qiáng)化和應(yīng)用,揭示了反應(yīng)面積、傳質(zhì)能力影響和反應(yīng)能力影響與反應(yīng)效率間的關(guān)系,可將材料評價、結(jié)構(gòu)評價、傳質(zhì)評價分開。提出了理想光催化空氣凈化器概念問題：如何測定光催化材料的反應(yīng)常數(shù)，建立光催化材料性能測定標(biāo)準(zhǔn)？與其他空氣凈化方式包括通風(fēng)的比較（效果、能耗、經(jīng)濟(jì)性等）？何種條件下采用納米光催化空氣凈化技術(shù)？目前可見光催化空氣凈化方法離應(yīng)用有多遠(yuǎn)？,不同方法空氣凈化效果比較,0.07次/h,光催化材料,高壓電,高壓放電,REPLAY,平板電極,平板電極,帶電粒子沖擊,電場應(yīng)力及其熱效應(yīng),UV光催化,2.6等離子體放電催化,等離子體放電催化消除甲醛,初始濃度6ppm3,初始濃度229ppm3,等離子體放電催化消除微生物污染,稀釋比為1：1000情況下未經(jīng)放電處理的細(xì)菌生長跡象4,稀釋比為1：1000情況下經(jīng)（8kV）放電處理的細(xì)菌生長跡象4,光催化和等離子放電催化的優(yōu)點,廣譜：可消除空氣中的多種污染物如VOCs、無機(jī)有害物以及微生物等；安全：催化劑無毒、無腐蝕，主要最終產(chǎn)物為CO2、水等無害氣體；穩(wěn)定：無需再生，可連續(xù)工作；節(jié)能：反應(yīng)所需能耗低。,2.7臭氧殺菌消毒臭氧，一種刺激性氣體，是已知的最強(qiáng)的氧化劑之一，其強(qiáng)氧化性、高效的消毒作用使其在室內(nèi)空氣凈化方面有著積極的貢獻(xiàn)。臭氧的主要應(yīng)用在于滅菌消毒，它可即刻氧化細(xì)胞壁，直至穿透細(xì)胞壁與其體內(nèi)的不飽和鍵化合而殺死細(xì)菌，這種強(qiáng)的滅菌能力來源于其高的還原電位，下表列出了常見的滅菌消毒物質(zhì)的還原電位，其中臭氧具有最高的還原電位。,常見的滅菌消毒物質(zhì)的還原電位表,室內(nèi)的電視機(jī)、復(fù)印機(jī)、激光印刷機(jī)、負(fù)離子發(fā)生器等在使用過程中會產(chǎn)生臭氧。臭氧對眼睛、粘膜和肺組織都具有刺激作用，能破壞肺的表面活性物質(zhì)，并能引起肺水腫、哮喘等。因此，臭氧殺菌使用方式應(yīng)特別注意。,空氣中殺菌消毒所需時間紫外照射、納米光催化、等離子體放電催化和臭氧殺菌所需時間一般都為數(shù)分鐘。,2.8利用植物凈化空氣,綠色植物除了能夠美化室內(nèi)環(huán)境外，還能改善室內(nèi)空氣品質(zhì)美國宇航局科學(xué)家威廉發(fā)現(xiàn)綠色植物對居室和辦公室的污染空氣有很好的凈化作用:24小時照明條件下，蘆薈吸收了1m3空氣中90的醛；90的苯在常青藤中消失；龍舌蘭則可吞食70的苯、50的甲醛和24的三氯乙烯；吊蘭能吞食96的一氧化碳，86的甲醛。威廉又做了大量的實驗證實綠色植物吸入化學(xué)物質(zhì)的能力來自于盆栽土壤中的微生物，而不主要是葉子。與植物同時生長在土壤中的微生物在經(jīng)歷代代遺傳后，其吸收化學(xué)物質(zhì)的能力還會加強(qiáng)?？梢哉f綠色植物是普通家庭都能用的起的空氣凈化器。,2.8利用植物凈化空氣,有些植物還可以作為室內(nèi)空氣污染物的指示物，例如：紫花苜蓿：在SO2濃度超過0.3ppm時，接觸一段時間，就會出現(xiàn)受害的癥狀；貼梗海棠：在0.5ppm的臭氧中暴露半小時就會有受害反應(yīng)；香石竹、番茄：在濃度為0.050.1ppm的乙烯下幾個小時，花萼就會發(fā)生異?，F(xiàn)象。利用植物對某些環(huán)境污染物進(jìn)行檢測是簡單而靈敏的。,3.室內(nèi)空氣凈化中一些值得注意的問題3.1要“對癥下藥”,物理污染,化學(xué)污染,微生物污染,普通過濾,吸附,靜電除塵,要了解“病情”，對癥下藥。目前，空氣凈化方法產(chǎn)品宣傳中大多為“包治百病”?，F(xiàn)實世界中無萬能“靈丹妙藥”。,3.2凈化負(fù)荷與凈化能力的確定與匹配,目前，空氣凈化負(fù)荷難以確定，凈化器選擇存在很大的盲目性?？諝鈨艋?fù)荷的確定值得研究的問題！解決途徑(拋磚引玉的想法)：室內(nèi)物品標(biāo)識(Labeling)制度室內(nèi)污染散發(fā)測試，結(jié)合室內(nèi)空氣污染預(yù)測和評估軟件確定。,空氣凈化器性能評價,凈化器能力指標(biāo)：CADR密閉小室體積為V，內(nèi)放置凈化器。凈化器不工作，C1=C0e-k1t凈化器工作，C2=C0e-k2tCADR=V(k2-k1)CADR(CleanAirDeliveryRate,m3/h)風(fēng)量有效率CADR/額定風(fēng)量目前，凈化器性能不標(biāo)識，使得魚龍混雜、濫竽充數(shù)。建議：應(yīng)對凈化器凈化能力規(guī)定下限。同時對凈化器凈化能力貼標(biāo)簽。根據(jù)污染特征和負(fù)荷大小選擇合適的凈化器。,4.空氣凈化應(yīng)用方式簡介,單元式空氣凈化器,中央空調(diào)系統(tǒng),個體空調(diào),凈化目標(biāo),空氣凈化方法,氣流組織,凈化或自潔涂層,改善空氣凈化理念：由全區(qū)域凈化向目標(biāo)區(qū)域加權(quán)凈化過渡。,5.習(xí)題,請比較不同室內(nèi)空氣凈化方法的優(yōu)缺點。與常規(guī)空調(diào)送風(fēng)方式相比，個體空調(diào)有什么優(yōu)缺點？在SARS肆虐期間，為安全起見，一些人在空調(diào)系統(tǒng)中放置紫外燈殺毒滅菌，你對此有何評價？在空調(diào)系統(tǒng)里面釋放臭氧殺菌的方法是否可行？,6.本講參考文獻(xiàn),JohnDS,JonathanMS,JohnFM.IndoorAirQualityHandbook.the1stedition.NewYork:McGraw-HillCompanies,Inc.,2001YinpingZhang,RuiYang