（三）、高温消毒

除了紫外线辐照，另一种简单易行的消毒方法是采用高温杀灭病原体。微生物的抗热性随着温度的升高而减弱，足够高的温度加上充足的受热时间，可导致微生物体内的核酸与蛋白质发生不可逆损害。据悉在56℃的温度下持续大约30分钟，即可使新冠病毒和流感病毒灭活。格力电器近期推出的一款空气净化器，就包括了一种技术能够让滤网表面维持在56℃以上的加热状态，以此消灭吸附在滤网表面上的新冠病毒。这在原理上完全行得通，但当前该净化器的报价高达1.2万元，再加上HEPA滤网的耗材属性会进一步提高其实际使用成本，这都不利于该产品在短期内实现大范围推广。

以往的研究表明，温度越高，消灭病原体所需的时间越短；并且消毒效率与受热温度之间并非线性而是趋向于指数关系，即每升高10℃，对同类微生物的灭活速率便会提高数倍。新冠病毒和流感病毒在56℃时需要持续大约30分钟才能灭活；若将温度提升到100℃，所需时间将缩短至1分钟左右；而当温度＞130℃时，则只需数秒即可实现。

在食品保鲜领域，有一种被称为“超高温瞬时灭菌法（UHT）”的高温消毒技术 ，是利用过热蒸汽或者热交换装置，将食品瞬间加热到高温（≥130℃），维持几秒即可杀灭其中的绝大多数微生物，处理过的食品经冷却密封可常温保存数月甚至数年之久。UHT操作时间短、效率高、效果好，适用于连续自动化生产。理论上可将该技术借鉴到空气消毒领域：通过循环风将空气引入到安全可控的有限空间里，在较短时间内加热并保持足够高的温度（比如快速升至150℃，并维持1秒左右），将存在于空气中的各种病原体瞬时灭活，以此实现室内动态消毒。

将想法付诸实践之前，需要先解决两个问题：1、空气密度低、导热性差，要在短时间内实现快速升温，须兼顾设备成本和能耗问题；2、UHT的有效操作温度高达130℃以上，消毒后的空气若以如此高的温度排放到室内，不仅会造成极大的安全隐患，还将导致大量热能被白白地浪费掉。传统的UHT工艺中，食品经高温灭菌之后，往往紧跟着一个能量回收步骤，即通过热交换装置对过热食品进行冷却，同时回收热量以节约能耗，这是一个思路；另一个思路是尝试以较小的能耗实现预想的高温效果，同时还能够回避随之可能产生的安全隐患和热能的大量流失，比如以下方案 。

图七、高温动态空气消毒组件示意图

其中1、进气部分，2、狭窄通道部分，3、出气部分，4-2、UHT消毒。

如图七所示，空气汇集到狭窄通道里，在较小范围内快速被加热到指定高温，并在通道2中维持有效的消毒时间，之后再经出气部分3扩散排出，以此循环。其中，流入组件内部的空气被限定在小范围内集中受热，有利于压缩加热设备的体积，节约成本与能耗；另外如前文所述，相对于区域1和3，通道2内的空气流速更快，相应的对流换热系数也更高，这有利于提高组件的工作效率，在更短时间内将汇集的空气加热到指定温度；空气经高温消毒之后，由管道2流向区域3可视为一个绝热膨胀过程，即高温消毒后的空气在扩散排出的过程中，自身温度与流速均会有所下降，这不但能预防高温气体排放可能产生的安全隐患，也间接提高了能量利用率，有利于降低组件整体的能耗。通过对1、2、3这三个区域的各物理量（如空气流速、温度，管道横截面积等）进行数学模拟，有利于了解空气在组件内部流动过程中各项指标的变化规律，从而为组件设计提供更合理的结构参数。除此之外，也可以参照食品行业中的工艺，在管道2与区域3之间设置热交换器，用来回收多余热量，进一步降低组件能耗。

对高温动态空气消毒组件的性能指标提出两个要求：受热温度高于100℃（130℃以上为宜），受热时间控制在1分钟以内（不多于5秒为宜）。可选用管外加热（如图八）和管内加热（如图九）两种加热方式，热源包括但不限于电能、传统化石能源以及可持续能源等。图八中的加热装置设在管道外，这样做的优点一是可以减少管道2内空气的流通阻力，二是方便采用多种能源形式供热；其缺点是需要有一定长度的管壁进行热传导，使能量利用率有所降低。图九的工作原理大致如同家用的电吹风机，在管道2内部安装有加热器（其横截面优选为网状结构），当空气流经加热器时，可以瞬时被加热到指定高温。图九的优点在于其热源结构紧凑，能效高；主要问题在于如果加热器横截面的网口过小，则容易被空气中悬浮的杂质颗粒堵塞。

图八、高温动态空气消毒组件局部示意图一

其中，2、狭窄通道部分，4-2、UHT消毒（管道外部加热）。

图九、高温动态空气消毒组件局部示意图二

其中，2、狭窄通道部分，4-2、UHT消毒（管道内部加热）。

图九的问题在于，当加热器横截面的网孔过小时，容易被悬浮在空气中的大尺寸颗粒所堵住，而一些小尺寸的悬浮物还可能会在高温条件下发生聚结，并粘附在网孔表面，这也容易造成管路阻塞。解决办法之一是增大加热器横截面的网孔尺寸，同时为保证升温效果，可如图十中那样设置多层加热器。另一个办法是在组件的进气部分加装过滤网，提前将空气中的大尺寸颗粒拦截下来；考虑到部分小尺寸杂质受热后可能发生聚结，甚至可能产生一些对人体有害的化学成分，因而可在组件的出气部分同样也安装上过滤网，以便对高温消毒后的空气实施进一步净化（如图十一）。过滤网的规格可根据实际情况适当选取，比如在满足现场要求的前提下，采用可清洗后重复利用的初效/中效滤网，使组件在达到预定消毒效果的同时仍能维持成本可控，该方案也同样适用于采用紫外线（UVC）的动态空气消毒组件。

图十、高温动态空气消毒组件局部示意图三

其中，2、狭窄通道部分，4-2、UHT消毒（管道内部多层加热）。

图十一、加装过滤网的动态空气消毒组件示意图

其中，1、进气部分，2、狭窄通道部分，

3、出气部分，4、消毒部分，5、过滤网。