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空調機組微生物污染與運行維護在線消毒控制

來源:山東康德萊凈化工程有限公司 時間:2020-02-25 09:49:57 瀏覽次數:

保障室內空氣質量是民用建筑通風空調的主要任務,通風空調機組的微生物污染會影響室內人員的健康1通風空調系統的運行維護對控制建筑室內空氣微生物污染至關重要。這是因為通風空調機組在運行過程中常常會使空調箱內表面與空氣過濾器積塵,冷卻除濕盤管、凝水盤與排水水封、加濕器及其存水容器等凝水、積水。如維護不當,一旦條件合適就會促成微生物不斷定植和繁殖,繼而引發二次污染2另外,通風空調系統停機期間空調機組箱體由于室外空氣滲入、箱體內溫度回升及積存的冷凝水不斷蒸發,箱體內空間常常成為細菌繁殖的理想場所,會滋生大量微生物。微生物在繁殖過程中會產生多種代謝物,如氣味、毒素、過敏物質(如細胞膜、碎屑)及尸體。大多數代謝物的粒徑很小,對人的危害不亞于活的細菌。當再次開機時,這些微粒及出現的霉味或其他令人不愉快的異味會使過敏人群打噴嚏、眼睛發癢,甚至嚴重致敏,這也被稱為開機暴發性細菌污染。但是我國長期以來重視通風空調系統設計,輕視運行維護;重視塵埃污染,輕視微生物污染;尤其是對運行維護過程中防治微生物污染方面的研究相對匱乏,控制措施有限,甚至采用不當的消毒滅菌手段,引發對人與環境的負面效應,造成室內污染。我國大多數民用建筑室內微生物污染現狀并不樂觀,控制微生物污染成為改善室內空氣質量的下一個目標3為此研發通風空調機組及其系統的污染程度實時在線監測技術,以及運行維護全過程的在線動態消毒技術提上了日程。

在認識到通風空調系統對改善室內空氣質量的積極作用外,還應了解通風空調系統對室內環境的負面效應。沈晉明等人提出了空調系統的二次污染及其相應對策2德國醫療衛生協會DGKH,瑞士醫療衛生協會SGSH和奧地利衛生、微生物及預防醫學會?GHMP共同提出了《醫院暖通空調設計與運行指南(草案)》,從國家層面明確提出在許多場合空調系統已被證實為污染源,只有將空調系統看作污染源,才能徹底解決室內生物學污染,認為這是對傳統思路的突破4目前對通風空調機組及其系統微生物污染有3種控制方法。一種方法是采用控制或消除空調機組及其系統的積塵與積水等一整套措施,從源頭上消除誘發微生物二次污染的因子(被形象地稱為做減法),這比產生微生物污染后再消毒殺菌更有效、更安全。這一整套措施已在我國實施多年,被證實有效,并被GB50333—2013《醫院潔凈手術部建筑技術規范》(以下簡稱《規范》)采用:空調機組內表面及內置零部件應選用耐消毒藥品腐蝕的材料或面層,材質表面應光潔;表面冷卻器的冷凝水排出口宜設在正壓段;加濕器不應采用有水直接介入的形式,宜采用干蒸汽加濕器;禁止采用木質邊框的空氣過濾器。這些措施完全可以借鑒到民用建筑的空調系統中。采用品質良好的空調機組對室內空氣質量的改善所取得的效益遠大于增加的成本。

另一種方法是在通風空調機組及其系統內增加動態消毒殺菌裝置(被形象地稱為做加法)。在送風系統運行中持續進行消毒殺菌,無論在各國的通風空調標準還是工程實踐中一直十分謹慎。過濾除菌成為各國標準推薦的技術措施。因為對空氣消毒殺菌有效且無負面效應的裝置幾乎沒有,源源不斷的送風將負面效應擴大,持續影響著室內人員與環境。相對來說紫外線輻射使用較多,裝置簡便但對空氣消毒效果有限,常用于空調機組內盤管的表面消毒,效果不錯。近年來,隨著電消毒裝置技術的發展,在通風空調系統中有應用的趨勢,但美國環境保護署(EPA)對此有客觀的評價,認為至少目前不宜推廣使用。《規范》第8.3.5條規定:末級凈化設施不得產生有害氣體和物質,不得產生電磁干擾,不得有促使微生物變異的作用。這點可供民用建筑參考。

還有一種方法是常規的清洗消毒。其實應該是消毒后再清洗、干燥,這對改善空調系統微生物污染狀況有積極作用。常用的是化學消毒劑,如次氯酸鈉、甲醛及環氧乙烷等。消毒效果雖好,但對空調機組本身及其管路系統有損傷,對消毒人員有暴露危害,需要做好個人防護。而且消毒后必須對空調機組及其管路系統徹底清洗,再進行干燥,以免化學殘留及系統受潮再被污染。通常,整個消毒、清洗過程十分復雜、煩瑣、耗時,工作人員勞動強度大。需要將整個通風空調系統停用,只能用于季節性的定期消毒,難以實施隨時按需消毒。


1 通風空調機組及其系統在線安全消毒必要性

控制民用建筑室內(特別是送風系統)微生物污染的任何措施,必須對室內人員無害,才能實現舒適、健康的環境。盡管上述的3種常用方法對控制民用建筑室內微生物污染起到了一定的作用,但是為了更有效地控制室內微生物污染,必須研發通風空調機組及其系統的污染程度實時在線監測技術,以及運行維護全過程的在線動態消毒技術。本文重點探討通風空調機組運行維護全過程的在線動態消毒技術。空調機組微生物污染在線實時監控技術將另文介紹。長期以來,次氯酸鈉、甲醛及環氧乙烷等一直是空調機組常用的化學消毒劑。直至20世紀80年代后期,美國某公司發現過氧化氫(H2O2)在低濃度的氣體狀態下比在液體狀態下具有更高的殺孢子能力,因為氣態H2O2能生成大量游離的氫氧基,可以直接攻擊微生物的細胞成分(包括脂類、蛋白質和DNA)使其消亡。從原理上講,對于具有類似細胞結構的真菌、細菌、病毒和芽孢,均能有效消毒。氣態H2O2學名為VHP(vaporized hydrogen peroxide),經證實VHP對人無暴露危害,對于大多數材料,甚至對靈敏的電子設備也可以采用。這些特性使它成為一種比較理想的滅菌劑。美國環境保護署EPA的文件《過氧化氫和二氧化氯熏蒸對材料和電子設備的兼容性》(Compatibility  of material and electronic equipment with hydrogen peroxide and clorine dioxide fumigation)5也闡述了這一點。

目前,VHP發生器已經商品化,可以方便地將高濃度的H2O2液體轉換成氣體。VHP消毒技術有如下特點:

1)低溫滅菌過程,可以在4~80℃的溫度范圍內進行消毒滅菌;

2)消毒過程中殘留物少(消毒后不需要清洗),消毒完成后自行分解為水蒸氣和氧氣(無有毒的副產品);

3)快速的滅菌循環回路,節省成本,也很容易驗證消毒效果;

4)具有較好的物料兼容性(對裝置、電子元件和建筑材料都沒有損壞);

5)性能穩定,具有廣譜殺菌作用,適用于真菌、細菌、病毒和芽孢的消毒。通常來說,能被VHP氣體迅速破壞的材料很少。硅膠、Viton(氟橡膠)、Norprene(諾普林)、Hypalon(氯磺酰化聚乙烯合成橡膠)及其他彈性橡膠對VHP氣體的相容性都比較好,但天然橡膠及某些合成橡膠物質,如Buna(丁納橡膠)和EPDM(三元乙丙膠)易被氧化。另外,VHP氣體對表面有銹蝕的材料或部件的消毒效果也沒有表面光潔的效果好。


2 空調機組應用VHP消毒的可行性及對去除空調機組內污染的有效性

美國環境保護署EPA在其文件《過氧化氫熏蒸對暖通空調系統去污的評價》(evaluation of hydrogen peroxide fumigation for HVAC

decontamination)6中對空調系統采用VHP消毒的可行性給予了正面的肯定。文獻7在工程實施過程中證明了VHP對暖通空調系統消毒的有效性。

為了使民用建筑的空調機組能適用于VHP消毒,最好選用符合《規范》要求的空調機組,其實這些要求對一般空調機組并不高,至少也應該滿足一般空調機組要求的在箱體內靜壓保持700Pa時漏風率不大于3%。這是空調的節能要求,也為采用VHP消毒滅菌創造了良好的條件。


3 空調機組在線消毒、實時監控的新思路、新措施實施方法

為了便于空調機組在線消毒、實時監控的實施,經不斷研發與方案反復比較,優選了如圖1所示的系統8對于民用建筑新設的空調系統,如半集中式空調系統的新風獨立處理機組,或全空氣系統的空調機組,可以將圖1作為機組的在線消毒、實時監控的標準配置。



對于既有空調機組,改造起來也比較簡便,只需在既有空調機組的原有管道系統中增設一根如圖1所示的循環風管,中間設一氣密性自動風閥E。一般來說,在空調機組原進、出口兩端通常會各配置一個手動進風調節閥B和出風調節閥C。由于調節閥氣密性較差,不能用作切斷氣流的密閉風閥,因此必須在循環管的前后各增設一個進風密閉閥A和出風密閉閥D(見圖1)。

對于體積不大的獨立新風處理機組,采用一臺VHP發生器就可以同時對數臺機組進行消毒,在合適的地方集中設置VHP發生器,建立一個固定的VHP輸送管網。對于體積較大的空調機組,可用一臺VHP發生器對空調機組進行專門消毒。將VHP輸送管道F插入到空調機組的送風管,在輸送VHP管道中設置自動密閉閥,平時常閉,消毒時打開。VHP發生器及其輸送管道幾乎不需要維護,可以作為固定配置而長期設置。

采用一個簡單的開關電路構成的自控系統連接系統中所有的電動風閥或閥門就可實現空調機組的在線消毒、實時監控。

在空調機組平時正常運行時,自控系統將氣密性自動風閥E關閉,進風密閉閥A和出風密閉閥D開啟,整個凈化空調系統處于正常運行狀態。

當在線實時監控系統檢測到空調機組微生物污染水平超標時,可在夜間進行在線消毒。自控系統控制與需要消毒的空調機組相關的整個系統停運,空調機組進入消毒狀態。自控系統將所需消毒的空調機組的氣密性自動風閥E開啟,進風密閉閥A和出風密閉閥D關閉,并關閉所需消毒的空調機組的蒸汽加濕器進口。由于空調機組將熱濕處理裝置設置在正壓段,凝水排放裝置采用球閥,當凝水盤有積水時球浮起,正壓迫使凝水排出,無水時球下落關閉出水口,空調機組箱體內壓力越大關閉越嚴密。保證了整個箱體在消毒時的密閉性。

為了提高消毒效果,最好將所要消毒的空調機組箱體內的相對濕度降下來。通常需要另外配置除濕裝置,本文提出的方案可利用空調機組自身的熱濕處理裝置來除濕。當進入上述消毒模式后,箱體處于密閉狀態。先讓空調機組內置風機進行自循環運行,用內置的冷盤管降溫、除濕與排水,達到穩定狀態后,球下落關閉出水口。然后開啟內置的加熱盤管循環加熱,在保證箱體空間內溫度不超過70 ℃的情況下,相對濕度甚至可以降到理想的40%。整個過程可以利用內置在空調機組內的溫濕度傳感器在線控制與監測。此時,在線自控系統開啟VHP發生器及插入空調機組進風段的VHP輸送管的密閉閥門,VHP氣體進入空調機組,隨氣流不斷自循環,多次反復流經空調機組的所有部件,殺滅附著在各種表面上的微生物。

整個消毒過程中,如果需要在線監控空調機組消毒空間內的VHP濃度,可以安裝VHP濃度傳感器,只是價格較高。最后可以通過生物指示劑進行驗證。注入VHP的濃度與消毒時間取決于空調機組的污染程度與要求的消毒滅菌效果。消毒時間一般為90~120min,VHP體積分數一般為(100~400)×10-6。完成空調機組消毒后,關閉VHP輸送管的密閉閥門,一般空轉30min即可打開空調機組所有檢修門。在線自控系統將所有控制密閉閥門和風閥恢復到正常運行狀態,無需再進行清洗就可正常運行。如果空調機組的消毒時間不允許太長,可以注入高濃度的VHP,這需要在循環風管處增設催化裂解裝置,以加快VHP分解,迅速將VHP濃度降到無害值(安全水平0.1×10-6)。

從原理上講VHP可以穿透空氣過濾器進行消毒。如果空調機組是定期清洗消毒,則可以將到更換期的空氣過濾器拆除,消毒后再安裝上新的空氣過濾器。

值得注意的是,整個過程不要調節空調機組前后的手動調節風閥,這些閥門是系統調節風量平衡用的,一旦整個系統調試結束后即固定,一般不必再更改。

綜上所述,民用建筑空調機組的整個消毒過程無需人員就地繁重又耗時的清洗消毒工作,省下了昂貴的人力成本。VHP及發生裝置已經國產化,價格不高,只有配套的除濕設備價格仍偏高。本文提出的在線消毒、實時監控方法不需要配置專門的除濕干燥系統,無論對新建還是改建的空調機組系統,只要按圖1所示在管路上稍作改動即可實現,無需配置其他設備,十分簡便。每次在線消毒的成本也不高,為該方法的實用化及今后的推廣奠定了基礎,可作為民用建筑空調機組消毒的一種新方式。


4 結語

本文探討了民用建筑空調機組微生物污染問題,提出了在線控制空調機組消毒的具體措施。利用空調機組自身部件,如內置風機提供消毒氣流循環動力,內置熱濕處理裝置實施消毒前除濕,內置傳感器實現在線過程控制,無需專門配置帶動力的氣流循環裝置、除濕裝置和監控裝置,只需增加一根循環風管,就可完成在線除濕、循環、控制與監測,實施簡便,而且省錢、省力。

所采用的VHP消毒技術是安全、有效的低溫消毒滅菌技術。由于VHP在消毒后能降解成水和氧氣,過程中沒有殘留物。VHP技術可作為甲醛、臭氧等消毒技術的替代技術,代表著建筑空間滅菌的一個新發展方向,已成為歐盟制藥企業消毒技術的首選,并正在向其他行業拓展,在民用建筑中也逐漸推廣開來。

由于空調機組的特殊性,控制二次污染的措施無法替代定期的清洗消毒。本文提出的措施有利于消除民用建筑空調機組的微生物污染,保障室內環境控制,隨著其推廣應用,可作為今后空調機組在線消毒、實時監控的一種配置。

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