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通風空調系統中紫外線輻射消毒應用

2021-07-14 瀏覽次數:8

1、紫外線消毒在通風空調系統中應用的可能性
眾所周知,紫外線消毒效果是由微生物所接受的輻射劑量大小來決定。紫外線輻射劑量的定義是,在達到一定的微生物滅活率時所需要的特定波長紫外線的量。這涉及兩個方面:一是特定波長紫外線的輻射劑量;二是與滅活率有關的微生物對紫外線輻射的敏感程度。由此可見,紫外線照射劑量越大,微生物對紫外線越敏感,其消毒效率就越高。
微生物接受到的紫外線輻射劑量一般以下式表示:
D=It
式中,D為輻射劑量,µJ/cm2
     I
為平均輻射強度,µW/cm2,或µJ/s.cm2
     t為輻射時間,s
該公式看上去簡單,其實在應用中卻很復雜。首先,一個空間無論設置幾個紫外線輻射裝置,其各處的輻射強度是不同的。其次,當一顆微生物沿著彎曲的路徑穿過即使是均勻輻射的空間,接受到的輻射量也是各不相同。
微生物群暴露在紫外線輻射下的存活率(S)與輻射量成指數關系:
S=e-kD
式中,k是一個與細菌微生物種類有關的滅活率常數(cm2/µJ)。而滅活率(η)表示微生物群全部通過紫外線輻射區域后失去活性了的百分數,是效率的概念,而存活率S則類似于穿透率,這兩者的關系見下式:
η=1-S
因此,滅活率η也被視作紫外線總體消毒效果的一種指標。
滅活率常數k值是涉及紫外線總體消毒效果的關鍵因素。一般來說,病毒比細菌、細菌比真菌更容易受到紫外線輻射的影響。即使這樣,在工程應用中做到正確選用k值通常也比較困難。不僅k值本身會使得由不同比例、不同種類的微生物組成微生物群的存活率計算變得更為復雜,而且同一種類微生物的k值有時也會差別巨大。另外,環境空氣的相對濕度與k值之間的關聯也很復雜。只有當環境空氣相對濕度到達70%時,相對濕度才會對k值產生影響。因此,紫外線消毒裝置的使用和運行是以環境空氣相對濕度低于60%的工況為佳。
要將紫外線消毒裝置應用到通風空調系統中,緊靠這些計算公式和數據是不夠的,設計者還應該綜合這些參數或滅火效果估算出一個平均值或最不利場合下的數值,以實現在工程上應用的可能性、安全性。
2、紫外線消毒在通風空調系統中實施
紫外線消毒裝置在工程上的設計依賴于紫外線燈制造商給出的工作性能參數,以及消毒裝置制造商的建議和系統設計者的經驗。多數制造商有詳盡的估算紫外線輻射量的方案,這些方案或給出數據列表,或給出數學建模,或給出復雜的計算方程式。但通風空調系統設計者常常選用較大型號的紫外線消毒裝置來確保其設計性能的實現。
通常,在通風空調系統中將紫外線消毒裝置設置在空氣處理機組或風管道內,對系統表面和流經的空氣氣流產生消毒功效。紫外線較好的消毒效果應在2040℃環境溫度范圍,環境空氣相對濕度至少低于80%,且空氣含塵濃度的使用場所環境,或是易發生微生物污染的場所,或是環境相對濕度高于80%、溫度低于20℃,或是含塵濃度過高的場所。
雖然空氣過濾器除菌的有效性已得到公認,但除菌性能越高,其自身空氣阻力也越高,從而限制了高性能過濾器的廣泛使用??諝膺^濾器是任何通風空調標準或規范所規定的最基本的配置。通風空調系統內紫外線消毒裝置總是與空氣過濾器相配套、相結合才能有效的使用??諝膺^濾器不僅能有效減少塵埃、紫外線的干擾,通過提高紫外線輻射強度,客觀上空氣過濾器還能幫助除去那些對紫外線輻射不敏感的較大微生物顆粒,讓更多易受紫外線輻射影響的細菌和病毒滅活。只要通風空調系統送風能力允許,就應推薦使用更高性能的空氣過濾器,以提高系統內空氣的潔凈度。
由于紫外線是直線傳播且穿越物體的穿透性差,當采用紫外線消毒裝置為物體表面進行消毒時,該物體最好是表面清潔。在通風空調系統內安裝紫外線消毒裝置時,風管道內壁、盤管和凝水盤等部位需要預處理清潔,尤其是當盤管有異味或者有細菌滋長時更應如此,而不是當表面出現滋菌、積塵現象時才簡單的安裝紫外線消毒裝置。紫外線消毒裝置的主要作用是抑制細菌滋生和繁殖,而不是殺滅原本已經大量滋生了的細菌。當然,在空氣處理機組內紫外線燈可以以任何角度安裝在盤管的入口或者出口側,在靠近盤管側采用間隔安裝,以便使紫外線能量均勻分布。也可以采用反射器,使紫外線能量集中照射到盤管表面。一般來說,把紫外線消毒裝置安裝在盤管的出口側效果比較好,同時又可以加強其對盤管出口側凝水盤內的輻照效果。紫外燈管合理確切的布置與安裝,取決于對空氣處理機組的結構形式和燈具種類的選擇。紫外燈管應該全天全時連續工作。持續的紫外線輻照,使空調機組內部的紫外線得以保持一定的量,從而可以有效抑制位于輻射等級相對較低部位的微生物的滋長。
由于反射器將紫外線能量集中到了需要清潔的物體表面,從嚴格意義上講,這種表面消毒方式通常不適用于對流動空氣進行消毒。要達到空氣消毒效果,必須形成盡可能大的輻照強度區域,同時氣流以較慢的速度通過該區域,以使流動空氣能接受到足夠劑量的紫外光輻射。通常,合理設計的空氣消毒系統能夠對空氣進行消毒,同時又能保持物體表面清潔,這樣的系統通常不設有阻礙紫外線散播的能源反射器或鎮流器。
雖然在理論上紫外線消毒裝置可以安裝在風速很高的風管道內,但由于空氣處理機組內部空間較大,空氣氣流流經速度較低(2.5m/s),紫外線消毒裝置通常被安裝在空氣處理機組內部。無論是對機組內表面還是對流經的空氣氣流而言,使微生物滅活所需的紫外線輻射劑量是相同的。為了彌補氣流與紫外線接觸時間短的不足,對空氣進行消毒時,相對于對物體表面消毒而言,系統則需要更高的輻射水平,這就需要配置單位紫外線發射量更大的紫外線燈管,也可以在風管道內布置數量更多的紫外線燈,充分的輻射,使空氣在一個較長的路徑內盡可能多的接觸紫外線輻照。權衡這些因素的影響,最佳方法是放棄對凝水盤的消毒,將燈具直接安裝在盤管出口側通道處,達到實現紫外線充分消毒功效所需的輻照時間。
在聚集了免疫力低下人群的建筑中,通風空調系統內消毒裝置應持續使用,而在安裝于傳統商業建筑內的系統裝置則可以間歇運行,在大樓正常使用時段開啟系統,在大樓設施不用時關閉系統。這樣做可以在系統工作時間內節約能源,降低燈具損耗更換的頻率,同時又能提供合適的室內空氣品質。間歇運行這種方式必須在設計系統方案初期就被考慮在內,因為紫外線燈工作時間的長短是一個影響其輻照輸出量和使用壽命的重要因素。因此,紫外線消毒裝置需要定期清潔、檢查與更換,特別要防止意外破損。一旦發現破損,為防止燈管內汞蒸氣泄漏污染空氣,須立即關閉空調機組,打開空調機組所有檢修門,以及空調機所在機房的門窗,維持15min后才能進入并清理與更換。


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