UVC LED在空氣殺菌中的應(yīng)用探討

2019新型冠狀病毒肺炎疫情爆發(fā)至今已持續(xù)三個月，從鐘南山院士發(fā)聲至今也已滿一個月，從R0（Reproduction Number，即病毒再生繁殖數(shù)）看，除武漢外，疫情在全國大多范圍內(nèi)基本得到控制，在最新公布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第六版）》中，仍將紫外線殺菌列入針對新型冠狀病毒最有效的殺菌方式。相信經(jīng)過這次疫情，殺菌消毒將成為人們?nèi)粘Ｉ钪械膭傂孕枨蟆?/p>

自然界中的物質(zhì)形態(tài)大致可劃分為氣、液、固三種形態(tài)，按此分類，紫外線殺菌可以分為氣體殺菌、液體殺菌、固體殺菌。

簡單講，氣體殺菌就是針對空氣的殺菌，液體殺菌最常見的就是針對飲用水的殺菌，固體殺菌就是針對日常設(shè)施的表面殺菌。

紫外線殺菌有百年歷史，汞燈紫外燈在過去相當(dāng)長時間內(nèi)，滿足了人們大多數(shù)的殺菌消毒需要，如城市自來水處理、醫(yī)療器械及醫(yī)院環(huán)境消毒、家庭日常消毒等。

近年出現(xiàn)的UVC-LED紫外燈，因具有小尺寸、低功耗、環(huán)境友好、即開即亮等顯著優(yōu)勢，在許多應(yīng)用場景中顯現(xiàn)出替代汞燈的趨勢，如家用、商用凈水器殺菌抑菌、冰箱冷藏室殺菌抑菌、洗衣機殺菌、空調(diào)殺菌、智能馬桶殺菌等，越來越多的應(yīng)用搭載UVC-LED殺菌方案。

相對于汞燈紫外燈，UVC-LED能量密度更高，便于在小尺寸密閉空間使用，能夠做到人機共存，克服了傳統(tǒng)汞燈紫外燈工作過程中必須清空人員與動物的缺點，使UVC-LED的應(yīng)用具備巨大的想象空間。

從目前公布的研究結(jié)果看，新型冠狀病毒可以通過氣溶膠傳播，使用紫外線對空氣進行殺菌消毒，是避免氣溶膠病毒傳播的有效手段。筆者在之前的工作中，曾做過這樣一組實驗，將UVC-LED安裝在空調(diào)的進風(fēng)口，UVC-LED的發(fā)光面正對著空調(diào)殼體圍成的空腔，打開空調(diào)并開啟UVC-LED進行殺菌測試，最高獲得了超過90%的殺菌效率。

分析實驗數(shù)據(jù)可以看出，長達2h時間內(nèi)，細菌通過UVC-LED殺菌模組的平均次數(shù)可大致認為是80-100次，其分布是以空調(diào)為中心向外逐漸降低，即靠近空調(diào)的部分次數(shù)多，遠離空調(diào)的部分次數(shù)少，這要根據(jù)空調(diào)出風(fēng)的空氣循環(huán)模型具體分析，在此不做詳細探討。

從最終結(jié)果看，獲得了超過90%的殺菌效率，但如果繼續(xù)增加UVC-LED的功率，可能在殺菌效率上無法獲得可觀的增長。筆者認為，30m3方形實驗艙的各個角落，以及空調(diào)背部某些區(qū)域，是空氣循環(huán)次數(shù)最少的區(qū)域，如果搭配其他殺菌方式，如負離子、紅外線、微波、等離子體等，可能獲得更高的殺菌效率，這部分工作，將在未來的實驗中加以驗證。

除空調(diào)外，這個UVC-LED空氣殺菌方案還可用于空氣凈化器、廚衛(wèi)吊頂燈、智能晾衣架等領(lǐng)域，對關(guān)注區(qū)域的空氣進行殺菌消毒，從而保持空間無菌潔凈。UVC-LED封裝在機器內(nèi)部，只要在設(shè)計開發(fā)過程中對紫外線泄漏做到有效防護，即可在工作過程中保持人機共存，增加使用的便捷性和舒適性。

UVC-LED產(chǎn)業(yè)目前還處于相對較低的技術(shù)水平上，光電轉(zhuǎn)換效率只有1.5-2%，封裝材料成本居高不下等問題尚待解決，但結(jié)合其小尺寸、低功耗、環(huán)境友好等優(yōu)點，對比照明LED的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，UVC-LED在未來十年中將會發(fā)展成為萬億級市場，我們拭目以待。