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摘要：中國的電梯在保數量已經超過了800萬臺，電梯設備數量龐大且每日鏈接并服務著海量的社會個體。因電梯轎廂內的空氣流動性比較差，人員快速流動和電梯小空間聚集頻發，其不可避免地會成為細菌滋生、冠狀（流感）變種病毒交叉感染的溫床。電梯，作為每日覆蓋可超過6億中國人民日常生活的公共交通工具，此環節的技防、聯防工作，可最大限度減少社會公共健康安全體系的潛在危害發生。
隨著以新冠病毒及其變種將和人類社會“長期共存”的現實，本技術提出了將電梯轎頂照明燈具表面采用可見光光催化技術予以改性，通過光生電原理，燈具表面形成羥基自由基和負離子，包括細菌、病毒在內的所有有機物予以無差別的完全氧化降解，其完全可以達到符合我們國家標準的空氣凈化器（抗菌、除菌）要求。
經廣東省微生物檢驗分析檢測中心檢驗，電梯轎廂LED燈經改造，30立方的空間內，2小時，空間抗菌率達75.54%（白色葡萄球菌）。
關鍵詞：電梯空氣凈化、二氧化鈦、光催化、氧化殺菌
1.引言
電梯作為一種特殊的垂直公共交通工具，具有空間相對密閉、乘客人員相對密度大、乘客人員背景狀況復雜和空氣流動性差等諸多特點。2020年初，為配合做好新型冠狀病毒感染肺炎疫情防控工作，保障人民群眾安全乘用電梯，各級市場監管部門督促電梯制造、使用和維保單位做好疫情防控期間電梯日常管理和維護保養。
從電梯制造單位的技術防疫角度來觀察，可謂“百花齊放、百家爭鳴”。上海三菱采用了nanoeTM納米水離子空氣凈化抑菌模塊；奧的斯采用了eCall™系統用手機藍牙可完成呼梯，乘客通過手機APP真正實現了呼梯、候梯、乘梯全程“無接觸”，減少人手與電梯的接觸，降低乘客在轎廂內受病毒感染的風險；康力電梯和菱王電梯都采用了紫外線轎廂滅菌技術，可以殺死現在已知的所有病毒細菌；蒂森克虜伯電梯采用加裝空氣凈化器方案，254nm波長紫外線有別于其他185nm波長紫外線產品，在消毒時不會產生臭氧，即使轎廂內有乘客時也可放心使用，等等。
人類社會將長期和病毒“共存”的現實情況下，除了對空氣有效過濾并去除空氣中的有毒有害物質，已成為空氣凈化的一項重要內容。所以，研究一種凈化（除菌）可靠、對電梯無損傷、對人體無危害、設備安裝工序簡單且費用很低廉的電梯凈化類產品，顯得十分迫切。
2.設計思路和工作原理
2.1設計思路
根據國家標準GB/T18801-2015《空氣凈化器》的要求，凈化器的工作原理包括但不限于：過濾式、吸附式、絡合式、化學催化式、光催化式、靜電式、等離子式和復合式等。
為了實現快速、可靠、安全地凈化消毒、降解有機危害物、去除粉塵及空氣中的漂浮物，達到低成本、高效凈化電梯轎廂內空氣的目的，采用創新型復合式凈化技術是不二的選擇！
電梯的應用環境比較復雜和特殊——橫流風扇能保證空氣的流動，條件好的，還能裝上空調；電梯轎廂內的照明是可見光且常開，具備了光催化凈化的環境條件。但是，在設計思路的實現路徑上，就要解決非紫外線光源驅動，使用可見光光源就能進行高效響應的光催化技術難題。
2.2工作原理
2.2.1“光生電”原理
當光源存在的時候，光子攜帶著能量釋放到催化劑上，使一系列復雜的氧化還原反應發生。至于光源呢，我們大家每天接觸的最多的當然就是太陽光。簡單來說，根據波長的不同可以分為兩類：一種是可見光（波長380-780nm），包括太陽光、照明用的白熾燈、氙燈等；另一種呢就是紫外光（波長10-380nm），它是不可見的，比如汞燈可釋放紫外光。
電梯的安全應用環境要求，光源的選擇上，只能采用可見光（波長380-780nm），如下圖所示：
2.2.2氧化還原反應
當光子帶著光源的能量，照射到催化劑的“帶隙”上，如果這個能量大于“帶隙”的能量，充滿電子的“價帶”中的電子就被激發到了原本沒有電子的“導帶”，那么在“價帶”就產生了空位（即，空穴），而“導帶”就生成了電子，技術原理圖，如下圖。
空穴和電子的形成過程產生了電子的流動，就會引起一系列氧化還原反應。我們生活環境中產生危害的污染物質，包括細菌、病毒、甲醛、揮發性有機物（TVOCs）等所有有機物形式的物體，幾乎無選擇性都會被氧化分解為二氧化碳和水等小分子無污染物質，從而根本上達到空氣凈化的目的。
電梯轎廂環境中的風扇和風道的設計，就為空氣流動、持續氧化分解凈化，提供了最佳使用環境。當然，還要解決可見光響應并可工業化規模生產問題。
2.2.3可見光響應驅動
貴金屬修飾的二氧化鈦復合催化劑中，二氧化鈦的外貌為八面體形態且晶體形貌整齊、均勻，金屬顆粒均勻分散在二氧化鈦顆粒的表面，兩種材料之間雜化形成異質結，不僅吸收邊紅移拓寬了光學吸收范圍，還可抑制光生電子-空穴對的復合率和延長電荷壽命，可見光吸收強度可明顯提高。
3.電梯轎廂照明燈改造成空氣凈化器的先進性評價標準
“滿足人民對健康生活、安全乘梯的基本需求”，是我們設計電梯轎廂照明燈升級改造成空氣凈化器的初衷。圍繞以下八個方面，做先進性評價標準擬定。
□低成本的產品創新。每部電梯低于百元的改造成本，讓每部在用電梯都能滿足乘客對安全乘梯的需求（健康安全方向），開辟新的消費升級市場；
□符合產業政策引導方向。為電梯行業引入新材料、新科技；
□填補國內（國際）空白。國外電梯產品在轎廂空間抗菌技術上，可見光光催化式裝飾材料或設備，尚處空白期；
□電梯轎廂空氣質量標準要對標國家標準、嚴于國家標準；
□清潔生產，嚴守生態環保底線；
□產品安全健康環保，維護人體安全，有利社會公眾的身體健康，加強環境保護；
□消費體驗，滿足消費者安全乘梯的實際需求，用整個轎廂的空氣凈化效果，來提升用戶體驗；
□行業特殊安全要求，符合并高于電梯行業的現有要求，帶動行業質量提升
3.1 電梯轎廂照明凈化燈 先進性判定標準
序號 | 指標性質 | 關鍵指標項 | 指標先進值 | 檢測方法 | 說明 |
1 |
健 康 安 全 | TVOC 濃度 （電梯出風口20cm 處） | ≤0.1 （mg/m3） | GB/T 18883-2002室內空氣質量標準 | |
2 | 紫外線強度 （裝置周邊 30cm 處） | ≤0.01 （μW/cm2） | GB/T 19258-2012紫外線殺菌燈 | ||
3 | 臭氧濃度 （電梯出風口 5cm 處） | ≤0.05 （mg/m3） | GB/T 18883-2002室內空氣質量標準 | ||
4 | 顆粒污染物的潔凈空氣量 PM10 濃度 （出風口 20cm 處） | ≤0.01 （mg/m3） | GB 21551.3-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 空氣凈化器的特殊要求》 | 以香煙煙霧作為顆粒物 | |
5 | 氣態污染物的潔凈空氣量（甲醛濃度） | ≤0.1 （mg/m3） | GB/T 18801-2015 空氣凈化器 | 以甲醛為氣態污染物 | |
6 | 霉菌去除率 | ≥99.9% | GB 21551.3-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 空氣凈化器的特殊要求》 |
試驗艙容積： 3m3 時間：2 小時 | |
7 | 微生物 抗菌率 （白色葡萄球菌） | ≥90% | GB 21551.2-2010 |
4. 電梯轎廂照明凈化燈凈化效果 循證研究
4.1
使用（可見光）光催化劑對電梯轎頂（亞克力）裝飾板進行噴涂、改性，使其具備空氣凈化所需要的光催化功能。通過照明單元輸出可見光光源，驅動空氣凈化功能啟動；通過電梯通排風系統，強化空氣凈化功能的時效。使用狀態參考圖，見下圖。
4.2 第三方檢測報告。
廣東省微生物分析檢測中心，依據GB 21551.3-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 空氣凈化器的特殊要求 附錄A》和GB/T 18801-2015《空氣凈化器》的要求，對電梯轎廂LED燈凈化器的微生物去除的性能，進行了試驗，結果如下：
30m3實驗艙，2小時，白色葡萄球菌，空間抗菌（除菌）率為75.54%。
結論：
1） 電梯轎廂空間相對狹小，以載重1000公斤的電梯為例，空間大約5m3。按廣東省微生物檢測分析中心30m3實驗艙的分析測試結果，電梯轎廂5m3的實際除菌效果，有待實測并期待之；
2） 德爾塔變異冠狀病毒現雖肆虐全球，但總有減弱、消退的時候，但人類還有大量未知的細菌或病毒，伺機會侵入人類。全球疫情今后無論如何發展，2-4個小時才執行一次的電梯轎廂化學品（84消毒液或75%酒精）消毒作業是無法避免乘客之間的交叉感染且含氯消毒劑對乘客身體也會造成潛在傷害。要開發一種24小時不間斷除菌、可人機共存的消毒因子，如等離子、光催化等；
3） 空氣是人類賴以生存的物質之一，也是病原微生物傳播的重要途經。人民群眾對健康、美好生活的向往，促進電梯在今后銷售過程中，電梯轎廂內的空氣質量（除菌、抗菌）管控技術會作為一項標準配置，成為甲方標書的一部分。電梯主機廠掌握了低成本的轎廂內空氣凈化標配技術，就能在市場競爭中，搶得先機、贏得頭籌。
隨著社會的進度，電梯已經從單一的垂直型交通運輸工具，發展成為日常生活不能或缺的樞紐型換乘空間。重視這個換乘空間內的空氣質量問題，相信會為人類生命健康起到更加積極的作用。
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