CN1747750A - 采用气态过氧化氢的建筑物净化 - Google Patents

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Abstract

当把微生物污染物引入到诸如封闭物体的一个房间中时，采用气态过氧化氢对包括供应管道系统(16)和返回管道系统(34)的HVAC系统进行净化。净化控制器(46)操控出口通风装置(20)处的可控制挡板(22)、进口通风装置(30)处的临时可控制挡板(44)以及送风机系统(10)，以使气态过氧化氢从过氧化氢发生器通过管道系统向前和反向循环。此外，关闭至少一部分挡板以创造停留时间，其间气态过氧化氢以最小限度的流动或湍流停留在管道系统中。

Description

采用气态过氧化氢的建筑物净化
技术领域
本发明涉及微生物净化领域。特别适用于与加热、通风和冷却系统(HVAC)的杀死孢子的净化相关联的应用，在此我们将特别的参照该系统进行说明。然而，可以理解，本发明也适用于其他种类的微生物净化及其他净化应用。
背景技术
HVAC系统通常包括一系列输送管，该输送管可以将热或冷空气从一个或多个热交换器输送到单独的房间或办公室。输送管通常在靠近热交换器处横截面最大，而当输送管出现支管以便将处理过的空气提供给单独的房间和办公室时，该输送管的横截面会变小。在通风装置出口处的挡板以及某些系统中沿着管道系统设置在不同位置的挡板控制输送到每个房间或通风装置出口的空气的相对量。在现代建筑中，有时挡板是自动的以便给单独的房间提供温度控制。采用自动挡板也出于安全考虑，例如，如果检测到有火灾，就会停止空气供应。
HVAC系统通常包括返回系统，用于使空气从房间返回到热交换器。一些系统采用中心返回系统，该返回系统把返回空气从中心位置输送到热交换器以使空气被再处理和再循环。另一些系统包括压力通风系统，通常由隔声天花板上方的开放空间定义而成，空气通过压力通风系统返回到热交换器。通常，压力通风系统同管道系统相互连接，将返回空气输送回至热交换器。另一些系统包括管道系统，该管道系统从每个房间中的返回通风装置延伸出来。当这些单独的管道接近热交换器时逐渐汇合成较大的管道。
靠近热交换器处的风机电机和过滤器把处理过的空气通过输送管道系统推入到单独的房间中，吸引返回空气回到并且通过热交换器。这些输送管本身通常为电镀钢或铝。部分管道系统或压力通风装置可以包括隔音材料。在年久的建筑物中，该管道系统可能有灰尘、污垢以及油脂的堆积层。
大型的封闭物体(如房间和建筑物)往往会被包括细菌、霉菌、真菌类、酵母菌等的各种微生物污染物污染。这些微生物会在潮湿的地方繁殖，例如墙后、灰泥中、浴室里的隐蔽地方以及管道里，而且往往很难根除。一些污染物由门口、窗户等以及通过通风系统在空气中被带入到房间。污染物也可以由使用房间的人的衣服或身体以及呼吸带入房间。一些微生物会引起发霉的味道。另一些微生物会感染房间后来的使用者。而且，房间有被病原微生物如炭疽热孢子、天花病毒等等人为污染的可能性。一些污染物是非生物性的，如烟草的烟、香水味和药味。
当微生物污染物被引入到建筑物中时，如附带有炭疽热孢子的信件，微生物往往是通过空气传播而被带入到HVAC系统中并且通过HVAC系统。已经证明在HVAC系统相对难以接近的管道系统中杀死孢子和其他微生物是困难的。
本发明提供了一种新的改进的净化系统以及方法，解决上述问题和其它问题。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种建筑物净化系统。该系统包括用于通过管道系统循环空气的装置以及用于把净化蒸汽(气体)提供给管道系统以通过其来循环的装置。
本发明的另一个方面提供了一种对建筑物净化的方法。蒸汽净化剂通过HVAC管道系统和相关联的建筑物房间循环。
本发明的一个有益效果是在管道系统中的微生物净化功效。
本发明的另一个有益效果是对建筑物净化的功效。
本发明进一步的有益效果对于本领域普通技术人员来说在阅读并理解了下面优选实施例的详细描述之后是显而易见的。
附图说明
本发明可以采取多种部件排列方式。附图仅仅用于说明优选实施例并且不应视为对本发明的限制。
图1为与气态过氧化氢净化系统相结合的HVAC系统的示意图。
具体实施方式
商业建筑物和其他大型封闭物体通常包括几个热交换器以及输送和返回管道子系统或区域，每个热交换器以及输送和返回管道子系统或区域加热或冷却建筑物的不同区域。在大型建筑物内众多加热和冷却区的每一个区域中，鼓风机或送风机10吸引空气通过热交换器12和过滤器14。鼓风机通过输送管道系统16推动被加热的空气(冬天)或被冷却的空气(夏天)。该输送管道系统包括支管、转弯以及多种角。可调节的挡板18设置于输送管道系统内的多个点以控制去往各个支管的相对气流。
该输送管道系统将被加热或被冷却的空气输送到多个区域中的每个区域，如办公室或其他房间20。在每个房间或办公室中，带有控制阀或挡板22的热输送通风装置21同输送管道系统连接。优选地，每个房间或办公室进一步包括自动调温器24。在一个优选的现代化办公环境中，自动调温器24同中心电子控制器26连接，该电子控制器控制相应的通风装置阀或挡板22以调节每个房间或办公室的温度。该控制器还控制到达热交换器的被加热或被冷却的液体的来源28，如冷却塔，以确保输送足够的加热或冷却供应来保持所有房间或办公室处于被选择的温度。在年久的建筑中，通风装置21中的挡板22可以手动调节。
在返回方面，每个房间或办公室包括返回通风装置30，该返回通风装置同一个或多个共同的压力通风装置32互相连接，如一些办公室隔声天花板上方的空气空间。该压力通风装置同返回管道系统34连接，空气通过该返回管道系统从压力通风装置返回到过滤器14和热交换器12。可选择地，返回通风装置能够直接同返回管道连接。
在一间办公室20*打开信或包裹时就可以将污染物引入到建筑物中。如果办公室的门是开着的，一些空气传播的孢子就会进入邻近的走廊和其他办公室。许多孢子就会通过返回通风装置30*进入到压力通风装置32，一些孢子或其他微生物会在压力通风装置的表面沉积。大部分孢子会进入到返回管道34中，很多孢子又会沉积在返回管道表面。由于过滤器14通常是灰尘过滤器，而不是高效微粒空气过滤器，因而该过滤器通常能过滤一部分孢子，但是会使很多其他的孢子通过热交换器12并且进入到输送管道系统16中。而且，一些孢子会通过走廊进入到邻近的HVAC子系统中并且进入到其他的返回和输送管道系统中。
首先，为了使微生物污染的传播控制在最小范围内，要在需要开启邮件的办公室或房间中设置应急开关40，该应急开关同控制器26互相连接以立即停止通过HVAC系统的空气循环。由于挡板22是可控制的，HVAC系统也立即关闭所有挡板。
还有一种可以替换上述方式或两者结合的方式，在处理邮件的房间中设置一个或多个自动监测器41以用于检测一种或多种有害的空气传播的物质。监测器同控制器互相连接以立即停止通过HVAC系统的空气循环。在检测到有害物质时控制器就会启动相关的报警系统。
一旦必要，疏散所有人员并且进行净化，微生物污染源就被除去或消灭。
接着，采用气态净化剂对直接接触污染源的办公室进行净化，气体净化剂优选为过氧化氢蒸汽。在第一个实施例中，更具体地，将过氧化氢蒸汽发生器42推进或连接到被污染的房间或办公室20*中。将进口通风装置21*和返回通风装置30*密封。当采用自动挡板时，自动挡板可以用来密封通风装置。可选择地，可以用诸如塑料或金属薄片或类似物覆盖通风装置。覆盖物可以用带子、磁铁等固定在适当的位置。蒸汽过氧化氢发生器42使房间或办公室20*充满过氧化氢蒸汽，当发生污染时过氧化氢蒸汽在房间中保持适当的浓度和适当的时间以杀死微生物污染物。净化控制系统46控制房间20*中过氧化氢蒸汽的供给。
然后，或者在对污染最严重的房间净化之前，用警戒线隔离或者根据HVAC子系统或区域隔开建筑物。通常，任何HVAC子系统都可能被微生物污染。微生物可能已经通过空气进行了循环，特别是如果HVAC系统没有被及时关闭。此外，微生物可能已经被搬离设备的人员从一个区域带到另一个区域。HVAC子系统可以逐个地净化，或者由多个净化组同时净化。优选地，净化过程从离污染区20*最远的HVAC子系统处开始。
对每个HVAC子系统进行净化，蒸汽过氧化氢可以循环通过每个HVAC子系统。值得注意的是如果过氧化氢蒸汽的流动处于稳态，则不能接触到管道系统的某些区域。例如，在方角处湍流往往会留下一个未处理过的区域或冷点而仅仅是经过该角落。类似地，在管道系统的背脊、挡板等的下游或下风口也会有未处理过的区域或冷点。为了确保所有的区域得到处理，一旦管道系统充满了蒸汽过氧化氢并且普通的空气被驱逐出去，就停止气流使其停留在管道系统中持续一段预定的时间。然后，重新开始循环。优选地，每次重新开始循环，颠倒通过管道系统的气流方向。优选地，回流要持续一段时间，直到停留在管道系统中失去效能的部分蒸汽过氧化氢被驱逐出去并且被新鲜的蒸汽过氧化氢替代。再次停止循环而开始另一个停留周期。重复该充满、停留以及驱逐的循环的次数随着净化和管道系统的类型而变。例如，堆积有灰尘和污垢的管道系统就要比具有干净光滑金属表面的管道系统更难净化。
整个HVAC子系统不必受限于同时进行充满、停留和驱逐阶段。优选地，在另一个实施例中，一旦管道系统被充满，供应和输出通风装置的第一个部分就会被关闭以创造一个停留阶段，而蒸汽过氧化氢会通过同一个HVAC子系统的其他部分连续循环。在HVAC系统的第一个部分完成停留阶段后，那些通风装置就可以被打开以开始驱逐和再充满阶段，而另一组通风装置就会被关闭使管道系统的该部分进入停留阶段。在这种方式中，循环打开和关闭通风装置，以使所有的管道区域都接收到流动和静态结合的蒸汽。
在供应和/或返回管道系统或房间中，一个或多个温度、蒸汽浓度以及流速的监控器48可任选地测定蒸汽的特性，使净化控制系统46调节净化参数，如蒸汽浓度、流速、房间温度、净化时间等等以保证净化。
优选地，在房间或办公室中引入杀菌蒸汽进行循环。这可以通过在每个房间中放置蒸汽过氧化氢发生器或将较大的发生器用临时的便携管道连接到多个房间中而实现。在一个可选择的实施例中，将过氧化氢发生器与热交换器连接。这可以通过穿过热交换器或相关联的管道系统的侧壁，使其通过转换过滤器的通道、通过进口面板等等的相互连接而完成。当把蒸汽引入到中心位置时(如热交换器)，同发生器相连的辅助送风机能够同时将蒸汽吹进供应管道和返回管道。
在另一个实施例中，通过管道系统的气流是脉冲式。也就是说，管道系统被设计用于平稳的层流。空气的循环被脉冲进入到高速和低速或静止周期中形成湍流以使蒸汽同所有的表面部分接触。
为便于远程的、自动化的调控，将球形临时挡板插入到没有远程调控挡板的供应通风装置及返回通风装置中。球体在停留过程中膨胀以挡住或基本挡住出口，在向前和相反流动循环过程中缩小以使流体流动。球体可以通过空气控制或通过相连的电泵电动调节。
在另一个实施例中，在没有控制挡板的通风装置21和/或通风装置31上临时安装有电动挡板44。将电动挡板连接到房间中适宜的电流输出设备上以提供电源。优选地，每个挡板包括无线电接收器以接收开启和关闭指令。挡板有些微漏会有利于防止管道系统中的死角，该死角很难充满蒸汽。更优选地，每个可遥控的挡板可以由净化控制系统46操控。净化控制系统46也可以同监控器和送风机连接，用于通过管道系统循环空气来自动控制净化循环。而且，优选地，在每个临时挡板处安装浓度监控器48以给净化控制系统46在不同的通风装置处提供蒸汽浓度的及时反馈。优选地，将附加的浓度传感器48安装在单独的办公室、热交换器以及管道系统的其他易到达的位置。该传感器检测出房间和管道系统中的过氧化氢和/或水蒸气的浓度。传感器同净化控制系统46连接。该控制系统对被检测的水蒸气和/或过氧化氢的浓度作出反应，通过调节过氧化氢蒸汽浓度、流速、暴露时间等中的一个或多个指标来维持净化的适宜条件。例如，净化控制系统46动态调节净化循环以在所有位置维持预先选择的最小过氧化氢浓度。净化控制系统46还控制蒸汽过氧化氢发生器42来提高或减低蒸汽生成率，该蒸汽生成率对于维持预先选择的浓度是必要的。净化控制系统46可以任意模拟管道系统以测定最佳供给、流速、循环时间等等。在这种方式中，净化控制系统46考虑长期运转、供给和返回管道的不均衡支管、管道系统中的潜在的冷点以及其他有问题的区域。该控制系统可以包括处理器，该处理器可预编程来最优化和实现净化循环，该净化循环包括使蒸汽通过管道系统在一个方向上流动、使蒸汽停留在系统中以及在相反方向使蒸汽流动。
当已安装好管道系统但在管道系统周围的不同位置需要加入附加过氧化氢时，将柔性管同蒸汽过氧化氢发生器连接并通过管道通向这些位置。优选地，先完成上述的蒸汽循环。如果在管道系统中有灰尘、污垢或松散物质，通过管道系统插入软管能够驱逐这些物质，使它们降落、覆盖以及遮住孢子或其他微生物。该软管，特别是多孔软管可以把高浓度蒸汽直接输送到管道的问题区域。在一个实施例中，该软管具有高速管口以便可以高速喷射蒸汽以扰动管道系统内壁里的灰尘和污垢，使其悬浮。送风机使被干扰和悬浮的灰尘和污垢颗粒循环到位于热交换器和每个通风装置处的HEPA过滤器中。移去单独的HEPA，单独的HEPA参与重负荷的净化过程，如在液体净化中沉浸、焚化等。柔软管或其他柔软装置也可以用于把挡板带入管道系统，以使管道系统部分的低流速和低蒸汽浓度的蒸汽改变方向。该柔软管也能把流动监控器带入到管道系统中的不同地方。流速、温度及其他监控器、计算机模型等都被用来优化净化过程。柔软零件也能携带污染物监控器、生物取样装置等等。
而且，在净化处理之前，可以将孢子带60设置在热交换器中的通风装置处或管道系统的不同位置。在处理完成后，孢子带被孵化以保证成功净化。
该系统适于多种建筑物的净化，包括办公室、研究室、工厂、学校、医院以及旅馆。也可以处理具有单独管道系统的建筑物的一部分，如具有浴室和一个或多个卧房的旅馆套房。也可以对具有管道系统的交通工具诸如船、飞机等进行净化。
根据本发明，可以进行不同水平的净化。此处所用的术语“净化”及其同义词包括微生物净化及化学净化—化学制剂的破坏，或化学制剂向无毒或无味化合物的转化。净化也包括抑制另人不愉快的气味，如烟草的烟味、香水味或体味的残余以及由霉菌引起的气味和湿气。此处所用的“微生物净化”包括破坏生物污染物，特别是活微生物，以及破坏或使病原形式的感染性蛋白质物质(朊病毒)失活。术语微生物净化包括杀菌，最高水平的微生物净化控制——即毁灭所有的活微生物。该术语也包括消毒，破坏有毒微生物和非致病性微生物(指非病原体)。“化学净化”包括破坏致病化学制剂或把其转化成无毒或无味化合物。
在净化过程中被毁坏的生物污染物的例子包括细菌芽孢、植物细菌、病毒、霉菌和真菌类。一些污染物能够杀死或使哺乳动物受到严重伤害，特别是人类。这些污染物包括病毒，如马脑脊髓炎和天花，引起严重急性呼吸综合征(SARS)的冠状病毒；细菌，如引起瘟疫的细菌(耶尔森氏鼠疫杆菌)、炭疽热(炭疽杆菌)和兔热病(野兔热弗朗西斯氏病菌)；真菌类，如球孢子菌病；以及由这样的微生物产生的有毒产品，如由普通梭菌属肉毒杆菌(Clostridium botulinium bacterium)产生的肉毒杆菌素毒素。
也包括危害较小的微生物，如引起普通感冒(鼻病毒)、流行性感冒(正粘病毒)、皮肤脓肿、中毒性休克综合病症(金黄色葡萄球菌)、细菌性肺炎(肺炎链球菌)、消化不良(大肠埃希氏杆菌，沙门氏菌)的微生物等等。
致病化学制剂例如包括通常作为化学战制剂的物质，如有毒气体或液体，特别是易挥发物质如神经毒气、脓疱制剂(众所周知的发疱剂)以及其他极端有害或有毒的化学制品。此处所用的术语“化学致病制剂”只包括那些使用很小的剂量就足以使哺乳动物残废或死亡，并且通过包括氧化的过程可以使其分解或呈现无毒的制剂。
化学病原制剂的例子包括窒息制剂，如光气；对细胞色素氧化酶作用的血液制剂，如氯化氰和氢化氰；致残制剂，如能够防碍乙酰胆碱作用的二苯羟乙酸-3-奎宁环酯(“BZ”)；发疱剂，如二氯二乙硫(芥子气或“HD”)和2-氯乙烯基二氯胂(路易斯毒气)；神经制剂，如二甲胺氰磷酸乙酯(塔崩或制剂GA)、甲基硫代膦酸乙基-S-2-二异丙氨基乙酯(制剂VX)、异丙基甲基氟磷酸酯(沙林或制剂GB)、甲基二氧磷氟酸(1，2，2-三甲基丙基)甲基氟磷酸酯(索曼或制剂GD)。
过氧化氢蒸汽是一种特别有效的微生物和化学净化剂，这是因为它对多种病原微生物和化学病原制剂具有很宽的光谱活性，如难以杀灭的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillous stearothermophilus)、炭疽杆菌、天花病毒等等。在室温或接近室温时(例如：15-30℃)，过氧化氢蒸汽也是很有效的，使其适用于对轻微或不加热的封闭物体净化。过氧化氢蒸汽具有很好的材料适用性，用于多种设备和物质都是安全的，包括电子设备、软性设备、黄铜和铬合金装置等等。它也会随着时间分解成水和氧气，水和氧气对以后进入到被处理空间的人们是无害的。在净化后房间中会残留很低水平的过氧化氢(大约1ppm，或者更少)，这对居住者是没有危险的。

Claims (17)

1.一种用于封闭物体的净化系统，包括把空气输送到所述封闭物体的多个区域(20)的管道系统(16，34)，其特征在于，包括：
使空气通过所述管道系统(16，34)循环的装置(10)；
向所述管道系统提供通过所述管道系统循环的净化蒸汽的装置(42)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述区域包括多个房间；和
在靠近所述管道系统和所述房间之间的通风装置(21，30)设置可控制挡板(22，24)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征还在于，
至少一个温度、蒸汽浓度和流速监控器(48)设置成同所述可控制挡板连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
净化控制系统(46)与所述可控制挡板(22，24)、所述监控器(48)、以及所述使空气通过所述管道系统循环的装置(10)连接，以便自动控制净化循环。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述净化控制系统(46)包括：
处理器，所述处理器可以预先编程来优化和实现净化循环，所述净化循环包括使蒸汽通过所述系统在一个方向流动、使所述蒸汽停留在所述系统中、以及使所述蒸汽在相反方向流动。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，
所述净化控制系统(46)至少控制所述挡板(22，44)和所述使空气通过所述管道系统循环的装置(10)，以便引起湍流流动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，
用于提供净化蒸汽的所述装置(42)包括过氧化氢蒸汽发生器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，
所述封闭物体包括建筑物或其中一部分，所述区域(20)包括多个房间。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
至少一个所述可控制挡板(44)包括选择性地与一部分管道系统连接的临时挡板。
10.一种对封闭物体净化的方法，其特征在于，包括：
通过所述封闭物体和所述封闭物体相关联的区域(20)的HVAC管道系统(16，34)循环蒸汽净化剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述蒸汽净化剂包括过氧化氢蒸汽。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
通过所述管道系统在一个方向上循环所述过氧化氢蒸汽；
通过所述管道系统在相反方向上循环所述过氧化氢蒸汽；
使所述过氧化氢蒸汽停留在所述管道系统中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
自动开启和关闭位于所述HVAC管道系统和单个房间之间的通风装置(21，30)中的挡板(22，44)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
监控温度、流速和蒸汽浓度中的至少一个；
根据所述监控来控制所述挡板的开启和关闭。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，
在所述管道系统中引起湍流流动。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，
所述HVAC管道系统包括多个独立的HVAC管道子系统，所述方法进一步包括：
对离所述建筑物内污染区较远的HVAC子系统进行净化，并且逐步地对靠近所述污染区的HVAC子系统进行净化。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其特征在于，
将临时挡板(44)与所述管道系统连接；以及
控制所述临时挡板来控制蒸汽净化剂从所述管道系统(16，34)流向至少一个所述区域。
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