中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究是上海交通大學(xué)組織開(kāi)展多學(xué)科交叉中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置科研項目，一項旨在研制一種新型多重空氣凈化消毒系統，使之能夠通過(guò)巧妙的結構設計復合集成高壓靜電、紫外線(xiàn)、鍍銀過(guò)濾和納米光催化技術(shù)，并建設一個(gè)對中央空調系統殺菌、除病毒處理裝置的檢測平臺和檢驗的方法，填補國內對工程應用的殺菌裝置沒(méi)有統一標準和檢測方法的空白的研究計劃。在時(shí)間短、任務(wù)緊迫的情況下，為解決大眾對中央空調可能成為非典型肺炎（SARS）病毒傳播工具的困惑驚惶，尤其防止醫院含有病原微生物的被污染空氣通過(guò)空調系統擴大對人群、醫護人員的感染，研制一套殺菌效率高、無(wú)二次污染、裝置阻力小、安裝維護簡(jiǎn)便、易于操作的適合于樓宇空調應用的高新技術(shù)空氣清潔裝置具有特殊的重要意義和研究?jì)r(jià)值。將這項技術(shù)應用于建筑樓宇的中央空調系統中，在傳染病肆虐時(shí)期對醫院人員的健康提供有效保障，并對于穩定社會(huì )穩定有重大意義，SARS的流行給傳統中央空調的設計提出了質(zhì)疑，引亮了紅燈，使空調行業(yè)受到重創(chuàng )，但是也給中央空調實(shí)現健康升級提供了機遇，給對原有中央空調系統進(jìn)行改造帶來(lái)了巨大商機，空氣凈化裝置在SARS期間和期后如雨后春筍般的成長(cháng)足以說(shuō)明這一點(diǎn)。

　　另外，這項技術(shù)對于今后提高公共場(chǎng)所室內空氣品質(zhì)，增進(jìn)人們身心健康和提高員工工作效率都具有長(cháng)遠意義，使得空調更加以人為本、服務(wù)于人，是目前極具有發(fā)展潛力和商業(yè)化前景的一個(gè)綠色室內環(huán)保領(lǐng)域。然而，要使得新型復合凈化裝置真正走向實(shí)用化和產(chǎn)品化，還必須對其結構布置、凈化效率、以及對空氣凈化裝置的生物檢測方法上和實(shí)際應用效果上開(kāi)展全面而深入的研究和探討。本項目通過(guò)一些應用基礎研究，以新型復合空氣潔凈裝置的高效滅菌為研究目標，在模擬中央空調室內微環(huán)境的測試平臺上做了大量實(shí)驗工作，在應用噬菌體模擬空氣中傳播病毒以實(shí)測凈化裝置的滅菌效果上取得了國際先進(jìn)水平性的突破。其涉及設計空氣調節工程、空氣動(dòng)力學(xué)、電磁場(chǎng)高壓靜電技術(shù)、納米光催化技術(shù)、室內微生物學(xué)、材料科學(xué)等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

　　與以往凈化裝置相比較，中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著(zhù)進(jìn)步，設計結構科學(xué)合理，集多種殺菌、滅毒的最新技術(shù)于一體，優(yōu)勢互補，達到了快速、徹底、有效殺毒殺菌的目的，系統阻力小，工作可靠、無(wú)二次污染、安裝維護簡(jiǎn)便、使用方便、形式靈活，可根據需要設計，適用多種場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)。

　　經(jīng)過(guò)緊張充實(shí)的努力和探索，在上海市科委專(zhuān)項基金項目的資助下，取得了下列系列進(jìn)展：

　　一、中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置的成功研制

　　本課題研制的裝置主要由針型負高壓電極、載銀導電吸附層、正壓平流吸附層和紫外燈組成，針型負高壓電極的電暈放電，形成負離子流，將空氣中灰塵、細菌、病毒離子荷電，并在電場(chǎng)力作用下向陽(yáng)極板方向運動(dòng)，并隨之電荷中和，既可以除塵，又具有殺滅病毒作用；為了增強吸附作用，特采用后端附加的正壓平流吸附電場(chǎng)，將氣流中遺留的荷電微粒進(jìn)一步吸附；載銀導電吸附層的應用既增加了吸附作用，同時(shí)又具有殺毒作用；C波段紫外線(xiàn)滅菌燈（紫外線(xiàn)波長(cháng)254nm）殺菌滅毒效果好，其對吸附層的大功率長(cháng)時(shí)間的均勻照射，保證了對吸附的各種病毒病菌的殺滅作用。這種復合技術(shù)的多重殺菌滅毒裝置，能夠接近100%殺滅很多普通中央空調所不能殺滅的室內空氣中病毒病菌，基于這種殺菌原理可以靈活的設計改造成具體產(chǎn)品形式，安裝于大型和戶(hù)式中小型空調設備或系統的風(fēng)管內。該裝置已在中國專(zhuān)利局注冊申請專(zhuān)利保護，裝置在空調系統的應用文章已被制冷空調新技術(shù)進(jìn)展收錄，于2003年11月出版，供本領(lǐng)域的專(zhuān)家、工程界人士研討參考。

　　二、模擬中央空調室內微環(huán)境的測試平臺

　　本研究建立了模擬空調室內微環(huán)境的測試平臺，可進(jìn)行溫、濕度控制，滿(mǎn)足中央空調對室內空氣微環(huán)境調節控制的要求，能夠在此平臺上檢測各種室內空氣凈化裝置效果。平臺為全封閉空氣循環(huán)系統，布置了測試箱、加濕器、加熱器、換熱器和試驗段等，被檢測裝置在試驗段可方便的拆卸更換，進(jìn)行各種物理化學(xué)測試和生物學(xué)病毒檢測，其動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試效果對工程應用都具備高可信度的參考價(jià)值。該測試平臺已申請了中國發(fā)明專(zhuān)利保護，基于平臺的檢測實(shí)驗論文已被中國科學(xué)界最高期刊《科學(xué)通報》錄用。

　　三、中央空調系統滅菌除病毒裝置的生物學(xué)檢測方法

　　本研究利用從環(huán)境中提取的抗逆性超過(guò)SARS病毒的JD-II-3噬菌體病毒來(lái)模擬代替真正的冠狀病毒，由超聲霧化器以1～5微米直徑液滴的形式均勻分散到空氣中形成比較穩定的病毒氣溶膠，經(jīng)過(guò)大量試驗摸索建立了用明膠-素瓊脂雙層平板通過(guò)氣流沖擊法回收測定空氣中噬菌體濃度的方法，整套方法考查了原液濃度、霧化速度、風(fēng)速、采樣時(shí)間、噬菌斑測定條件等一系列條件和參數的影響關(guān)系。建立的這一整套用噬菌體病毒霧化、散布、采集和回收培養來(lái)模擬空氣中病毒氣溶膠的方法是國際上首次在接近實(shí)際工程應用的測試條件下對空氣凈化裝置的去除病毒效果進(jìn)行系統的測定方法，對于提高空氣凈化產(chǎn)品的質(zhì)量，規范市場(chǎng)管理和保證公眾健康都具有重要意義。

　　四、實(shí)驗檢測和實(shí)際工程

　　在實(shí)驗平臺上檢測中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置具有非常明顯的凈化空氣的優(yōu)勢，能夠短時(shí)間內達到99.4％的凈化效率，根據1999 ASHRAE Applications Handbooks （SI）推斷對空氣中包括濾過(guò)性病毒、細菌氣溶膠和真菌孢子等的微生物顆粒的過(guò)濾殺滅效率至少可以達到99.999％以上；一次通過(guò)凈化裝置去除后的噬菌體量已經(jīng)達到測定方法的最低限，比用空管測出的噬菌體數量降低2～4個(gè)數量級，表明散布到空氣中的多數噬菌體已經(jīng)被有效去除；試驗還發(fā)現高壓靜電場(chǎng)或紫外光照射不會(huì )產(chǎn)生二次污染，如臭氧。在上海交通大學(xué)后勤大樓實(shí)地檢測結果表明中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置對微塵的平均凈化全效率為86.2％；上海市疾病預防研究院對后勤大樓安裝有凈化裝置的房間測試，在2小時(shí)內使一個(gè)220m³的會(huì )議室內空氣中微生物由90cfu/m³下降到30cfu/m³.可見(jiàn)本裝置應用于辦公樓宇、公共場(chǎng)所、醫院病房等的中央空調回風(fēng)管道中，對防止病毒的傳播，是去除空氣懸浮氣溶膠的實(shí)際可行的有效方法，必將對室內人員的健康有益，對降低人群交叉感染起到一定的作用。

　　研究背景

　　爆發(fā)的全球非典疫情使得人們對建筑的安全性進(jìn)行了深層反思，通風(fēng)換氣一度被認為是最有效的防范非典措施。而空調系統則成為了眾人質(zhì)疑的病毒傳播途徑。國家衛生部、建設部、科技部聯(lián)合制定了《建筑空調通風(fēng)系統預防非典、確保安全使用的應急管理措施》，措施對中央空調通風(fēng)系統的使用進(jìn)行了嚴格規定，同時(shí)通知要求中央空調使用前必須進(jìn)行清洗和消毒處理。

　　本課題就是在這樣的背景下開(kāi)展的，主要針對中央空調系統中的空氣清潔滅菌問(wèn)題，建立了模擬空調室內微環(huán)境的測試平臺，研制能夠接近100%殺滅氣流中病毒病菌的裝置。該測試平臺可進(jìn)行溫濕度控制，達到中央空調對室內空氣微環(huán)境調節控制的要求。在全封閉的系統中通過(guò)布置各類(lèi)空氣凈化裝置，可以篩選、檢測各類(lèi)裝置對空氣的除塵、除病毒的效率。并且結合該平臺，利用從環(huán)境中的抗逆性超過(guò)SARS病毒的JD-II-3噬菌體病毒來(lái)模擬代替真正的冠狀病毒，由超聲霧化器以1～5微米直徑液滴的形式均勻分散到空氣中形成比較穩定的病毒氣溶膠，經(jīng)過(guò)大量試驗摸索建立了用明膠雙層平板通過(guò)氣流沖擊法回收測定空氣中噬菌體濃度的方法，整套方法考查了原液濃度、霧化速度、風(fēng)速、采樣時(shí)間、噬菌斑測定條件等一系列條件和參數的影響關(guān)系。這是國際上首次在接近實(shí)際工程應用的測試條件下對空氣凈化裝置的去除病毒效果進(jìn)行系統的測定。

　　通過(guò)測試平臺試驗篩選，設計研制了新型復合多重除病菌裝置，主要由活性炭纖維網(wǎng)、鍍銀過(guò)濾段、高壓靜電場(chǎng)和紫外燈組成，可安裝于大型和戶(hù)式中小型空調設備或系統的風(fēng)管內，與以往凈化裝置相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著(zhù)進(jìn)步，設計結構科學(xué)合理，集多種殺菌、滅毒的最新技術(shù)于一體，優(yōu)勢互補，達到了快速、徹底、有效殺毒殺菌的目的，系統阻風(fēng)力小，工作可靠、使用方便。裝置的除塵殺菌原理可簡(jiǎn)單如下說(shuō)明，針型負高壓電極電暈放電，形成負離子流，將空氣中灰塵、細菌、病毒離子荷電，在電場(chǎng)力作用下向陽(yáng)極板方向運動(dòng)，并隨之電荷中和，既可以除塵，又具有殺滅病毒作用。為了增強吸附作用，特采用后端附加的高壓均勻電場(chǎng)，將氣流中遺留的荷電粒子進(jìn)一步吸附；載銀導電吸附層的應用既增加了吸附作用，同時(shí)又具有殺毒作用。另外，附加電場(chǎng)中C波段紫外線(xiàn)滅菌燈（紫外線(xiàn)波長(cháng)254nm）殺菌滅毒效果好，其對吸附層的大功率長(cháng)時(shí)間的均勻照射，保證了對吸附的各種病毒病菌的殺滅作用。

　　在模擬中央空調環(huán)境的試驗平臺上，對高壓靜電復合凈化裝置和納米光催化復合凈化裝置進(jìn)行了試驗檢測。結果顯示，裝置的阻力損失低，滿(mǎn)足相當于中效過(guò)濾器的阻力限值，適合在工程中應用到中央空調系統。高壓靜電復合裝置有非常明顯的凈化空氣的優(yōu)勢，能夠短時(shí)間內達到99.4％的凈化效率，根據1999 ASHRAE Applications Handbooks （SI）推斷對空氣中微生物顆粒的過(guò)濾殺滅效率至少可以達到99.999％以上；試驗還發(fā)現靜電場(chǎng)或紫外光照射對系統內臭氧含量的影響微小。對裝置的去病毒效果進(jìn)行了反復多次測定，發(fā)現該裝置對空氣中病毒溶膠具有顯著(zhù)的去除和殺滅作用，一次通過(guò)凈化裝置去除后的噬菌體量已經(jīng)達到測定方法的最低限，比用空管測出的噬菌體數量降低2~4個(gè)數量級，表明散布到空氣中的多數噬菌體已經(jīng)被有效去除。

　　在上海交通大學(xué)后勤大樓和上海市第六人民醫院的病房?jì)鹊闹醒肟照{回風(fēng)口分別安裝高壓靜電、紫外燈和ACF復合凈化裝置和納米光催化、紫外燈凈化除菌裝置。實(shí)地檢測結果顯示高壓靜電復合裝置對微塵的平均凈化全效率為86.2％，根據1999 ASHRAE Applications Handbooks（SI）推斷至少可以去除96％以上的包括濾過(guò)性病毒、細菌氣溶膠和真菌孢子等的微生物顆粒。對房間空氣中微生物顆粒進(jìn)行采集培養發(fā)現，1.5小時(shí)內沉降菌可以降低50％左右，懸浮菌可以減少1～2個(gè)數量級。上海市疾病預防控制中心對上海交通大學(xué)后勤大樓安裝有凈化裝置的房間微生物應用撞擊法采樣，測試凈化裝置在2小時(shí)內使一個(gè)220m³的會(huì )議室內空氣中微生物由90cfu/m³下降到30cfu/m³，報告認為本裝置可應用于辦公樓宇、公共場(chǎng)所、醫院病房等的中央空調回風(fēng)管道中，防止病毒的傳播，是去除空氣懸浮氣溶膠的實(shí)際可行的有效方法，必將對室內人員的健康有益，對降低人群交叉感染起到一定的作用。

　　課題組還對光催化技術(shù)的殺菌效果進(jìn)行了研究，采用半透明的硅膠作為T(mén)iO₂光催化劑載體，充分利用紫外光照射，設計了不銹鋼網(wǎng)格框架固定催化材料，這種負載型納米光催化材料在凈化裝置里面的固定方法工藝簡(jiǎn)單，不用任何黏結劑，沒(méi)有老化脫落問(wèn)題的產(chǎn)生，同時(shí)保持了納米光催化劑原有的活性，對光的利用幾乎也沒(méi)有產(chǎn)生影響。其殺菌原理認為是光激發(fā)TiO₂首先破壞細胞壁和細胞膜，然后和細胞內的組成成分發(fā)生生化反應，導致功能單元失活而致細胞死亡。試驗檢測以光催化氧化為核心技術(shù)開(kāi)發(fā)的納米光催化復合凈化裝置對噬菌體病毒半小時(shí)可殺滅50％左右，效果較好�？梢�(jiàn)納米光催化復合凈化裝置對室內空氣中的某些氣態(tài)污染物和微生物也具有一定的分解和殺滅效率。

　　綜上所述，高壓靜電復合凈化裝置對室內空氣中含有的微塵和細菌、病毒等微生物氣溶膠具有高效持久的去除和殺滅效果，能夠防止因中央空調系統為媒介造成類(lèi)似非典型肺炎（SARS）病毒的傳播、擴散及引發(fā)的交叉感染。該裝置的結構設計合理，適合于在中央空調的回風(fēng)管道應用，在實(shí)際辦公樓宇和醫院病房的使用中也起到了較好的效果，用戶(hù)反應良好，能夠有效提高室內空氣品質(zhì)，解決了在流行病毒猖狂的時(shí)期人們不敢輕易使用中央空調的困惑，對于目前改善室內空氣品質(zhì)和今后有可能的預防流行性傳染性病毒必將起到重要作用，具有較高的推廣應用價(jià)值。

　　推廣應用前景與措施

　　中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置研究的成果使應用高科技復合技術(shù)抗擊非人為流行性傳染病的一個(gè)最直接有效的工具，已在辦公樓宇和醫院病房使用數月，用戶(hù)反應良好，期待能夠進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，進(jìn)一步降低成本，以便為公眾創(chuàng )造綠色清潔健康的室內空氣環(huán)境。本研究課題在短短4個(gè)月內，完成了實(shí)驗臺設計調試和各種裝置的測試優(yōu)化，表現了極佳的凝聚力和合作創(chuàng )新力，其研究人員的高水平、深厚理論背景都為課題的順利開(kāi)展奠定了堅實(shí)的基礎，共申請了六項中國發(fā)明專(zhuān)利，已錄用了2篇高質(zhì)量論文。

　　開(kāi)展并已顯示誘人前景的工作包括：

　　一、高壓靜電復合殺菌滅病毒裝置的工程化發(fā)展

　　空氣凈化領(lǐng)域在非典過(guò)后已成為各空調廠(chǎng)家大做文章的新賣(mài)點(diǎn)，改善以往只注重系統冷熱效果的缺陷，從對系統的健康上多加關(guān)注，而對原有中央空調系統進(jìn)行改造，增加送風(fēng)/回風(fēng)凈化裝置，改善室內空氣內循環(huán)的安全性則是一種直接快速有效的措施。在中小型家電業(yè)方面，開(kāi)發(fā)獨立高效的凈化器也是本裝置的一個(gè)應用方面。本研究裝置對室內空氣的除微塵、殺菌滅毒都具有高效，若進(jìn)一步結合納米光催化技術(shù)，對室內的有機氣態(tài)污染物分解，則達到了全方位的徹底凈化清潔效果。

　　二、檢測實(shí)驗臺有利于建設成公共平臺

　　在研制的模擬中央空調室內微環(huán)境實(shí)驗平臺上，結合用噬菌體做指示病毒測定空氣中病毒氣溶膠含量和活性的獨特方法，有望建設成公共的空氣凈化裝置效果檢測平臺，能夠靈敏、快速、可靠的檢測各種凈化裝置的物理化學(xué)性能和生物安全性、有效性，以期及時(shí)、客觀(guān)的評價(jià)各種凈化裝置的實(shí)際效果，有深遠的意義。該測試系統和病毒活性檢測方法已經(jīng)申請中國發(fā)明專(zhuān)利保護，期望能夠促進(jìn)我國工程應用中空氣生物學(xué)檢測研究的發(fā)展，填補空白。

　　目前，上述裝置的實(shí)用化已經(jīng)在上海交通大學(xué)后勤大樓的辦公房間（2套）和上海市第六人民醫院的病房（5套）得以應用，取得了可喜的實(shí)際效應，對裝置的深入理論研究和結構優(yōu)化研究也在進(jìn)行之中。

　　本課題組積極與空調生產(chǎn)廠(chǎng)家磋商，致力于裝置的產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)，推向市場(chǎng)；并尋求公共衛生健康中心、以及上海市疾病預防控制中心對檢測平臺的支持，致力于全面建設好這個(gè)公共平臺，以充分拓展和發(fā)揮已形成的眾多研究?jì)?yōu)勢和這些獨特的知識產(chǎn)權的成效，為室內環(huán)保建設做出貢獻。

　　主要技術(shù)文件目錄及來(lái)源

　　1. 中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置項目研制報告

　　2. 中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置項目測試報告

　�。�1）上海CDC測試報告

　�。�2）上海交通大學(xué)分析測試中心測試報告

　�。�3）上海交通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院噬菌體模擬空氣傳播病毒研究測試報告

　　3. 用戶(hù)使用報告

　�。�1）上海市第六人民醫院使用中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置報告

　�。�2）上海交通大學(xué)達通后勤大樓使用中央空調系統中空氣清潔滅病毒病菌裝置報告

　　4. 專(zhuān)利申請

　�。�1）中央空調空氣多重凈化消毒系統測試平臺，申請號：03129399.9 發(fā)明人：王如竹、晉新橋、谷波、陳亞珠、徐學(xué)敏、趙立平、陳杰、徐宇虹、胡鈞、毛軍發(fā)、林志新、胡文彬、上官文峰、鄭曉紅

　�。�2）中央空調出風(fēng)、回風(fēng)自動(dòng)消毒裝置，申請號：03129397.2發(fā)明人：陳亞珠、白景峰、黃延磊、胡文彬、毛軍發(fā)、潘剛、張素

　�。�3）測定空氣凈化裝置去除病毒效果的方法，申請號：03129400.6發(fā)明人：趙立平、徐學(xué)敏、徐宇虹、胡鈞、王如竹、晉新橋、谷波、陳亞珠、陳杰、毛軍發(fā)、林志新、胡文彬、上官文峰、鄭曉紅

　�。�4）可移動(dòng)式智能型局部空調回風(fēng)及殺菌裝置，申請號：03129398.0 發(fā)明人：王如竹、李玉國、黃新華、鄭曉紅、吳靜怡

　�。�5）測定空氣凈化裝置去除病毒效果的方法，申請號：03129400.6發(fā)明人：趙立平、徐學(xué)敏、徐宇虹、胡鈞、王如竹、晉新橋、谷波、陳亞珠、陳杰、毛軍發(fā)、林志新、胡文彬、上官文峰、鄭曉紅

　�。�6）光催化空氣凈化器，申請號：03129401.4發(fā)明人：上官文峰

　�。�7）中央空調出風(fēng)、回風(fēng)自動(dòng)消毒裝置，申請號：03129397.2發(fā)明人：陳亞珠、白景峰、黃延磊、胡文彬、毛軍發(fā)、潘剛、張素

　�。�8）具有殺菌消毒功能的載銀泡沫金屬的制備方法，申請號：03129402.2發(fā)明人：胡文彬、常程康、劉磊、劉河洲、丁文江

　　5. 發(fā)表文章

　�。�1）X.H.Zheng， R.Z.Wang， L.P.Zhao， Lisa X.， et al. Experimental Investigation of Hybrid Air Purifying Technology in Central Air-conditioning System， Chinese Science Bulletin， in press；

　�。�2）鄭曉紅，王如竹，趙立平，徐學(xué)敏，陳亞珠等，中央空調復合凈化除病毒技術(shù)實(shí)驗研究，科學(xué)通報，（已錄用）；

　�。�3）鄭曉紅，王如竹，晉欣橋，谷波，徐學(xué)敏，趙立平，陳亞珠等，高壓靜電除塵滅菌技術(shù)在中央空調系統的應用，2003全國制冷空調新技術(shù)研討會(huì )，（已錄用）；制冷空調新技術(shù)進(jìn)展（2003），上海交通大學(xué)出版社，2003年11月。