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房间空调器杀菌消毒功能探讨

作者:房间空调器杀菌消毒功能探讨  来源:房间空调器杀菌消毒功能探讨  发布时间:2011-5-9 7:57:44

房间空调器杀菌消毒功能探讨

摘要:本文讨论在住宅和类似场所控制室内空气中微生物污染的要求,以及一些杀菌消毒方法的应用。指出对室内空气进行杀菌消毒必须付出相应的技术经济代价,而且,一些措施会产生副作用;对于住宅和类似场所,由于经空气传播感染的疾病传染风险很低,有效抑制微生物的存活、繁殖,而不必采用杀灭的方法就可以满足卫生要求。至于严格意义的杀菌消毒空调器,必须由专业人员进行维护,只适用于高风险的场所。

关键词: 空调器; 杀菌消毒; 细菌; 病毒; 微生物; 住宅; 设计

1 引言

2003年春天发生的“非典型肺炎”在我国部分地区流行之后,房间空调器增加灭菌消毒装置成为一些企业改进产品设计的重要方向。对室内空气的灭菌消毒就是利用过滤、加热、紫外线或臭氧等手段,对空气中的细菌、真菌、病毒等微生物进行杀灭、清除的措施。本文依据GB/T 18883—2002{室内空气质量标准》和国家住宅与居住环境工程中心发布的《健康住宅建设技术要点(2004年版)》的规定,探讨杀菌消毒功能合理设置、使用问题。

2 微生物污染

(1)微生物的危害

空气是人类生存的要素,也是微生物存在和传播的重要介质。由于个体细小,微生物可以单独或附着于气溶胶颗粒上悬浮在空气中。可吸入颗粒物就是俗称的灰尘,空气中的许多微生物就是以这种形态存在的,成为生物性粒子。这些生物性粒子所包含的微生物种类很多,主要包括细菌、病毒、真菌等等,也包括螨虫及其残片和代谢产物,其中有部分是对人类有致病性的人类病原性微生物,致病微生物通过呼吸进入人体,会导致呼吸系统或消化系统疾病发生,以及变态反应性疾病发生,对免疫系统造成损伤。室内空气质量的生物性指标,通常以菌落总数指标来衡量。若空气中菌落总数越高,存在致病性微生物,如细菌、真菌、病毒等等的可能性就越高,导致人员致病的机会就越大。

(2)微生物的生态

由于空气中缺乏其生存所需要的营养物质,空气中的致病微生物难以存活,所以,事外空气中的微生物大多数属于非致病微生物。牢内空气中的微生物主要是由于人们的活动使各种微生物进入空气中。

空气中的微生物的衰减和变化主要有以下方式:

① 物理衰减

空气中含有微生物的不同大小的粒子由于重力作用,自然沉降到地面。如果颗粒中含有较强生命力的微生物,如结核杆菌、金黄色葡萄球菌、炭疽杆菌芽孢等,当这些粒子被气流扬起时,可再次污染空气。

② 微生物自然死亡

由于空气中缺乏营养物质和水分,一般微生物不宜在其中存活或失去繁殖能力和感染能力。细菌以芽孢型存在于空气中时,可存活较长时间,真菌常以孢子的形式存在。

相对湿度不仅影响人体的舒适感,而且与室内细菌、病毒的生存有密切的关系。相对湿度较大时,有利于室内环境中的细菌、病毒和其它微生物的存活、繁殖,导致室内微生物的污染加剧。

当人们在密闭的室内活动持续一段时间后,若室内原有的化学污染物以及人体的代谢产物等不能有效排出室外。同时,一些微生物相对聚集于某些区域或在一些角落繁殖,尤其是空调器内部的温度、湿度以及聚集的灰尘构成了微生物适宜生存的环境,过滤效率不高的空气循环系统运行过程中,实际上在一定程度产生了扬尘效应,促使室内空气中可吸入颗粒和微生物进入室内空气中。在许多情况下,二次污染往往对健康的危害最严重。

(3)疾病传染风险

由于室外空气不适宜微生物的存活,所以,造成室内疾病传染的主要原因是病人或病源携带者将病原微生物带入室内。咳嗽和喷嚏将大量的飞沫排入空气中,较大的飞沫在蒸发之前降落到地面,较小的飞沫可以在较短的时间内由于水分蒸发完毕而形成飞沫核,直径≤l0 1T1的飞沫核在空中悬浮的时间长达数小时,人们在室内活动时间较长,与病原微生物接触的机会较多,从而形成较高的疾病传染风险。

3 风险控制措施

(1)相对湿度调节

空调器的湿度调节能力近年来已经受到重视,主要原因是改善室内空气质量要求。对于健康住宅的室内热环境而言,湿度是一项重要的要求,《技术要点》把相对湿度的上限从GB/T 18883规定的80%下调至70%,与GB 50019-2003~采暖通风与空气调节设计规范》规定的65%接近,不仅可以改善人体的舒适感,而且也有利于对室内微生物污染的抑制。一些医疗卫生场所要求室内相对湿度保持在50%~60%的范围,除了舒适性的考虑之外,其中一个原因就是,在此湿度条件下,可以缩短一些微生物在空气中生存的时间。

按现行GB/T 7725—1996~房间空气调节器》的规定,房间空调器基本性能是满足室内温度调节要求,对湿度调节能力并不作要求。对现有的房间空调器而言,基本的湿度调节能力主要取决于额定运行状态的焓差值,若要求在制冷运行条件下,室内相对湿度控制在≤70%的范围,设计焓差值应控制在12.0~18.8 kJ/kg的范围。因此,增强湿度调节能力的高性能房间空调器在市场上逐渐增多,其中一些型号可以比较准确地把室内相对湿度控制在一个确定的范围,而且,在进行湿度调节时,几乎不会对室内温度产生扰动效应。同时,在空调房间内,空气流速对菌落分布状况也有一定影响,空气流速偏小会导致微生物较易于在局部聚集,导致室内空气质量恶化。

(2)空气过滤

现有的房间空调器通常使用的空气过滤网只能阻挡一些体积较大的悬浮颗粒,保持室内换热器表面的洁净,而对于人体健康危害作用较大的直径≤10,um的可吸入颗粒物(PMIO)是无能为力的。我国多数地区,室外空气中的可吸入颗粒物浓度通常比较高,而室内由于人员的活动又导致可吸入颗粒物增加,有效清除可吸入颗粒就成为保证室内空气质量的必要措施。

清除可吸入颗粒的方法,常见的是使用过滤器过滤、静电吸附等。按我国有关空气过滤的标准,需要采用中高效、亚高效或者效率更高的过滤器才能达到要求,通常要求这类过滤器应具备对循环空气中直径≤10 m 的可吸入颗粒物(PMIO)清除效率≥85% 的过滤能力。一些浮游在空气中的微生物可以在过滤时从空气中清除。此外,静电吸附等是目前较为常见的改善室内空气的措施,其效果与空气过滤作用相似。

过滤是对新风进行基本的处理过程,对新风的过滤效率要求原则上不应低于空调器循环空气过滤系统的水平,不仅有利于保持室内字气质量的稳定,而且也可以有效保持新风换热装置的换热表面保持高效,延长维护周期。

(3)微生物的抑制与杀灭

① 落菌总数

降低室内空气的菌落总数是控制室内空气微生物污染的基本措施。有效的过滤手段以及必要的微生物抑制措施是防止二次污染的关键。此外,由于室外空气中菌落总数少,尤其是致病微生物少,若维持稳定的新风流量,室内空气的菌落总数将降低到接近室外空气的水平。

② 微生物抑制

对室内空气中微生物的控制,需要从两个方面着手,其一,尽可能缩短浮游在空气中的微生物存活期;其二,在微生物可能附着的空调器结构件表面形成不适宜其存活、繁殖的条件。

整个空调器在运行过程中都有可能附着微生物,尤其内部的温度、湿度以及聚集的尘埃可能为一些微生物的提供适宜的生存条件,这就构成了空调器成为微生物重要污染源的健康风险。在空调器中与循环空气、凝结水接触的零部件上涂覆抗菌功能性涂料或在结构材料中掺入一些抗菌功能性物质,可以一定程度上抑制微生物的存活与繁殖,但是,通常不一定能够彻底杀灭。

在空气过滤处理过程中,一些浮游在空气中的微生物,从空气中被清除。一些新型的抗菌材料,可以利用自身与某些病毒很强的亲和力,优先将病毒吸附在过滤材料之上,然后再使病毒在吸附表面上分解,实现杀灭病毒。这类材料必须是与微生物直接接触才能发挥作用,当抗菌材料被灰尘覆盖时,就无能为力。这种材料的作用仍然属于抑制而不是杀灭微生物。

较低的相对湿度通常可以有效缩短空气中微生物的存活期,虽然可能导致空调器的热力效率有所降低,能耗稍有增加,然而抑制微生物的效果更为理想。此外,高效率的过滤本身也是有效控制微生物危害的手段。

③ 杀菌消毒

常见杀灭微生物的措施有:

(a)紫外线。典型的方法是在室内机内部安装c波段无臭氧紫外线灯管,每支灯管的消耗功率约30W。如果紫外线直接辐射人体,短期影响可能导致伤害眼睛和皮肤;长期影响将导致皮肤癌发病率增加。同时,紫外线对高分子材料的影响是十分明显的,将大大加速材料老化,空调器中塑料结构件、电气绝缘材料甚至室内换热器翅片上的亲水性涂层都可能受到影响。考虑到紫外线光源不宜连续运行,可以间歇运行方式处理。如果空气循环系统的循环量为每5分钟将室内空气循环1次,每小时运行10分钟,基本上可以把室内空气用紫外线照射2次。本文以此作为间歇运行的时间要求。

(b)红外线或类似波段的光源。据说这类石英发光管,每支消耗功率可高达1200 W。虽然红外线没有类似紫外线对人体以及对高分子材料的危害性,但是,高功率的红外线辐射将产生较强的热效应,对高分子材料同样有加速老化的作用,而且,高功率的红外光源产生的热量将明显消耗空调器的制冷量,影响空调器的实际制冷效果,许多住宅使用的房间空调器的整机额定功率不足1200 W,因此,即使杀菌光源间歇运行,其能耗以及对供电系统的影响仍不容忽视。

(12)负离子。使用负离子发生器产生的负氧离子,能够杀灭空气中的部分微生物,同时与尘埃中的正离子结合,促使尘埃沉降,净化空气。但是,空气中的负离子极易与空气中的尘埃结合,成为具有一定极性的污染粒子,在沉降过程中,依然被吸附在室内家具、电视机屏幕上,室内人员的活动可以使它们再次飞扬到空气中。而且,长期使用负离子的空调器,其室内机的出风口附近会逐渐变黑,难以清洗等,显然,这种情况也将促使一些抑制微生物的措施失效。

(d)臭氧。臭氧具有很强的杀灭病毒的作用,空气中适宜的臭氧浓度还可以令人有空气清新的感觉。但是,过高的臭氧浓度将对人体健康构成危害,GB/T 18883规定,室内空气中允许的臭氧浓度为≤0.16 mg/m0。此外,臭氧本身是具有很强氧化作用的物质,对高分子材料的影响与紫外线类似。

(e)化学药物。在空气中喷洒消毒药物来杀灭微生物,可以根据不同的杀灭对象配制相应的药剂。具有很强的针对性,是最为常见的杀菌消毒措施。但是,这种方法通常只适用于医疗机构等高风险的场所,在低风险的住宅中使用是不适宜的。因为,这些药物虽然可以有效杀灭细菌、病毒等有害的微生物,同时又成为新的化学污染物,以另一种方式对人们的健康构成危害。此外,一些药物对空调器某些部件存在一定的腐蚀性。

由此可见,设置这些灭菌装置不仅明显增大制造成本,而且运行费用也将相应增加。此外,这些灭菌手段的物理效应、化学效应还可能影响空调器结构材料的使用寿命,因而不得不采用一些成本更高的材料来适应灭菌产生的副作用。

④ 维护要求

空调器的杀菌消毒功能通常必须在得到良好维护的情况下才能发挥预期的作用。例如,加入抗菌物质的过滤材料,在使用数周至数月后,必须进行再生处理以恢复其抗菌效果,至少需要进行清洗以除去附着的灰尘等等。

对于要求具有杀灭微生物功能的产品,其杀灭效果将受到多种因素的影响,其中包括机组运行状态以及灭杀装置的洁净程度等等,一些产品的运行参数可能由于种种原因发生偏移,也可能导致灭杀效果产生变化,因此,必须重视这类产品灭杀效果的鉴定,保证杀菌消毒功能持续有效。

据说,市场上一些房间空调器具有检测细菌的能力,可以感应空气中细菌密度,让用户通过灯光了解杀灭细菌的过程。这类产品进入市场应十分慎重。因为,如果确实具备细菌检测的功能,应由有关的卫生部门对该项功能进行认定,明确这类产品的灭菌功能是否可以取代医疗卫生机构在高健康风险场所使用的空气灭菌手段,或者对其灭菌功能的适用范围进行限定。同时,生产企业应让确保用户能够掌握对检测功能工作状态的鉴定方法和明确鉴定周期,以免在检测功能异常时,对室内细菌的分布状况以及对空调器的灭菌能力作出错误的判断。

4 方案选择

(1)低风险场所

如果没有特殊的原因,室外空气中致病性微生物密度是很低的。一般情况下,健康人群的自身的抵抗力足以保证维持人体的健康,人们既没有能力也没有必要杀灭这些致病性微生物。相应地,室内空气中存在一定范围内的菌落数量,即使有一些致病微生物,并不会对健康人群的健康构成风险。所以,在健康人群活动的场所,控制空气中微生物危害的风险,主要通过两个途径:

(a)通过对循环空气的有效处理,例如采用效率较高的空气过滤措施,控制室内空气中的菌落总数;如果可以有组织地送入新风,效果更为理想;

(b)在空调器与循环空气以及凝结水接触的结构材料中,加入一些具有抗菌功能的物质,使空调器结构件包括过滤器等部件的表面具备抑制微生物存活、繁殖的功能,避免空调器本身成为二次污染源。

由健康人群使用的住宅和类似场所是典型的低风险场所,空调器的空气过滤和抑制微生物性能等等必须通过合理的例行维护来保持,显然这些对于维护工作的要求,一方面频次不宜过高;另一方面只能依靠那些没有经过专门培训的用户自己进行,房间空调器设计过程必须充分考虑到这个限制因素。否则,若需要由具有专门技能的人员进行,不仅大大增加了维护成本,而且应付维护人员上门将成为用户无法承受的负担,最终导致日常维护工作无法保证。

如果为了应付一些在住宅和类似场所中偶然出现有人患传染性疾病的情况,而在这些场所长期安装、使用为高风险场所而设计的杀菌消毒空调器并不合理。况且,市场上一些具有杀菌消毒功能的房间空调器,据说杀菌效率超过90% ,甚至超过99% ,运行时可以使室内空气致病菌数量大大减少,尚且不论为此而付出高昂的技术、经济和室内空气质量代价,让健康人群长期工作和生活在这些近似无菌的环境中,室内空气中的致病性细菌、病毒密度可能只有室外空气的1/10~1/100,从生理卫生的角度来说,未必是好事,也许这种室内环境反而导致这些健康人群对疾病的抵抗力降低,而更容易患病。所以,合理的措施应该是,出现特殊情况时,在有限的时间、空间采取相应的加强杀菌消毒措施,来降低传染疾病的风险。

(2)高风险场所

在身体抵抗能力较低、患传染性疾病的人员或病原携带者逗留的医院和类似场所,高致病性的细菌、病毒在空气中的存活对健康构成严重的威胁,这类属于高风险场所的微生物控制措施,就是尽快、尽可能地杀灭所有细菌、病毒。所以,如果要求有一个比较高的灭菌效率,除了导致较高的制造成本、运行成本之外,还可能不得不付出相应降低室内空气质量的代价和产品使用寿命和可靠性受到不良影响,例如,杀菌消毒过程产生的物理、化学效应对室内空气质量的不良影响以及对结构材料造成的损害等后果。

此外,在高风险场所运行时,既然要求杀菌消毒功能的有效灭菌作用,就必须确保灭菌作用能够稳定持久地发挥,因此,定期进行灭菌效率的鉴定就成为一项必要的措施,显然这项工作未必可以在空调器内设置自动鉴定功能可以胜任,一般来说,未经过培训的人员也未必可以胜任这项工作。与此同时,例行的维护工作与灭菌效率之间原本就存在的密切关系显得更为重要。

由此可见,适应这类高健康风险场所使用要求的杀菌消毒空调器,必须具备以下功能:

(a)在空调器运行期间,应具备对循环空气中的螨虫、细菌、真菌等微生物≥85%的杀灭率,灭菌系统运行时间每小时不得少于10分钟,而且,杀菌消毒功能不受压缩机运行状态影响;

(b)应具备对循环空气中可吸入颗粒物(PM10)清除效率≥85%的过滤能力;

(C)空调器中与循环空气、凝结水接触的零部件,其表面应能够抑制微生物存活、繁殖;

(d)空调器在运行过程中,应尽量避免产生可能不利于室内人员健康的物理、化学污染,并及时清除这些污染;

(e)循环空气的焓差值应控制在12.0~18.8kJ/kg的范围;

(f)应有明确对杀菌消毒系统性能鉴定的周期,确保灭菌效率达到规定的要求,鉴定人员应经过专门培训;

(g)应明确在正常使用条件下空调器的例行维护周期,若无法保证某些功能在规定周期内的状态,应设置自动提示装置,及时告知用户进行例行维护。

必须指出,由于结构形式以及运行方式等原因,即使全部满足上述要求,具备杀菌消毒功能的房间空调器仍不能满足诸如隔离病房和无菌病房等场所的要求,这些场所必须使用专门的医用空调设备,而且必须严格按照有关的规范进行设计、安装和运行管理,具备杀菌消毒功能的房间空调器充其量只能用于普通病房和类似场所。

5 结束语

对室内空气中微生物的密度进行有效控制是改善室内空气质量的必要措施。然而,对于不同的场所,应根据对健康构成的风险分别采取不同的措施。在健康人群居住、活动的场所,应以控制菌落总数以及抑制微生物的存活、繁殖为主要控制措施,目的是形成室内环境符合健康要求的室内空气质量;而在传染病人逗留的场所,在有效控制菌落总数的基础上,应对空气中的微生物采取有效的杀灭措施,目的是有效防止致病性微生物通过空气传播导致疾病传染。

在低风险场所不宜安装使用具有杀灭细菌、病毒的空调器,因为:

① 低风险场所并不需要杀灭细菌、病毒功能的产品,不需要为这项不必要的功能付出较高的制造成本、运行费用以及室内空气质量的代价;

② 杀灭细菌、病毒的功能如果不能保持稳定发挥预期的作用,那么,这项功能形同虚设,对控制健康风险没有任何积极意义。由具有专门技能的人员维护的产品,才有可能使杀菌消毒功能稳定发挥作用;

③ 滥用杀菌消毒功能可能导致健康人群对疾病的抵抗力降低,反而有违设置杀菌消毒功能的初衷。

若在低风险场所普遍安装、使用只适宜在高风险场所使用的杀菌消毒产品,将造成社会资源的浪费。

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