紫外线消毒灯相关测试方法及标准解读

王迪 焦晓兰 张维超

中国家用电器研究院健康家电检测中心 北京 100053

1 引言

紫外线的杀菌消毒作用早在19世纪就已为人所知，只是受限于当时的生产条件，紫外线相关的衍生产品无法实现，但是那时，人们对紫外线的关注和研究，也对紫外线后来的发展起到了重大作用。20世纪初，汞灯开始被用作人造紫外光源，随之第一个石英紫外灯也被制造出来并开始广泛应用于水的消毒，人们对于紫外灯除菌机理的研究也格外深入，确定了微生物对波长250nm的紫外线最敏感，也从细胞生物学的角度解释了紫外线杀菌的原理，紫外线在杀菌消毒领域的应用开始飞速发展。

紫外线是一种波长在100nm～400nm的电磁波[1]，病原微生物对200nm～280nm波长的紫外线最为敏感，吸收该波长下的紫外线后，其DNA或RNA被破坏，导致细胞不再分裂，以达到灭活病原微生物的目的[2]。基于紫外线优异的杀菌消毒效果，紫外线消毒灯被广泛应用于消毒领域。紫外线消毒灯是一种采用石英玻璃，或其他透紫玻璃的低气压汞蒸气放电灯，其放电产生的紫外辐射以波长253.7nm为主[3]，该波长下的紫外线对病原微生物拥有很好的杀灭效果，以达到消毒杀菌的目的。在家中使用，可放置于厨房、卫生间等阴暗潮湿易于细菌滋生的地方；在公共场所使用可以有效缓解人员密集所导致病菌的携带与传播，防止人员之间的交叉感染；也可用于对环境质量要求较高的空间内，例如病房、手术室等医疗场所，防止病菌的传播。紫外线消毒灯在环境空气消毒、饮用水及污水消毒、衣物和餐具表面消毒等领域被广泛使用。

2 测试标准简介

目前对于紫外线消毒灯及其相关产品质量评价标准有：GB/T 19258-2012《紫外线杀菌灯》[3]、GB/T 28795-2012《冷阴极紫外线杀菌灯》[4]；YY/T 0160-1994《直管形石英紫外线低压汞消毒灯》[5]；GB/T 19837-2005《城市给排水紫外线消毒设备》[6]；GB 28235-2011《紫外线空气消毒器安全与卫生标准》[7]；《消毒技术规范》（2002年版）[8]。

标准主要从产品分类、电气安全、辐射效率、辐射照度、臭氧产出率、寿命、消毒效果等方面规定了紫外线消毒灯的质量要求以及在不同领域下的使用效果。

3 技术要求和测试方法

3.1 产品分类

按照GB/T 19258中对紫外线除菌灯的分类有两种，第一，按照产品外形可分为双端灯、单端灯和自镇流灯三类；第二，按照是否产生臭氧可分为含臭氧和不含臭氧两种。除了上述两种分类外，不同的紫外线消毒灯所使用的灯管管径和输出功率也是不同的。

3.2 安全要求

GB 19258中规定，根据不同外形的紫外线杀菌灯，其安全要求、外形尺寸、启动特性和初始电参数性能，按表1中所示标准及要求进行测试并符合相关要求。

紫外线杀菌灯应在符合上述要求外，其玻璃管与灯头也应通过视检与量规检验确认符合相关要求，以确保在正常使用时不会对使用者和周围环境产生危险，安全可靠。

3.3 紫外线辐射效率/辐射通量

3.3.1 限值要求

GB/T 19258中规定，双端灯和单端灯的紫外线辐射效率应符合表2中规定。自镇流灯应不低于表2中单端灯要求的85%。

表2中为双管类灯的参数要求，四管、多管、方形和环形灯的数据按表中规定值的90%进行要求。辐射通量实测值不应低于标称值的90%。

3.3.2 测试方法

辐射通量的测量系统应符合图1所示，要求所使用积分球内壁应为对紫外无吸收、无荧光的漫反射涂层；测试仪的中心波长为253.7nm；所选用的标准灯与待测灯形状相似。

辐射通量按式（1）计算：

式中：

表1 紫外线杀菌灯安全要求

表2 紫外线辐射效率要求

图1 辐射通量的测量系统

α——吸收修正系数。

紫外辐射效率按式（2）计算：

式中：

ηe253.7——灯在波长253.7nm处的紫外线辐射效率；

P——灯的输入功率。

3.4 紫外线辐射照度

3.4.1 限值要求

双端灯和单端灯的初始紫外线辐射照度应不低于表3、表4中要求的93%。

3.4.2 测试方法

紫外线辐射照度的测量需在图2所示的光度测量台上进行。图2中：1-灯；2-定位台；3-紫外探头；4-光轨；5-光阑。

为避免杂散光误差，整个测试系统需至于墙壁刷为黑色的暗室中，应使用中心波长为253.7nm的紫外线辐射照度计进行测试。

将受试灯管固定在钢轨上，点燃灯，调整位置使灯中部的水平法线通过紫外线辐射照度计探头，且两者之间的距离为1000mm±1mm。待紫外灯点燃预热20min后读取照度计读数，记为该待测灯的紫外线辐射照度。

表3 双端灯紫外线辐射照度限值要求

表4 单端灯紫外线辐射照度限值要求

图2 紫外线辐射照度测量装置

图3 臭氧产出率测试系统

3.5 臭氧产出率

3.5.1 限值要求

GB/T 19258中规定，无臭氧灯应低于0.05g/(kW·h)；有臭氧灯应不低于标称值的80%。

3.5.2 测试方法

在标准中规定的环境条件下进行测试，待测灯应使用基准镇流器连入测试线路。测试系统如图3所示。

臭氧产出率按式（3）计算：

式中：

N——臭氧产出率，g/（kW·h）；

c——臭氧浓度，mg/m3；

V——臭氧采集器容积，m3；

t——时间，s；

P——灯功率，W。

3.6 紫外线辐射通量维持率/寿命

3.6.1 限值要求

GB/T 19258中规定紫外线杀菌灯的平均寿命应不低于5000h。2000h紫外辐射通量维持率不低于85%，寿终时紫外辐射通量维持率不低于65%。

3.6.2 测试方法

试验应在15℃～50℃的环境中进行，无对流风。所使用镇流器应与试验灯配套，保证紫外灯所消耗的功率逾期额定值之差不超过4%，电压实测值与额定值的偏差应不超过2%，在额定电压下的预热电流与相应参数表规定值的偏差应小于10%。灯以点燃165min，关闭15min为一周期，计算单只灯的紫外线辐射通量下降至规定值时的累计时间或无法正常点燃的时间。

3.7 紫外线空气消毒器

紫外线空气消毒器是由紫外线杀菌灯、过滤器和风机为元器件的空气消毒产品，检验依据是GB 28235，该产品主要用于室内空气的消毒。针对其所使用的紫外线消毒灯除了应满足GB/T 19258中的要求外，对于空气消毒器整机还增加了消毒效果和泄漏量的评价要求。

消毒效果的评价方法按照《消毒技术规范》（2002年版）规定的方法测定，要求对白色葡萄球菌的杀灭率≥99.90%。泄漏量要求从两方面进行评价，一个是紫外线泄漏量，要求在消毒装置周边30cm处，紫外线泄漏量应≤5μW/cm3；另一个是臭氧泄漏量，要求消毒器在正常工作时，室内空气中的臭氧1h平均最高允许浓度不应超过0.1mg/m3。另外，消毒器的安全指标也应符合GB 9706.1中的规定；噪声应按照GBZ/T 189.8规定的测试方法进行测试，噪声限值不超过55dB(A)。

3.8 水中紫外线消毒设备

GB/T 19837[6]中规定了紫外线灯的寿命、有效剂量、消毒指标等要求。规定了低压灯和低压高强灯运行寿命应不低于12000h，中压灯寿命应不低于3000h。当其用于污水消毒时，有效剂量应≥15mJ/cm2，用于生活饮用水或饮用净水消毒的有效剂量应≥40mJ/cm2，用于再生水消毒的有效剂量应≥80mJ/cm2[6]。

消毒指标要求，紫外线消毒设备应用于生活饮用水应达到GB 5749[9]、城镇污水应达到GB 18918[10]、城市杂用水应达到GB/T 18920[11]、景观环境用水应达到GB 50335[12]等相关标准中的相关测试方法及要求。

3.9 紫外线灯消毒功效鉴定试验

根据《消毒技术规范》中要求，应进行紫外线灯消毒功效及除菌效果测试，30W的紫外线灯，在灯管下方中心1000mm处辐照度应≥90μW/cm2。除测试辐照强度外，还应进行细菌和真菌杀灭效果的测试，测试要求紫外线消毒灯的杀灭对数值均≥3，可判定为消毒合格。

4 紫外线消毒灯适用范围及条件

由于紫外线辐照的穿透力弱，其消毒有效区仅为装置周边1.5m～2m处，为了确保良好的消毒效果，紫外线消毒灯与被消毒部位之间的距离不宜超过1m，且无法穿透物体表面，因此要确保紫外线充分照射消毒表面。在使用紫外线消毒时，其适宜温度范围是（30±10）℃，温度在高于或低于这个温度下均会对紫外线产生削弱，影响消毒效果，当紫外线用于空气消毒时，相对湿度以不超过80%为宜，无法满足上述条件要求时，应适当延长照射时间，确保消毒效果。当对物品表面消毒时，根据大部分微生物杀灭所需剂量计算，所需照射时间约为24min。对室内空气消毒时，要确保照射时间不少于30min，而且由于紫外线的穿透能力弱，一个紫外线消毒灯可能很难保证室内消毒效果，根据《消毒技术规范》（2002年版），一般按每立方米空间应设置不少于1.5W的紫外线消毒灯，根据房间实际大小选择相应功率的紫外线消毒灯。

由于紫外线对生物细胞的破坏作用，在使用紫外线消毒灯时要注意不要直接照射到人体皮肤，会导致皮肤表面的红肿、疼痒，重者甚至会引发癌变；更不要直接用眼睛去直视灯管，会引起眼角膜发炎等症状，严重的会造成不可逆的损伤。紫外线消毒灯在使用时，首先应确保人员远离消毒区域，防止紫外线对人体的损伤；并且应保持紫外线灯表面的清洁，建议每两周用酒精棉球对表面进行一次擦拭，确保灯管表面无灰尘、油污覆盖。同时根据紫外线消毒器使用条件，房间内的温湿度也要注意，温度过高或过低，会影响紫外线的照射强度，当空气中的水分和灰尘含量较高时，也会对紫外线有一定的削弱作用，所以要保证室内环境的清洁干燥，更有利于紫外线消毒灯的杀菌消毒功效。

5 结论

历经100多年的发展，紫外线消毒设备以及相关技术已经非常成熟，除了在工业领域的应用外，目前也开始广泛应用于家庭，成为家中除菌消毒的一种重要手段。与家庭中常见的使用化学试剂消毒的方式相比较而言，紫外线消毒更安全、污染较小，且杀菌消毒效果要明显优于化学试剂的消杀，而且紫外灯管的寿命比较长，平均寿命达到了8000小时，一些高性能产品寿命更是可以达到1万小时以上，再加之价格低廉，使用成本很低，就越来越受到消费者的青睐。

随着紫外线消毒灯的广泛应用，相关标准的制定也变得尤其重要。应尽快建立家用紫外线消毒灯及相关器具的标准体系，以及质量监督体系，保障紫外线杀菌灯的质量安全。同时规范相关产品市场，确保消费者能购买到安全、性能质量有保证的紫外线消毒灯。