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盛夏將至，新冠陰影下中央空調何去何從？

來源：家居百科時間：2020年05月27日 10:51

自2019年12月新冠病毒爆發(fā)以來,迅速蔓延成為全國乃至全世界的重大疫情。目前我國疫情得到迅速、有效控制,但國外疫情卻持續(xù)惡化,感染人數仍線性增長,疫情也將趨向長期化、復雜化。隨著盛夏將至,中央空調不得不用,給新冠病毒傳播的控制帶來了新的不確定性因素。

中央空調增強新冠病毒傳播風險

美國MSN網站報道,科學家從一所醫(yī)院的漂浮塵埃中發(fā)現(xiàn)新冠病毒的痕跡。新研究顯示,這種病毒可能通過空調系統(tǒng)甚至通風管道在建筑內部傳播。

《美國醫(yī)學會》雜志報道,來自新加坡國立傳染病研究中心的科學家們對三名新冠肺炎患者所居住房間的拭子分析,結果顯示這種疾病的傳染性或許比人們之前認為的更強,盡管這些患者只表現(xiàn)出“溫和的”癥狀,還是有證據顯示醫(yī)院排風裝置排出的空氣中存在病毒,表明攜帶病毒的小液滴可能被氣流帶走,并累積在通風管道等設備上。

《新發(fā)傳染病》雜志報道,今年1月,大年三十中午,在廣州的一家餐館內發(fā)生了一起新冠病毒“人傳人”事件,涉及3個家庭共計10人。研究結果表明,空調的氣流方向與帶有新冠病毒的飛沫傳播方向一致,能擴大飛沫傳播的范圍,也有人指出,可能坐在出風口下的顧客被空調帶出的病毒感染。

澎湃新聞網報道,今年2月,鉆石公主號郵輪上4天檢測出61例新冠,美國約翰·霍普金斯大學健康安全中心高級學者阿梅什·阿達利亞表示,這種通過呼吸道傳播的病毒很難進行防控。在郵輪這樣的中央空調封閉空間內,不需要一個“超級傳播者”,病毒就可以加速其傳播。

5月18日下午,北京市新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作舉行第108場新聞發(fā)布會,介紹到33例發(fā)熱患者經臨床診斷以細菌性呼吸道感染為主,與近期使用中央空調有關,初步確定為共同暴露因素導致的集體性發(fā)熱,病原體初步判斷為A組乙型溶血性鏈球菌。北京市委宣傳部副部長徐和建表示,當前天氣轉熱,建議廣大市民使用空調時要保持空氣流通和自然通風,做好定期清洗清潔。公共場所要確保各房間保持獨立通風,要采用全新風運行,嚴格按要求使用已裝有空氣凈化消毒裝置的集中空調通風系統(tǒng),避免因空調使用導致的疫情傳播的風險。

中央空調傳播病毒的機制和常用的處理策略

為保障室內溫度環(huán)境,中央空調系統(tǒng)配備每小時8次左右的室內空氣循環(huán)能力,7-8分鐘可以將室內空氣循環(huán)一遍,快速的空氣流動其實并不利于空氣中病毒、細菌及顆粒物的自然沉降,從中央空調沖出的帶毒空氣更是有可能加速病毒在空氣中的傳播速度及傳播距離。多個房間互通空氣清新的空調系統(tǒng),若一個房間里有病菌,則可能傳至所有互通空氣的房間。

一般室內中央空調系統(tǒng)只有初效濾網,不具備過濾pm級顆粒物的能力,更不能過濾通過氣溶膠傳播的細菌、病毒、及細微顆粒物?？照{的管道及回風口等成為了藏污納垢的地方,并極容易滋生細菌及病毒,致使中央空調成為室內重要的傳播源和傳播渠道。

目前對室內空氣中微生物污染的主要預防技術有物理過濾、化學消毒、紫外線消毒、靜電吸附等。然而,這些技術都有其缺點和不足:

物理過濾方法主要是采用在通風管道中安置的HEPA濾網(類似囗罩)等方法,凈化效果較好,常常能物理濾除90%以上的微生物,但是HEPA濾網性能衰減太快,需要頻繁更換,更換濾網時也存在感染病毒風險。

化學消毒方法包括使用殺菌溶劑(如酒精、84消毒液等)、殺菌氣體(如臭氧等)對空調管道等消毒,有較好的效果,但也存在無法克服的問題:只能在空調不運行時間隙消毒,而且大量使用殺菌溶劑存在化學物質殘留、易燃易爆的風險。無論是殺菌溶劑還是殺菌氣體,往往都存在異味,對環(huán)境不友好,難以應用于中央空調人在環(huán)境實時消毒的情境。

紫外線消毒方法也是殺菌消毒常用方法,但是其有效消殺的前提是足夠時間、足夠劑量的輻照量。也不適合空調運行時使用,因為在空調系統(tǒng)中,空氣被快速循環(huán)流出,實際上紫外線輻射空氣的時間短,實際消毒殺菌的作用極為有限。

能夠滿足人在環(huán)境實時消毒的空調空氣消毒殺菌方法不多。目前市面上出現(xiàn)了很多基于靜電除塵方法的空調凈化器,其原理是利用針尖高壓電暈在小范圍(針尖周邊1mm以內)激發(fā)等離子體,等離子體中的大量長壽命、帶負電荷的負離子飄入周邊空氣并與攜帶病毒細菌的氣溶膠結合后,在下游被靜電場定向偏轉并加速吸附?；陟o電吸附的凈化裝置脫胎于工業(yè)除塵和管道除塵,其本質是將帶毒顆粒吸附而非真正的及時殺死,只有不到10%的空氣經過等離子體區(qū)有可能消滅其中的病毒,而90%以上的病毒只能被吸附在集塵板表面,因而存在停轉再起動時帶毒顆粒脫落進入空氣的情況;此外靜電除塵裝置隨著使用時間的增長,集塵板堆積“灰塵”,凈化效率會大大下降,需要清洗,清洗時有傳染風險,水中也受污染。

脫胎于工業(yè)除塵的靜電吸附除塵技術

近年來,有不少基于靜電吸附原理的空氣凈化器打出了“等離子體殺毒”的旗號,聲稱凈化器采用了等離子體技術。那么,什么是等離子體技術?為什么大家紛紛打出等離子體的旗號呢?基于靜電除塵的空氣凈化裝置中是否真的使用了這項技術呢?

等離子體消殺:殺滅空調空氣中病毒的硬核技術

等離子體是氣、液、固三態(tài)以外,物質存在的第四態(tài)——事實上,宇宙中99.9%的成分都是等離子體。是被電離的氣體分子、電子、離子組成的一個粒子混合體。等離子體技術本身流淌著“高端”的應用血統(tǒng),前期主要應用于芯片刻蝕、航空點火、航天推進、醫(yī)學美容等領域。近年來,其在生物醫(yī)學領域的重要性逐漸顯現(xiàn),被認識是一種相對理想的空氣殺菌消毒技術。其殺菌消毒機理主要包括四個方面(如下圖所示):(1)電場撕裂效應:等離子體裝置能持續(xù)不斷的產生甚高濃度的正負離子,這些正負離子在電場作用下,在微生物表面產生的剪切力大于其細胞膜表面張力,在這個能量釋放的過程中,微生物的壁膜受到嚴重破壞,導致微生物死亡。(2)高速粒子擊穿效應:當平均電場強度超過一定強度時,被加速的高速粒子會將微生物表面擊穿從而起到破壞微生物的作用。(3)紫外光輻射作用:在等離子體產生過程中可放出大量紫外光。這種高能紫外光子被DNA等核酸吸收而起到殺菌消毒作用。(4)高能粒子和活性自由基的作用:氧化性氣體等離子體中,含有大量原子氧、自由基等活性物質,它們易與細菌體內蛋白質、核酸、脂質層發(fā)生反應引發(fā)變性,致細菌/病毒死亡。

等離子體消毒殺菌原理圖

等離子體消毒殺菌效果顯著,在醫(yī)院手術室、食品衛(wèi)生間等已有應用,但由于臭氧含量太高、設備體積重量大等原因,不適合在空調中人在環(huán)境實時空氣消毒滅菌中應用,而發(fā)展中央空調等離子體消毒滅菌裝置還存在較大的技術難度:(1)要想依靠等離子體實現(xiàn)空調流動空氣中病菌消殺,必須確保被污染的空氣充分與等離子體接觸,這就要求在空氣流道中產生一道均勻/大面積的等離子體“墻”,從而確保流過的氣體穿“墻”而過使病菌能夠被一次性消殺。目前,市場上見到的空氣凈化/消殺裝置依然是基于靜電除塵原理,必須使用細小的電極在局部形成狹小的強電場,其空氣凈化裝置僅能在不到10%的范圍內產生等離子體,離覆蓋空氣流道相距甚遠;(2)產生的等離子體強度需要足夠大以保證電場足夠強,同時也要確保等離子體發(fā)生裝置不會被強電壓擊穿損壞,這就要求等離子體發(fā)生裝置中必須使用交變或脈沖電壓,而電源體積、重量、功耗和放電的電磁干擾等都有限制。目前市面上銷售的空氣凈化器所采用的靜電技術使用的是直流電壓;(3)強大的等離子體產生的同時,往往會產生較多的臭氧,有效的控制等離子體中的臭氧含量,需要高超的調制手段?；陟o電除塵技術的凈化器,往往將等離子體強度控制到最低以限制臭氧產生。

事實上,截止目前,已經出現(xiàn)室內空氣等離子體消毒殺菌設備,但尚未發(fā)現(xiàn)投入商用的真正意義上的空調“空氣等離子體消毒殺菌”裝置。

可見,基于靜電除塵技術的空氣凈化和基于等離子消殺技術的空氣消毒在原理和效果上是完全不同的。那么,怎樣鑒別汗牛充棟的“等離子體凈化裝置”究竟是靜電吸附款還是真正的等離子體消殺裝置呢?其實從前面的描述中,我們可以總結幾條簡單的規(guī)律:如果購買的空氣凈化器中(1)采用了高壓直流電源,并且(2)設備中使用了大量金屬針尖(或金屬細絲)作為電極,那么大概率這只是一臺披著“等離子體消毒殺菌技術”外衣的靜電除塵裝置了。

硬核的空調等離子體消殺技術何時能夠實用?

在新冠疫情背景下,真正基于等離子體技術的空調消毒殺菌裝置研究得到了極大的促進。我國的科學家和工程師們正在緊鑼密鼓的研發(fā)和測試。據悉,包括清華大學、華中科技大學、西安交通大學、空軍工程大學等在內的多家單位均已啟動了空調空氣等離子體消毒殺菌裝置的研發(fā)。

比如清華大學,在前不久的一次學術技術交流會上,報告了正在研制面向中央空調的消毒殺菌機,初步實驗結果表明細菌和病毒一次性通過等離子體裝置樣機的消殺率為75%,還有待提高,且電磁干擾和臭氧量較大。業(yè)內專家指出,西安交通大學和空軍工程大學等單位技術團隊根據各自專長開發(fā)了各具特色的樣機,已有好的效果,但未見公開報道。