7 ．纳米光催化 ( 光触媒 ) 杀菌
    日本当今对该技术的研究仍十分活跃。其原理是：加工成纳米级的半导体材料 TiO2 受紫外光照射 ( 波长 350nm) 后，释放出游离离子 (e-) 和产生空穴 (h+) 。前者具有强还原性，后者具强氧化性。空穴与有机物细菌起反应，细胞膜等被破坏而杀灭。电子则与空气中氧反应生成水。光触媒 TiO2 对微生物的光分解、杀菌的机理及其杀菌装置如图 16 及图 17 所示。在微电子工业中，用该法去除 VOC 的技术则有报道。它与 FFU 结合使用，有较好的效果。但作为民用产品，仅用于空气清挣器 ( 大金等公司的产品 ) ，且明确其用途着重在除臭 ( 甲醛， TVOC 等 ) ，同时由于其一次性通过 (onepass) 效率很低，故未见于 AHU 中。

图 16

图 17

8、杀菌和抗菌的性能评价
    8．1 杀菌性能评价试验
    对于具有除菌 ( 及病毒 ) 功能的空气过滤器，应经过检测。图 18 （原文有误未找到 图18 icccs.cn-看法）

即为除病毒试验装置之一例。在正负压箱体内，设置密闭的洁净罩，其间设待试净化机组，待试病毒通过压缩空气喷雾器注入罩内，罩内浓度有抽气泵吸气经薄膜滤器采集病毒。另有浮游尘采集器一台可检测室内浮游粒子。箱体内有 UV 灯，并有杀菌用 O3 ，发生器以及 O3 的分解触媒以控制其浓度。
    箱体内则由抽气泵保持负压，以保证测试人员的安全。测试后内罩外箱均用 UV-O3 ，灭菌，并将残存的 O ，分解达无害程度。试验结果按自净器开到一定时间后关闭过程间的浓度变化确定之。对于除菌试验按月 JIS 规格可用枯草芽孢菌 ( 对人体无害 ) 作试验菌，可不需夹套，但箱内仍需保持负压，并用搅拌风机使菌体均匀分布。
    上述对空气净化器除菌试验的方法原则也适用于其除去颗粒物质的试验。由于是在小室内封闭自净，经一定时间后可达到较高效率。但它与装在系统中获得的动态 ( 有的称 one pass) 效率是不同的，后者要低得多。
    8．2 抗菌材料抗菌性能的评价
    前面提到过抗菌过滤器。除此之外，空凋设备舶内表面 (AmJ) 或外表面 ( 冷却盘管的翅片 ) 亦可进行抗菌涂料处理，或用材本身是经过抗菌处理的。一般将用作翅片的材料 ( 如铝 ) 进行涂料的涂覆处理。便可获得预期的效果。检验材料抗菌性能可采用贴膜法，即将含菌液体滴到抗菌处理和未经处理 ( 供对比 ) 的两个试件上，用清洁的塑料薄膜覆盖并使含菌液均匀覆盖试样，在规定环境下培养 24 小时后，对比两试件的细菌数量 ( 方法是用生理盐水或其它液体稀释，稀释后的液体涂在培养基上按规定条件培养菌落数并于计数 ) ，两者之差即表示抗菌能力的大小。图 19 表示这种操作过程。图 20 则为测定结果之一例。

图 19

图 20

9 ．医院感染途径和微生物污染的基本对策
    医院感染分直接感染和间接感染，直接感染指接触感染和飞沫感染，间接感染指空气感染 ( 呼吸道 ) 和消化道感染等等。作为医院内微生物污染的对通风空调的基本对策见表 9 所示。

表 9
    

 其它，对于卫生器具设备、给排水、生活热水供应设备等均需配合，且与日常维护管理关系极大。当然，建筑方面的设施首先应该起保证作用。
    10 、日本医院感染症的分类和对病房的设施要求
    10．1 感染症分类
    1999 年 4 月日本卫生劳动部公布了 [ 感染症预防和对感染症患者医疗的有关法律 ]( 简称 )[ 新感染症法 ) 。

表 10
    

注：卫生劳动部拟将 SARS 为“指定感染病症”，与一类感染症大致相同的处理措施
     
    10．2 感染症病房的主要设施要求
    根据日本卫生当局的规定（1999 年），对第一、二种感染病房设计要求如表11所示。

表11
     
    

 11 、医院病房污染控制的实践
    11．1 某市民医院第1、 2 种感染症病房：
    该工程为改造工程，由原普通4人病房改造为部分第一种感染症病房及第二种感染症病房，由 [ 日建设计』设计。其空调换气设备系统示意图见图21。其特点为：第一种感染症病房的各病房均有独立的新风处理机，走廊，前室，病室之间的压力可以控制 (各室可以调节负压)。房间空调通风量合 10 次／换气，其中 40 ％为新风。排气由 HEPA 过滤后排出，HEPA 前设逆流防止用阀(电动)，空调装置采用了原有的末端设备。未能采用全新风的全空气系统。为准备对付2003年4月的SARS传播，在前室增设了医务人员的单元式浴厕(小室) 。第二种感染症病房则采用了更多的原有设备，在要求上不及第一种感染症病房。

图 21

    11．2 全空气(新风)方式感染症病房：
    图 22 所示为采用全空气(新风)方式的感染症病房设计例，采用定风量装置和再热器。病室保持负压，故必须逐级维持压差。排气亦需经HEPA过滤器。

图 22a

图 22b

11.3 置换型气流用于病房空调：
    多床病房病人之间的感染(病人往往是处于潜伏期的带菌者状态)是院内感染的重要因素，所以从空调通风方式加以改善也是解决感染问题的一种手段。日本国立成育中心采用了如图 22b 所示的置换新风方式，从外墙窗台下侧与内墙下侧通风，全年送风温度为 20 ℃～ 24 ℃，风速为 0．5m ／ s 以下，不仅温度环境满意，而且室内空气品质亦优于传统方式，[ 日建设计』进行过完整的调试，确认了其优点。
    11．4 个人送风方式用于病房
    对多室病房以控制每个病床为目标的个别送风方式也有采用。风机盘管内设四台风机，送风口沿吊顶出风的同时，冷却了吊顶，起到了辐射冷却的效应，这种方式 2004 年首次在冲绳的一个医院中采用 ( 图 23) 。

图 23

 11．5病房感染控制应关注的问题
    病房中，病人优先，同时保护医护人员是二个原则。故室内气流组织始终为设计者关／b。日立建设公司结合病室内感染问题做了气流的CFD分析，东京大学生产技术研究所亦进行过同样目的的研究，进一步研究从人体稳定吐出的污染物质在周边的浓度分布。还对人体在咳嗽时吐出污染物的过程作了可视性实验和测量，结果为：平均吐出空气容积约1．4升，吐出的气体中唾沫量约为6．7mg，唾沫浓度则为4．9mg／升，吐出气流速度为11．2m／s，影响的范围达2m以上，故对室内排气口的位置等亦有一定的影响。关于病室气流组织的研究，我国高校亦作过这方面的工作。
    通过对近十年日本数十幢医院病房建筑的空调方式的分析，可知。绝大部分为带高静压的风机盘管方式，其优点是没有房间之间的交叉感染(经回风)，为了提高FCU 对房间的防污染能力，普遍在FCU上(前或后)设有一定级别的空气过滤器(NBS65％)，设计中安装位置务必考虑维修和更换(不能在病房中进行)???? 等，风机盘管的凝水盘考虑用抗茵涂料，甚至用铜材涂复，凝水盘上还有装紫外线灭菌灯的。据此，可考虑能否采用设干盘管的FCU ，或在系统不大的场合研发采用新的诱导器方式。
    当然，对建筑负荷小的病房采用全新风的低速全空气系统是最可选的方式，对室内空气品质是最有保证的。最近还有带HEPA的冷剂系统末端的产品进入病房空调工程，但应注意其适用性。
    12．控制感染的简易设施(产品化)
    考虑到有些流行性疾病来势很猛，一旦疫情发生，很难掌握其发展程度，医院大规模建设感染病房在人力、物力时间上均有困难，因此研发了与房间结合即能满足其基本功能的专用设备。近两年日本开发的有关产品有以下多种：
    12．1 装配式第一种感染症病房：
    总面积为4．5m~5．0m，设有前室、可遮挡的浴厕，空气净化系统(HEPA)，有监视器、会面窗( 电动窗帘)，该小室可合理地布置在医院内，多个病室亦可构成一个病区，小室由净化设备制造厂承建。
    12．2负压软围挡隔离罩：
    在负压隔离病室内，在病床上(前)半部增设软围挡隔离罩，罩端(人头部)设HEPA，并经HEPA抽风排出污染空气。负压隔离室亦设有排风过滤器，使隔离室保持负压。罩内风量为420m3／h(高速时)或198m3／ h(低速时) 。
    12．3病房净化负压保持设备：
    做成立柜形式，风柜将室内空气吸入，经净化后部分灭菌空气再循环(960m3／ h)，另一部分排走(240m3／h)。噪声在50dB(A)以下。该装置可使排风管内无菌化，且室内亦保持一定的净化水平，其使用情况如图24a)所示。
    12．4病室内负压保持设备：
    做成吊顶嵌入式，能使病室因排风而形成负压，因设有HEPA ，排风管内不会有细菌污染。在排风吸口处设有灭菌用导管等装置，以便定时对 HEPA 消毒灭菌。当室内要求负压为 -10Pa 时，排风量为300m3 ／h，室内要求负压为—20Pa时，排风量为360m3／h。其使用情况如图24b）所示

图 24a

图 24b

12．5 医用正压感染防止设备
    如果以上几种形式是通过负压来防止污染扩散以保护医务人员为目的，则另一种是建立正压 ( 净化 ) 以保护病人不被外界污染。实质上即医用的洁净罩。围护为透明软围挡，净化机组设在罩外，带 HEPA 的空气分布器 ( 矢流型 ) 设在床头部。净化机组内有光触媒、紫外线等除臭、灭菌设施，该洁净罩的外形尺寸为 2．24mX2．58m( 长 )X 2．2m( 高 ) 风量为 1800m3/h( 治疗时 ) ＼ 1250m3/h( 安静时 ) 二挡，噪声在 45dD(A) 以下，治疗时可达 ISO-7 级 ( 治疗时 )ISO-5 级 ( 安静时 ) 。该设备用于对易感染患者的疾病治疗 ( 如化疗 ) ，其造价显然大大低于正规无菌病房。除洁净罩外亦有垂直层流型无菌病菌式单元的定型制品 ( 硬围档 ) 。
    此外为了收治感染患者还开发了感染患者专用的运输设备 ( 卧式有洁净装置的负压密闭型 ) 。以上这些设备的生产厂家有日本 Airtech 公司、三机工业公司等。在研发过程中大多利用了 CFD 、实测等手段。
    医院内手术室、 ICU 等的污染控制亦是防止院内感染的重要阵地。 1998 年日本病院设备协会制订的“病院空调设备的设计·管理指针” (HEAS-02-1998) 仍为工程建设与管理的主要指导文件，在指针中规定了相关设计参数要求 ( 温湿度、洁净度与空调风量、新风量相当的换气次数等 ) 对具体系统型式不作规定。所以可以采用多种方式，包括采用立柱型和吊顶型净化空调机组等。对满足各种等级医院的适应性和发挥各种技术思路是有利的。公司最近对水平和垂直型层流的无菌病菌室什了详细分析 ( 用 CFD 等方法 ) 确认了垂直方式优于水平方式。

13 、生物危害的控制方法
生物危害控制技术是现代医学科学实验不可缺少的手段。其危害程度一般与不同等级引起感染症的病原微生物的危害程度相对应。为了实现医学科学实验的安全性，定出了生物安全等级 (BSL) 和相应要求的隔离等级，其与病原微生物的等级、以及设备设施见表 12 。日本有关部门对病原微生物的排序号并不一致 ( 参见表 10) 。
    保证物理隔离的实验室又称生物安全实验室，其基本设施可见图 25 所示。

图 25

表中所提到的生物安全柜是第一次隔离的手段，外观类似于正压的洁净工作台，但要求甚严。根据其功能可以分为四级。其主要关键为柜内气流设计。产品必须经过严格的各项有关试验。表 13 即生物安全柜的分类结构和性能。日本对安全柜的研发仍不断进行，虽然其基本性能是与国际标准一致。但在用材和结构上仍不断改进。例如采用直流无刷电机驱动风机，转速可以按 HEPA 的阻力自动调整，操作窗可呈倾斜 (10 o 角 ) 有利于观察试验，整个运行状况设操作视屏 ( 液晶显示 ) ，能指示出送风风速和流入风速等。从表 11 中可知，生物安全实验室的要求甚高，造价也大，利用率很低。不适当的普遍建设会导致浪费。为此，日本曾开发过移动 P3 级生物安全实验室。它利用集装箱改装，设上下两层。上为机房，下为实验室，根据需要可以运输。图 26 为其装置系统的简图

表 12

表 13

图 26

图 27

14 、实验动物饲育设施

与制药、医学科学实验关系密切的实验动物设施也是与洁净技术有关的。日本实验动物设施研究会指定的环境标准为： (1) 对鼠类的温度为 20 ℃～ 26 ℃，对猴、狗、猫之类为 18 ℃～ 26 ℃，相对湿度为 40~60 ％； (2) 换气次数为 10~15 次／时，气流速度为 0．13 ～ 0 ， 18m ／ s ： (3) 压差梯度为 50Pa(SPF 动物区域 ) ／ 150Pa( 隔离系统 ) ； (4) 灰尘等级为 IS07 级 (SF209b10000 级 ) ，落下菌数为《 6 个／ Φ>90．h( 非饲育屏障区 ) 及 <60 个／ 090．h( 非饲育的通常区域 ) ； (5) 氨浓度不 >20PPm ； (6) 噪声不高于 60 。新型的屏障系统是采用乱流方式送风，上送下回，但由于未能在动物饲育容器内形成良好的气流，换气效率不高。新型的饲育架改善了容器内气流，使提高容器内换气效率的同时，可减少一半风量。图 27 画出了新、老二种气流方式的对比。

图28

15、HACCP 和净化空调

    和医药工业的 GMP 一样，在食品工业中国际上有 HACCP 的认证规定。日本于 1996 年由卫生部导入这一概念并作为食品卫生法在执行规范中贯彻。所谓 HACCP ，也称危害分析关键控制点，是防止食物生产链上出现微生物、化学性和物理性污染的国际认可技术。该技术不仅帮助用户识别食品生产过程中的潜在危害，还能为这些危害引致的后果制定有效的控制措施。典型的食品加工如牛乳、啤酒、腊肠等行业工艺均需贯彻执行。规范中也包括硬件 ( 厂房、卫生、空调设备等 ) 和软件 ( 管理 ) 两个方面。许多工艺必需在有洁净级别的环境中进行，在灌装工艺中有的要求 IS0 5 级。合理的建筑设计 ( 包括入室管理 ) 和工艺流程布局为先导，环控净化设施成为必不可少的设备。为此日本生产有专门满足食品工业用的洁净装置，以及有推荐的空调净化方式。食品： [ ：业中，由于有大量的热量、蒸汽、消毒时的排气以及为保持室内正压，必须在正常空调需求的新风之外，还设置独立的辅助新风系统，而且也要求对新风净化处理，例如采用自动再生型过滤器等。在车间运输用大门上装设防虫用特殊空气幕等。图 28 表示了采用辅助新风系统的食品加工车间空调通风系统图。
    

16 、局部洁净设备
    16．1 空气自净器：
    日本家用空气清净器的市场不大，年产约十—几万台，主要用于家庭中有花粉过敏症患者，或有在室内吸烟者的家庭。但市场上品种很多，近几年来特别推出的产品均以有光触媒过滤装置的产品，具有除臭、杀菌、去除 VOC 等功能。如大金、东芝、三菱电机、津岛制作所等 14 家均有此产品，形式多样，其性能大多采用浓度衰减法来评价 ( 参见前图 18) ，故按此表示的效率均很高。
    最近还有一种可以释放抗氧化 ( 过氧化反应会伤害体内细胞 ) 物质的空气净化 ( 从西洋草药 Rosmary 中提炼出的迷迭香 ) ，此外还有专门对去除过敏原花粉和螨等有效的空气清净器。从净化要求看，经过多道处理手段会提高效果 ( 包括有用低阻的 HEPA) ，但是风机的风压、风量往往不能满足要求。而风量小对稀释室内污染的效果就不会明显。因为空气清净器的重要性能指标是 CADR( 清洁空气输送量 ) 。风压、风量、噪声相互制约，不易开发出广大用户认可的产品。
    2002 年大和房屋公司将日本 11 种产品对甲醛去除能力作了检测，发现只有一种有较高的性能，其余均不尽人意，与广告宣传有较大差别。
    16．2 防止感染的候诊座椅
    作为院内感染防止的设施之一，日本开发了一般医院门诊候诊座椅，即座椅与净化装置相结合，在座椅后方设净化系统。患者头部上方设吸风口，经 HEPA 后从椅下部排出，出风速度约在 0．7m ／ s 以内，不致形成足部不适。对宽 1．8m 的椅子，吸风量为 300m3 ／时 ( 可增量到 600m3 ／时 ) ，这种装置见图 29 所示。此外，还有将多功能超薄型净化机组 ( 厚度仅 70mm) 在诊疗室中构成防感染空间 ( 图 30) 。不仅有一定效果，而且投资和运行费用均很小。

图30

16．3 吸烟局部净化桌

    2003 年，日本卫生劳动部公布了“工作场所吸烟对策的指针”。为防止被动吸烟的危害，对吸烟场所 ( 划定的吸烟室 ) 应设置局部排烟装置，为此已有不少产品上市 ( 如松下精工公司安全公司等 ) 。这种局部净化装置是桌面上抽风，经过滤器后向下排入室内 ( 自循环 ) ，风量为 900m3 ／时 (4 人桌 ) ，采用静电过滤器或滤料过滤器，对 0．3μm 粒子效率应， 86 ％。图 31 为示意图。除设此局部净化设备外，房间亦应设通风换气装置。
    16．4 装配式舒造性净化小室
    日本为了给花粉过敏症等病人提供无尘、无菌的热舒造的个人空间，有些公司生产了专门的装配式小室 ( 送净化空气，设负离子发生器等 ) ，供患者在发病季节在中间生活和工作。
    17 、地球环境时代的洁净室建设
    洁净室是耗能大户，用能大，对地球环境的排放负荷 (CO ：等温室气体、废气 ) 亦大，因此节约能源，减少运行费用，减少废弃资源是应该关注的问题。提高工艺自动化程度，提高工艺的生产效率是重要基础。
    洁净室的合理规划与设计也可根本上节约建设投资和运行费用。在空调净化方面，在保证工艺质量的前提下减少净化风量，将去湿冷却与显热冷却分开处理，冬季利用部分冷却塔冷量，车间化学污染排气的能量回收等都是有效的节能手法。

图 31

日本于 2000年制定了“循环型社会形成基本法”，日本全国过滤器消费量为 100~150 万个／年，价值 200~300 亿日元 (1．4 — 2．1亿人民币 ) ，废弃物量约1万吨。因此使空调技术界思考对于空气过滤器的处置问题。现在有两个方面可考虑的问题：
1)过滤器清洗——开发了中效过滤器清洗机构。对无纺布滤料者可清洗，流程包括：
   

高压空气初洗、真空脱气、超声波水洗、离心脱水、除湿干燥、性能确认(效率试验)等，整个流程自动化，一条流水线的清洗量约 300 台左右，市场正发展中

图 32

图 33

 2) 优化预过滤器和主过滤器的组配——对于大量的民用建筑按“人楼管理法”， 3000m2
    以上的建筑应没二级过滤器 ( 预过滤 + 主过滤器 ) ，如何提高预过滤器的效率和容尘量，有利于主过滤器 ( 一般为中高效过滤器 ) 延长使用寿命 ( 更换周期 ) ，对系统的稳定和减少风机动力消耗都是有利的。日本把这种搭配称为 Eco 过滤器。它与一般的区别可从图 32 和图 33 中看出。
    3) 除了从以上经济性为主的进行研究开发外，还进一步采取以环境影响为中心的 LCA( 寿命周期评价 ) 方法来指导过滤器的研发工作，以尽量减少过滤器对环境的负荷 (C02) 排放量等 ) 。
   

 结语
    以上是根据日本在洁净技术方面的若干信息所作以归纳。一定程度上反映了技术进展的概况。总的来讲他们整个业界的特点是：
    1 、理论联系实际，注重实测调研，即使对于各种环境的现状，如尘菌关系等不断有人测试，积累了大量数据。作为工程建设的基础。 2003 年 SARS 后，日方同行随即来我国调研吸取经验。
    2 、对产品开发，重在把握性能，对产品的细节力求精益求精，并密切与工艺相联系。对于新技术的开发 ( 如光触媒 ) ，各方面投入力量，重在实验研究。
    3 、理论丁具积极应用，如 CFD( 用于洁净工程的有 CRWIN 软件 ) 广泛应用于产品开发和工程设计中。对于尘粒在芯片上的沉积机理与试验也不断予以关注。
    4 、着重技术交流，每年的《空气清净与污染控制》学术交流大会 ( 日本空气清净协会举办，已有 22 届 ) ，每年有近百篇交流论文， 90 ％以上的论文均是建立在实验基础上的。这是技术发展必不可少的条件。因为技术进步也是一点一滴地积累起来的。
    对我们来说，它山之石，可以攻玉，尽管我国近十年来洁净技术已取得了相当的进步。但是，知已知彼是必要的。
    

( 参考文献待补 )

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