風機盤管空氣凈化器凈化甲醛實驗研究

胡赟

摘 要：該研究將駐極體纖維、負載光觸媒的活性碳纖維和活性高錳酸鉀球集成在風機盤管上，構成風機盤管空氣凈化器，并對凈化器機理和凈化甲醛實驗進行詳細的介紹。實驗結果表明，風機盤管空氣凈化器對甲醛具有很高的效率，經110 min，艙內甲醛濃度從1.041 mg/m3降到0.1 mg/m3。

關鍵詞：風機盤管 空氣凈化器 室內空氣 甲醛凈化

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0115-02

1 背景

隨著我國社會經濟的長足發展，新建了大量酒店、商場、學校、寫字樓等大型建筑，這些大型建筑都采用中央空調技術營造舒適的人工環境[1]。中央空調系統由冷熱源系統和空氣調節系統組成，采用液體汽化制冷的原理為空氣調節系統提供所需冷量，用以抵消室內環境的冷負荷；制熱系統為空氣調節系統提供用以抵消室內環境熱負荷的熱量。風機盤管是中央空調理想的末端產品，由熱交換器、水管、過濾器、風扇、接水盤、排氣閥、支架等組成，其工作原理是機組內不斷的再循環所在房間的空氣，使空氣通過冷水（熱水）盤管后被冷卻（加熱），以保持房間溫度的恒定。為了節能，酒店、寫字樓等基本上形成了封閉式辦公大樓。根據我國現行的暖通設計規范，從建筑節能及設備條件出發，提高能耗的效率，建筑物的密封性增強，引入的新風量比較低，室內通風成為建筑物內部空氣循環，因此中央空調風機盤上滋生的細菌病毒和室內裝修材料長期散發有害的污染物會使室內空氣中污染形成累積效應，引起室內空氣質量下降甚至惡化，對人體健康產生危害。

目前的空氣凈化器可分為過濾型、高壓靜電型、復合多功能型等多種形式，但是過濾型濾料通常采用HEPA，過濾阻力較大；高壓靜電型比較笨重且易產生臭氧形成二次污染；負離子型不能凈化有機揮發性氣體；復合多功能型如等離子體易產生中間污染物，形成二次污染[2-5]。

2 凈化器結構及工作原理

為解決中央空調風機盤管室內空氣污染問題，該研究開發了一種風機盤管空氣凈化器，風機盤管空氣凈化器安裝在風機與盤管之間，對風機盤管熱交換空氣先進行凈化消毒，使室內空氣溫度濕度變得舒適宜人的同時提高空氣的潔凈度。凈化器是在風機盤管的基礎上進行設計，使其適應風機盤管風機壓頭裕量較小（凈化器阻力損失≤50Pa）的特點。凈化器設置在風機盤的風機和換熱器之間，使風機盤管風機吹到盤管之前先進行空氣凈化，凈化后的風再經盤管進行冷熱交換升溫（或降溫），最后由盤管出口送出。空氣凈化器由駐極體纖維布、紫外燈、活性碳纖維、光觸媒和活性高錳酸鉀球等組成，它將高效靜電除塵、紫外殺菌、活性碳吸附、光催化、氧化還原等技術集成一體。凈化原理圖和結構示意圖分別如圖1和圖2所示。

其工作原理是當風機抽吸房間空氣時，回風先經過凈化器中的駐極體纖維布，駐極體纖維布內電荷產生的靜電作用下，空氣中的微細粉塵（如PM10、PM2.5）被駐極纖維布捕獲，同時部分負載在粉塵的上細菌病毒等也隨之被捕獲。經過除塵后的空氣進入活性碳——光催化模塊，在光催化的紫外燈照射下，空氣被殺菌消毒。空氣中的污染物（苯、甲苯、二甲苯等苯系物及TVOC等）被活性碳——光催化模塊中的活性碳吸附。同時，光催化劑開始光催化分解空氣中的污染物，對活性碳纖維實現再生。經過活性碳-光催化凈化后的空氣進入活性高錳酸鉀球模塊，活性高錳酸鉀球對逃逸出來的污染物（甲醛）進行凈化，凈化后的空氣由風機盤管排出。

3 凈化甲醛實驗研究

在室內空氣模擬艙內進行甲醛凈化實驗研究，模擬艙尺寸3m×2m×2m，模擬艙框架為不銹鋼，天棚、地面和四周壁面玻璃，模擬艙已建成10年，因此模擬艙組成材料對實驗結果不會產生影響。本研究以難以凈化的甲醛氣體作為研究對象，根據《空氣凈化器》（GB/T 18801-2008）要求，模擬艙內配制甲醛為1mg/m3作為檢測凈化器效率的初始濃度。本研究采用濃度為37%的甲醛分析純（密度1.08g/mL）來制取甲醛氣體。根據模擬艙的體積10m3和欲配制甲醛氣體的濃度1.0mg/m3計算出所需甲醛溶液量30μl。將甲醛分析純搖勻后用10μl微量注射器抽取，每次10μl甲醛溶液，抽三次共計30μl，全部注入到裝有50mL水的燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中加熱，開啟艙內空調的循環風模式使艙內空氣混合均勻，控制水浴鍋的加熱時間使艙內甲醛氣體平均濃度達1mg/m3，開啟加濕器，使實驗艙內空氣相對濕度達50%～60%時，開啟凈化器。

甲醛氣體濃度檢測：GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》附錄A室內空氣監測技術中規定小于50m2的房間應設1～3個點，呈對角線或梅花式均勻分布，采樣點應避開通風口，離墻壁距離應大于0.5m，采樣點的高度原則上與人的呼吸帶高度相一致，相對高度為0.5～1.5m之間。本實驗將凈化器置于模擬艙一個角落，在模擬艙對角線中心距艙底1.2m高度位置設采樣儀點，采樣儀器為甲醛在線監測儀，監測儀采用英國原裝電化學傳感器，分辨率：0.01ppm。

3.1 凈化器未加活性高錳酸鉀球

凈化器未加高錳酸鉀球，只有過濾和紫外燈、活性炭光催化劑。凈化甲醛曲線如圖3所示。

從圖3可以看出在凈化器的作用下，隨著時間增長艙內甲醛濃度逐漸降低，呈指數曲線降低。經7.83 h（465 min）后，艙內甲醛濃度從1.01mg/m3降到0.1mg/m3。活性炭是非極性分子，而甲醛是極性分子。根據同極相容，異極相斥原理，活性炭對甲醛吸附能力有限，光催化分解效率比較緩慢，凈化近7.83 h才實現達標。

3.2 凈化器加活性高錳酸鉀球

凈化器所有組成駐極體纖維過濾和紫外燈、活性炭光催化劑和活性高錳酸鉀球等模塊正常運行，凈化甲醛曲線如圖4所示。

從圖4可以看出在凈化器的作用下，隨著時間增長艙內甲醛濃度逐漸降低，幾乎呈線性降低。經100min后，甲醛濃度從1.04mg/m3降到0.1mg/m3，實現達標。

活性高錳酸鉀球以氧化鋁球為載體，表面浸漬高錳酸鉀。氧化鋁球表面上有很多微小孔隙，具有非常大的比表面積，對污染物具有強吸附作用。高錳酸鉀具有強氧化性，同時甲醛具有還原性，活性氧化鋁還具有催化作用。凈化器開啟后，空氣中甲醛在通過活性高錳酸鉀球模塊時，甲醛被活性高錳酸鉀球吸附并與之發生氧化還原反應，從活性碳光催化逃逸出來甲醛被活性酸鉀球高效凈化。

4 結論

（1）凈化器具有較高的甲醛凈化效率，110min艙內甲醛濃度從1.04mg/m3降到0.1mg/m3，1h平均凈化效率約50%，滿足《空氣凈化器環保認證規則》（CQC51?448155?2011）要求（氣態污染物凈化效率≥ 25%）。

（2）未加活性高錳酸球，在活性炭吸附和光催化劑的作用下，經7.83h，艙內甲醛濃度從艙內甲醛濃度從1.01mg/m3降到0.1 mg/m3；在活性炭吸附和光催化及活性高錳酸鉀球氧化作用下，經110 min，艙內甲醛濃度從1.04mg/m3降到0.1mg/m3。

（3）常規空氣凈化器僅靠活性碳吸附和