空气净化消毒器净化消毒性能试验研究

SARS过后，室内空气净化、消毒和灭菌已成为急需解决的问题，国内外进行了大量的研究工作，如SARS病毒的捕集和检测^[1,2]、空气过滤净化效果^[3]、空气过滤和通风效果的数学模型及亚微米粒子控制策略^[4]，以及SARS病房及室内微生物防治和控制方法^[5~11]，等等。但普通室内空气净化、消毒和灭菌不同于病房的消毒和灭菌，其更需要安全消毒和动态消毒，安全消毒就是在消毒过程中不产生副产物、不腐蚀室内设备等，动态消毒则是在消毒时允许人滞留在消毒现场。这给普通室内空气消毒和灭菌提出了更高的要求。为此，有必要根据细菌和病毒在室内空气中的存在形态及微生物学特性，研究室内空气安全消毒和动态消毒的有效方法，开发相关技术和设备。

研究表明^[12~17]，细菌和病毒等病原微生物通常是以群体的形式存在于空气中，且附着在能够供给其养分和水分的尘埃颗粒上；细菌和病毒的个体粒径一般在0.08~0.3mm之间，但其等价直径却为1~20mm；空气中的微粒浓度越低，细菌和病毒浓度也必然较低；室内空气中的尘埃粒子状态主要是由气流分布作用决定的；细菌和病毒由蛋白质外壳和遗传物质组成，对温度敏感，在55~60°C时，蛋白质几分钟就会变性，失去感染能力，等等。上述研究结果，为采用高效滤床捕集流动气体中的细菌和病毒、实现远红外热力消毒提供了理论基础。本文针对新开发的空气净化消毒器，详细介绍其对室内空气净化的效果、对室内自然菌的消亡率及杀灭率等试验研究结果。

2.空气净化消毒器

图1为空气净化消毒器，其中，1为回风口，2为初效滤床，3为耐高温高效滤床，4为风机，5为消声器，6为送风口，7为远红外加热管，8为反射板。消毒器风量为685m³/h，滤床采用高效滤膜，远红外加热管采用石英管，加热功率为1500W。

空气净化消毒器的工作原理即首先对室内空气中带菌带毒尘埃粒子进行净化，完成对空气中细菌和病毒的捕集过程，然后启动远红外加热器，对捕集到的细菌和病毒进行高温消毒。净化与消毒过程分时实现，以避免热力消毒对室内温度的影响。

3.空气净化性能试验

3.1 试验原理

利用尘埃粒子计数器来测定空气净化消毒器对尘埃的捕集特性，该计数器最小可测粒径为0.3mm的粒子。将消毒器置于面积为18m²、高度为3m的实验室内，首先测定消毒器送风口处的含尘浓度，然后测定室内尘埃粒子数，由此研究消毒器空气净化效果。消毒器对大于、等于某一粒径粒子的捕集效率的计算如式(1)所示，其中，h_³dk为消毒器对³d_k粒径的粒子的捕集效率，%；d_k={0.3，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0}mm，k=1, 2, …, 6，表示粒径类别数；N₀为净化前室内空气中粒子平均值，个；N_i为第i次测定的粒子数，i=1, 2, …, n，n为总测定次数。

　　　　（1）

图2 消毒器对送风气流中尘粒的捕集效率　　 图3 消毒器对室内空气中尘粒的捕集效率

Fig.2 cleansing efficiency of air clean- Fig.3 cleansing efficiency of air clean-disinfector for supply air disinfector for indoor air

3.2 试验结果及特性分析

消毒器对送风气流和室内空气中尘粒的捕集效率分别如图2和图3所示，图中t为消毒器运行时间，min；图中1、2、3表示3次不同日期的试验结果。由图2可知，消毒器对送风气流中的尘粒始终具有较高的捕集效率，对粒径³0.5mm的粒子的捕集效率在99.6%以上。由图3可知，消毒器运行30min后，对室内空气中粒径³0.5mm粒子的捕集效率在93%以上，稳定后达98%以上，经计算，室内空气洁净度在M5.5和M6.5级(万级和十万级)之间。

4.室内空气中自然菌消亡率性能试验

4.1 试验原理

消毒器对室内空气中微生物消亡特性试验委托黑龙江省疾病控制中心来完成。将消毒器放在省疾病控制中心指定现场(容积为54m³的值班室)进行现场试验，根据《消毒技术规范》规定的现场试验方法^[18]，测定该消毒器对现场空气中自然菌的消亡率，如式(2)所示，其中，h_m为消毒器对自然菌消亡率，%；M₀为消毒器开启前培养皿中菌落数平均值，个；M₁为消毒器运行90min后培养皿中菌落数平均值，个。

（2）

4.2 试验结果及特性分析

消毒器在现场试验中对自然菌的消亡率如表1所示。由表1可知，首先，该消毒器在开机运行90min后，现场自然菌的菌落数平均值为182.17 cfu/m³，小于200cfu/m³，满足II类病房(普通手术室、产房、婴儿室、早产儿室、普通保护性隔离室、供应室洁净区、烧伤病房、重症监护病房)使用要求；其次，该消毒器对现场空气自然菌的消亡率平均值为97.27%，且3次试验的消亡率均大于《消毒技术规范》规定值90%的标准^[18]，该消毒器现场试验合格。

表1 空气净化消毒器现场试验中对自然菌的消亡率

试验序号	开机前菌落数 (cfu/m3)	开机后菌落数 (cfu/m3)	消亡率 (%)	备 注
1	7832.04	157.27	97.99	满足II类病房要求
2	6510.97	173.00	97.34	满足II类病房要求
3	6180.70	216.24	96.50	满足III类病房要求
平均值	6841.24	182.17	97.27	>90%（规定值）

5.高效滤床远红外辐射温升特性试验

图4 1500W石英管照射5min后滤床温度分布(单位 °C)

采用红外线测温仪来测量各测点温度。3个500W的石英管照射5min后，滤床的温度分布如图4所示。由图4可知，滤床在1500W的石英管照射5min后，表面温度即达到135°C以上，且温度分布均匀。

6.远红外热力消毒特性试验

消毒器远红外热力消毒特性试验委托黑龙江省疾病控制中心来完成。消毒器在完成净化后且在消毒之前，其滤床表面附着大量的带有自然菌的尘粒，根据《消毒技术规范》对物体表面消毒现场鉴定试验的规定^[18]，在滤床表面取两块等面积进行热力消毒前后采样，将样本培养48小时后，比较消毒前后的培养皿中自然菌的菌落数，试验结果如表2所示。

表2 空气净化消毒器远红外辐射热力消毒试验结果

试验序号	消毒前菌落数 (cfu/cm2)	消毒菌落数 (cfu/cm2)	杀灭对数值	备 注
1	13.3	0.7	1.27	《消毒技术规范》（2002年版）对物体表面消毒效果现场试验规定：平均杀灭对数值³1
2	8.4	0.2	1.62
3	14.6	0.1	2.16
4	11.4	0.0	>1
5	11.6	0.0	>1
6	12.1	0.2	1.78
平均值	11.9	0.2	>1

由表2可知，在6次远红外辐射热力消毒试验中，每次自然菌的杀灭对数值都>1，达到《消毒技术规范》(2002年版)对物体表面消毒效果现场试验规定的标准^[18]，即该消毒器所采取的远红外热力消毒方法能够有效地杀灭被捕集到的微生物污染物。

7.结论

本文在简要介绍空气净化消毒器基本结构和原理的基础上，介绍了该消毒器的净化性能、自然菌消亡率、高效滤床远红外辐射温升特性和远红外热力消毒特性试验结果，试验表明：

1）空气净化消毒器对室内空气中颗粒性污染物具有较高的净化效率：对送风气流中粒径³0.5mm的粒子的捕集效率始终在99.6%以上；消毒器在54m³的房间内运行90min后，室内空气洁净度可达M6.5级(十万级)以上。

2）空气净化消毒器对室内空气中自然菌具有较高的消亡率：消毒器在54m³的房间内运行90min后，对室内空气中自然菌的平均消亡率在97%以上，高于《消毒技术规范》现场试验规定标准(90%)；净化后菌落数小于200cfu/m³，满足II类病房使用要求。

3）空气净化消毒器所采用的远红外热力消毒方法能够有效地杀灭所捕集的自然菌：高效滤床在远红外辐射下，温升快，5min即可达到100°C以上，滤床温度均匀；远红外热力消毒对自然菌的杀灭对数值都大于1，高于《消毒技术规范》表面消毒效果现场试验规定。

另外，空气净化消毒器在工作过程中，能够满足安全消毒和动态消毒的要求，且高效滤床有效使用时间约9个月。空气净化消毒器在医用、家用、办公和商用等领域具有广阔的应用前景

参考文献

[1] 香港城市大学研出净化空气中病毒机器.www.compressor.net.cn, 2003年，5月20日.

[2] 赵玮宁.南京研出高效SARS病毒收集器集空气病毒颗粒.央视国际，2003年5月4日.

[3] Fisk W.J., D.Faulkner, J.Palonen, and et al.Performance and costs of particle air filtration technologies[J].Indoor air, 2002, 12(4): 223~234.

[4] Jamriska M., L.Morawska and D.S.Ensor.Control strategies for sub-micrometer particles indoors: model study of air filtration and ventilation[J].Indoor air 2003, 13(2): 96~105.

[5] 赵彬，张颖，李先庭.生物颗粒在相邻房间运动的数值研究[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 31~33.

[6] 赵彬，张昭，李先庭.室内不同通风方式下生物颗粒的分布比较[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 37~40.

[7] 李先庭，孟彬彬，赵彬.新回风比例对室内生物污染分布影响的数值分析[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 51~54.

[8] 张野，薛志峰，江亿等.“非典”病房区空调通风方案设计实例[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 47~50.

[9] Bjørn E.and P.V.Nielsen.Dispersal of exhaled air and personal exposure in displacement ventilated rooms[J].Indoor air, 2002, 12(3): 147~164.

[10] 江亿，薛志峰，彦启森.防治“非典”时期空调系统的应急措施[J].暖通空调， 2003，33(暖通空调与SARS特集): 1~3.

[11] 殷平.室内环境的安全性和独立新风系统[J].暖通空调， 2003，33(暖通空调与SARS特集): 20~30.

[12] 涂光备.制药工业的洁净与空调[M].北京：中国建筑工业出版社，1999，25~40.

[13] 李恒业.大气中生物粒子的等效直径及其有效滤材的研究[A].中国电子学会洁净技术学会第二届学术年会论文集，1986，170~174.

[14] 许钟麟.空气洁净技术原理[M].上海：同济大学出版社，1998，311~313.

[15] 藤井修二.层流型ヶリーンルーム设计に关すゐ考察[A].日本建筑学会学术演梗概集(东北).1982，277~281.

[16] 任南琪，马放.污染控制微生物学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002, 138~175

[17] Murtoniemi T., M.-R.Hirvonen, A.Nevalainen and et al.The relation between growth of four microbes on six different plasterboards and biological activity of spores[J].Indoor air 2003, 13(1): 65~73.

[18] 中华人民共和国卫生部.消毒技术规范.2002.

SARS过后，室内空气净化、消毒和灭菌已成为急需解决的问题，国内外进行了大量的研究工作，如SARS病毒的捕集和检测^[1,2]、空气过滤净化效果^[3]、空气过滤和通风效果的数学模型及亚微米粒子控制策略^[4]，以及SARS病房及室内微生物防治和控制方法^[5~11]，等等。但普通室内空气净化、消毒和灭菌不同于病房的消毒和灭菌，其更需要安全消毒和动态消毒，安全消毒就是在消毒过程中不产生副产物、不腐蚀室内设备等，动态消毒则是在消毒时允许人滞留在消毒现场。这给普通室内空气消毒和灭菌提出了更高的要求。为此，有必要根据细菌和病毒在室内空气中的存在形态及微生物学特性，研究室内空气安全消毒和动态消毒的有效方法，开发相关技术和设备。

研究表明^[12~17]，细菌和病毒等病原微生物通常是以群体的形式存在于空气中，且附着在能够供给其养分和水分的尘埃颗粒上；细菌和病毒的个体粒径一般在0.08~0.3mm之间，但其等价直径却为1~20mm；空气中的微粒浓度越低，细菌和病毒浓度也必然较低；室内空气中的尘埃粒子状态主要是由气流分布作用决定的；细菌和病毒由蛋白质外壳和遗传物质组成，对温度敏感，在55~60°C时，蛋白质几分钟就会变性，失去感染能力，等等。上述研究结果，为采用高效滤床捕集流动气体中的细菌和病毒、实现远红外热力消毒提供了理论基础。本文针对新开发的空气净化消毒器，详细介绍其对室内空气净化的效果、对室内自然菌的消亡率及杀灭率等试验研究结果。

2.空气净化消毒器

图1为空气净化消毒器，其中，1为回风口，2为初效滤床，3为耐高温高效滤床，4为风机，5为消声器，6为送风口，7为远红外加热管，8为反射板。消毒器风量为685m³/h，滤床采用高效滤膜，远红外加热管采用石英管，加热功率为1500W。

空气净化消毒器的工作原理即首先对室内空气中带菌带毒尘埃粒子进行净化，完成对空气中细菌和病毒的捕集过程，然后启动远红外加热器，对捕集到的细菌和病毒进行高温消毒。净化与消毒过程分时实现，以避免热力消毒对室内温度的影响。

3.空气净化性能试验

3.1 试验原理

利用尘埃粒子计数器来测定空气净化消毒器对尘埃的捕集特性，该计数器最小可测粒径为0.3mm的粒子。将消毒器置于面积为18m²、高度为3m的实验室内，首先测定消毒器送风口处的含尘浓度，然后测定室内尘埃粒子数，由此研究消毒器空气净化效果。消毒器对大于、等于某一粒径粒子的捕集效率的计算如式(1)所示，其中，h_³dk为消毒器对³d_k粒径的粒子的捕集效率，%；d_k={0.3，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0}mm，k=1, 2, …, 6，表示粒径类别数；N₀为净化前室内空气中粒子平均值，个；N_i为第i次测定的粒子数，i=1, 2, …, n，n为总测定次数。

　　　　（1）

图2 消毒器对送风气流中尘粒的捕集效率　　 图3 消毒器对室内空气中尘粒的捕集效率

Fig.2 cleansing efficiency of air clean- Fig.3 cleansing efficiency of air clean-disinfector for supply air disinfector for indoor air

3.2 试验结果及特性分析

消毒器对送风气流和室内空气中尘粒的捕集效率分别如图2和图3所示，图中t为消毒器运行时间，min；图中1、2、3表示3次不同日期的试验结果。由图2可知，消毒器对送风气流中的尘粒始终具有较高的捕集效率，对粒径³0.5mm的粒子的捕集效率在99.6%以上。由图3可知，消毒器运行30min后，对室内空气中粒径³0.5mm粒子的捕集效率在93%以上，稳定后达98%以上，经计算，室内空气洁净度在M5.5和M6.5级(万级和十万级)之间。

4.室内空气中自然菌消亡率性能试验

4.1 试验原理

消毒器对室内空气中微生物消亡特性试验委托黑龙江省疾病控制中心来完成。将消毒器放在省疾病控制中心指定现场(容积为54m³的值班室)进行现场试验，根据《消毒技术规范》规定的现场试验方法^[18]，测定该消毒器对现场空气中自然菌的消亡率，如式(2)所示，其中，h_m为消毒器对自然菌消亡率，%；M₀为消毒器开启前培养皿中菌落数平均值，个；M₁为消毒器运行90min后培养皿中菌落数平均值，个。

（2）

4.2 试验结果及特性分析

消毒器在现场试验中对自然菌的消亡率如表1所示。由表1可知，首先，该消毒器在开机运行90min后，现场自然菌的菌落数平均值为182.17 cfu/m³，小于200cfu/m³，满足II类病房(普通手术室、产房、婴儿室、早产儿室、普通保护性隔离室、供应室洁净区、烧伤病房、重症监护病房)使用要求；其次，该消毒器对现场空气自然菌的消亡率平均值为97.27%，且3次试验的消亡率均大于《消毒技术规范》规定值90%的标准^[18]，该消毒器现场试验合格。

表1 空气净化消毒器现场试验中对自然菌的消亡率

试验序号	开机前菌落数 (cfu/m3)	开机后菌落数 (cfu/m3)	消亡率 (%)	备 注
1	7832.04	157.27	97.99	满足II类病房要求
2	6510.97	173.00	97.34	满足II类病房要求
3	6180.70	216.24	96.50	满足III类病房要求
平均值	6841.24	182.17	97.27	>90%（规定值）

5.高效滤床远红外辐射温升特性试验

图4 1500W石英管照射5min后滤床温度分布(单位 °C)

采用红外线测温仪来测量各测点温度。3个500W的石英管照射5min后，滤床的温度分布如图4所示。由图4可知，滤床在1500W的石英管照射5min后，表面温度即达到135°C以上，且温度分布均匀。

6.远红外热力消毒特性试验

消毒器远红外热力消毒特性试验委托黑龙江省疾病控制中心来完成。消毒器在完成净化后且在消毒之前，其滤床表面附着大量的带有自然菌的尘粒，根据《消毒技术规范》对物体表面消毒现场鉴定试验的规定^[18]，在滤床表面取两块等面积进行热力消毒前后采样，将样本培养48小时后，比较消毒前后的培养皿中自然菌的菌落数，试验结果如表2所示。

表2 空气净化消毒器远红外辐射热力消毒试验结果

试验序号	消毒前菌落数 (cfu/cm2)	消毒菌落数 (cfu/cm2)	杀灭对数值	备 注
1	13.3	0.7	1.27	《消毒技术规范》（2002年版）对物体表面消毒效果现场试验规定：平均杀灭对数值³1
2	8.4	0.2	1.62
3	14.6	0.1	2.16
4	11.4	0.0	>1
5	11.6	0.0	>1
6	12.1	0.2	1.78
平均值	11.9	0.2	>1

由表2可知，在6次远红外辐射热力消毒试验中，每次自然菌的杀灭对数值都>1，达到《消毒技术规范》(2002年版)对物体表面消毒效果现场试验规定的标准^[18]，即该消毒器所采取的远红外热力消毒方法能够有效地杀灭被捕集到的微生物污染物。

7.结论

本文在简要介绍空气净化消毒器基本结构和原理的基础上，介绍了该消毒器的净化性能、自然菌消亡率、高效滤床远红外辐射温升特性和远红外热力消毒特性试验结果，试验表明：

1）空气净化消毒器对室内空气中颗粒性污染物具有较高的净化效率：对送风气流中粒径³0.5mm的粒子的捕集效率始终在99.6%以上；消毒器在54m³的房间内运行90min后，室内空气洁净度可达M6.5级(十万级)以上。

2）空气净化消毒器对室内空气中自然菌具有较高的消亡率：消毒器在54m³的房间内运行90min后，对室内空气中自然菌的平均消亡率在97%以上，高于《消毒技术规范》现场试验规定标准(90%)；净化后菌落数小于200cfu/m³，满足II类病房使用要求。

3）空气净化消毒器所采用的远红外热力消毒方法能够有效地杀灭所捕集的自然菌：高效滤床在远红外辐射下，温升快，5min即可达到100°C以上，滤床温度均匀；远红外热力消毒对自然菌的杀灭对数值都大于1，高于《消毒技术规范》表面消毒效果现场试验规定。

另外，空气净化消毒器在工作过程中，能够满足安全消毒和动态消毒的要求，且高效滤床有效使用时间约9个月。空气净化消毒器在医用、家用、办公和商用等领域具有广阔的应用前景

参考文献

[1] 香港城市大学研出净化空气中病毒机器.www.compressor.net.cn, 2003年，5月20日.

[2] 赵玮宁.南京研出高效SARS病毒收集器集空气病毒颗粒.央视国际，2003年5月4日.

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[6] 赵彬，张昭，李先庭.室内不同通风方式下生物颗粒的分布比较[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 37~40.

[7] 李先庭，孟彬彬，赵彬.新回风比例对室内生物污染分布影响的数值分析[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 51~54.

[8] 张野，薛志峰，江亿等.“非典”病房区空调通风方案设计实例[J].暖通空调，2003，33(暖通空调与SARS特集): 47~50.

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[14] 许钟麟.空气洁净技术原理[M].上海：同济大学出版社，1998，311~313.

[15] 藤井修二.层流型ヶリーンルーム设计に关すゐ考察[A].日本建筑学会学术演梗概集(东北).1982，277~281.

[16] 任南琪，马放.污染控制微生物学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002, 138~175

[17] Murtoniemi T., M.-R.Hirvonen, A.Nevalainen and et al.The relation between growth of four microbes on six different plasterboards and biological activity of spores[J].Indoor air 2003, 13(1): 65~73.

[18] 中华人民共和国卫生部.消毒技术规范.2002.

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