中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究是上海交通大學(xué)組織開展多學(xué)科交叉中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置科研項目，一項旨在研制一種新型多重空氣凈化消毒系統(tǒng)，使之能夠通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)合集成高壓靜電、紫外線、鍍銀過濾和納米光催化技術(shù)，并建設(shè)一個對中央空調(diào)系統(tǒng)殺菌、除病毒處理裝置的檢測平臺和檢驗的方法，填補國內(nèi)對工程應(yīng)用的殺菌裝置沒有統(tǒng)一標準和檢測方法的空白的研究計劃。在時間短、任務(wù)緊迫的情況下，為解決大眾對中央空調(diào)可能成為非典型肺炎（SARS）病毒傳播工具的困惑驚惶，尤其防止醫(yī)院含有病原微生物的被污染空氣通過空調(diào)系統(tǒng)擴大對人群、醫(yī)護人員的感染，研制一套殺菌效率高、無二次污染、裝置阻力小、安裝維護簡便、易于操作的適合于樓宇空調(diào)應(yīng)用的高新技術(shù)空氣清潔裝置具有特殊的重要意義和研究價值。將這項技術(shù)應(yīng)用于建筑樓宇的中央空調(diào)系統(tǒng)中，在傳染病肆虐時期對醫(yī)院人員的健康提供有效保障，并對于穩(wěn)定社會穩(wěn)定有重大意義，SARS的流行給傳統(tǒng)中央空調(diào)的設(shè)計提出了質(zhì)疑，引亮了紅燈，使空調(diào)行業(yè)受到重創(chuàng)，但是也給中央空調(diào)實現(xiàn)健康升級提供了機遇，給對原有中央空調(diào)系統(tǒng)進行改造帶來了巨大商機，空氣凈化裝置在SARS期間和期后如雨后春筍般的成長足以說明這一點。

　　另外，這項技術(shù)對于今后提高公共場所室內(nèi)空氣品質(zhì)，增進人們身心健康和提高員工工作效率都具有長遠意義，使得空調(diào)更加以人為本、服務(wù)于人，是目前極具有發(fā)展?jié)摿�和商業(yè)化前景的一個綠色室內(nèi)環(huán)保領(lǐng)域。然而，要使得新型復(fù)合凈化裝置真正走向?qū)嵱没�和產(chǎn)品化，還必須對其結(jié)構(gòu)布置、凈化效率、以及對空氣凈化裝置的生物檢測方法上和實際應(yīng)用效果上開展全面而深入的研究和探討。本項目通過一些應(yīng)用基礎(chǔ)研究，以新型復(fù)合空氣潔凈裝置的高效滅菌為研究目標，在模擬中央空調(diào)室內(nèi)微環(huán)境的測試平臺上做了大量實驗工作，在應(yīng)用噬菌體模擬空氣中傳播病毒以實測凈化裝置的滅菌效果上取得了國際先進水平性的突破。其涉及設(shè)計空氣調(diào)節(jié)工程、空氣動力學(xué)、電磁場高壓靜電技術(shù)、納米光催化技術(shù)、室內(nèi)微生物學(xué)、材料科學(xué)等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

　　與以往凈化裝置相比較，中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置具有實質(zhì)性特點和顯著進步，設(shè)計結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，集多種殺菌、滅毒的最新技術(shù)于一體，優(yōu)勢互補，達到了快速、徹底、有效殺毒殺菌的目的，系統(tǒng)阻力小，工作可靠、無二次污染、安裝維護簡便、使用方便、形式靈活，可根據(jù)需要設(shè)計，適用多種場合等優(yōu)點。

　　經(jīng)過緊張充實的努力和探索，在上海市科委專項基金項目的資助下，取得了下列系列進展：

　　一、中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置的成功研制

　　本課題研制的裝置主要由針型負高壓電極、載銀導(dǎo)電吸附層、正壓平流吸附層和紫外燈組成，針型負高壓電極的電暈放電，形成負離子流，將空氣中灰塵、細菌、病毒離子荷電，并在電場力作用下向陽極板方向運動，并隨之電荷中和，既可以除塵，又具有殺滅病毒作用；為了增強吸附作用，特采用后端附加的正壓平流吸附電場，將氣流中遺留的荷電微粒進一步吸附；載銀導(dǎo)電吸附層的應(yīng)用既增加了吸附作用，同時又具有殺毒作用；C波段紫外線滅菌燈（紫外線波長254nm）殺菌滅毒效果好，其對吸附層的大功率長時間的均勻照射，保證了對吸附的各種病毒病菌的殺滅作用。這種復(fù)合技術(shù)的多重殺菌滅毒裝置，能夠接近100%殺滅很多普通中央空調(diào)所不能殺滅的室內(nèi)空氣中病毒病菌，基于這種殺菌原理可以靈活的設(shè)計改造成具體產(chǎn)品形式，安裝于大型和戶式中小型空調(diào)設(shè)備或系統(tǒng)的風(fēng)管內(nèi)。該裝置已在中國專利局注冊申請專利保護，裝置在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用文章已被制冷空調(diào)新技術(shù)進展收錄，于2003年11月出版，供本領(lǐng)域的專家、工程界人士研討參考。

　　二、模擬中央空調(diào)室內(nèi)微環(huán)境的測試平臺

　　本研究建立了模擬空調(diào)室內(nèi)微環(huán)境的測試平臺，可進行溫、濕度控制，滿足中央空調(diào)對室內(nèi)空氣微環(huán)境調(diào)節(jié)控制的要求，能夠在此平臺上檢測各種室內(nèi)空氣凈化裝置效果。平臺為全封閉空氣循環(huán)系統(tǒng)，布置了測試箱、加濕器、加熱器、換熱器和試驗段等，被檢測裝置在試驗段可方便的拆卸更換，進行各種物理化學(xué)測試和生物學(xué)病毒檢測，其動態(tài)和靜態(tài)測試效果對工程應(yīng)用都具備高可信度的參考價值。該測試平臺已申請了中國發(fā)明專利保護，基于平臺的檢測實驗論文已被中國科學(xué)界最高期刊《科學(xué)通報》錄用。

　　三、中央空調(diào)系統(tǒng)滅菌除病毒裝置的生物學(xué)檢測方法

　　本研究利用從環(huán)境中提取的抗逆性超過SARS病毒的JD-II-3噬菌體病毒來模擬代替真正的冠狀病毒，由超聲霧化器以1～5微米直徑液滴的形式均勻分散到空氣中形成比較穩(wěn)定的病毒氣溶膠，經(jīng)過大量試驗摸索建立了用明膠-素瓊脂雙層平板通過氣流沖擊法回收測定空氣中噬菌體濃度的方法，整套方法考查了原液濃度、霧化速度、風(fēng)速、采樣時間、噬菌斑測定條件等一系列條件和參數(shù)的影響關(guān)系。建立的這一整套用噬菌體病毒霧化、散布、采集和回收培養(yǎng)來模擬空氣中病毒氣溶膠的方法是國際上首次在接近實際工程應(yīng)用的測試條件下對空氣凈化裝置的去除病毒效果進行系統(tǒng)的測定方法，對于提高空氣凈化產(chǎn)品的質(zhì)量，規(guī)范市場管理和保證公眾健康都具有重要意義。

　　四、實驗檢測和實際工程

　　在實驗平臺上檢測中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置具有非常明顯的凈化空氣的優(yōu)勢，能夠短時間內(nèi)達到99.4％的凈化效率，根據(jù)1999 ASHRAE Applications Handbooks （SI）推斷對空氣中包括濾過性病毒、細菌氣溶膠和真菌孢子等的微生物顆粒的過濾殺滅效率至少可以達到99.999％以上；一次通過凈化裝置去除后的噬菌體量已經(jīng)達到測定方法的最低限，比用空管測出的噬菌體數(shù)量降低2～4個數(shù)量級，表明散布到空氣中的多數(shù)噬菌體已經(jīng)被有效去除；試驗還發(fā)現(xiàn)高壓靜電場或紫外光照射不會產(chǎn)生二次污染，如臭氧。在上海交通大學(xué)后勤大樓實地檢測結(jié)果表明中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置對微塵的平均凈化全效率為86.2％；上海市疾病預(yù)防研究院對后勤大樓安裝有凈化裝置的房間測試，在2小時內(nèi)使一個220m³的會議室內(nèi)空氣中微生物由90cfu/m³下降到30cfu/m³.可見本裝置應(yīng)用于辦公樓宇、公共場所、醫(yī)院病房等的中央空調(diào)回風(fēng)管道中，對防止病毒的傳播，是去除空氣懸浮氣溶膠的實際可行的有效方法，必將對室內(nèi)人員的健康有益，對降低人群交叉感染起到一定的作用。

　　研究背景

　　爆發(fā)的全球非典疫情使得人們對建筑的安全性進行了深層反思，通風(fēng)換氣一度被認為是最有效的防范非典措施。而空調(diào)系統(tǒng)則成為了眾人質(zhì)疑的病毒傳播途徑。國家衛(wèi)生部、建設(shè)部、科技部聯(lián)合制定了《建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)防非典、確保安全使用的應(yīng)急管理措施》，措施對中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的使用進行了嚴格規(guī)定，同時通知要求中央空調(diào)使用前必須進行清洗和消毒處理。

　　本課題就是在這樣的背景下開展的，主要針對中央空調(diào)系統(tǒng)中的空氣清潔滅菌問題，建立了模擬空調(diào)室內(nèi)微環(huán)境的測試平臺，研制能夠接近100%殺滅氣流中病毒病菌的裝置。該測試平臺可進行溫濕度控制，達到中央空調(diào)對室內(nèi)空氣微環(huán)境調(diào)節(jié)控制的要求。在全封閉的系統(tǒng)中通過布置各類空氣凈化裝置，可以篩選、檢測各類裝置對空氣的除塵、除病毒的效率。并且結(jié)合該平臺，利用從環(huán)境中的抗逆性超過SARS病毒的JD-II-3噬菌體病毒來模擬代替真正的冠狀病毒，由超聲霧化器以1～5微米直徑液滴的形式均勻分散到空氣中形成比較穩(wěn)定的病毒氣溶膠，經(jīng)過大量試驗摸索建立了用明膠雙層平板通過氣流沖擊法回收測定空氣中噬菌體濃度的方法，整套方法考查了原液濃度、霧化速度、風(fēng)速、采樣時間、噬菌斑測定條件等一系列條件和參數(shù)的影響關(guān)系。這是國際上首次在接近實際工程應(yīng)用的測試條件下對空氣凈化裝置的去除病毒效果進行系統(tǒng)的測定。

　　通過測試平臺試驗篩選，設(shè)計研制了新型復(fù)合多重除病菌裝置，主要由活性炭纖維網(wǎng)、鍍銀過濾段、高壓靜電場和紫外燈組成，可安裝于大型和戶式中小型空調(diào)設(shè)備或系統(tǒng)的風(fēng)管內(nèi)，與以往凈化裝置相比，具有實質(zhì)性特點和顯著進步，設(shè)計結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，集多種殺菌、滅毒的最新技術(shù)于一體，優(yōu)勢互補，達到了快速、徹底、有效殺毒殺菌的目的，系統(tǒng)阻風(fēng)力小，工作可靠、使用方便。裝置的除塵殺菌原理可簡單如下說明，針型負高壓電極電暈放電，形成負離子流，將空氣中灰塵、細菌、病毒離子荷電，在電場力作用下向陽極板方向運動，并隨之電荷中和，既可以除塵，又具有殺滅病毒作用。為了增強吸附作用，特采用后端附加的高壓均勻電場，將氣流中遺留的荷電粒子進一步吸附；載銀導(dǎo)電吸附層的應(yīng)用既增加了吸附作用，同時又具有殺毒作用。另外，附加電場中C波段紫外線滅菌燈（紫外線波長254nm）殺菌滅毒效果好，其對吸附層的大功率長時間的均勻照射，保證了對吸附的各種病毒病菌的殺滅作用。

　　在模擬中央空調(diào)環(huán)境的試驗平臺上，對高壓靜電復(fù)合凈化裝置和納米光催化復(fù)合凈化裝置進行了試驗檢測。結(jié)果顯示，裝置的阻力損失低，滿足相當于中效過濾器的阻力限值，適合在工程中應(yīng)用到中央空調(diào)系統(tǒng)。高壓靜電復(fù)合裝置有非常明顯的凈化空氣的優(yōu)勢，能夠短時間內(nèi)達到99.4％的凈化效率，根據(jù)1999 ASHRAE Applications Handbooks （SI）推斷對空氣中微生物顆粒的過濾殺滅效率至少可以達到99.999％以上；試驗還發(fā)現(xiàn)靜電場或紫外光照射對系統(tǒng)內(nèi)臭氧含量的影響微小。對裝置的去病毒效果進行了反復(fù)多次測定，發(fā)現(xiàn)該裝置對空氣中病毒溶膠具有顯著的去除和殺滅作用，一次通過凈化裝置去除后的噬菌體量已經(jīng)達到測定方法的最低限，比用空管測出的噬菌體數(shù)量降低2~4個數(shù)量級，表明散布到空氣中的多數(shù)噬菌體已經(jīng)被有效去除。

　　在上海交通大學(xué)后勤大樓和上海市第六人民醫(yī)院的病房內(nèi)的中央空調(diào)回風(fēng)口分別安裝高壓靜電、紫外燈和ACF復(fù)合凈化裝置和納米光催化、紫外燈凈化除菌裝置。實地檢測結(jié)果顯示高壓靜電復(fù)合裝置對微塵的平均凈化全效率為86.2％，根據(jù)1999 ASHRAE Applications Handbooks（SI）推斷至少可以去除96％以上的包括濾過性病毒、細菌氣溶膠和真菌孢子等的微生物顆粒。對房間空氣中微生物顆粒進行采集培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，1.5小時內(nèi)沉降菌可以降低50％左右，懸浮菌可以減少1～2個數(shù)量級。上海市疾病預(yù)防控制中心對上海交通大學(xué)后勤大樓安裝有凈化裝置的房間微生物應(yīng)用撞擊法采樣，測試凈化裝置在2小時內(nèi)使一個220m³的會議室內(nèi)空氣中微生物由90cfu/m³下降到30cfu/m³，報告認為本裝置可應(yīng)用于辦公樓宇、公共場所、醫(yī)院病房等的中央空調(diào)回風(fēng)管道中，防止病毒的傳播，是去除空氣懸浮氣溶膠的實際可行的有效方法，必將對室內(nèi)人員的健康有益，對降低人群交叉感染起到一定的作用。

　　課題組還對光催化技術(shù)的殺菌效果進行了研究，采用半透明的硅膠作為TiO₂光催化劑載體，充分利用紫外光照射，設(shè)計了不銹鋼網(wǎng)格框架固定催化材料，這種負載型納米光催化材料在凈化裝置里面的固定方法工藝簡單，不用任何黏結(jié)劑，沒有老化脫落問題的產(chǎn)生，同時保持了納米光催化劑原有的活性，對光的利用幾乎也沒有產(chǎn)生影響。其殺菌原理認為是光激發(fā)TiO₂首先破壞細胞壁和細胞膜，然后和細胞內(nèi)的組成成分發(fā)生生化反應(yīng)，導(dǎo)致功能單元失活而致細胞死亡。試驗檢測以光催化氧化為核心技術(shù)開發(fā)的納米光催化復(fù)合凈化裝置對噬菌體病毒半小時可殺滅50％左右，效果較好。可見納米光催化復(fù)合凈化裝置對室內(nèi)空氣中的某些氣態(tài)污染物和微生物也具有一定的分解和殺滅效率。

　　綜上所述，高壓靜電復(fù)合凈化裝置對室內(nèi)空氣中含有的微塵和細菌、病毒等微生物氣溶膠具有高效持久的去除和殺滅效果，能夠防止因中央空調(diào)系統(tǒng)為媒介造成類似非典型肺炎（SARS）病毒的傳播、擴散及引發(fā)的交叉感染。該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，適合于在中央空調(diào)的回風(fēng)管道應(yīng)用，在實際辦公樓宇和醫(yī)院病房的使用中也起到了較好的效果，用戶反應(yīng)良好，能夠有效提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，解決了在流行病毒猖狂的時期人們不敢輕易使用中央空調(diào)的困惑，對于目前改善室內(nèi)空氣品質(zhì)和今后有可能的預(yù)防流行性傳染性病毒必將起到重要作用，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

　　推廣應(yīng)用前景與措施

　　中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究的成果使應(yīng)用高科技復(fù)合技術(shù)抗擊非人為流行性傳染病的一個最直接有效的工具，已在辦公樓宇和醫(yī)院病房使用數(shù)月，用戶反應(yīng)良好，期待能夠進行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，進一步降低成本，以便為公眾創(chuàng)造綠色清潔健康的室內(nèi)空氣環(huán)境。本研究課題在短短4個月內(nèi)，完成了實驗臺設(shè)計調(diào)試和各種裝置的測試優(yōu)化，表現(xiàn)了極佳的凝聚力和合作創(chuàng)新力，其研究人員的高水平、深厚理論背景都為課題的順利開展奠定了堅實的基礎(chǔ)，共申請了六項中國發(fā)明專利，已錄用了2篇高質(zhì)量論文。

　　開展并已顯示誘人前景的工作包括：

　　一、高壓靜電復(fù)合殺菌滅病毒裝置的工程化發(fā)展

　　空氣凈化領(lǐng)域在非典過后已成為各空調(diào)廠家大做文章的新賣點，改善以往只注重系統(tǒng)冷熱效果的缺陷，從對系統(tǒng)的健康上多加關(guān)注，而對原有中央空調(diào)系統(tǒng)進行改造，增加送風(fēng)/回風(fēng)凈化裝置，改善室內(nèi)空氣內(nèi)循環(huán)的安全性則是一種直接快速有效的措施。在中小型家電業(yè)方面，開發(fā)獨立高效的凈化器也是本裝置的一個應(yīng)用方面。本研究裝置對室內(nèi)空氣的除微塵、殺菌滅毒都具有高效，若進一步結(jié)合納米光催化技術(shù)，對室內(nèi)的有機氣態(tài)污染物分解，則達到了全方位的徹底凈化清潔效果。

　　二、檢測實驗臺有利于建設(shè)成公共平臺

　　在研制的模擬中央空調(diào)室內(nèi)微環(huán)境實驗平臺上，結(jié)合用噬菌體做指示病毒測定空氣中病毒氣溶膠含量和活性的獨特方法，有望建設(shè)成公共的空氣凈化裝置效果檢測平臺，能夠靈敏、快速、可靠的檢測各種凈化裝置的物理化學(xué)性能和生物安全性、有效性，以期及時、客觀的評價各種凈化裝置的實際效果，有深遠的意義。該測試系統(tǒng)和病毒活性檢測方法已經(jīng)申請中國發(fā)明專利保護，期望能夠促進我國工程應(yīng)用中空氣生物學(xué)檢測研究的發(fā)展，填補空白。

　　目前，上述裝置的實用化已經(jīng)在上海交通大學(xué)后勤大樓的辦公房間（2套）和上海市第六人民醫(yī)院的病房（5套）得以應(yīng)用，取得了可喜的實際效應(yīng)，對裝置的深入理論研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究也在進行之中。

　　本課題組積極與空調(diào)生產(chǎn)廠家磋商，致力于裝置的產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)，推向市場；并尋求公共衛(wèi)生健康中心、以及上海市疾病預(yù)防控制中心對檢測平臺的支持，致力于全面建設(shè)好這個公共平臺，以充分拓展和發(fā)揮已形成的眾多研究優(yōu)勢和這些獨特的知識產(chǎn)權(quán)的成效，為室內(nèi)環(huán)保建設(shè)做出貢獻。

　　主要技術(shù)文件目錄及來源

　　1. 中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置項目研制報告

　　2. 中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置項目測試報告

　　（1）上海CDC測試報告

　�。�2）上海交通大學(xué)分析測試中心測試報告

　　（3）上海交通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院噬菌體模擬空氣傳播病毒研究測試報告

　　3. 用戶使用報告

　�。�1）上海市第六人民醫(yī)院使用中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置報告

　　（2）上海交通大學(xué)達通后勤大樓使用中央空調(diào)系統(tǒng)中空氣清潔滅病毒病菌裝置報告

　　4. 專利申請

　�。�1）中央空調(diào)空氣多重凈化消毒系統(tǒng)測試平臺，申請?zhí)枺?3129399.9 發(fā)明人：王如竹、晉新橋、谷波、陳亞珠、徐學(xué)敏、趙立平、陳杰、徐宇虹、胡鈞、毛軍發(fā)、林志新、胡文彬、上官文峰、鄭曉紅

　�。�2）中央空調(diào)出風(fēng)、回風(fēng)自動消毒裝置，申請?zhí)枺?3129397.2發(fā)明人：陳亞珠、白景峰、黃延磊、胡文彬、毛軍發(fā)、潘剛、張素

　　（3）測定空氣凈化裝置去除病毒效果的方法，申請?zhí)枺?3129400.6發(fā)明人：趙立平、徐學(xué)敏、徐宇虹、胡鈞、王如竹、晉新橋、谷波、陳亞珠、陳杰、毛軍發(fā)、林志新、胡文彬、上官文峰、鄭曉紅

　�。�4）可移動式智能型局部空調(diào)回風(fēng)及殺菌裝置，申請?zhí)枺?3129398.0 發(fā)明人：王如竹、李玉國、黃新華、鄭曉紅、吳靜怡

　�。�5）測定空氣凈化裝置去除病毒效果的方法，申請?zhí)枺?3129400.6發(fā)明人：趙立平、徐學(xué)敏、徐宇虹、胡鈞、王如竹、晉新橋、谷波、陳亞珠、陳杰、毛軍發(fā)、林志新、胡文彬、上官文峰、鄭曉紅

　　（6）光催化空氣凈化器，申請?zhí)枺?3129401.4發(fā)明人：上官文峰

　　（7）中央空調(diào)出風(fēng)、回風(fēng)自動消毒裝置，申請?zhí)枺?3129397.2發(fā)明人：陳亞珠、白景峰、黃延磊、胡文彬、毛軍發(fā)、潘剛、張素

　　（8）具有殺菌消毒功能的載銀泡沫金屬的制備方法，申請?zhí)枺?3129402.2發(fā)明人：胡文彬、常程康、劉磊、劉河洲、丁文江

　　5. 發(fā)表文章

　�。�1）X.H.Zheng， R.Z.Wang， L.P.Zhao， Lisa X.， et al. Experimental Investigation of Hybrid Air Purifying Technology in Central Air-conditioning System， Chinese Science Bulletin， in press；

　�。�2）鄭曉紅，王如竹，趙立平，徐學(xué)敏，陳亞珠等，中央空調(diào)復(fù)合凈化除病毒技術(shù)實驗研究，科學(xué)通報，（已錄用）；

　�。�3）鄭曉紅，王如竹，晉欣橋，谷波，徐學(xué)敏，趙立平，陳亞珠等，高壓靜電除塵滅菌技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，2003全國制冷空調(diào)新技術(shù)研討會，（已錄用）；制冷空調(diào)新技術(shù)進展（2003），上海交通大學(xué)出版社，2003年11月。