风机盘管空气净化器净化甲醛实验研究

胡赟

摘 要：该研究将驻极体纤维、负载光触媒的活性碳纤维和活性高锰酸钾球集成在风机盘管上，构成风机盘管空气净化器，并对净化器机理和净化甲醛实验进行详细的介绍。实验结果表明，风机盘管空气净化器对甲醛具有很高的效率，经110 min，舱内甲醛浓度从1.041 mg/m3降到0.1 mg/m3。

關键词：风机盘管 空气净化器 室内空气 甲醛净化

中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0115-02

1 背景

随着我国社会经济的长足发展，新建了大量酒店、商场、学校、写字楼等大型建筑，这些大型建筑都采用中央空调技术营造舒适的人工环境[1]。中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成，采用液体汽化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。风机盘管是中央空调理想的末端产品，由热交换器、水管、过滤器、风扇、接水盘、排气阀、支架等组成，其工作原理是机组内不断的再循环所在房间的空气，使空气通过冷水（热水）盘管后被冷却（加热），以保持房间温度的恒定。为了节能，酒店、写字楼等基本上形成了封闭式办公大楼。根据我国现行的暖通设计规范，从建筑节能及设备条件出发，提高能耗的效率，建筑物的密封性增强，引入的新风量比较低，室内通风成为建筑物内部空气循环，因此中央空调风机盘上滋生的细菌病毒和室内装修材料长期散发有害的污染物会使室内空气中污染形成累积效应，引起室内空气质量下降甚至恶化，对人体健康产生危害。

目前的空气净化器可分为过滤型、高压静电型、复合多功能型等多种形式，但是过滤型滤料通常采用HEPA，过滤阻力较大；高压静电型比较笨重且易产生臭氧形成二次污染；负离子型不能净化有机挥发性气体；复合多功能型如等离子体易产生中间污染物，形成二次污染[2-5]。

2 净化器结构及工作原理

为解决中央空调风机盘管室内空气污染问题，该研究开发了一种风机盘管空气净化器，风机盘管空气净化器安装在风机与盘管之间，对风机盘管热交换空气先进行净化消毒，使室内空气温度湿度变得舒适宜人的同时提高空气的洁净度。净化器是在风机盘管的基础上进行设计，使其适应风机盘管风机压头裕量较小（净化器阻力损失≤50Pa）的特点。净化器设置在风机盘的风机和换热器之间，使风机盘管风机吹到盘管之前先进行空气净化，净化后的风再经盘管进行冷热交换升温（或降温），最后由盘管出口送出。空气净化器由驻极体纤维布、紫外灯、活性碳纤维、光触媒和活性高锰酸钾球等组成，它将高效静电除尘、紫外杀菌、活性碳吸附、光催化、氧化还原等技术集成一体。净化原理图和结构示意图分别如图1和图2所示。

其工作原理是当风机抽吸房间空气时，回风先经过净化器中的驻极体纤维布，驻极体纤维布内电荷产生的静电作用下，空气中的微细粉尘（如PM10、PM2.5）被驻极纤维布捕获，同时部分负载在粉尘的上细菌病毒等也随之被捕获。经过除尘后的空气进入活性碳——光催化模块，在光催化的紫外灯照射下，空气被杀菌消毒。空气中的污染物（苯、甲苯、二甲苯等苯系物及TVOC等）被活性碳——光催化模块中的活性碳吸附。同时，光催化剂开始光催化分解空气中的污染物，对活性碳纤维实现再生。经过活性碳-光催化净化后的空气进入活性高锰酸钾球模块，活性高锰酸钾球对逃逸出来的污染物（甲醛）进行净化，净化后的空气由风机盘管排出。

3 净化甲醛实验研究

在室内空气模拟舱内进行甲醛净化实验研究，模拟舱尺寸3m×2m×2m，模拟舱框架为不锈钢，天棚、地面和四周壁面玻璃，模拟舱已建成10年，因此模拟舱组成材料对实验结果不会产生影响。本研究以难以净化的甲醛气体作为研究对象，根据《空气净化器》（GB/T 18801-2008）要求，模拟舱内配制甲醛为1mg/m3作为检测净化器效率的初始浓度。本研究采用浓度为37%的甲醛分析纯（密度1.08g/mL）来制取甲醛气体。根据模拟舱的体积10m3和欲配制甲醛气体的浓度1.0mg/m3计算出所需甲醛溶液量30μl。将甲醛分析纯摇匀后用10μl微量注射器抽取，每次10μl甲醛溶液，抽三次共计30μl，全部注入到装有50mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中加热，开启舱内空调的循环风模式使舱内空气混合均匀，控制水浴锅的加热时间使舱内甲醛气体平均浓度达1mg/m3，开启加湿器，使实验舱内空气相对湿度达50%～60%时，开启净化器。

甲醛气体浓度检测：GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》附录A室内空气监测技术中规定小于50m2的房间应设1～3个点，呈对角线或梅花式均匀分布，采样点应避开通风口，离墙壁距离应大于0.5m，采样点的高度原则上与人的呼吸带高度相一致，相对高度为0.5～1.5m之间。本实验将净化器置于模拟舱一个角落，在模拟舱对角线中心距舱底1.2m高度位置设采样仪点，采样仪器为甲醛在线监测仪，监测仪采用英国原装电化学传感器，分辨率：0.01ppm。

3.1 净化器未加活性高锰酸钾球

净化器未加高锰酸钾球，只有过滤和紫外灯、活性炭光催化剂。净化甲醛曲线如图3所示。

从图3可以看出在净化器的作用下，随着时间增长舱内甲醛浓度逐渐降低，呈指数曲线降低。经7.83 h（465 min）后，舱内甲醛浓度从1.01mg/m3降到0.1mg/m3。活性炭是非极性分子，而甲醛是极性分子。根据同极相容，异极相斥原理，活性炭对甲醛吸附能力有限，光催化分解效率比较缓慢，净化近7.83 h才实现达标。

3.2 净化器加活性高锰酸钾球

净化器所有组成驻极体纤维过滤和紫外灯、活性炭光催化剂和活性高锰酸钾球等模块正常运行，净化甲醛曲线如图4所示。

从图4可以看出在净化器的作用下，随着时间增长舱内甲醛浓度逐渐降低，几乎呈线性降低。经100min后，甲醛浓度从1.04mg/m3降到0.1mg/m3，实现达标。

活性高锰酸钾球以氧化铝球为载体，表面浸渍高锰酸钾。氧化铝球表面上有很多微小孔隙，具有非常大的比表面积，对污染物具有强吸附作用。高锰酸钾具有强氧化性，同时甲醛具有还原性，活性氧化铝还具有催化作用。净化器开启后，空气中甲醛在通过活性高锰酸钾球模块时，甲醛被活性高锰酸钾球吸附并与之发生氧化还原反应，从活性碳光催化逃逸出来甲醛被活性酸钾球高效净化。

4 结论

（1）净化器具有较高的甲醛净化效率，110min舱内甲醛浓度从1.04mg/m3降到0.1mg/m3，1h平均净化效率约50%，满足《空气净化器环保认证规则》（CQC51?448155?2011）要求（气态污染物净化效率≥ 25%）。

（2）未加活性高锰酸球，在活性炭吸附和光催化剂的作用下，经7.83h，舱内甲醛浓度从舱内甲醛浓度从1.01mg/m3降到0.1 mg/m3；在活性炭吸附和光催化及活性高锰酸钾球氧化作用下，经110 min，舱内甲醛浓度从1.04mg/m3降到0.1mg/m3。

（3）常规空气净化器仅靠活性碳吸附和