健康空调来自对微生物的关注

王宁 魏传超 吉曹源 李宗强

摘要：室内环境下的温湿度在给人们带来舒适的同时，也对微生物的繁殖生存有着重要影响。通过控制温度和湿度，研究不同条件下细菌和霉菌的生长状况来研究室内温湿度对微生物繁殖状态的影响规律并将该规律运用于家用空调设计中，通过家用空调对温湿度的调控实现调控居室环境下的微生物数量，以达到室内空气的健康标准，使家用空调给予用户更好的体验及健康保证。

关键词：室内温湿度；微生物繁殖规律；空调；健康

Healthy air conditioning comes from concerns about microorganisms——Analysis of the influence of indoor temperature and humidity on microbial reproduction and its application in the design of household air conditioning

Wang Ning1 Wei Chuanchao2 Ji Caoyuan3 Li Zongqiang4（Qingdao Haier Air Conditioner Co.，Ltd.266103）

Abstract：A certain level of temperature and humidity in the indoor environment can not only brings comforts to people， but also has a significant impact on the reproduction and survival of microorganisms. This paper introduces a study of the growth of bacteria and mold by controlling the temperature and humidity. The objective of this research is to analyze the influence of indoor temperature and humidity on the reproductive state of microorganisms and explores its application in the design of household air conditioners. The number of microorganisms can be well managed by controlling the temperature and humidity of household air conditioner. As such， a healthy indoor environment can be achieved and people can obtain a better living experience and health guarantee through air conditioning.

Keywords：Indoor temperature and humidity；microbial reproduction；air conditioning；health

1.引言

温度是影响微生物生长的重要因素。理论上，微生物繁殖过程中温度首先影响的是细胞中酶的活性，进而影响到微生物的繁殖。其次，微生物繁殖过程中，营养物质与微生物代谢产物在细胞内输送需要细胞质的参与，温度也会影响这一过程速度。最后，细胞质中营养物质的溶解度与温度有关。

微生物作为生命体，一般适合的温度范围是-20℃～100℃。

微生物在生长过程中遵照典型微生物生长曲线（见图1）。微生物生长可分四个阶段，分别为调整期，对数期，稳定期和衰亡期[1]。

温度较低时，酶促反應速率减慢，微生物繁殖速度较低；而温度较高的时候，酶促反应速率仍然会受到抑制，甚至在极端高温条件下生物酶会完全失活，导致微生物死亡。只有在合适的温度区间，酶的活性才能得到维持。

相对湿度（RH%）对微生物生长繁殖有着重要影响。微生物细胞含水量一般在70%～90%。湿度较高时，物体表面会形成一薄层水膜，微生物就生存在这层水膜里。在空气干燥的情况下，微生物就会失水萎缩。通过改变温度和相对湿度条件下储藏稻谷中的微生物进行检测，发现相对湿度在70%～80%时，微生物活动较不活跃；当相对湿度大于80%时微生物活动（繁殖）明显加强。因此当相对湿度大于70%时，温度适宜且空调内部的积灰能为微生物提供充足的营养物质时，微生物就能够在灰尘上大量生长和繁殖。

相对湿度的增加会促进细菌繁殖速度增加。当相对湿度较高时，微生物活性增大；相对湿度降低时，微生物细胞活性降低，同时部分微生物产生孢子（或休眠体）来应对恶劣环境。因为微生物受到外界环境变化影响无法通过细胞分裂进行繁殖，为了继续繁衍后只能采取这种方法[2]。

相对湿度影响了微生物的生长停滞期的长短；对不同微生物的影响程度各不不同。

2.试验手段、方案

通过文献调研、查阅相关资料，结合目前我国室内和家用空调系统常见细菌和真菌等微生物污染的分布特点，并大致确定该微生物生长繁殖与温/湿度的大约对应规律；考虑到家用空调温度和湿度的控制范围，结合微生物特点以及以往研究实践经验积累，给出初步的室内微生物（真/细菌）的种类及其分布和空调系统易受真菌/细菌污染的种群等，以及该真菌/细菌在空调控制温湿度范围内的大致存活状况。

2.1 确定试验菌种

微生物包括细菌、真菌和病毒等。目前细菌和真菌的试验较为容易，病毒的要求比较高，本次暂不列入。

典型的细菌按革兰氏染色可分为革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）、革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）。

典型的真菌包括酵母菌（如白色念珠菌）和霉菌（如黑曲霉、球毛壳、青霉）等。

2.2 室内环境的条件确定

根据图2所示空调所能控制的温湿度范围与人体感舒适范围（绿区+蓝区），选择适当的条件（见表1）进行上述细菌/真菌的生长繁殖试验。

温湿度选择时，尽量选择空调的控温控湿范围，结合人体感觉舒适的状态，进行设定条件下微生物的培养试验，以期探索其生长繁殖规律。

2.3 湿度的控制

在影响微生物实验的温度和相对湿度变量中，温度通常比较容易控制，而相对湿度则是一个即重要又难以控制的变量。我们选择饱和盐溶液控制法，因为其操作简单，准确度高，费用低。而且，各种饱和盐溶液对应的相对湿度非常稳定，一旦湿度变化后，可迅速恢复，具有良好的重复性。

在封闭空间中，饱和盐溶液表面具有恒定的相对湿度。这个恒定的相对湿度又被称为饱和盐溶液的湿度固定点。当盐溶液达到饱和浓度之后，其相对湿度仅与盐的种类和温度两个因素有关。所以，在固定温度条件下，选择特定种类的盐，即可获得较为固定的相对湿度状态。在试验温度区间范围内（18℃-28℃），饱和盐的相对湿度变化都在2%以内，基本可以忽略试验温度对湿度的影响。

2.4 培养时间

一般的，微生物的生长曲线表明，细菌繁殖的数量大约在16-24h后达到高峰，其后逐渐平缓直至衰亡；真菌要慢一些，预计72h后也可达到繁殖的数量高峰，其后曲线逐渐平缓下降。

因此培养时间选用0h、6h、24h、48h、72h、96h和144h（7天）。

2.5 试验步骤

配制新鲜菌液，在制备后4h内使用；将菌液加入棉式子中，每个棉拭子大约104-105CFU。

将制备好的染菌棉拭子分别放在图3所示的装置中，按表2的温度条件分别放置，并定时取样，活菌计数。统计并寻找规律。

3.试验表格、数据及结果讨论

数据处理按温度18℃、20℃、22℃、24℃、26℃、28℃等6个温度段来统计，并绘制菌生长曲线图。注意图中所示数量均为活菌数量。

3.1 18℃时细菌和真菌生长曲线

细菌结果分析：由图4可以看出这两种菌混合菌总的生长趋势都符合典型微生物生长曲线，随着时间的进一步延长都呈消亡状。

真菌结果分析：由图5可以看出，上述4种真菌在18℃下，其生长基本平缓，至7天时只是稍有下降。比起细菌来说，下降速度较慢，也就是说在高湿情况下，真菌在18℃的生长状态要比细菌好，更容易存活。

3.2 20℃时细菌和真菌生长曲线

细菌结果分析：由图6可以看出这两种菌混合菌在20℃下总的生长趋势符合典型微生物生长曲线，随着时间的进一步延长都呈消亡趋势。与18℃相比，其调整期不明显，长时间后（7天）数量的下降幅度不大。

真菌结果分析：由图7可以看出，上述4种真菌混合菌在20℃下，其生长基本平缓，至7天时甚至稍有增长。比起细菌来说，下降速度较慢，也就是说在高湿情况下，与18℃一样，真菌在20℃的生长状态要比20℃下细菌更容易存活。

3.3 22℃时细菌和真菌生长曲线

细菌结果分析：由图8可以看出这两种菌混合菌在22℃下生长趋势符合典型微生物生长曲线，随着时间的进一步延长都呈消亡状。与18℃相比，和20℃类似的调整期不明显，长时间后（7天）数量的有下降趋势。

真菌结果分析：由图9可以看出，上述4种真菌在22℃下，生长基本平缓，至7天时基本变化不大。比起细菌来说，下降速度较慢，也就是说在高濕情况下，与18℃一样，真菌在22℃的生长状态要比22℃下细菌更容易存活。

3.4 24℃时细菌和真菌生长曲线

细菌结果分析：由图10可以看出这两种菌混合菌在24℃下生长趋势基本符合典型微生物生长曲线，随着时间的进一步延长都将呈消亡趋势。与18℃相比，和20℃、22℃类似的调整期不明显，长时间后（7天）数量的下降幅度不大。

真菌结果分析：由图11可以看出，上述4种真菌在24℃下，其生长基本平缓下降，至7天时下降趋势明显。

3.5 26℃时细菌和真菌生长曲线

细菌结果分析：由图12可以看出这两种菌的混合菌在26℃下总的生长趋势符合典型微生物生长曲线，随着时间的进一步延长都明显呈消亡状。还可以得出随着湿度的降低，菌的回收下降；也就是说较低湿度下，细菌比较容易死亡。

真菌结果分析：由图13可以看出，上述4种真菌在26℃下，湿度的影响较为复杂，但总的来说湿度上升有利于霉菌的存活，湿度下降，霉菌的存活率也随之下降。

3.6 28℃时细菌和真菌生长曲线

细菌结果分析：由图14可以看出这两种菌的混合菌在28℃下总的生长趋势基本符合典型微生物生长曲线，随着时间的进一步延长都明显呈消亡状。

真菌结果分析：由图15可以看出，上述4种真菌在28℃下，繁殖速度还是比较快，随着时间的延长，低湿下不利于其进一步繁殖，所以处于消亡趋势中。

综合上述实验结果，对于细菌，如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌混合菌，从18℃-28℃，随着温度升高，活细菌繁殖数量到达峰值的时间缩短，峰值数据更高；这说明该温度区间下温度对细菌活性呈现正相关。

湿度对选定细菌生长的影响较为复杂，低温（18℃-24℃）时高湿（80%RH以上）环境有利于细菌缩短延迟期，较快进入对数增长期。温度较高时，湿度对细菌延迟期的影响不大，细菌生长曲线初期的斜率趋向一致，只是影响活菌数峰值以及到达峰值的时间，湿度越大活菌数的峰值越高，峰值过后下降的斜率（衰亡速度）差别不大；需要指出的是较高湿度下后期的存活菌数量要明显高于较低湿度条件下，这说明湿度大有利于细菌的存活。

对于真菌来说，低温时，高湿环境有利于真菌的生长，比低湿环境能更快到达活菌数量的峰值；高温时，湿度变化的对真菌活性影响不大，对数增殖阶段真菌的表现趋向一致（斜率几乎一致），峰值数据稍有差异；与细菌类似，湿度变大，活菌峰值数量也变高。一段时间（48h）后，实验真菌的基本数量相对恒定，会有一定幅度的波动。这表明，室温条件下，真菌的生长不会终止，也利于其长期存在。

室温状态下，温度升高，湿度加大，微生物的活动水平也升高，表现为快速生长繁殖，更快的到达峰值，活菌数量增加；若存在致病菌，则可能会威胁处在其环境下生活的人。反之，温度下降，微生物的活动水平下降（活性下降），表现为生长繁殖变缓，但不会立即死亡。室温环境下，细菌和真菌的表现有差异，细菌对温度变化和湿度变化均表现得更敏感；而真菌在室温环境下，较低温度时其活性跟湿度正相关，随温度的升高，湿度的影响逐渐变小；真菌的存活数量随时间的延长不断波动，保持一定数量，这可能与真菌的繁殖方式（生产孢子）有关。

4.总结

家用空调将来发展的方向是应用智能化和健康管理（家庭空气品质管理），要求一方面能加强智能学习、理解用户意愿、场景感知、更好的人机互动、更好的融入家庭并参与打造智能家居；另一方面就是重视健康管理，对室内机内部和室内空气进行健康管理和处理，使空调更好的为人民服务。

健康的空调应该同时具备室内机内部健康和提供室内空气品质管理。

结合本项目，特提出以下建议：

（1）空调在制冷时，应尽快将室温降至目标温度，这个过程非常影响室内微生物的活性水平，当然也包括从室外进入到室内的微生物（大气携带、人、物品等）。

（2）随着温度的降低，湿度必然增大，在温度保持阶段，定期开启除湿，使湿度保持在60%RH以下。极端天气下如室外高温高湿时（桑拿天气）会影响空调的除湿效率，这时也是一年中的微生物活性最大时，此时最好辅以其他手段来控制室内微生物水平。

（3）综合人体体感和本项目结果，考虑到建设节约社会、以及可持续发展，空调建议设定温度在24℃-26℃，湿度控制在60%RH或以下；这样一方面微生物活性控制在较低水平，又比较节能，体感比较舒适。

参考文獻

[1] 王秀茹.预防医学微生物学及检验技术[M].北京：人民卫生出版社，2002，760-766.

[2] 严汉彬，丁力行.控制空调系统微生物污染的温湿度条件与分析[J]，《制冷与空调》，2011， （2）.