严重雾霾条件下家用空气净化器防霾效果实测分析
2016-08-02 15:57:37
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为了解家用空气净化器的实际净化效果,在严重雾霾条件下,对北京市居民家中价格差异很大的两台高效过滤式家用空气净化器的净化效果进行了实测。 
 
作    者:航天低温推进剂技术国家重点实验室 总装备部工程设计研究总院 李兆坚* 邢科伟 杨潞锋 邱小林
摘 要 :为了解家用空气净化器的实际净化效果,在严重雾霾条件下,对北京市居民家中价格差异很大的两台高效过滤式家用空气净化器的净化效果进行了实测。测试结果表明:高效过滤式空气净化器的净化效果十分显著,开机2h后,室内空气中悬浮颗粒物浓度下降了75%~98%,其中粒径为0.3~5.0μm的悬浮颗粒物的浓度下降幅度最大,细颗粒物(PM2.5)浓度下降了97.5%,达到35μg/ m3以下的优等水平。因此采用高效过滤式空气净化器是住宅防霾的一个有效措施。空气净化器并非越贵越好,国产低价优质产品同样也能达到很好的净化防霾效果。
  
    随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的快速提高,工业、建筑、交通等领域的能源消耗也快速增加,大量能源消耗带来了严重的大气环境污染问题。2015年11-12月我国连续出现大范围的严重雾霾现象,北京等城市首次启动了雾霾天气红色预警。在严重雾霾条件下,大气中悬浮颗粒物的浓度会大幅度增加,细颗粒物(PM2.5)浓度过高对人体健康的危害很大[1-2]。因此已引起了国家相关部门的高度重视和社会大众的高度关注。在严重雾霾的情况下,人们会采取减少外出、戴口罩等室外防霾措施,但人的80%~90%时间处于建筑室内环境中,因此建筑室内防霾是更值得关注的问题。
  
    采用空气净化器是最简单、最常用的一种建筑室内防霾措施。目前家用空气净化器的样式繁多、原理不同、功能各异、价格差异很大。一些国产低价产品只有五六百元,而一些进口品牌的产品动辄上万元。设置新风高效过滤系统维持室内正压,同时对室内空气进行高效过滤,这是洁净厂房空气净化的标准做法,采用该技术方案可以达到很好的净化效果。但目前在住宅中居民通常只采用空气净化器而没有设置新风过滤系统,室内无法维持正压,这种单独采用空气净化器的净化效果如何?目前对此争议较大。有些人认为家用空气净化器没有多少净化效果,只是一种心理安慰或商家炒作的噱头[3];另一些人则认为:一分钱一分货,低价产品的净化效果不会太好,进口的高价产品才能起到理想的净化除霾效果。单独采用空气净化器的净化除霾效果究竟如何?家用空气净化器是否越贵越好?为了搞清楚这些问题有必要进行实测分析,用实测数据说话。以往对空气净化器净化效果的检测通常都是在实验室标准试验条件下进行的[4-7],很少对实际使用条件下的净化效果进行测试分析。按照相关国家标准[4],空气净化器净化效果测试的实验室标准试验条件要求采用香烟烟雾作为悬浮颗粒物来源进行测试,因此其悬浮颗粒物的来源、性质和粒径分布与实际情况存在一定差异,而且实验室的密封性也远高于实际房间,这些因素会导致实验室的测试结果与实际使用效果存在一定差异。为了解家用空气净化器在实际使用条件下的净化效果,笔者在严重雾霾的实际环境条件下,在居民家中对空气净化器的净化效果进行实例测试,并进行定量分析,为室内防霾措施的合理选择提供依据。
 
1 测试条件
   为使测试结果具有典型性,选择在严重雾霾的天气条件下进行测试。2015年11月27日至12月1日,北京市经历了持续5天的严重雾霾天气。根据相关环境空气质量评价标准[8,9],PM2.5平均质量浓度超过250μg/m 3就达到严重污染的等级,而依据北京市环境保护监测中心的监测数据[10],11月30日北京市城区大部分区域PM2.5质量浓度超过500μg/m 3,南部地区部分站点出现超过900μg/m 3的极端峰值污染浓度。12月1日中午北京市PM2.5质量浓度达到本次雾霾的峰值605μg/m 3。这次雾霾是北京市2015年最严重的雾霾天气,其严重程度和持续时间也是近年来少见的。2015年12月8-10日,北京市又出现了严重雾霾天气,并首次发布了空气重度污染红色预警。因此笔者选择在2015年12月1日和12月8日在北京市进行了相关测试。根据北京市大气质量监测数据[10],2015年12月1日测试期间室外PM2.5质量浓度为558~432μg/m 3;2015年12月8日测试期间室外PM2.5质量浓度为258~266μg/m 3。
 
2 测试方法
  采用TSI 9306-V2激光粒子计数器测量空气悬浮颗粒物浓度,一次测量的取样时间为1min,取样量为2.83L。在空气净化器没有开启的情况下,每一个测点均测量3次,取平均值;在空气净化器开启的情况下,由于室内悬浮颗粒物浓度变化较快,每一个测点测量2次,取平均值。为了详细分析空气中不同粒径的悬浮颗粒物浓度状况,对0.3,0.5,1,3,5,10μm 6种粒径的悬浮颗粒物浓度进行测试。同时采用QD10的PM2.5检测仪对PM2.5浓度进行测试。采用TSI 7575-X热线风速仪对空气净化器的送风量进行测试,在送风口上设置13个测点,测量风速,取其平均风速,由此计算出空气净化器的送风量。
 
3 测试对象
  测试地点为北京市左家庄地区一栋2012年建成的高层住宅楼18层的一个南向卧室,其内部尺寸为3300mm×4200mm,净高为2600mm。测试期间该卧室的外窗和内门均关闭,与其内门相连的客厅的空气净化器没有开启。高效过滤式空气净化器是目前住宅最常用的一种空气净化器,因此选择了两台价格差异较大的高效过滤式家用空气净化器作为测试对象。1号空气净化器为国产的低价产品,其售价为480元;2号空气净化器为进口品牌产品,售价4980元,其售价约为1号空气净化器的10倍。它们均设置了粗效、高效和活性炭三级过滤,都已经使用了半年时间。这两台空气净化器的风机为三挡控制,测试期间开到第三挡(风量最大挡)。空气净化器放在外窗边,距地高度为0.8m。1号空气净化器的外形为圆柱形,侧面上部回风,侧面下部送风,其额定风量为120m3/h, 额定功率为40W;2号空气净化器的外形为长方形,正面回风,上部送风,其额定风量为220m3/h, 额定功率为43W。2015年12月1日对1号空气净化器进行测试,12月8日对2号空气净化器进行测试,两次测试的房间、测试仪器和测试方法均相同。测试期间房间内只有一名测试人员,测试人员基本处于静坐状态,室内没有其他污染源。
 
4 主要测试结果与分析
 
4.1 空气净化器送风量测试结果
  1号空气净化的器实测送风量为188m3/h。该房间的室内容积约为36m3,净化送风的换气次数为5.2h-1。2号空气净化器的实测送风量为192.5m3/h,净化送风的换气次数为5.3h-1,其风量比1号机大了2%,可见两台空气净化器的实际送风量与额定送风量都有一定差异,1号空气净化器的实际送风量大于额定送风量,2号空气净化器的实际送风量小于额定送风量。另外,这两台空气净化器送风量的差异很小。
 
4.2 空气净化器净化效果测试结果
  1号空气净化器开机过程的室内空气悬浮颗粒物浓度的测试结果见表1和图1,两台空气净化器开机过程的室内PM2.5质量浓度变化情况测试结果见图2。
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                                                  图1 1号空气净化器开机后室内空气中悬浮颗粒物浓度变化情况
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图2 两台空气净化器开机后室内PM2.5质量浓度变化情况
 
  从测试结果可见,在12月1日雾霾十分严重的情况下,1号空气净化器开启后,室内空气中不同粒径的悬浮颗粒物的浓度都快速下降,开机90min后基本达到稳定状态。开机2h后,室内空气中不同粒径悬浮颗粒物的浓度下降了75%~98%,平均下降了96.3%,PM2.5质量浓度下降了97.5%,达到35μg/ m3以下的优等水平。
  
    值得注意的是,测试结果表明,粒径≥5.0μm的大粒径悬浮颗粒物浓度的下降比例明显低于小粒径悬浮颗粒物,尤其是在刚开机阶段,粒径≥10.0μm的悬浮颗粒物浓度不降反升,这似乎与高效过滤器的过滤特性相反。通过分析发现,这是由于空气净化器开机后,其送风口的吹风作用将空气过滤器表面和地面的一些集尘吹起,而室内自然沉降的集尘通常是大粒径的颗粒物,这就造成了开机的短时间内大粒径悬浮颗粒物的浓度不降反升的反常现象。另外,由于粒径≥10.0μm的悬浮颗粒物的初始浓度远小于小粒径的悬浮颗粒物,比较的基数小了几个数量级,这也是造成大粒径悬浮颗粒物的浓度下降比例小于小粒径悬浮颗粒物的重要原因之一。另外,由图2发现,在开机60min时,悬浮颗粒物浓度出现了一个小的波动,这可能与期间测试人员进出一次内门的影响有关。
  
    12月8日进行了2号空气净化器的净化性能测试,这一天的室外雾霾程度比12月1日轻得多。2号空气净化器开启后,室内PM2.5浓度也快速下降,但下降的速度明显低于1号空气净化器,其2h后的平衡浓度也略高于1号空气净化器。
5 结论
  
1)单独采用空气净化器是目前最常用的一种家庭防霾方法,为了解其实际除霾净化效果,在严重雾霾的环境条件下,在北京市的居民家中,对两台高效过滤式家用空气净化器的净化效果进行实测分析。测试结果表明:
1)单独采用高效过滤式空气净化器的除霾净化效果十分显著。1号空气净化器开机2h后,空气中不同粒径悬浮颗粒物的浓度下降了75%~98%,平均下降了96.3%,PM2.5浓度下降了97.5%,其中粒径为0.3~5.0μm的悬浮颗粒物的浓度下降幅度大于大粒径的悬浮颗粒物。在严重雾霾的条件下,两台空气净化器分别开启1.5 h后,都能使室内PM2.5浓度低于35μg/ m3,达到了优等水平。因此采用高效过滤式空气净化器是住宅防霾净化的一个有效措施,同时可采用间歇开窗缝通风方式,以满足雾霾期间人员通风的要求。
 
2)家用空气净化器并不是越贵越好。与价格高10倍的2号空气净化器相比,1号空气净化器的室内PM2.5浓度下降速度更快、到达的平衡浓度更低,其除霾效果更好,因此家用空气净化器关键要看产品质量,一些国产低价优质产品也能达到很好的净化除霾效果。高效过滤材料的质量、过滤层的密封性和送风量是影响空气净化器净化性能的三个重要因素。在住宅密封性较好的情况下,空气净化器的净化送风换气次数达到5h-1以上,就可达到住宅防霾净化的要求。
 
参考文献:
 
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[4] 中国家用电器研究院,清华大学,中国疾病预防控制中心,等. 空气净化器:GB/T 18801-2015[S]. 北京:中国标准出版社,2015
[5] 王鹏 柳静献 毛宁, 等. 空气净化器去除细粒子性能实验研究[J]. 工业安全与环保, 2015,41(5): 57-60,41
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[8] 中国环境科学研究院, 中国环境监测总站. 环境空气质量标准GB 3095—2012[S], 北京:中国环境科学出版社出版,2012
[9] 中国环境监测总站、中国环境科学研究院、大连市环境监测中心,等. 环境空气质量指数(AQI)技术规定HJ 633—2012[S], 北京:中国环境科学出版社出版,2012
[10] 北京市环境保护监测中心. 北京市实时空气质量[EB/OL] . [2015-12-1].
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