健康空调器与室内空气品质

 随着我国经济实力的增长和人民生活水平的提高，房间空调器已普及到一般家庭。普通房间空调器工作的基本原理是通过气体热交换调节局部区域的温度，为保障调温效果，要求环境封闭，致使室内的微尘、烟雾、细菌、病毒、废气不断增加，氧气含量不断降低，空气质量越来越差。特别是近来各种新型建筑材料的使用，挥发性有机化合物大量散发，使室内空气污染物的种类日趣复杂化。据资料显示，长时间地呆在空调房间的人，会出现眼红、昏头、恶心、胸闷、身体乏力、困倦等不良症状。因此，传统的建立在人体热平衡舒适概念基础上的空调设备，已远远不能满足人们对健康舒适的要求。在空调产品上增设各种附加部件，使之能够在一定程度上降低空调房间的有害物质浓度，改善室内空气品质，已成为空调器产品的发展方向和潮流，这种能够改善室内空气品质的空调器被称为健康空调器。

　 值得一提的是，今年春季SARS病毒侵犯人类那种认为夏季高温下SARS病毒的活力就会降低的观点是不正确的。在当前，开发能提供热舒适环境的同时，杀灭空气中的细菌、病毒、甚至SARS病毒的空调产品必将为空调产业带来的新的商机。

　　1 健康空调器的功能
　　1.1 新风置换功能
　　室内环境相对密闭，长时间使用空调后，氧含量减少、有害气体增多，将对人体的健康造成损害。如果能使房间空调器具有置换新风的功能，或是将室内空气排出，或是引入室外的清新空气，均能在一定程度上起到稀释或置换出室内有害物质的作用，从而改善室内空气品质。目前市场上的空调器产品大部分没有换新风的功能，少部分的具有换新风功能的产品中仍有很多技术问题并没有解决。例如，某生产厂家生产的具有新风功能的分体式空调器产品采用的是由室内机通过风管向外排气的方式进行换气的。由于空调器的运行，造成室内负压和室内外温差，通过门窗缝隙会发生渗透和对流，这属于无组织进风。因其为无组织进风，当室内有人活动时一般达不到室内空气质量标准。另外，从室内门缝渗入的空气还可能不是室外的新鲜空气，而是走廊、厨房、卫生间的气体，不能称之为“完全新风”，因此，这种换气方式存在一定的缺陷。较好的换气方式是采用机械进排风，形成有组织的进风与排风系统，即机械排风与机械进风同时进行。文献[7]介绍了一种双向保温换新风技术，如图1所示。在室内外空气交叉的位置添加高效换热位置，使得室外进入室内空气的温度基本与室内温度相同。在实现室内外双向换风，改善室内空气质量的同时，又可以减少室内的冷量损失，降低空调器的能耗，是一种值得深入研究和开发利用的技术。
　　在具有换新风功能的空调器设计过程中，首先要注意正确选择新风量，充分考虑建筑物内门和窗户等的影响，维持建筑内合理的压力分布，保证室内合理的换气效果。其次要注意新风的质量问题，合理选择新风取风口的位置，尽量引入低污染的新风，减少或者消除新风在处理、传递和扩散过程中的污染，使加入室内的新风真正起到降低室内污染物浓度，提高室内空气品质的作用。其三，在房间空调器设计时，可以借鉴文献[8]的思想，提倡新风直接入室（图2）。换气设备可以安装主在室外机内，但要注意室内风口的布置，合理组织房间内的气流，在保证新风量的同时，保证送风质量。
　　1.2 空气净化功能　　
　　加强新风与室内循环风的过滤，可以降低室内有害物质的浓度。常见的空气过滤方法有过滤网过滤、静电吸附以及电气集尘等。静电吸附和电气集尘可以去除细微的难去除的尘埃和杂质，考虑到风阻等因素，一般的过滤网只能够除去较大粒径的尘埃。随着技术的进步，现在已开发出多种能够清除细菌、VOC及其它有害物质的过滤材料。
　　HEPA过滤网，亦可以简单地定义为任何一种能够去除空气中所含99.97/100以上污染微粒物的干式过滤网。它是目前过滤效率最高的过滤网。HEPA过滤网是由非常细小的玻璃纤维交织而成的类似于滤纸的空气过滤网，通常为多层褶皱设计结构，目的是扩大表面积，增加对悬浮于空气中污染微粒的捕捉效能。一个1m2的HEPA过滤网，其过滤效率相当于33m2的滤纸，是目前过滤效率最高的过滤网。利用它可以过滤香烟烟雾、细菌、孢子、动物变应原及其它病毒、菌体等污染物。将生物杀菌剂固定于高效过滤材料上，不仅能将尘埃、细菌高效过滤，还能将空气中浮游的细菌、真菌等微生物有效吸附并直接将其杀灭，对霉菌的生产也有很强的抑制作用。生物杀菌剂原由植物中提取，现已能人工合成，主要包括梨酸、安息香酸钠和枸橼酸等。
　　在日本，还有人提出一种利用气一粒转换，依靠光辐射和催化剂相结合的作用来分离NOx和苯蒸气的过滤技术，可以将城市大气净化成新鲜空气。NOx和苯的分离效率随着苯的初始浓度和增加而降低，当NOx初浓度增加时，清除苯的效率降低，而分离NOx的效率而增加。
　　国内外研究光催化分解有机污染的报导也比较多，但涉及处理空调领域的低浓度（10-6级）VOC的研究却很少。美国的Obee等人曾专门研究使用纳米TiO2材料光催化清除室内由建材、电器、家具等散发出的有害气体等。在日本纳米光催化材料光解VOC（挥发性有机化合物）在空气净化器中也有应用。鉴于我国空调器的使用现状，纳米光催化技术在房间空调器中的应用是一个很好的研究方向，对改善我国国民的室内居住环境有非常重要的现实意义。常见的光催化剂多为金属氧化物或硫化物，如TiO2，Zno,ZnS,CdS及PdS等。但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因，实用性较好的有TiO2和ZnO,其中TiO2使得最为广泛。

　　异味和有害化学物质以气体分子的形式存在，有关清除室内异味和对人体有害的化学物质的健康功能已越来越被人重视。活性炭是目前唯一能去除臭味的净化材料。活性碳过滤材料还能够清除细菌，吸收VOC等物质。利用活性碳分离低浓度的气体污染物质和细菌是国际上至为关心的问题。以今年出现的非典型肺炎事件为例，非典型肺炎是由冠状病毒引起的，主要通过近距离空气飞沫和密切接触传播。是一种呼吸道急性传染病。其临床主要表现为肺炎，在家庭和医院有聚集感染现象。虽然目前我们对该病毒的扩散特性尚不清楚，但其传播速度之快是令人震惊的。该病毒在空气中的扩散能力以及与人体呼吸表面的亲和力都相当强，针对该特点研究新的过滤材料，增强过滤材料与冠状病毒以及其它病毒的亲和力，优先将病毒吸附在过滤材料上，然后再使病毒在吸附表面上分解，实现消灭病毒，阻断其传播途径将成为新的研究方向，这种新过滤材料的开发和应用也将有助于新型空调器产品的开发。但是，虽然活性炭有很强的吸附能力，却很容易饱和，随着污染物沉积量逐渐增多，净化效果会明显下降。吸收剂作用期限短，维持费用高，目前还缺乏可利用的吸收剂能够分离所有有害物质。

　　冷触媒过滤网是一种低温吸附材料，根据吸附-催化原理，在常温下就能对甲醛等有机物边吸附边分解成二氧化碳和水，清除室内甲醛和VOC等有害物质，还能杀菌、抗菌及抑制微生物的繁殖生长。这种触媒不需要再生，也不需要更换，使用寿命长达十年以上。这种方法将由于其高效性而逐渐成为一种发展潮流。

　　总之，开发先进的过滤技术，加强对新风及室内循环风的过滤，可以在一定程度上改善室内的空气品质，这些技术在空调器产品中的应用必将提高产品性能，满足人们对健康舒适的要求。

　　1.3 湿度控制功能
　　维持相对恒定的舒适的相对湿度范围，是达到健康舒适环境的一个重要方面。人体要感觉舒适，需限定于一定的相对湿度范围之内，过低的湿度对人体的健康是不利的。冬季热泵制热时，由于室内空气温度上升而含量基本不变，使得室内空气温度上升而含湿量基本不变，使得室内空气的相对湿度大大降低，长时间呆滞在空调房间，就会感到很干燥，因此增加加湿功能的空调器应运而生。在空调器上应用加湿技术，在制热的同时提高室内空气的含湿量，从而将空气湿度保持在人体感受较舒适的范围，带给用户舒适享受。同样，过高的湿度对人体的健康也不利，且易导致家电故障，细菌滋生，特别在梅雨季节和潮湿气候下，除湿也是广大用户的首要要求。房间空调器的制冷循环过程中就伴随着除湿，在此基础上发展出独立除湿，强力除湿和健康除湿等新功能产品。普通空调除湿，会导致室温迅速下降，除湿效果差，人也感觉不舒服，文献在他们的空调器产品中加装了PTC加热器，加热除湿之后的冷空气，不仅使送风柔和，保证了室内温度的相对稳定，而且其除湿效果也明显提高。

　　1.4 其它附加功能
　　在空调器中还可以增设其它的附加装置来改善室内的空气品质，如，在空调器中增设负离子发生器。众所周知，空气是一种混合物，在正常状态下，气体分子呈中性，但在外界作用下这些中性分子都会失去一部分围绕原子核旋转的电子，剩下的是带正电子的空气正离子，而那部分被分离出来的自由电子又会与空气中其它中性分析结合，形成带负电的空气负离子。空气负离子一般分为大、中、小三种，对人体有有益的是小离子，也称为轻离子。它是具有相当一个电子的带电微粒。尽管空气是混合物，但其主要成分是氮和氧，氮的电子亲和力大大低于氧，因此空气电离所产生的自由电子大部分被氧分子获取，形成了负氧离子。由负离子发生器产生的负氧离子能够杀灭空气中的细菌，中和尘埃中的正电，使尘埃落地，还可以活化空气，改善心肺功能，促进新陈代谢，增强人体抗病能力等。
　　在空调器中增加臭氧杀菌和紫外线杀菌装置也可以杀灭空气中的细菌。使用高效HVAC专用UVC紫外线灯是近年来国际上新兴的杀菌方法，已经得到了国际上的普遍认同并开始使用。但由于暖通空调行业的特殊性，用于空调的尺寸合适、便于安装和维护的UVC灯的研发还处于成长期。

　　2 健康空调器面临的挑战
　　随着国际国内对室内空气品质的逐渐重视，空调房间内空气品质的好坏将成为评价空调产品的重要指标。对设计人员来讲，这是一个挑战，对空调厂商来讲，则是一个难得的发展机遇。但是，健康空调产品的开发与应用还存在许多亟待解决的问题。例如，净化部件以及新型过滤材料的使用增加了健康空调器的制造成本，这是生产厂家不得不考虑的问题。高效净化部件一般都具有较密集的网状结构，由于多种净化部件的使用，室内气流回路的阻力有所增加，因而电耗增加。在我国绝大部分地我是用煤发电，二氧化碳排放量非常大，电耗增加就意味着空调器本身的环保性能指标下降。另外，空调器中的附加装置，如负离子发生器作为净化空气设备确实对人体的生理功能有促进作用，但是单纯依靠发生器发射出的负离子净化空气是片面的，因为空气中的负离子极易与空气中的尘埃结合，成为具有一定极性的污染粒子，即“重离子”。悬浮的重离子在降落过程中，依然被吸附在室内家具、电视机屏幕上，室内人员的活动可以使它们再次飞扬到空气中。长期释放负离子还容易造成静电污染，若不注意还可能造成电器的损坏。长期使用负离子的空调器，其室内机的出风口附近会逐渐变黑，难以清洗等。

　　健康空调器的使用与维护对于室内空气品质的影响也至关重要，正确的使用与维护可以为室内人员提供舒适的室内空气环境。否则，健康空调器也可能成传播污染的通道和动力，还可能制造污染源，影响人们的健康。我们可以说，健康空调器的积极意义在于可以排除或稀释各种空气污染物，但另一方面从它的负效应来看，它的消极作用在于它可以产生、诱导和加重空气污染物的形成和发展，造成不良的室内空气品质。例如，空调器的新风系统毗邻室外污染物而又未采取恰当的措施，就有可能把污染物引入室内，此时，空调器具有明显的传播室外污染物的作用。另外，空调器长期使用后，其内部部件上积有一定的灰尘，在潮湿的情况下会滋生细菌，污染送入室内的空气。过滤部件长时间不清洗、盘管积水盘有瘀积、盘管表面脏、过滤效果不佳等，也会污染室内的空气。因此，商家对所销售的空调器产品给予定期的售后保养服务，定期检查、清理空调器内的各部件，及时更换或再生过滤部件，避免新污染源的产生等也是保证健康空调器真正健康的重要环切。

　　总之，健康空调器还面临着许多挑战。虽然目前对健康空调器的评价也还没有统一明确的标准，但是健康空调并不代表着一味地将所有先进的空气洁净技术同时应用于一台空调器上，而应该综合各方面的因素，克服主要矛盾。我们认为，能够从某些方面实现空调房间室内空气环境的产品就是健康空调器。