建筑环境学第五章空气环境ppt课件.ppt

1,第五章 建筑空气环境,2,课程内容,1.室内空气品质简介2.室内空气污染源和污染途径3.室内空气品质的评价方法与指标4.室内空气污染物对人体健康的影响5.室内空气污染的去除方法,3,为什么要研究建筑的空气环境?,人们有超过90的时间是在室内度过的室内空气环境比室外还要重要,1.室内空气品质简介,4,SBSSick Building Syndrome病态建筑综合症：现代都市病,症状 头痛、恶心 疲乏、失眠、记忆力衰退 皮肤、粘膜有刺激感（眼红、流泪、咽干等）呼吸紊乱 特点 离开病态建筑一段时间后即恢复正常 只有症状，难以进行医学确诊，无法确定病源,1.室内空气品质简介,5,BRI:Building Relative Illness建筑关联病,可由医学认定的病原体所引起的特定疾病，可进行医学确诊，如：过敏性肺炎 过敏性鼻炎 哮喘 军团病 有机尘中毒 肺癌,1.室内空气品质简介,6,室内空气质量下降的原因,强调节能导致的建筑密闭性增强和新风量减少 新型合成材料在现代建筑中大量应用 散发有害气体的电器产品的大量使用 传统集中空调系统的固有缺点以及系统设计和运行管理的不合理 厨房和卫生间气流组织不合理 室外空气污染,中国1.6亿m2/年的竣工面积使得室内空气质量问题显得尤为重要！,1.室内空气品质简介,7,室内空气质量下降的危害,危害居住者健康 降低劳动效率 1985年美国数据，每年因呼吸道感染每年损失医疗费用达150亿美元每年缺勤损失高达590亿美元,1.室内空气品质简介,8,(1)NIOSH的调查(2)WHC的调查问题种类 数量(%)数量(%)新风量不足 252 52 710 52内部污染物 77 16 165 12外部污染物 48 10 125 9建筑材料 20 4 27 2微生物污染 26 5 6 0.4 无IAQ问题 61 12 329 24(1)NIOSH(美国国立劳动安全卫生研究所)1987年发表的对484所办公建筑物的调查结果(2)WHC(加拿大卫生和福利机构)1990年发表的对1362所办公建筑物的调查结果,1.室内空气品质简介,9,正常大气组分常量,组分 符号 含量(ppm)氮气 N2 780840.00氧气 O2 209460.00氩气 Ar 9340.00氖气 Ne 18.18氦气 He 5.14氪气 Kr 1.14氢气 H2 0.50,2.室内空气污染源和污染途径,10,室内空气污染物的来源之一：室外来源,大气的易变量组分 符号含量(ppm)水蒸气 H2O 130000二氧化碳 CO2 350甲烷 CH4 1.67一氧化碳 CO 0.19臭氧 O3 0.04氨气 NH3 0.004二氧化氮 NO2 0.001二氧化硫 SO2 0.001一氧化氮 NO 0.0005,2.室内空气污染源和污染途径,11,室内空气污染物的来源之一：室外来源,燃料的燃烧、交通工具、工业企业、城市垃圾等造成的：NOx、SOx、H2S、悬浮颗粒物、烟雾等 地层放射性污染 被污染的水,2.室内空气污染源和污染途径,12,室内空气污染物的来源之二：室内来源,生产工艺工程：有机溶剂的蒸汽、燃烧产生的有毒气体、刺激性气体、生产性粉尘等 人员活动 厨房燃烧产物 卫生间污染 设计或管理不良的HVAC系统 化学品污染建材、装修材料、日用化学产品家具和办公用品,2.室内空气污染源和污染途径,13,家居活动污染,3.室内空气污染源和污染途径,14,建材、装修材料、日化产品,2.室内空气污染源和污染途径,15,空调设备与管道污染,2.室内空气污染源和污染途径,过滤器,表冷器,风道,风机,16,室内污染物的来源,2.室内空气污染源和污染途径,17,污染物类型 CO2与其他有害气体：新陈代谢气味：汗液蒸发、呼吸、有机物排泄、微生物分解、氨气等悬浮颗粒物人体呼吸道排气污染149种：CO2、氨、苯、甲苯、苯乙烯、氯仿等病毒、细菌,室内空气污染物的来源之三：人体生物污染,2.室内空气污染源和污染途径,18,室内空气污染物的来源之三：人体生物污染,人体其他污染物 皮肤排泄物：CO2、CO、丙酮、苯、甲醛、甲烷、皮屑(英国：占室内灰尘的90)、毛发等 衣服上的灰尘、细菌 烟草的烟气：尼古丁、甲醛、CO等,2.室内空气污染源和污染途径,19,IAQIndoor Air Quality室内空气品质的评价,两种思路 机械论强调室内空气成分与浓度，采用一系列污染物浓度指标来进行评价。IAQ问题成为单纯的物理化学问题。但低浓度条件下，仪器无法测定时就无能为力。人是标准的提供者，只影响被评价区域受关注的权重。人数和位置一定，IAQ的评价就与人无关。强调人的感觉提出“感知的空气品质”(Perceived Air Quality)理由：多种污染物存在的条件下，组分比例构成不同，各种组分对人的感觉的影响也会产生变化；空气成分相同条件下，温、湿度不同会导致人对IAQ的感觉不同问题复杂化：空气组分与感知的空气品质是什么关系？,3.室内空气品质的评价方法与指标,20,感知的空气品质,丹麦工业大学P.O.Fanger的定义(1989)：品质反映了人们要求的程度，如果人们对空气满意，就是高品质；反之，就是低品质。从纯主观感受出发。ASHRAE 62-1989：良好IAQ 是空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓度指标，并且处于这种空气中的绝大多数人（80）对此没有表示不满意 主观感受与客观评价结合。ASHRAE 62-1989R：可接受的室内空气品质：同上可接受的感知室内空气品质：必备条件，非充分条件,3.室内空气品质的评价方法与指标,21,室内空气品质的评价方法,方法1：测量室内污染物浓度客观评价 问题：用什么作为代表性的污染物？(测什么？)低浓度下的测量受到仪器精度的限制 方法2：调查问卷 主观评价 问题：主观评价结果往往与客观评价结果矛盾：客观测量值远远低于控制标准，但主观感觉不好客观测量值可能有些问题，但主观感觉并不差 人们感觉不舒服的原因很多，不知道哪些是IAQ的问题（热环境、颜色、照度、工作压力等也有影响）。,3.室内空气品质的评价方法与指标,22,室内空气品质的评价方法,室内环境品质(IEQIndoor Environment Quality)大量研究证明，引起病态建筑综合症的并非某一种室内污染物的单独作用，也并非完全由室内空气中的污染物所致，而是多种因素的综合作用。室内空气品质、舒适度、噪声、照明、社会心理压力、工作压力、工作区背景等因素对室内人员生理和心理上的单独和综合的作用。,3.室内空气品质的评价方法与指标,23,室内空气品质的客观评价指标,阈值 纯客观指标，与暴露水平（暴露时间与暴露剂量）有关阈值的种类时间的加权平均阈值：8h工作日或 35h工作周加权平均浓度，在该浓度下日复一日停留的人员几乎均无有害影响。使用最广泛的阈值。短期暴露极限阈值：15分钟暴露无害。最高极限阈值：瞬间暴露无害。时间的加权平均阈值确定的困难 低浓度污染物对人体的长期影响难以确定 多种低浓度有害物的共同作用难以确定,3.室内空气品质的评价方法与指标,24,室内空气品质的客观评价指标,气体污染物浓度：体积浓度(ppm)、质量浓度(mg/m3)放射性气体浓度(Bq/m3)，1 Bq/m3表示1 m3气体中，每秒有1个放射性原子核发生衰变。悬浮颗粒物 质量浓度：mgm3 计数浓度：粒cm3 微生物 撞击法：菌落形成单位（CFU）/m3 沉降法：个（菌落）/皿,3.室内空气品质的评价方法与指标,25,空气污染的主观评价指标,气味 人们往往根据气味评判空气质量 鼻子的特征 比任何测量仪表都灵敏 嗅觉有时间适应性：难以定量 个体有差异，难以作为客观标准 鼻子的灵敏度随空气的温湿度改变 P.O.Fanger 的研究结论为：IAQ随空气焓值的降低而提高。,3.室内空气品质的评价方法与指标,26,温湿度和IAQ满意度的关系,3.室内空气品质的评价方法与指标,27,鼻子感觉的生理基础,3.室内空气品质的评价方法与指标,28,鼻子感觉的生理基础,嗅觉,温觉,化学感觉,3.室内空气品质的评价方法与指标,29,空气污染的主观评价指标,感知负荷(sensory load)，表征室内污染源的强弱，olf定义：一个标准人引起的感知污染负荷被称为1 olf，而其他类型的人或者家具等污染源均被等效为不同数量的标准人，表征成标准人后不同的污染源可以进行简单的叠加室内有3个标准人和4个等效标准人的家具，则该室内的感知污染负荷为7 olf。感知空气品质PAQ(Perceived Air Quality)，表示在一定的通风量情况下人对室内污染源的感觉，pol定义：在一个空间内，1 olf的感观负荷的源，在通风量1L/s下的感知空气品质，1 pol1 olf/（L/s）比pol小的常用单位是dp，1 dp0.1pol。,3.室内空气品质的评价方法与指标,30,典型气味、成分和来源,3.室内空气品质的评价方法与指标,31,气味的评价指标,气味浓度 C：阈值稀释倍数(D/T)可感阈可识别阈（比可感阈的污染物浓度高25 倍）以大部分人（50）受试者能够识别出的稀释倍数作为气味浓度的识别阈值气味强度 I 对空气品质的不满意百分比 PD 对空气品质的可接受度ACC(11),3.室内空气品质的评价方法与指标,32,室内空气品质标准,中国：规定了室内污染物浓度的上限。除污染物浓度外，均考虑了温湿度、风速、噪声、照明等影响，相当于反映了部分IEQ水平公共场所卫生标准，GB161531996室内空气质量标准，国标号GB/T 188832002 民用建筑室内污染环境控制规范，GB50325-2001室内装饰装修材料有害物质限量国家标准，GB185802001室内空气中甲醛卫生标准GB/T16127 住房内氡浓度控制标准，GB/T16146室内空气中细菌总数卫生标准，GB/T17093室内空气中二氧化碳卫生标准，GB/T17094室内空气中可吸入颗粒物卫生标准，GB/T17095室内空气中氮氧化物卫生标准，GB/T17096 室内空气中二氧化硫卫生标准，GB/T17097 国外：给出了感知空气品质不满意率与新风量的关系欧洲：CEN CR 1752美国：ASHRAE 62,3.室内空气品质的评价方法与指标,33,民用建筑工程室内环境污染控制规范(2001),民用建筑工程室内环境指标类民用建筑工程：住宅、宿舍、医院病房、老年建筑、幼儿园、学校教室等建筑工程；II 类民用建筑工程：旅店、办公楼、文化娱乐场所、书店、图书馆、展览馆、体育馆、商场(店)、公共交通工具等候室、医院候诊室、饭馆、理发店等公共建筑工程。,3.室内空气品质的评价方法与指标,34,用大气质量指数法对室外空气的综合品质进行客观评价 污染物分指数 算术叠加指数 综合指数,多种污染物衡量标准室外空气质量标准（参考）,3.室内空气品质的评价方法与指标,35,国家环保局的中国大气空气质量分级,评价客观 级别综合指数I 说明 I 0 0.49 清洁，适宜人类生活 II 0.5 0.99 未污染，污染物不超标，人类生活正常 III 1.0 1.49 轻污染，至少有1个指标超标，敏感者 受害。IV 1.50 1.99 中污染，23 个指标超标，人群健康 明显受害，敏感者受害严重。V 2.00 重污染。34 个指标超标，人群健康 明显受害，敏感者可能死亡。,3.室内空气品质的评价方法与指标,36,1998年全国主要城市空气污染算术叠加指数（年均值）,SO2，氢氧化物，悬浮颗粒物,3.室内空气品质的评价方法与指标,37,空气污染物的种类及其危害,气体污染物 CO2 氡 氨 挥发性有机化合物VOC 气味分子污染 悬浮颗粒物可吸入颗粒物 微生物（病毒、细菌、尘螨）其它（油烟、烟草烟雾、臭氧等）,4.室内空气污染对人健康的影响,38,CO2 常用指标,室内来源 主要为人体代谢过程：人体呼出的空气中约占4，与人体代谢率有关；儿童为成年人的 50%。排出CO2越多，同时排出其它代谢废气也越多。有机物燃烧过程：炊事、抽烟 在室外空气中的浓度 CO2为 300400 ppm，O2为 209460 ppm 目前居住建筑的控制标准 高级客房：700 ppm 普通居住空间：1000 ppm 过渡空间：2000 ppm,4.室内空气污染对人健康的影响,39,CO2 常用指标,作用 一般浓度下，无毒，无臭。超过700 ppm，敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；超过 1000 ppm，较多人感到不舒服；超过 10,000 ppm，呼吸深度显著增加；超过 40,000 ppm（4），出现呼吸困难，头痛、头晕，意识水平降低；超过100,000 ppm（10），窒息死亡。为什么测CO2作指标？易测 反映了其它人体代谢污染物产生的水平 不能反映其它过程产生污染物的水平,4.室内空气污染对人健康的影响,40,CO2作为空气污染的指标浓度及其意义(日本),浓度ppm 意义 7l0 连续在室的可容许值 1000 一般场合的可容许值 1500 通风换气计算用的上限值 2000-5000 不良状态 5000以上 非常不良状 4000050000 呼吸中枢神经受刺激,呼吸急促加深(4-5%)连续呼吸10分钟,则发生强烈的呼吸困难，头疼 18%以上 致命的,4.室内空气污染对人健康的影响,41,氨,特性：无色，有强烈刺激性气味。碱性物质，可感觉最低浓度为 5.3 ppm。来源：冬季施工过程中在混凝土中添加氨水作为防冻剂，释放期较长，危害大。装饰材料中的添加剂和增白剂，释放期较短，危害较小。,4.室内空气污染对人健康的影响,42,氨,危害 浓度超过0.51.0mg/m3时，对人的口、鼻粘膜及上呼吸道有很强的刺激作用，造成流泪、咳嗽、呼吸困难严重可发生呼吸窘迫综合症；通过三叉神经末梢反射作用引起心脏停搏和呼吸停止；通过肺泡进入血液，破坏运氧功能。防止污染措施 禁止使用氨作防冻剂,4.室内空气污染对人健康的影响,43,氡(Rn)：Radon,氡是一种无色、无味、自然界唯一的天然放射性惰性气体，由镭蜕变产生。在放射疗法中可用作辐射源，在科研中可用于制造中子。它最稳定的同位素是Rn222。半衰期为3.82天。原子序数86；熔点-71；沸点-61.8；比重（固态）4。来源 地基土壤中有镭。花岗岩、水泥、石膏、部分天然石材中含有镭。天然气中含有氡。,4.室内空气污染对人健康的影响,44,氡(Rn)：Radon,危害物理性危害 易扩散，溶于水和脂肪。极易进入人体呼吸系统造成放射性损伤。肺癌的第二大诱因，潜伏期 15年以上。防护 建材局与卫生部1993年的天然石材的放射性控制标准：A类可居室内使用，C类只能在外表面使用 表面涂层可阻挡氡的逸出；加大通风换气次数，降低室内氡气浓度。,4.室内空气污染对人健康的影响,45,VOC(Volatile Organic Compounds),常见种类 数10种到上百种，主要由脂肪族碳水化合物，芳香族碳水化合物组成。例如酒精类、甲醛、甲苯、四氯化碳等，主要对人体的呼吸器官和神经器官有影响。根据沸点不同可分50-100 VVOC(Very VOC)100-260 VOC260-400 SVOC(Semi-VOC)400以上 POM(Particulate organic matter),4.室内空气污染对人健康的影响,46,VOC(Volatile Organic Compounds),特点 单独浓度不高，但多种微量VOC的共同作用不可忽视。长期低剂量释放，对人体危害大。引起头痛、恶心等症状。来源：各种漆、涂料、胶粘剂、阻燃剂、防水剂、防腐剂、防虫剂 室内建材 家具,4.室内空气污染物对人健康的影响,47,VOC(Volatile Organic Compounds),影响室内IAQ的主要是VVOC、VOC和SVOC 由于VOC种类很多，难以检测和分类，世界卫生组织WHO在1987年给出了一个室内总VOC(TVOC)的含量不能超过 0.3mg/m3的上限值；我国民用建筑工程室内环境指标TVOC指标为 0.5mg/m3。疑问：IAQ差 超标，浓度指标合适吗？,4.室内空气污染物对人健康的影响,48,甲醛(HCOH),特点 无色，有强烈刺激性气味。水溶液为福尔马林 大气中平均浓度0.005-0.01mg/m3，低于0.03mg/m3，新装修宾馆可达 0.85mg/m3，控制标准为0.12mg/m3 来源 工业废气、汽车尾气、光化学烟雾 建筑材料：地毯、人造板、泡沫树脂保温板*装修材料：胶粘剂、涂料*日化产品：清洁剂、消毒剂、液化石油气,4.室内空气污染物对人健康的影响,49,甲醛,危害 浓度0.1mg/m3有异味影响 0.6mg/m3以上刺激粘膜(眼、呼吸道等)，产生变态反应(眼红、流泪、咽干等)、恶心、胸闷等。6.5mg/m3以上引起肺炎、肺水肿，甚至导致死亡。有致畸、致癌作用。对神经系统、免疫系统、肝脏都有危害。释放特性 释放期长，315年。高温、高湿条件下甲醛散发力度加大。,4.室内空气污染物对人健康的影响,50,气味分子污染,影响空气的新鲜度和IAQ的可接受性。低浓度污染，不会超过权威机构的上限值。分子的重量为1m微粒的1/1010倍，扩散速度极快，难以控制。因此源控制最重要。来源 厨房、卫生间 人体生物污染 烟草烟雾 低浓度VOC和其它有气味的污染物,4.室内空气污染物对人健康的影响,51,包括烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉直径为10100 m的微粒称作总悬浮颗粒物（Total Suspend Particle,简称TSP）直径小于10 m(PM10)的微粒称为可吸入颗粒物，可吸入并沉积在呼吸道中，造成矽肺和肺癌 直径小于2.5 m(PM2.5)的微粒称为细微粒，会进入肺泡 粒径分布（按质量计）大气尘中PM10占72%工业过程产尘，PM10占30%室内可吸入颗粒物以细微粒为主，几乎都是PM10粒径7.0m的粒子占95以上粒径3.3m的粒子占8090以上粒径1.1m的粒子占5070，,悬浮颗粒物,4.室内空气污染物对人健康的影响,52,不同粒径的颗粒物对人体的影响,4.室内空气污染物对人健康的影响,53,来源 室外来源花粉、交通生产过程大气污染 室内来源人员活动、抽烟 石棉建材 SVOC颗粒 附加危害 成为病毒、细菌的传播附着物 VOC附着物 一、二次扬尘和室内湿度过低是其产生的主要原因。避免扬尘、增强过滤、控制湿度等方式以及控制产生源等手段来避免污染,悬浮颗粒物,4.室内空气污染物对人健康的影响,54,微生物,病毒和细菌 附于悬浮颗粒物上传播，是传染病的来源 霉菌：滋生于潮湿阴暗的土壤、水体、空调设备中军团病(legionnaires disease)：一种大叶性肺炎 1976年在美国费城的宾西法尼亚美军军团会议的参加者中发生的军团病是典型的例子。死亡率高达15-20%。军团肺原菌是一种普遍存在的嗜水性需氧细菌：Legionella，可通过风道、给水系统进入室内空气。,4.室内空气污染物对人健康的影响,军团菌,霉菌,真菌,SARS冠状病毒,55,与空调系统有关的急性传染病,1976年美国首次发现军团菌病以来，许多国家和地区都相继有该病的散发及爆发，多次爆发与空调系统冷却塔有关。WHO的资料表明：从发现至今，全球已经发生50起爆发流行案例，病死率在5%30%之间。遍布欧洲、美洲、大洋州、亚洲。美国调查估计：1.5-2万感染/年。全球由于空调引起的20多起感染2000人，死亡130多人。,4.室内空气污染物对人健康的影响,56,微生物,尘螨 适宜环境2030，7585，空气不流通场所 可引起哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎 孳生地：纯毛地毯、床垫 控制方法：通风换气，保持清洁,4.室内空气污染物对人健康的影响,显微镜下的尘螨,57,烟草烟雾：最常见的室内空气污染,危害：刺激和臭味 香烟烟气的典型组成成分(mg/支)：成分 主流烟气 二次烟气 燃过的烟草 350 400 全部颗粒 20 45 尼古丁 1 1.7 一氧化碳 20 80 二氧化碳 60 80 氧化氮 0.01 0.08 丙稀醛 0.08-产生烟气时间 20s 550s,4.室内空气污染物对人健康的影响,58,臭氧,臭氧(O3)：一种刺激性气体，主要来自室外的光化学烟雾。室内的电视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器等在使用过程中也都能产生臭氧。性质：可氧化空化合物而还原，可杀菌；可被橡胶、塑料等吸附。臭氧对眼睛、粘膜和肺组织都具有刺激作用，能破坏肺的表面活性物质，并能引起肺水肿、哮喘等。标准0.16mg/m3,4.室内空气污染物对人健康的影响,59,污染物的控制方法,“堵源”建筑设计与施工特别是围护结构表层材料的选用中，采用VOC等有害气体释放量少的材料；“节流”切实保证空调或通风系统的正确设计、严格的运行管理和维护，使可能的污染源产污量降低到最小程度；“稀释”保证足够的新风量或通风换气量，稀释和排除室内气态污染物。这也是改善室内空气品质的基本方法。“清除”采用各种物理或化学方法如过滤、吸附、吸收、氧化还原等将空气中的有害物清除或分解掉。,5.室内空气污染的去除方法,60,空气净化方法和原理,空气过滤 吸附方法 紫外灯杀菌 静电吸附 纳米材料光催化 等离子放电催化 臭氧消毒灭菌 利用植物净化空气,5.室内空气污染的去除方法,61,过滤器主要功能：处理空气中的颗粒污染。常见误解：过滤器像筛子一样，只有当悬浮在空气中的颗粒粒径比滤网的孔径大时才能被过滤掉。其实，过滤器和筛子的工作原理大相径庭。,过滤器过滤照片,5.1空气过滤去除悬浮颗粒物,5.室内空气污染的去除方法,62,5.1空气过滤器原理,扩散：由于扩散作用，d0.5m的粒子扩散效应不明显，但可能因为尺寸较大而和过滤器纤维碰上。惯性碰撞：具有比较大惯性的、比较重(d0.5m)的粒子通常难于绕过过滤器纤维而和纤维直接接触，从而被捕获。静电捕获：粒子或者过滤器纤维被有意带上电荷，这样静电力就可在捕获粒子中起重要作用。筛子过滤：直径大的粒子。,5.室内空气污染的去除方法,63,过滤器总效率和不同作用的效果和粒径的关系曲线,64,几种常见过滤器的示意图,初效过滤器,中效过滤器,高效过滤器,高效袋式过滤器,5.室内空气污染的去除方法,65,过滤效率单级过滤器的效率为：过滤器阻力过滤器的容尘量,过滤器主要性能指标,5.室内空气污染的去除方法,66,5.2 吸附方法,吸附是由于吸附质和吸附剂之间的吸附力而使吸附质聚集到吸附剂表面的一种现象，分为：物理吸附，常见吸附质和吸附剂之间不发生化学反应；对所吸附的气体选择性不强；吸附过程快，参与吸附的各相之间瞬间达到平衡；吸附过程为低放热反应过程，放热量比相应气体的液化潜热稍大；吸附剂与吸附质间吸附力不强，在条件改变时可脱附对分子量小的化合物作用不明显 化学吸附空气中的污染物在吸附剂表面发生化学反应对分子量小的化合物作用显著,5.室内空气污染的去除方法,67,吸附对于室内VOCs和其他污染物是一种比较有效而又简单的消除技术。目前比较常用的吸附剂是活性炭物理吸附固体材料吸附能力的大小取决于固体的比表面积（即1g固体的表面积），比表面积越大，吸附能力越强。,5.室内空气污染的去除方法,5.2 吸附方法,68,活性炭纤维：20世纪60年代发展起来的一种活性炭新品种,含大量微孔，其体积占了总孔体积的90左右，因此有较大的比表面积：多数为8001500m2/g！与粒状活性炭相比，活性炭纤维吸附容量大，吸附或脱附速度快，再生容易，不易粉化，不会造成粉尘二次污染。对无机气体如SO2、H2S、NOx等和有机气体如(VOCs)都有很强的吸附能力，特别适用于吸附去除10-910-6g/m3量级的有机气体，在室内空气净化方面有广阔的应用前景。,5.室内空气污染的去除方法,69,活性炭的吸附性能,物质名称 饱和吸附量(%)SO2 10Cl2 15CS2 15C6H6(苯)24O3 能还原为O2烹调臭味 30厕所臭味 30,5.室内空气污染的去除方法,70,化学吸附,普通活性炭对分子量小的化合物(如氨、硫化氢和甲醛)吸附效果较差，故一般采用浸渍高锰酸钾的氧化铝作为吸附剂进行化学吸附。,浸渍高锰酸钾的氧化铝和活性炭对一些空气污染物吸附效果比较表,5.室内空气污染的去除方法,71,5.3 紫外灯杀菌(Ultraviolet Germicidal Irradiation,UVGI),紫外辐照杀菌是常用的空气中杀菌方法，在医院已被广泛使用。紫外光谱分为UVA(320-400nm)、UVB(280-320nm)和UVC(100-280nm)，波长短的UVC杀菌能力较强。185nm以下的辐射会产生臭氧。一般紫外灯安置在房间上部，不直接照射人，空气受热源加热向上运动缓慢进入紫外辐照区，受辐照后的空气再下降到房间的人员活动区，在这一过程中，细菌和病毒会不断被降低活性，直至灭杀。紫外灯杀菌需要一定的作用时间，一般细菌在受到紫外灯发出的辐射数分钟后才死亡。,5.室内空气污染的去除方法,72,5.4 静电吸附,屏蔽板,激化纤维,7000V直流电压,激化纤维,空气,5.室内空气污染的去除方法,73,5.4 静电吸附（双级）,电子净化格栅,5.室内空气污染的去除方法,74,导带,价带,5.室内空气污染的去除方法,TiO2 是一种N型半导体，有很强的氧化性和还原性。在光化学反应中，以TiO2 作催化剂，在太阳光尤其是紫外线的照射下，使得TiO2固体表面生成空穴(h)和电子(e)，空穴使H2O氧化，电子使空气中的O2还原，在此过程中，生成OH基团。OH基团的氧化能力很强，可使有机物（VOC）被氧化、分解，最终分解为CO2 和 H2O。,5.5 光催化降解VOCs,H2O,VOCs,75,光催化纳米材料 TiO2,甲醛光降解反应中的主要氧化还原反应：氧化反应：还原反应：原理总结：HCHO+H2O+4h+O2+4e-HCOOH+2H+2h+O2+4e-CO2+4H+O2+4e-2 H2O+CO2,5.室内空气污染的去除方法,76,光催化材料,UV灯（关）,UV灯（开）,氧化反应,还原反应,降解甲醛反应过程：,REPLAY,光催化降解VOCs及微生物原理图,5.室内空气污染的去除方法,77,光源要求,一般在紫外光照射下VOCs才会发生光催化降解光催化反应器中采用的光源多为中压或低压汞灯。紫外光谱分为：UVC(100-280nm)UVB(280-320nm)UVA(320-400nm)杀菌紫外灯波长一般在UVC波段，特别在254nm附近。,5.室内空气污染的去除方法,78,不同方法空气净化效果比较,0.07次/h,5.室内空气污染的去除方法,79,光催化材料,高压电,高压放电,平板电极,平板电极,带电粒子冲击,电场应力及其热效应,UV光催化,5.6 等离子体放电催化,5.室内空气污染的去除方法,利用高能电子(5eV20eV)轰击反应器中的气体分子(NOx，SOx，O2和H2O等)；经过激活、分解和电离等过程产生氧化能力很强的自由基(OH、HO2)、原子氧(O)和臭氧(O3)等，这些强氧化物质可迅速氧化掉NOx和SO2，在H2O分子作用下生成HNO3和H2SO4，把VOCs分解为H2O和CO2。,80,等离子体放电催化消除甲醛,初始浓度 6 ppm3,初始浓度 229 ppm3,5.室内空气污染的去除方法,81,等离子体放电催化消除微生物污染,稀释比为1：1000情况下未经放电处理的细菌生长迹象,稀释比为1：1000情况下经（8 kV）放电处理的细菌生长迹象,5.室内空气污染的去除方法,82,光催化和等离子放电催化的优点,广谱：可消除空气中的多种污染物如VOCs、无机有害物以及微生物等；安全：催化剂无毒、无腐蚀，主要最终产物为CO2、水等无害气体；稳定：无需再生，可连续工作；节能：反应所需能耗低。,5.室内空气污染的去除方法,83,5.7 臭氧杀菌消毒 臭氧，一种刺激性气体，是已知的最强的氧化剂之一，其强氧化性、高效的消毒作用使其在室内空气净化方面有着积极的贡献。臭氧的主要应用在于灭菌消毒，它可即刻氧化细胞壁，直至穿透细胞壁与其体内的不饱和键化合而杀死细菌，这种强的灭菌能力来源于其高的还原电位。,常见的灭菌消毒物质的还原电位表,5.室内空气污染的去除方法,84,空气中杀菌消毒所需时间 紫外照射、纳米光催化、等离子体放电催化和臭氧杀菌所需时间一般都为数分钟。,5.室内空气污染的去除方法,85,5.8 利用植物净化空气,美国宇航局科学家威廉发现绿色植物对居室和办公室的污染空气有很好的净化作用:24小时照明条件下，芦荟吸收了1m3空气中90的醛；90的苯在常青藤中消失；龙舌兰则可吞食70的苯、50的甲醛和24的三氯乙烯；吊兰能吞食96的一氧化碳，86的甲醛。威廉的实验证实：绿色植物吸入化学物质的能力来自于盆栽土壤中的微生物，而不主要是叶子。与植物同时生长在土壤中的微生物在经历代代遗传后，其吸收化学物质的能力还会加强。,5.室内空气污染的去除方法,86,5.8 利用植物净化空气,可以作为室内空气污染物的指示物的植物：紫花苜蓿：在SO2浓度超过0.3 ppm时，接触一段时间，就会出现受害的症状；贴梗海棠：在0.5ppm的臭氧中暴露半小时就会有受害反应；香石竹、番茄：在浓度为0.050.1ppm的乙烯下几个小时，花萼就会发生异常现象,5.室内空气污染的去除方法,87,空气净化方法总结,物理污染,化学污染,微生物污染,普通过滤,吸附,静电除尘,要了解“病情”，对症下药。目前，空气净化方法产品宣传中大多为“包治百病”。现实世界中无万能“灵丹妙药”。,5.室内空气污染的去除方法,88,思考题,请比较不同室内空气净化方法的优缺点。根据公式(5-2)，请绘出PD-ACC的关系曲线？在SARS肆虐期间，为安全起见，一些人在空调系统中放置紫外灯杀毒灭菌，你对此有何评价？在空调系统里面释放臭氧杀菌的方法是否可行？,89,本章参考文献,John D S,Jonathan M S,John F M.Indoor Air Quality Handbook.the 1st edition.New York:McGraw-Hill Companies,Inc.,2001Yinping Zhang,Rui Yang,A model of photocatalytic air cleaner for analyzing the performance of removing VOCs in indoor air and its applications,Atmospheric Environment,Vol.37,2003,pp.3395-3399.杨学昌、柯锐、夏天、周远翔，纳米TiO2等离子体放电催化空气净化技术的研究，电工电能新技术，2004年01期杨学昌、周远翔等，纳米二氧化钛等离子体放电催化杀菌的试验研究，电工电能新技术，2004年02期,