一种用于covid-19的空气净化器

引言

本文详细阐述了HEPA过滤技术和紫外线对空气净化的作用、原理,并给出点成方案| 一种用于covid-19的空气净化器。

一、HEPA过滤技术

HEPA(High efficiency particulate air Filter),即高效空气过滤器,HEPA的特点是空气可以通过,但细小的微粒却无法通过。其最高等级的系统可以将颗粒密度降低到正常室内空气的100万倍。

图1 HEPA空气净化原理

过滤器的等级取决于过滤层的过滤颗粒大小,以及过滤效率。一些关键场合需采取最高等级的过滤系统,如医疗手术室、半导体制造厂等。但对于大多数场景来说,中高等级的过滤器更能兼顾截留效率和空气流量的平衡。经过调研,我们选择了HEPA13等级过滤器(过滤等级包括过滤等级:H11-H14U15U16EN1822)),用于净化公共应用中的空气。

二、紫外线对病毒和细菌的作用?

阳光由不同波长的光线组成,包括红外线(热)到可见光范围到紫外线(晒伤)。早已通过实验研究表明,紫外线可以有效破坏传染病菌。具体而言,紫外线分为三个范围,波长越低能量越高。紫外线-A会导致皮肤晒黑,随着时间的推移,会加速皮肤的损伤和老化。紫外线-B会导致晒伤,但也是合成人类产生维生素D的必需品。紫外线-C是能量最高的紫外线波段,被大气层中的臭氧层过滤掉了。如果没有臭氧层,我们就需要生活在室内。对于暴露于该紫外线-C波段下的任何生命都是有害的。

紫外线-C波段可在分子层面上破坏DNARNA。在250nm左右的紫外波长下效果最显著。因此,可以利用紫外线-C波段照射病毒,杀死或阻止病毒复制,防止疾病传播。

图2 紫外线改变DNA/RNA结构(来源:NASA)

当汞蒸汽被电流激发时,会发出253.7nm的紫外光。这长期以来一直用于荧光灯,这种发射会使灯条中的荧光粉涂层产生荧光,从而将紫外线转化为可见光,可用于照明。紫外线吸收涂层可以防止任何杂散的辐射。汞基UV-C灯使用的是完全相同的原理,但没有荧光粉,而是使用了非UV吸收玻璃,这使得UV-C得以释放。汞灯的一个缺点是它们也在185nm处发射,这将产生臭氧,即氧的三分子形式。虽然在高空保护我们免受紫外线的伤害,并且在某些应用中作为一种杀菌剂,但臭氧也是一种呼吸道刺激物和污染物。因此,大多数UV-C灯泡都经过处理以吸收185nm的发射。紫外线也可以由发光二极管(LED)产生,其效率和寿命都在不断提高。

三、紫外线-C波段能否有效杀死冠状病毒,特别是COVID-19?

紫外线-C波段对生命具有杀伤力的证据在科学文献中是广泛存在的,并且有充分的记载。已经有明确的实验来证明紫外对各种细菌、真菌和病毒的致死剂量,包括冠状病毒(SARSCOVID-19)。2003SARS爆发后,对SARS病毒所做的实验表明,紫外线-C波段对该病毒有致死作用(文献参考https://doi.org/10.3205/dgkh000343)。

新的研究表明COVID-19也将在紫外线-C波段产生致死效应。(文献参考https://doi.org/10.1080/22221751.2020.1796529,https://doi.org/10.1101/2020.06.05.20123463)

但同时需要注意几个问题。首先,紫外线和可见光一样,都是直线传播。因此,如果对照射区域进行屏蔽,就会出现阴影效应。因此,若裸光源照射设备对整个房间进行杀菌时可能由于障碍物的存在导致光路遮挡,产生阴影死角。同时,即使是很短的照射时间下紫外线-C波段也会对眼睛和皮肤造成很大伤害。

基于上述原因,我们一般采用紫外线-C波段和HEPA过滤技术两种方式结合的角度而言进行公共场合的杀菌处理,保障高效、安全的净化结果。

四、点成方案| 一种可用于预防COVID新冠病毒的空气净化器

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生活小tips

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