1.1 過濾技術
空氣過濾淨化是透過石棉、纖維等具有阻隔性質的材料去除空氣中的固體顆粒懸浮物、液滴和細菌等汙染物。根據過濾效能可將過濾器分為初效、中效、高中效、亞高效和高效5類。
目前,中央空調系統主要透過初效空氣過濾去除5 μm以上的塵埃顆粒,初效過濾材料有合成玻璃纖維、尼龍網和金屬孔網等。單級初效過濾不能滿足使用要求,因此,中央空調機組越來越多的加裝布袋式過濾器和靜電式過濾器等中效過濾技術,可以有效過濾1 μm以上的塵埃顆粒。高效過濾可以有效去除0.1 μm以上的塵埃顆粒,有機纖維高效濾芯過濾HEPA技術是目前國際公認最好的高效過濾技術,吸附容量大,淨化效率高,並具備吸水性,但受限於成本高等因素,目前僅用於核能研究防護、精密實驗室、醫藥生產、原子研究和外科手術等需要高潔淨度的場所。
1.2 吸附技術
吸附技術利用活性炭、沸石等材料高度發達的孔隙結構吸附空氣中的懸浮顆粒物、細菌和VOCs等空氣汙染物。中央空調空氣淨化系統常用的吸附材料主要是粒狀活性炭和活性炭纖維。由於吸附容量的限制,需要定期更換或再生吸附材料。
材料科學快速發展以後,奈米吸附逐漸應用於空調氣體淨化領域。奈米材料的孔隙直徑在0.27~0.98 nm之間,呈晶體排列,且具有弱電性,優先吸附甲醛、苯、TVOC等有害氣體,從而達到空氣淨化的效果。
1.3 靜電淨化技術
靜電除塵技術是利用高壓靜電場使氣體中的塵粒荷電後在電場力的作用下濃集在集塵板,從而達到空氣淨化的效果。迄今為止,靜電淨化技術經歷了針式電場的金屬蜂窩靜電技術、板式電場的金屬平板靜電技術、微靜電場的電解質材料蜂窩靜電技術三代產品,電極間距從2 cm縮短到4 mm,大幅減少了臭氧的產生。
第一代金屬蜂窩靜電技術效率低,僅能除去大顆粒,主要用於工業除塵。第二代金屬平板靜電技術透過兩個平行的高壓平板電極形成均勻電場,產生正極性電暈使顆粒荷電然後被負電極吸附,從而除塵淨化。該技術會產生放電、閃火或拉弧,空氣中氧氣透過放電間隙,氧分子受到電子的激發獲得能量,並相互彈性碰撞,從而聚合成臭氧分子。第三代微靜電技術利用電解質材料包裹導電體形成1 mm左右的微腔產生微靜電強電場,荷電並吸附空氣中的帶電塵粒,在最小氣流阻抗條件下能夠吸附幾乎100%的空中運動微粒,不會出現打火放電現象,從而杜絕了臭氧的產生。
近期,美國碧姆和國內厚聯採用石墨烯電極聚合體利用板式電場結構,推出了第四代靜電淨化技術,即石墨烯平板靜電技術。產品介紹該技術具有高效、低阻、零臭氧的卓越功能,相比第三代微靜電技術,相同風速下的風阻降低接近一半。
1.4 光催化淨化技術
光催化淨化技術利用二氧化鈦等半導體材料的光致空穴激發水分子和氧氣成為強氧化性物質,從而將有機汙染物氧化為二氧化碳和水等無害分子。基於光催化原理的中央空調消毒模組是將催化劑鍍在載體上,用特定波長的紫外光源照射催化劑。開啟風機使空氣以一定流速經過載體,催化劑在紫外線的照射下能在短時間內迅速殺滅空氣中的病毒和細菌,是預防呼吸道傳染性疾病,防止空氣傳播病毒細菌,消除吸菸危害和降解室內汙染的高效多因子空氣淨化技術,能有效去除 VOCs、臭味、細菌病毒和灰塵。
奈米材料的引入大幅增加了半導體材料的比表面積,徹底解決了傳統催化技術效率低下的問題。奈米光催化主要有封裝的紫外殺菌光和奈米材料製成的鈉鈦網組成,與空氣接觸面積提高5倍,可同時殺滅細菌、真菌和病毒,並可聯合紫外、光催化和臭氧共同作用,是一種光譜的空氣淨化技術。日本在奈米光催化技術領域的研究和應用最好。
1.5 紫外線消毒技術
紫外線空氣消毒技術是透過波長在240~280 nm範圍的紫外線直接照射細菌、病毒等微生物的有機分子使之分解失活從而達到空氣淨化的效果,其中波長為253.7 nm時殺菌作用最強。紫外線照射細菌必須滿足一定的輻射劑量才能破壞細菌和病毒的核糖酸結構,而且紫外線的照射會損傷人體面板,再加上產生紫外線的能耗很高,所以目前主要應用在醫院消毒。目前有廠家推出了迴圈風紫外線空氣消毒技術,不僅防毒快速而且可以用於有人的場合,有望解決紫外線消毒技術在中央空調系統應用中的瓶頸。
1.6 臭氧消毒技術
臭氧消毒是利用臭氧的強氧化能力去除空氣中的VOCs等有機物。中央空調系統中利用迴圈風攜帶臭氧擴散至整個空間,即可達到滅菌的效果。但臭氧具有一定的腐蝕性,且強烈刺激人體的呼吸道黏膜,所以必須嚴格控制室內的臭氧量,目前還沒有很好的控制臭氧濃度的方法,所以實際應用不多。
1.7 低溫等離子體淨化技術
低溫等離子體空氣淨化技術是透過極不均勻電場電暈放電或氣體低壓輝光放電等產生等離子體,利用等離子體的活性粒子同時分解有機汙染物、殺滅細菌並脫除空氣中的懸浮固體顆粒的空氣淨化技術。低溫等離子體不僅可以淨化有害氣體和懸浮顆粒物,而且可以調節離子平衡,具有廣闊的應用前景,但受限於理論研究,目前還沒有廣泛應用於中央空調的空氣淨化。
1.8 負離子淨化技術
負離子淨化是利用高壓電場放電電離空氣產生負氧離子吸附空氣中的灰塵和煙霧等汙染物,也可殺滅空氣中的細菌和病毒。閉合空間內負離子淨化技術的效果已得到認可,但人流量大、空間大的場所負離子淨化技術的效果有待研究。日本夏普公司獨自開發的淨離子群淨化技術透過淨離子發生裝置高壓放電釋放正、負離子群,分解空氣中的浮游黴菌、病毒等有害物質,從而達到淨化空氣的效果。目前有報道,採用奈米級的電觸媒材料作為釋放尖端,只需要很微弱的電流就可以將大量的負離子釋放出來,不會電離空氣,沒有臭氧、氮氧化物或正離子等衍生汙染物產生。
1.9 其他淨化技術
冷觸媒淨化採用具有很強氧化性的低溫吸附材料,邊吸附邊分解從而清除有害細菌和有機汙染物,在日本的空調產品中應用較多。
生物高效殺菌過濾技術將生物殺菌劑固定在過濾材料上,不僅可以過濾塵埃和細菌,還可以同步殺滅空氣中的細菌、病毒和真菌等微生物。國內一些空調產品採用了這一技術。
奈米生態酶空氣淨化技術透過將模擬酶催化劑負載在表面具有奈米孔隙和多種活性基團的活性炭纖維-高分子纖維複合材料上,可以有效去除甲醛等有機物汙染物,揮發性組分混合物以及病毒、細菌、粉塵顆粒物等汙染物。