1、2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文 2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文学 院： 力学与土木工程学院 专 业：建筑环境与能源应用工程 班 级： 建环 01 班 姓 名： 罗伟 学 号： 02160712 二一七年一月九日成 绩评 阅 人日 期论文评语： 2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文 论建筑环境与空气净化形式发展研究土木 学院 建环 01 班 姓 名 罗伟 学号 02160712 序号 摘要：要如何在加快治理大气环境的同时，营造洁净健康的室内空气环境，是当前乃至今后相当长的
2、一段时期国内外相关领域的持续热点。此文将介绍目前室内空气净化主要技术的原理、特点、相关数据、实验及其发展形势，并指出现有技术存在的主要问题。通过对当前主流室内空气净化产品中应用的净化技术进行梳理，总结空气净化技术的组合原则，即主要根据室内污染物类型进行针对性地选择，并利用净化技术间的协同效应，以使室内空气得到全面净化。本文还对未来的研发方向进行了展望，指出利用净化技术间的协同效应，研究更为有效的综合净化技术将成为未来重要的研究方向之一。关键词：室内空气净化；空气净化技术；净化技术展望；实验探究1 室内空气净化技术基本论述1.1 室内空气净化现状近两年全国大范围雾霾频发，多地 PM2.5 爆表，
3、大气环境污染已然成为威胁人类生存的重大问题，引起研究人员和公众普遍关注。但整个大气环境污染问题非一朝一夕可以解决，其治理需要长期的努力。相对而言，小空间环境的控制和治理则更容易实现，且短期内即可见效。而现代人 80% 90% 以上的时间是在室内度过，室内空气中的污染物对人体健康产生很大影响，因此，对室内空气污染进行控制和治理是目前改善人类生存环境的有效途径。除室外空气污染的影响外，室内空气恶化的主要起因有大量使用化学建筑材料、装饰装修材料、人造板材复合家具等散发有毒有害气体，还与建筑因节能要求密闭性提高、空调系统新风量减少等因素密切相关。室内污染物主要分为三大类: PM10 和 PM2 5 等
4、悬浮颗粒物、挥发性有机污染物、细菌病毒等微生物。对室内各种污染物进行净化是控制室内空气品质的有效途径1 。1.2 室内空气污染物及种类根据来源和性质的不同，可以将室内空气污染物分为颗粒污染物和气态污染物，其中颗粒污染物又可分为固体颗粒和微生物。颗粒污染物主要来自燃料燃烧、香烟烟雾和2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文 室外。燃料燃烧产生的颗粒物是有多种化学成分的实体，对人体有生物毒性和致癌作用。香烟烟雾中的焦油含有大量的多环芳烃等致癌物质。微生物污染物主要是指细菌、真菌、霉菌等，大多存在于温暖潮湿及不清洁的地方，附着在颗粒物上随空气流动，引起人体产生过敏、
5、呼吸道感染等症状。气态污染物室内空气中的气态污染物除了 CO、N H 3 等人们熟悉的气体外，还包括大量的挥发性有机物和放射性气体氡。室内的建筑装饰材料、家具、装修制作过程中使用的粘合剂、漆料以及日常生活中使用的洗涤剂、化妆品等化学合成品会向室内放出大量的挥发性有机化合物，如甲醛、甲苯、氯化物、丙酮、苯酚等。氡是自然存在的无色、无味的放射性气体，主要来源于建材、地基土壤、岩石和地下深处。医学研究证明气态污染物对人体健康有多方面不良影响。如甲醛对眼粘膜、鼻和上呼吸道有强烈 的刺激作用，可引起哮喘、过敏性哮喘和支气管炎，甲醛对人体的神经系统 、肝脏、肾脏和消化系统均有毒性。氡对人体的早期健效应不易
6、觉察，但长期接触氡气可以致癌2 。1.3 空气净化技术虽然室内 VOC 数量不算多，但是对人体的危害却很大。目前净化挥发性有机物的方法有吸附法、光催化净化法，还有新兴的纳米材料净化技术、微波催化氧化技术、膜基吸收净化技术、生物过滤技术等，其中尤以吸附法、光催化法、纳米光催化法最为常用。吸附法是利用有吸附能力的多孔物质来吸附有害成分；光催化技术是利用在紫外线照射下生成的空穴具有的氧化分解能力, 在室温下将空气中有机污染物氧化为 CO2 和 H2O 等无机物；纳米 TiO2 的降解机理是在光照条件下将有机物转化为 CO2 , H2O 和有机酸。可吸入固体颗粒及有害气体的净化针对室内空气颗粒物，主要
7、采用机械过滤、静电除尘技术、低温等离子体技术、纳米光催化等技术处理。低温等离子体技术去除无机污染物的原理是：由于等离子体体系中含有大量具有较高能量的活性基团，它们能够破坏大多数气态有机物中的化学键使之断裂，从而达到降解的目的；同时低温等离子体体系中的活性基团极易氧化具有还原性的无机物包括还原性较强的硫化氢等。体系中能量高的活性离子则打开键能较小的物质使其生成一些单原子、分子，最终转化为无害物。纳米光催化剂 TiO2 在紫外线作用下可以将多种无机物分解或氧化。净化微生物主要应用臭氧氧化和纳米光催化技术。臭氧具有很强的氧化性，与很多有机物、细菌病毒等微生物发生氧化还原反应，破坏细菌和病毒内部的细胞
8、器和核糖核酸，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏，从而达到净化空气的目的。臭氧灭菌消毒可以彻底、永久地消灭物体内部所有微生物3 。2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文 2 空气净化装置实验与材料探究2.1 室内空气净化关键探究该空气净化器由风机、静电场模块和光催化活性炭模块等组成，选用风量为 5 m3 /min，风压为 200 Pa 的离心风机。静电模块包括高压直流电源、荷电区和集尘区。本装置静电场采用阳极放电，以避免产生臭氧。荷电区由蜂窝型阴极板和带放电针的阳极组成。集尘区由 120 目不锈钢筛网制成。静电场除尘效率按 90%设计，则极板面积为0.6
9、1 m2，阴极板与阳极间距为 2 cm，同极间距为 4 cm，正负极间场强为 7.5 kV/cm。光催化活性炭模块包括紫外杀菌灯、光催化剂 TiO2 和活性炭纤维布。紫外杀菌灯波长为 253.7 nm，工作时无臭氧释放。光催化剂选用由德国 Degussa 公司生产的AEROXIDE TiO2 P25，它是采用 AEROSIL200 工艺生产的一种高度分散的二氧化钛。活性炭吸附层选用活性炭纤维布，材质为聚丙烯腈（比表面积 1000 m2 /g、微孔孔径 2 nm，9m） 。将光催化剂与活性炭的吸附层复合，采用纳米粉体浸涂法。将静电模块与光催化活性炭模块集成在一起，构成空气净化器。污染的室内空气由
10、风机抽进净化器，依次经过高压静电场模块、光催化活性炭模块的净化处理，净化后的洁净空气从净化器排气口排出，完成一个净化周期。经实验与应用，得出如下结论：（1）在模拟仓内以模拟固态污染物进行净化实验，初始浓度为 2106 个/m3 时，开启净化器，洁净空气量 CADR 为 168 m3 /h，净化效率为 87%，能够满足面积为 26 m2 、层高 2.8 m 的房间污染物 1 h 净化效率为 90%的要求。 （2）在模拟仓内以二甲苯作为气态污染物进行净化实验，初始浓度为 2 mg/m3 时，开启净化器，15 min 后即可达标，洁净空气量 CADR 为 90 m3 /h，净化效率为 47%，能够满
11、足面积为 14 m2、层高 2.8 m 的房间污染物 1 h 净化效率为 90%的要求。 （3）在模拟仓内以甲醛初始浓度为 1mg/m3 时，开启净化器，4 h 后仓内甲醛浓度下降到 0.07 mg/m3，净化效率达 93%。净化器在工作时，初期净化甲醛是以活性炭吸附甲醛为主，后期活性炭吸附饱和后，净化甲醛是以光催化分解甲醛为主。活性炭吸附固定污染物为光催化反应提供高浓度污染物做反应物，加速光催化分解反应，提高了分解效率，光催化高效分解反应为活性炭解吸实现原位再生，延长了活性炭使用寿命。 （4）活性炭在净化有机挥发性气体二甲苯和甲醛时具有选择性，活性炭对二甲苯有极高的净化效率，达标净化时间短，
12、而活性炭对甲醛的净化效率虽然也很高，但与二甲苯相比，其净化达标所需时间就要 长得多。 （5）净化器模拟净化空气微生物实验中，0.5 h 使仓内空气菌落总数由 4 300 cfu/m3 下降到 37 cfu/m3，净化率达 99.1%。净化器 CADR 为 114 m3 /h，能够满足面积为 18 m2、层高 2.8 m 的房间开启 1 h 污染物净化2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文 效率为 90%要求4 。2.2 空气净化器标准风量：有送风机的空气净化器需标明额定风量，这是沿用送风机以送风量表示性能的习惯做法，同时也为了便于计算净化效率。噪声：有声源的
13、家用电器，应对其产生的噪声限制在一定的范围内。按 GB4214家用电器噪声声功率级的测定的有关规定进行测定。寿命：空气净化器可去除多种污染物时，应该逐一分别标示出这些污染物的净化寿命浓度；对于静电式空气净化器，则要求标明使用多长时间应清洁集尘器。洁净空气量：洁净空气量是一项涉及到空气净化器产品使用的重要性能,并能够反映出其净化能力的性能指标。本方法适用于现有的各种空气净化技术的空气净化器，包括内装有送风机的和不装送风机的空气净化器；不仅适用于评价空气净化器去除悬浮颗粒物的能力，也适用于评价去除其他空气污染物的能力。空气净化器对于可去除的每一种空气污染物都有一个相应的洁净空气量数值。所以说，洁净
14、空气量为比较和评价不同品牌的空气净化器提供了科学依据，也为用户选购空气净化器提供方便。净化效率：净化效率这项性能指标是参照评价过滤材料的性能指标而提出的，只能测定有送风机的空气净化器。但是，空气净化器在额定风量下运行时的净化效率，不仅取决于滤材滤除污染物的效果，还取决于净化器结构等因素，因此，采用本表示法更加合理、准确。空气净化器可去除多种污染物时，要求最少应有一种污染物的净化效率50%。净化寿命：净化寿命是指空气净化器中过滤材料的使用寿命。当空气净化器运行到去除某一种空气污染物的洁净空气量降低至初始值的 50%时所使用的时间，定为空气净化器去除该污染物的净化寿命5 。2.3 空气净化器对于甲
15、醛作用的探究利用研制的多功能环境试验舱提供相对独立和稳定的环境条件，以甲醛为挥发性目标污染物，对所选取的代表性空气净化器对甲醛的净化效果进行测试。发现同一种空气净化器在不同环境条件下的甲醛净化效率存在着明显的差异。甲醛净化效率随着室内空气的相对湿度增大而逐渐降低，随着空气流速的增大而增大，但温度对甲醛净化效率的影响不明显。由此可知，在干燥及通风的室内有利于提高空气净化器对甲醛的净化效率。此外，不同空气净化器在相同的环境条件下对甲醛的净化效果也存在明显的差异。运用物理和化学净化技术相结合的空气净化器比只运用单纯的吸附技术的空气净化器在对甲2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程
16、专业导论课程论文 醛净化效率方面有着较为明显的优势6 。2.4 空气净化器新型材料空气净化材料的研究热点集中在活性碳和光触媒的结合上，研究大多围绕如何将 ACF 与 TiO2 进行有机结合来改善净化效果。然而，随着现代生物技术的发展，研究的重点将会转移到以生物酶的催化为中心的复合材料上来，因为生物酶不仅自身无毒无害，而且用量少，可彻底降解空气中的有机物，不会引起二次污染，其处理工艺已被公认为是一种符合环保要求的绿色生产工艺，故生物酶复合材料可谓未来环保净化材料的理想选择7 。3 空气净化调研与结论3.1 我国国情中国专利的专利主题地形图可以看到，各研究机构及公司在中国的专利布局基本覆盖了空气净
17、化几乎所有技术领域，甚至是一些主要专利权利人都涉足较少的领域，可见各大研究机构及公司对中国市场非常重视。中国的研究机构和企业在空气净化领域拥有的专利较少，面对这样的专利布局，那些没有自主知识产权的中国研究机构和公司的发展可以通过新技术的研发形成自己的核心技术和自主的知识产权，或者可以借鉴日本和韩国的“外围专利申请战略方法” ，围绕核心技术开发一系列的专利，使得这些改进专利覆盖将该核心技术投入商业应用时可能采用的最佳产品结构，以此来获得核心技术的使用权9 。3.2 空气净化效果研究颗粒污染物和可挥发性污染物的去除效果是明显的， 随之在应用于空气净化器的过程中所暴露出的技术局限也是客观存在的，尤其
18、在应用单一技术时，存在或多或少的不足，因此，在应用室内空气净化技术时宜扬长避短，联合使用，集成多种功能是室内空气净化产保证较高过滤效率的同时，降低过滤阻力，是未来过滤材料的主要研究方向。总之，随着人们环保意识的增强，在一段时期内，产品需求会有飞跃性增长，最终成为家庭必备的电器产品。并且伴随着技术的多样化，一些先进的净化技术也会逐渐应用到 净化产品中，甚至将空气净化技术和一些家电功能融合，如应用在空调上，将为人们创造更好的生态与生活环境。4 结论空气净化形势较好，有较好的发展前景，对于新能源与材料突破与应用，有很大的研究空间，作为专业初学者要传承经典，将能源净化进行到底，为我们的环境做出贡献，这
19、是每一位建环专业学子的深深期望与责任所在，我们致力于将专业做到最好，给予人2016-2017 学年第 1 学期建筑环境与能源应用工程专业导论课程论文 们最好的生活环境。参考文献1 石芳芳，浙江大学制冷与低温研究所，杭州，3100272 高立新，陆亚俊，哈尔滨工业大学，市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨，150090 3 张华山，袭著革，室内空气污染因素对人体的危害及净化技术措施 J。洁净与空调技术，2005(1)：23-25，304 孙丽，王维宽，胡赟，沈阳军区工程环境质量监督站，沈阳环境科学研究院，辽宁沈阳 1100165 陈贤，吴亚西，1001-5914( 2001) 04-0233-046 胡俊，肖江蓉，李亮亮，周胜银，彭天右，1006-6144（2013）02-0169-057 俞珊，瞿爱莎，付新梅，王春丽，西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳，6210108 王晓鹏，1002 1965( 2014) 02 0048 059 胡秀峰，梅博，韦丽红，李臣，康晓鸥，杨朔，2002 北大化学与环境科学学院
