综述：关于建筑环境中UVC空气消毒的综述：灭活机制、动力学模型及其影响因素

《Journal of Environmental Management》：A review of UVC air disinfection for built environments: Inactivation mechanisms, kinetic models, and influencing determinants

紫外C（UVC）空气消毒技术的研究进展，综述了其杀菌机制（破坏DNA/RNA和细胞膜）、剂量分布模型及微生物灭活动力学，比较了UVC光源类型，分析了波长、气流、湿度和微生物异质性等因素对消毒效果的影响，指出安全、穿透深度和能效的局限，提出远紫外、固态光源和智能控制的发展方向。

　　

李彦菊|范中华|王宇|刘一航|杨斌

天津城建大学能源与安全工程学院，中国天津，300384

摘要

COVID-19大流行显著提高了公众对空气质量及其对人类健康影响的认识，推动空气杀菌技术成为研究的前沿。本综述综合了基于紫外线C（UVC）的空气消毒技术的最新进展，包括灭活机制、辐照度分布模型和微生物灭活动力学。我们比较了主要的UVC光源，并探讨了光学特性、空间布置和环境条件如何影响剂量传递和消毒效果。在预测建模和系统优化的背景下，讨论了关键物理和生物因素，如波长、气流、湿度和微生物异质性。我们指出了与安全性、穿透深度和能源效率相关的关键限制，并概述了未来的发展方向，包括远UVC技术、固态光源和智能控制策略。总体而言，本综述为公共和建筑环境中UVC空气消毒系统的合理设计和安全实施提供了概念框架。

引言

COVID-19大流行凸显了室内环境在空气传播疾病中的重要性，增加了对室内空气质量及空气消毒策略的关注（Abuselidze等，2020；Messina等，2016；Zaman等，2022）。化学消毒剂的广泛使用引发了关于二次污染、化学残留物以及对室内空气质量和人类健康不良影响的担忧（Salonen等，2024；Bhat等，2022；Parveen等，2022；Sciorio等，2021）。在建筑应用中，这些问题加上物理过滤在灭活微生物方面的局限性，表明需要替代的空气杀菌方法（Wu等，2023）。因此，紫外线C（UVC）照射被广泛研究作为室内环境的物理空气消毒方法（Shukla等，2022；Rada等，2025）。实验和建模研究表明，使用不同来源的UVC系统（包括UVC灯、UV-LED和远UVC配置）可以灭活空气中的细菌和病毒（Guo等，2023；Mohamadi Nasrabadi等；Atari等，2023；Kang等，2023）。最近的研究还探讨了紫外线引起的室内空气化学变化以及紫外线消毒与通风条件之间的相互作用（Carter等，2025；Park等，2024）。在医疗环境中，综述和实验研究表明，适当实施基于紫外线的空气和表面消毒可以降低医院相关感染风险（Trivellin等，2021；Maugeri等，2025）。总体而言，这些发现支持将紫外线照射作为医疗和其他高风险室内环境中空气杀菌的实际工程选择。紫外线辐射分为四个波长带：紫外线A（UVA，315–400 nm）、紫外线B（UVB，280–315 nm）、紫外线C（UVC，200–280 nm）和紫外线D（UVD，100–200 nm）。UVA广泛应用于光催化（Hassani等，2023）、药物递送（Karisma等，2021）和皮肤保护（Niu等，2024），而UVB用于治疗白癜风（Bouceiro Mendes等，2022）以及减少作物疾病和害虫发生（Meyer等，2021）。UVD主要用于低温材料处理（Kogelschatz等，2000）。UVC具有更高的光子能量，能够更有效地破坏微生物细胞结构和生物分子。

如图1所示，UVC辐射直接针对微生物的核酸（DNA和RNA）（Darnell等，2004），在核酸碱基中诱导嘧啶二聚体的形成（Taylor等，2020）。这种结构改变干扰了正常的复制和转录过程，从而抑制微生物繁殖并可能导致细胞死亡。此外，UVC照射会损坏微生物细胞膜，增加膜通透性并导致细胞内成分泄漏，从而破坏重要的生理功能。暴露于UVC时，细胞内的水分子可能被激发生成活性氧物种（如羟基自由基（Tapia-Guerrero等，2020），这些物质会攻击蛋白质和脂质，导致严重的细胞损伤。

由于其杀菌机制，基于UVC的空气杀菌技术已在医疗和建筑环境中得到越来越多的应用。UVC技术因能有效且无化学残留地灭活微生物而不产生有害的消毒副产物而被广泛应用于饮用水和废水处理（Miklos等，2018）。全规模的UV系统确保了可靠的第三次消毒和节能运行（MacIsaac等，2024），而UV/H?O?工艺可增强微量污染物和抗生素抗性基因的去除（Han等，2024），支持其在建筑环境空气消毒中的规模化应用。远UVC空气消毒系统已被证明可以提高单次通过时空气中的微生物灭活效率（Wang和Lai，2024）。在医院环境中，系统证据表明，当正确实施时，UVC环境消毒可以有效减少微生物污染和医疗相关感染的风险。实际部署研究进一步探讨了UVC技术在患者护理区域的运行性能、安全考虑和临床适用性（Demeersseman等，2023）。在建筑中，集成到暖通空调系统中的紫外线杀菌照射已被证明可以提高整体空气消毒性能（Cattai等，2023）。此外，上层房间和远UVC配置对通风方案有很强的依赖性，这突显了系统和气流设计的协调需求（Lv等，2024）。

在食品加工行业中，集成到通风或包装环境中的UVC系统已被报道可以减少空气中和表面的微生物污染，从而支持卫生控制并延长易腐产品的保质期（Racchi等，2021；Luo和Zhong，2021）。在住宅和办公楼中，配备UVC的空气净化和上层房间照射系统在典型室内操作条件下已被证明能有效减少空气中的微生物，包括细菌和霉菌（Liu等，2024a；Kim，2024）。关于空气净化技术的相关研究进一步强调了当与通风系统适当结合时，基于紫外线的方法在改善室内空气质量方面的作用（Geng等，2022）。在通风有限的拥挤公共场所（如学校、购物中心和电影院），将UVC技术集成到空调和通风系统中可以实现持续空气消毒，并被提议作为减轻空气传播疾病的补充措施（Zaman等，2022；Sankurantripati和Duchaine，2024）。

章节摘录

UVC发射机制

能够产生UVC辐射的激光器可以根据其发射机制分为三类：气体基紫外线激光器、半导体紫外线光源和固态紫外线激光器。

如图2(a)所示，当在PN结上施加正向偏压时，从N型和P型区域注入的电子和空穴在活性区域复合，通过自发发射产生紫外线光子（Ajmal Khan等，2024；Kobayashi

紫外线细菌灭活动力学模型

一个非线性数学模型将DNA损伤与微生物灭活定量联系起来，为紫外线C（UVC）消毒提供了机制基础（Luo等，2024）。通过结合紫外线辐照度、暴露时间和流场特性，该模型准确再现了在广泛微生物和波长范围内实验观察到的灭活效率，包括细菌、病毒和孢子，如图3所示（de Oliveira等，2025）。这些结果

影响紫外线消毒效果的因素

紫外线C（UVC）照射的杀菌效果取决于光源特性、微生物特性、环境条件和操作参数的综合影响（Romero-Martínez等，2025）。系统评估这些相互作用因素可以实现优化的UVC消毒，有效灭活病原体，同时减少能源和材料消耗，并支持高效和可持续UVC技术的发展（Lin等，

限制和未来方向

UVC消毒技术已取得实质性进展；但仍存在几个关键限制。首先，安全问题仍然突出。传统的254 nm UVC辐射对人类皮肤和眼睛有明显风险：短期暴露可能导致角膜损伤，而长期暴露可能增加患皮肤癌的风险（Yamano等，2020）。相比之下，尽管222 nm波长带具有优异的杀菌效果（Su等，2024；Arzanani等，2025；Hill等

结论

本研究系统总结了紫外线C（UVC）空气消毒技术的最新研究进展，重点关注杀菌机制、建模方法和影响因素。由于其高效率和无化学残留的操作方式，UVC技术已成为医疗设施、食品加工环境和公共场所中有效的空气消毒手段，通过破坏微生物核酸和细胞结构来实现消毒。

CRediT作者贡献声明

李彦菊：撰写——审稿与编辑、方法学、调查、数据管理、概念化。范中华：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、调查、形式分析、数据管理。王宇：方法学、调查。刘一航：数据管理。杨斌：方法学、调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了天津市科技创新项目（编号2025YKC038）和天津市科技计划项目（编号21YDTPJC00560）的支持。