2003年春天那場席卷全球的SARS疫情給人們留下的不僅僅是教訓(xùn)和警示，更多的則是人類應(yīng)該如何去防御疾病的侵襲，如何去預(yù)防，去醫(yī)治這些危害人類健康生存的疾病。今天，“健康”的概念已經(jīng)進(jìn)入人類生活的方方面面，自然“健康”也成了暖通空調(diào)專業(yè)研究、開發(fā)、制造的重點，空氣凈化技術(shù)受到了人們特別的關(guān)注。

在諸多空氣凈化技術(shù)中，應(yīng)用最廣、最成熟、最無異議的可能就是空氣過濾器。無論是國外，還是國內(nèi)，空氣過濾器已經(jīng)發(fā)展到很高的水平，足以應(yīng)付各種需要，在很多時候，空氣過濾器成了唯一的最安全的、最有效的防御手段，這點從SARS疫情傳播期間，以及其后出臺的一系列文件、措施和標(biāo)準(zhǔn)中就能清楚地看到這一點。但是，目前在使用空氣過濾器的過程中，困擾人們的是，如果要獲得理想的高過濾效率，就不得不付出一定的代價去對付高阻力帶來的一系列問題，能耗問題、噪聲問題、風(fēng)機(jī)選型問題等等。另一方面，高效率的空氣過濾器攔截了空氣中的，灰塵、細(xì)菌、病毒和微生物，可是沉積在過濾器上的微生物如果不及時加以處理，將產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，因此不得不采取其他措施，由此又產(chǎn)生了一系列新問題。

本文研究的重點，就是企圖從目前國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)入市場的諸多空氣凈化技術(shù)中篩選出若干成熟的、有效的、價格便宜的技術(shù)組合成一種新型空氣過濾材料，解決上述問題。

2. 空氣過濾器的阻力

根據(jù)空氣過濾器的兩個國家標(biāo)準(zhǔn)[1，2]，我國空氣過濾器分類可參見表1[3]。

表1給出了各種空氣過濾器的初阻力，在實際應(yīng)用中，必須考慮空氣過濾器的終阻力，所謂終阻力，即“指在額定風(fēng)量下由于過濾器積塵，而使其阻力上升并達(dá)到規(guī)定值。一般為初阻力的2倍。”[4]。表2給出了空氣過濾器的終阻力建議值 [5]。

表1 我國空氣過濾器分類

額定風(fēng)量下的效率

（%）

額定風(fēng)量下的初阻力

（Pa）

注

粗效

中效

高中效

亞高效

粒徑≥5μm，80<η≥20

粒徑≥1μm，70<η≥20

粒徑≥1μm，99<η≥70

粒徑≥1μm，99.9<η≥95

≤ 50

≤ 80

≤ 100

≤ 120

效率為大氣塵計數(shù)效率

高效 A

B

C

D

η≥99.9

η≥99.99

η≥99.999

粒徑≥0.1μm，η≥99.999

≤ 190

≤ 220

≤ 250

≤ 280

A、B、C三類效率為鈉焰法；D類為計數(shù)效率

表2 空氣過濾器終阻力的建議值

過濾器類別

建議終阻力（Pa）

粗效

中效

高中效

亞高效

高效與甚高效

100～200

250～300

300～400

400～450

400～600

高中效以上的空氣過濾器，為了延長其使用壽命，一般都需要前置粗效和中效過濾器，由表1和表2可以看出，當(dāng)采用3級空氣過濾器串聯(lián)時，空氣過濾器的阻力就相當(dāng)可觀。如果空氣過濾器用于空調(diào)系統(tǒng)，再加上表冷器、加熱器、加濕器等空氣處理設(shè)備和風(fēng)道的阻力，不但導(dǎo)致能耗高、噪聲大，很多時候連風(fēng)機(jī)選型都有困難。因此空氣過濾器的阻力一直是空調(diào)設(shè)計人員面臨的一個難題。

3 空氣過濾器污染問題

在不考慮上述阻力，以及由于阻力過高引起的其他問題時，現(xiàn)行的空氣過濾器幾乎可以攔截空氣中所有的物質(zhì)，包括灰塵、細(xì)菌、病毒和微生物?？褂鵖ARS疫情期間，美國推出的抗SARS空氣過濾器，對于0.025～0.027μm的細(xì)菌和病毒完全可以過濾掉，過濾效率高達(dá)99.9%[6]。

最近幾年美國研究人員在進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量研究過程中發(fā)現(xiàn)，沉積在過濾器上的微生物如果不及時加以處理，將產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染。圖1是全美著名的美國賓夕法尼亞大學(xué)大氣生物工程研究所報道的空調(diào)機(jī)組內(nèi)空氣過濾器被污染的情況[7]。

目前防止空氣過濾器被污染，基本上都是采用輔助措施，其中紫外線燈是應(yīng)用最廣，也是最成熟，最有效的一種措施[7]。但是隨之產(chǎn)生的一系列問題：① 一次投資增加；②需要有足夠的安裝空間；③ 設(shè)計計算方法必須正確；④ 壽命問題（國產(chǎn)管壽命只有2000小時，進(jìn)口管4000小時）等都影響到紫外線燈的廣泛使用。最近低溫等離子體也開始在空調(diào)系統(tǒng)中與空氣過濾器一起使用，但是實際效果如何還有待工程驗證，目前價格過高嚴(yán)重的影響到這一先進(jìn)技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的推廣。因此，尋找防止空氣過濾器二次污染的措施，滅殺沉積在過濾器上的有害微生物是一項值得深入研究的課題。

圖1 空調(diào)機(jī)組內(nèi)被污染的空氣過濾器

4 駐極體靜電過濾材料

駐極體靜電合成纖維過濾材料是對聚丙烯纖維在熔噴制造過程中進(jìn)行靜電充電，使其成為靜電型駐極體熔噴非織造布（濾紙），纖維直徑為2～5μm。這種過濾材料除了利用傳統(tǒng)空氣過濾材料的過濾機(jī)理外，同時利用荷電纖維的庫侖力去實現(xiàn)對微粒的捕獲，因此效率增加，阻力下降[8]。目前國際上有預(yù)防病毒功能（包括SARS病毒）的手術(shù)口罩（N95、N97、N99）中就采用了這種過濾材料，美國2003年4月推出的抗SARS空氣過濾器中也采用了這種材料[7]。

由于這種濾料，效率高、阻力低、價格便宜，因此，筆者首先將這種材料用于一般空調(diào)通風(fēng)用空氣過濾器中，當(dāng)迎風(fēng)面風(fēng)速為0.5m/s時，對0.5μm的灰塵過濾效率可以達(dá)到95%以上，空氣阻力只有40Pa，是傳統(tǒng)的柜式空調(diào)機(jī)組空氣過濾器（一般為尼龍網(wǎng)）無法相比的。這種空氣過濾器已經(jīng)在大型商場、超級市場、醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用近10年，取得了很好的空氣凈化效果[8]。

對生產(chǎn)工藝加以全面改進(jìn)，目前已能生產(chǎn)鈉焰法效率達(dá)到99.9999%的駐極體靜電過濾材料，同時也解決了這種過濾材料存在的均布性較差和強(qiáng)度不高的缺點，為高效空氣過濾器提供了一種理想的過濾材料。駐極體靜電合成纖維過濾材料的產(chǎn)品化很大程度上解決了空氣過濾器效率與阻力的矛盾。

5 抗菌材料的選擇及存在的問題

目前國際上用于空調(diào)抗菌的材料主要有：① 納米氧化鈦光催化材料；② 納米銀；③ 冷觸媒；④ 生物酶；⑤兒茶素等。對這些抗菌材料進(jìn)行廣泛的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)除了光催化和納米銀這兩種材料以外，其他幾種材料或是性能未能確認(rèn)，或是技術(shù)只是屬于某一家公司所有，所以決定選擇納米氧化鈦和納米銀作為空氣過濾器的抗菌試驗材料。

納米氧化鈦和納米銀的抗菌、除臭的機(jī)理，國內(nèi)外已有相當(dāng)多的文獻(xiàn)進(jìn)行了詳盡的報道，近年來，國內(nèi)暖通空調(diào)雜志也有多篇文章進(jìn)行了綜述，在此不再重復(fù)。雖然這兩種材料國際上已有成熟產(chǎn)品，目前僅日本就有1000多家生產(chǎn)光催化納米氧化鈦材料的公司[9]，國內(nèi)的生產(chǎn)廠也有如“雨后春筍”，但是畢竟良莠不齊、魚目混珠，真假難辨。

對于光觸媒二氧化鈦，目前存在的主要的問題是：① 光觸媒二氧化鈦是微粒狀的物質(zhì)，粒子的顆粒愈小時，其表面積愈大，能吸收的光能越多，效果也越好。通常二氧化鈦需要在納米級，才能有足夠的表面積進(jìn)行光觸媒反應(yīng)。但顆粒越小所需要的制作成本越大，現(xiàn)在有些制造廠為了降低成本而采用微米級的光觸媒，效率大打折扣，因此第一步必須從國內(nèi)近百家生產(chǎn)廠中選擇合格的產(chǎn)品，困難很大[10]；② 太陽能利用率低，大部分光觸媒二氧化鈦必須有紫外線光照射才能起作用，目前在普通日光下，甚至是黑暗條件下也能抗菌的納米氧化鈦材料已經(jīng)研制成功，但需要進(jìn)一步驗證[9，10]；③ 負(fù)載技術(shù)，納米氧化鈦產(chǎn)品為粉體狀，因此尋找既能保持高催化活性又能維持負(fù)載材料的物性，而且能均勻、牢固地使催化劑固定在負(fù)載材料表面的技術(shù)是十分困難的[10]。
納米銀材料存在的主要問題除了其抗菌不需要光催化外，其他與光觸媒二氧化鈦相同。

6 光催化駐極體靜電空氣過濾器研制及試驗結(jié)果

為了解決上述問題，對國內(nèi)和國外多種納米氧化鈦和納米銀材料進(jìn)行了調(diào)查，從中各選擇了3種產(chǎn)品，送交廣東省微生物分析檢測中心進(jìn)行檢測，根據(jù)GB15979-2002等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定的測試方法[11-13]進(jìn)行了抗菌性能測試。測試結(jié)果表明，雖然經(jīng)過篩選，最后確定的6種材料的抗菌性能仍有一定的差異。對納米氧化鈦的太陽能利用率同時進(jìn)行了測試，作為綜合指標(biāo)進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)開發(fā)的普通光型納米氧化鈦的抗菌效果已經(jīng)接近光催化型納米氧化鈦。在上述測試的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了負(fù)載技術(shù)研究。參考國內(nèi)外研究成果，最后決定，對納米銀材料采用合成法，即按一定比例將聚丙烯纖維切片與納米銀粉體混合，然后進(jìn)行熔噴和靜電充電，生成納米銀駐極體靜電過濾材料；對于納米氧化鈦則配制成快干溶液，這種溶液具有很好的附著力，采用高壓噴霧法，可以均勻附著在駐極體靜電過濾材料上。表3是3種合成材料的抗菌性能測試結(jié)果，分別是① 納米銀駐極體靜電過濾材料；②納米氧化鈦駐極體靜電過濾材料；③納米氧化鈦、納米銀駐極體靜電過濾材料。

表3 抗菌材料分析檢測結(jié)果（細(xì)菌含量單位cfu/cm2）

材料編號	檢測內(nèi)容	大腸埃希氏菌	金黃色葡萄球菌
①	“0小時”接觸的細(xì)菌含量	2.5×105
	“8小時”接觸的細(xì)菌含量	8.0×105
	抗菌率（%）	無
	“0小時”接觸的細(xì)菌含量	2.5×105	6.0×105
	“24小時”接觸的細(xì)菌含量	3.8×104	3.8×104
	抗菌率（%）	84.8	36.67
②	“0小時”接觸的細(xì)菌含量	3.0×105
	“8小時”接觸的細(xì)菌含量	4.5×103
	抗菌率（%）	85.13
	“0小時”接觸的細(xì)菌含量	2.5×105	6×104
	“24小時”接觸的細(xì)菌含量	<10	<10
	抗菌率（%）	99.996	99.98
③	“0小時”接觸的細(xì)菌含量	3.0×105
	“8小時”接觸的細(xì)菌含量	10
	抗菌率（%）	99.93
	“0小時”接觸的細(xì)菌含量	2.5×105	6×104
	“24小時”接觸的細(xì)菌含量	<2	<2
	抗菌率（%）	99.999	99.997

檢測結(jié)論是納米氧化鈦駐極體靜電過濾材料和納米氧化鈦、納米銀駐極體靜電過濾材料在普通光線下均具有很強(qiáng)的抗菌作用。由于空氣過濾器的抗菌功能不是要求殺滅流動空氣中的微生物，而是需要殺滅沉積在過濾器上的微生物，因此以上抗菌材料中的后面兩種都滿足要求。至于納米銀合成的過濾材料為何抗菌率不高，原因不清，可能試驗所選擇的材料有關(guān)。不過，根據(jù)國內(nèi)的研究報告可以看出，國內(nèi)的納米銀無紡布具有很強(qiáng)的抗菌能力，因此建議采用低阻力納米銀無紡布作為粗效空氣過濾器，與納米氧化鈦、納米銀駐極體靜電過濾材料制造成高效過濾器聯(lián)合使用。

采用納米氧化鈦、納米銀駐極體靜電過濾材料制造成高效過濾器的過濾效率測試結(jié)果如表4所示。

表4 納米銀駐極體靜電高效過濾器測試結(jié)果

名稱	測試結(jié)果
規(guī)格尺寸/mm	500×600×150
風(fēng)量/m3/h	500
面風(fēng)速/m/s	0.5
過濾效率/%	99.99
空氣阻力/Pa	62

7 結(jié)論

提高空調(diào)系統(tǒng)防御疾病傳播的功能，改善空調(diào)房間的空氣品質(zhì)，是當(dāng)前暖通空調(diào)專業(yè)人員一項義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。將國內(nèi)外先進(jìn)的過濾材料制造工藝，與確實可靠的抗菌材料有機(jī)的結(jié)合在一起，是研制新型高效、低阻力、抗菌過濾材料的一種行之有效的途徑

筆者研制成功的納米氧化鈦、納米銀駐極體靜電過濾材料具有很強(qiáng)的抗菌作用，采用這種材料制造的空氣過濾器效率高、阻力低、價格便宜，解決了長期以來，空氣過濾器阻力大、二次污染的難題，為改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，防止疾病的傳播提供了一種實用的產(chǎn)品。