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空气净化产品在医疗建筑中的应用

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 要:文章简单介绍了公共建筑室内污染物的主要来源;介绍了空气净化产品的种类及工作原理;分析了医疗建筑对空气净化产品的要求以及各类空气净化产品在医院内的适用范围。


医疗建筑是一个患者数量多、人员流动量大、病菌等污染物集中的公共区域,确保其中的空气质量对于满足医疗服务功能、减少交叉感染具有重要意义。2014年新颁布的《综合医院建筑设计规范》中,对室内空气污染物的控制及处理提出了更加明确而具体的要求。


一、室内污染物的主要来源


对于公共建筑而言,室内空间复杂,人员密度大,室内环境污染主要来源于下列因素:


通风带来的室外污染物,如尘埃、飞絮等;


建筑装修材料及家具释放出的甲醛、苯、VOC等污染物;


潮湿环境及集中空调管道系统中滋生的细菌、病毒等微生物;


各种化学产品挥发出的污染物及吸烟带来的污染物。


作为公共建筑特殊分支的医疗建筑,其内部环境不可避免地成为了各种细菌及病毒的集散地。有资料显示,医疗建筑中的致病菌是其他公共建筑中的几倍甚至几十倍。


二、空气净化产品的种类及工作原理


室内环境污染的控制主要依赖于各种空气净化产品,目前,市场上的空气净化产品主要有以下几种:过滤式空气净化器、静电除尘式空气净化器、光触媒式空气净化器、等离子体空气净化器、独立安装的空气净化器等。


(一)  过滤式空气净化器


过滤式空气净化器是一种传统的纯物理的空气净化器,经过近百年的应用,其产品及相关等级标准已经相当成熟,其过滤效果也得到了普遍认可。根据过滤效率的不同,主要分为初效过滤器、中效过滤器、亚高效过滤器及高效过滤器。根据过滤粒径的大小和效率,中国、美国、欧洲均有明确的等级标准划分,随着过滤粒径的不断减小,过滤器的初阻力也不断增大。


(二)  静电除尘式空气净化器


静电除尘式空气净化器包括电离区和集尘区。当含有粉尘颗粒的空气通过净化器时,大颗粒物首先被初效过滤器拦截滤除,继续前行的气体在到达电离区时迅速被电离,空气中的粒子因此带上了正电荷,在强大的电场力作用下,飞向集尘区被吸附并沉淀在集尘板上,细菌也会被高压电荷瞬间释放的能量撕裂捕杀,从而达到除尘灭菌的目的。


(三)  光触媒式空气净化器光触媒式空气净化器


主要利用光触媒技术进行空气净化处理。光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。当纳米级二氧化钛超微粒子接受一定波长范围的紫外线照射时,能够利用空气中的氧分子及水分子产生具有很强的光氧化还原功能的活性自由基等物质,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,将其变为无污染的水和二氧化碳,具有极强的杀菌、除臭、防霉等功能。

 

光触媒的材料主要有单一的TiO2材料及由钛、铑、银、白金等组成的混合贵金属材料,前者由于价格适中、具有较高的性价比而成为目前市场上光触媒空气净化产品的主要原材料。


(四)  等离子体空气净化器


等离子体空气净化器主要利用低温等离子体技术处理空气中的污染物,其作用原理为:在外加电场的作用下,介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子,使其电离、解离和激发,然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应,使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质,或使有毒有害物质转变成无毒无害或低毒低害的物质,从而使污染物得以降解去除。


等离子体空气净化器的净化效率取决于污染物处理通道上的放电均匀性,因而需要一定的放电处理功率。与其他空气净化器不同的是,等离子体空气净化器工作时会产生噪音,此外,臭氧释放量也是其主要控制指标。


(五)  独立安装的空气净化器


独立安装的空气净化器有家用型和商用型两种,一般均为集成多种功能的复合式空气净化器,可作为独立机器安装于室内,有吊顶型、壁挂型、落地型等多种形式。


三、医疗建筑中的空气净化设计要求及空气净化产品的应用分析
(一)《综合医院建筑设计规范》的要求


2014年新颁布的《综合医院建筑设计规范》中明确要求:

集中空调系统和风机盘管机组回风口必须设初阻力小于50Pa,微生物一次通过率不大于10%和颗粒物一次集中通过率不大于5%的过滤设备;

 

当室外可吸入颗粒物PM10的年均值未超过现行国家标准《环境空气质量标准》GB3095中二类区适用的二级浓度限值时,新风采集口应至少设置粗效和中效两级过滤器,当室外PM10超过年平均二级浓度限值时,应再增加一道高中效过滤器。目前,空调系统在医院建筑中的使用已经非常普遍,空调系统的污染已成为室内空气污染的主要来源。国内研究表明,空调系统中80%以上的污染来自回风,因此加强回风除尘、除菌是一项必要的措施,如采用中效及以上过滤器一般能达到第一条规定的要求;要达到第二条规定的要求,新风采集口处至少应配置F7级(欧标)过滤器。


(二)空气净化产品在医疗建筑中的应用


根据多年来医院建筑空调通风系统设计的实践经验,对于病房、医技、门诊等采用舒适性空调的场所,空调系统主要采用风机盘管加新风的形式,新风机组的余压一般在200~250Pa,高静压型风机盘管机组的余压一般在30~50Pa,而过滤式中效过滤器的初阻力一般在60~80Pa,因而此种过滤器在风机盘管机组上基本无法使用,应用于新风机组也会对其服务半径造成较大影响,因此在舒适性空调系统中较少采用。为达到上述要求,目前,在舒适性空调系统中主要采用静电除尘式空气净化器和光触媒空气净化器。


与过滤式空气净化器相比,静电除尘式空气净化器具有初阻力小、积尘后阻力变化小、清洗后可反复使用的优势,可节省风机能耗及运行维护费用。静电除尘式空气净化器的过滤效率及阻力与其迎面风速密切相关,当迎面风速在1.5~2.5m/s范围内时,其过滤效率基本与F7级中效过滤器的过滤效率相当,如图1所示。


静电除尘式空气净化器根据应用场所的不同主要分为风管式和回风口式两种。风管式主要用于新风采集口处,回风口式主要用于风机盘管回风口处。由于静电除尘式空气净化器本身有阻力,且需要定期清洗,用于风机盘管回风口处时,后期运行维护工作量较大,应谨慎使用。此外,静电除尘式空气净化器前端一般均配有金属板式初效过滤器,用于过滤较大颗粒物质,延长清洗周期。该初效过滤器的过滤级别以G2/G3/G4(欧标)三种较为合适。建议设计或采购时注明过滤级别,保证静电除尘式空气净化器的总体净化效果。


需要注意的是,处理室外进入的新风时,单级静电除尘式空气净化器对PM10的过滤效果比较显著,而对PM2.5的过滤效果有限,如果对室内空气品质要求较高,可采取双级静电除尘式空气净化器或者与光触媒式空气净化器搭配使用,这样效果更好。


光触媒式空气净化器主要用于处理甲醛、苯及TVOC等以及杀灭细菌病毒,且不产生二次污染。其结构形式主要分为插入型、截面型、模块型三种。插入型的风阻可忽略不计,截面型的风阻一般不大于10Pa,两者均适合安装在风机盘管回风口处。模块型主要用于组合式空调机组的空调箱内。


寿命及净化性能是判定光触媒式空气净化器优劣的重要指标。光触媒式空气净化器的寿命取决于光触媒涂层的耐候性。其性能则与有效接触浓度及纳米细度密切相关。在喷涂产品中,有效接触浓度不仅与溶液中光触媒浓度有关,而且与喷涂工艺及产品附着性也直接相关。对于纳米细度来说,一般情况下,在相同光波吸收范围内,光触媒纳米细度越小,催化性能越强,优质光触媒一般纳米细度均为5~10纳米。由于光催化反应过程一般都在界面发生,光催化材料表面的微观结构也很重要,它直接影响了光催化反应的效率,好的光催化材料微观表面应该是粗糙的、凹凸不平的,可以显著增加涂层表面积,有助于提高净化效率。


对于以洁净手术部为代表的洁净区域,空调系统一般采用全空气的形式(即末端只设风口,不设风机盘管)。与舒适性空调相比,对空气净化处理有着更为严格的要求。通常根据洁净度等级不同,对室内颗粒物及细菌浓度有不同的限值规定。为确保洁净区域保持稳定可靠的洁净度,规范规定洁净用房不得采用非阻隔式空气净化装置做为末级空气净化设施。因而,用于净化区域的空调系统,一般只能采用过滤式空气净化器。综上所述,对于医疗建筑,空气净化产品的选择可参考表1


四、结束语


在医疗建筑的设计过程中,应根据各种空气净化器的特性,区分不同场所,合理选用空气净化产品,以便有效改善医疗建筑的室内空气品质,降低致病菌的传播风险,为医护人员及患者提供一个舒适安全的医疗环境。



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