辦公樓室內(nèi)PM2.5治理淺析

（國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095）

摘 要： 本文介紹了PM2.5的危害及室內(nèi)污染現(xiàn)狀，對(duì)比了現(xiàn)有的較成熟的PM2.5處理技術(shù)，對(duì)室內(nèi)PM2.5改造方案進(jìn)行了實(shí)測(cè)比較。

關(guān)鍵詞： 辦公樓;PM2.5;治理

1 PM2.5危害及開(kāi)展室內(nèi)PM2.5治理的必要性

1.1 PM2.5的危害性

PM2.5是大氣中小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，人體的生理結(jié)構(gòu)難以對(duì)PM2.5進(jìn)行過(guò)濾、阻攔，而PM2.5對(duì)人類健康的危害卻隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，逐步暴露出其恐怖的一面。流行病學(xué)研究中有數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)空氣中PM2.5的濃度長(zhǎng)期高于10μg/m3，就會(huì)帶來(lái)死亡風(fēng)險(xiǎn)的上升，PM2.5濃度每增加10μg/m3，總死亡率上升4%，心肺疾病帶來(lái)的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升6%，肺癌帶來(lái)的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升8%，研究表明這與PM2.5的毒性機(jī)制有關(guān)，主要表現(xiàn)為其免疫毒性、氧化損傷毒性、致突變性和潛在致癌性等。世界衛(wèi)生組織在2005年版《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》中也指出：當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)到每立方米35μg時(shí)，人的死亡風(fēng)險(xiǎn)比每立方米10μg的情形約增加15%。

1.2 PM2.5限值及空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

世衛(wèi)組織準(zhǔn)則值，24小時(shí)平均值小于25μg/m3;

世衛(wèi)組織過(guò)渡期目標(biāo)1，24小時(shí)平均值小于75μg/m3;

世衛(wèi)組織過(guò)渡期目標(biāo)2，24小時(shí)平均值小于50μg/m3;

世衛(wèi)組織過(guò)渡期目標(biāo)3，24小時(shí)平均值小于37.5μg。

我國(guó)2012年新頒布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012），相對(duì)于96年版本，主要增加了對(duì)PM2.5、臭氧、以及一氧化碳的限值要求。其中對(duì)pm2.5的限值為，24小時(shí)平均濃度小于75μg/m3（對(duì)應(yīng)世衛(wèi)組織過(guò)渡期目標(biāo)1）;對(duì)臭氧的限值為，8小時(shí)平均濃度小于160μg/m3（0.1ppm）

1.3 室內(nèi)污染狀況分析

根據(jù)北京市環(huán)保監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)，2013年全年，北京空氣質(zhì)量一級(jí)優(yōu)（PM2.5濃度≤35μg/m3）的天數(shù)41天，占11.2%;二級(jí)良（PM2.5濃度35-75μg/m3）的天數(shù)135天，占37.0%;三級(jí)輕度污染（PM2.5濃度75-115μg/m3）的天數(shù)84天，占23.0%;四級(jí)中度污染（PM2.5濃度115-150μg/m3）的天數(shù)47天，占12.9%;五級(jí)重度污染（PM2.5濃度150-250μg/m3）的天數(shù)45天，占12.3%;六級(jí)嚴(yán)重污染（PM2.5濃度≥250μg/m3）的天數(shù)13天，占3.6%。全年年污染物超標(biāo)天數(shù)為189天，77.8%的污染日是因?yàn)镻M2.5超標(biāo)，20.1%為臭氧超標(biāo)，其余污染物超標(biāo)占2.1%;其中臭氧超標(biāo)主要集中在夏季高溫時(shí)期，其余污染物超標(biāo)則以PM10為主。

臭氧在常溫常壓下，穩(wěn)定性極差，室外污染對(duì)室內(nèi)影響很小，只要沒(méi)有穩(wěn)定的室內(nèi)污染源，則不會(huì)造成室內(nèi)污染。而PM10污染，主要由于室外揚(yáng)塵造成，由于粒徑大，對(duì)其處理比較容易，普通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)其就有一定的處理能力，而能對(duì)PM2.5有效去除的設(shè)備，更是完全可滿足去除PM10污染的要求

根據(jù)以上數(shù)據(jù)及分析，本文認(rèn)為，在北京目前的空氣環(huán)境下，PM2.5是室內(nèi)環(huán)境的主要污染物。

為對(duì)辦公樓室內(nèi)空氣污染狀況有一個(gè)評(píng)價(jià)，我們對(duì)位于北京的某辦公大樓室內(nèi)PM2.5污染情況進(jìn)行了檢測(cè)，我們選擇具有代表性的室外工況（空氣污染程度不同），在大樓各層各典型房間進(jìn)行污染情況檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果制表統(tǒng)計(jì)，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)估。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，開(kāi)窗辦公情況下室內(nèi)外PM2.5濃度比平均值在0.7以上，即當(dāng)室外PM2.5濃度達(dá)到約107μg/m3時(shí)，室內(nèi)空氣污染就要超標(biāo)。

按2013年北京市空氣質(zhì)量狀況判斷，樓內(nèi)辦公區(qū)全年室內(nèi)超國(guó)家限值（對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量二級(jí)良）的天數(shù)將至少在110天左右，約占一年的1/3，室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況不容樂(lè)觀，辦公人員在空氣質(zhì)量超標(biāo)的環(huán)境下每日工作8個(gè)小時(shí)以上，對(duì)身體健康是非常不利的。

2 PM2.5處理設(shè)備的選擇

傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)里，空調(diào)末端配置有粗效過(guò)濾器，目的是除去空氣中≥2μm上的粉塵顆粒，過(guò)濾效率在20～50%。對(duì)于≤2.5μm的粉塵顆粒污染，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)所設(shè)過(guò)濾裝置無(wú)法達(dá)到需要的效果。

大型新風(fēng)系統(tǒng)配置有粗、中效兩級(jí)過(guò)濾，可以除去空氣中≥0.5μm的粉塵顆粒，過(guò)濾效率在40～60%左右。對(duì)室外新風(fēng)中的PM2.5有一定去除作用，但受限于效率低、風(fēng)量小，且容易造成二次污染，對(duì)改善室內(nèi)污染狀況也難以起到明顯的作用。

根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，目前能夠較為有效去除PM2.5污染，且較為成熟的設(shè)備主要有：靜電除塵設(shè)備、靜電駐極過(guò)濾設(shè)備及高效過(guò)濾器（HEPA）三種。

2.1 靜電除塵設(shè)備

優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾效果較好、設(shè)備阻力最低、運(yùn)行成本低、體積小、噪聲小。

缺點(diǎn)：對(duì)安全技術(shù)及加工精度要求高，如設(shè)備技術(shù)不成熟、極板加工精度不高，則設(shè)備有臭氧放散量超標(biāo)危險(xiǎn)（工作地點(diǎn)臭氧濃度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為0.16μg/m3）。并且由于其電場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)備在進(jìn)入大顆粒塵時(shí)會(huì)偶爾出現(xiàn)啪啪的放電音。成熟設(shè)備以歐美為主價(jià)格偏高。

適用性：適用性較廣，但對(duì)聲音環(huán)境要求嚴(yán)格的場(chǎng)所不宜采用。

2.2 靜電駐極過(guò)濾設(shè)備

優(yōu)點(diǎn)：兼具了靜電除塵設(shè)備與HEPA的優(yōu)點(diǎn)，過(guò)濾效果較好、設(shè)備初阻力低、體積小、噪聲小、無(wú)電耗、無(wú)臭氧產(chǎn)生。

缺點(diǎn)：惡劣環(huán)境下濾芯更換頻繁（為避免二次污染及設(shè)備失效，秋、冬季污染較重情況下1-2月就需更換），運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，設(shè)備終阻力偏大，過(guò)濾效率下降較為明顯。

適用性：此類設(shè)備優(yōu)點(diǎn)較多，適用性較廣，但考慮到目前我國(guó)空氣環(huán)境較為惡劣，濾芯頻繁更換會(huì)造成運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高。

2.3 高效過(guò)濾器（HEPA）

優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾效率最高且較為穩(wěn)定、無(wú)副產(chǎn)物產(chǎn)生。

缺點(diǎn)：設(shè)備阻力過(guò)大（接近靜電除塵設(shè)備阻力10倍），濾芯更換費(fèi)用過(guò)高（由于孔隙細(xì)密，HEPA過(guò)濾器更換頻率較駐級(jí)過(guò)濾器更為頻繁），設(shè)備噪聲大，設(shè)備體積偏大。

適用性：較適用于采用大型全空氣集中空調(diào)系統(tǒng)且配有單獨(dú)機(jī)房的場(chǎng)所。由于運(yùn)行費(fèi)用很高，推薦在對(duì)環(huán)境要求很高的場(chǎng)所應(yīng)用。

3 辦公樓PM2.5治理方案選擇

為找到適用于辦公樓的PM2.5治理方案，本文針對(duì)普通辦公樓實(shí)際設(shè)備情況及辦公環(huán)境下的人員習(xí)慣，擬定了三種方案，并進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行測(cè)試。

3.1 治理方案

治理目標(biāo)：室外PM2.5濃度≤250μg/m3時(shí)，室內(nèi)PM2.5濃度達(dá)到500μg/m3以下。

A方案：設(shè)置PM2.5新風(fēng)處理系統(tǒng)配合室內(nèi)循環(huán)處理：在辦公區(qū)域設(shè)置新風(fēng)PM2.5處理設(shè)備，并在室內(nèi)另加設(shè)內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組。新風(fēng)量約1次換氣每小時(shí)，內(nèi)循環(huán)換氣次數(shù)按3-5次每小時(shí)。

B方案：僅增設(shè)內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組方案：僅在室內(nèi)增加設(shè)內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組，換氣次數(shù)按3-5次/h計(jì)算，室內(nèi)所需新鮮空氣依靠開(kāi)啟部分外窗保證。

C方案：僅增設(shè)新風(fēng)PM2.5處理設(shè)備的方案：僅增設(shè)新風(fēng)PM2.5處理設(shè)備，利用新風(fēng)系統(tǒng)保持室內(nèi)正壓的特點(diǎn)，達(dá)到避免室外污染物進(jìn)入室內(nèi)造成污染的目的，考慮空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能要求，新風(fēng)量約1次換氣每小時(shí)配置。

3.2 運(yùn)行測(cè)試

測(cè)試儀器：TSI-8532氣溶膠測(cè)試儀，TES1341風(fēng)速儀。

需測(cè)試數(shù)據(jù)：PM2.5濃度，窗口風(fēng)速。

對(duì)應(yīng)三種方案，模擬實(shí)際辦公狀況，開(kāi)展如下工況測(cè)試：

A、辦公區(qū)開(kāi)啟半小時(shí)外窗后（模擬早晨開(kāi)窗大換氣）關(guān)閉外窗，開(kāi)啟新風(fēng)，開(kāi)啟內(nèi)循環(huán)凈化設(shè)備，測(cè)試室內(nèi)辦公區(qū)域數(shù)據(jù)，測(cè)試新風(fēng)口數(shù)據(jù)。本工況測(cè)試過(guò)程中對(duì)處理設(shè)備開(kāi)啟數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，爭(zhēng)取優(yōu)化配置。（針對(duì)改造新風(fēng)系統(tǒng)配合室內(nèi)循環(huán)處理方案）

B、辦公區(qū)開(kāi)啟外窗，開(kāi)啟內(nèi)循環(huán)凈化設(shè)備，測(cè)試室內(nèi)辦公區(qū)域數(shù)據(jù)。本工況需進(jìn)行窗口風(fēng)速，窗口尺寸測(cè)量，以確定可滿足室內(nèi)新風(fēng)需求的開(kāi)窗數(shù)量。（針對(duì)僅增設(shè)內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組方案）

C、辦公區(qū)開(kāi)啟半小時(shí)外窗后（模擬早晨開(kāi)窗大換氣）關(guān)閉外窗，僅開(kāi)啟新風(fēng)，測(cè)試室內(nèi)辦公區(qū)域數(shù)據(jù)，測(cè)試新風(fēng)口數(shù)據(jù)。（針對(duì)僅改造新風(fēng)方案）

3.3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.3.1 改造新風(fēng)系統(tǒng)配合室內(nèi)循環(huán)處理的方案A

經(jīng)測(cè)試，其處理效果完全滿足本次改造目標(biāo)。本次測(cè)試條件最惡劣的一次，室外PM2.5值達(dá)到了305，未做開(kāi)窗大換氣的條件下，室內(nèi)PM2.5值就達(dá)到了148。而在此條件下，辦公區(qū)開(kāi)啟PM2.5新風(fēng)處理系統(tǒng)及內(nèi)循環(huán)設(shè)備運(yùn)行（內(nèi)循環(huán)風(fēng)量約3次換氣）半小時(shí)后測(cè)室內(nèi)PM2.5值降為47，完全可達(dá)到改造要求。

3.3.2 僅增設(shè)內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組的方案B

經(jīng)測(cè)試，在開(kāi)啟3面外窗的條件下，內(nèi)循環(huán)風(fēng)量開(kāi)啟至5次換氣的效果仍距改造目標(biāo)有很大差距，處理效果并不明顯。

根據(jù)窗口風(fēng)速、污染物濃度數(shù)據(jù)，進(jìn)行室內(nèi)外污染物平衡計(jì)算，由于窗口風(fēng)速很不穩(wěn)定，出在滿足新風(fēng)條件的開(kāi)窗情況下，如僅增加內(nèi)循環(huán)設(shè)備，需循環(huán)處理?yè)Q氣次數(shù)在20次/h以上。

3.3.3 僅增設(shè)新風(fēng)PM2.5處理設(shè)備的方案C

經(jīng)測(cè)試，僅增設(shè)新風(fēng)PM2.5處理設(shè)備的方案，并沒(méi)有像預(yù)計(jì)的那樣，達(dá)到通過(guò)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)正壓從而得到避免污染物進(jìn)入室內(nèi)的效果。以本次測(cè)試中測(cè)試結(jié)果舉例，在室外值158，室內(nèi)值88的條件下，開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)組關(guān)窗運(yùn)行半小時(shí)后，室內(nèi)值僅降至73。

3.3.4 結(jié)論

根據(jù)以上結(jié)果，我們得出下列結(jié)論：

（1）改造新風(fēng)系統(tǒng)配合室內(nèi)循環(huán)處理的方案A是可行的，并且具有較好的效果。并且通過(guò)測(cè)試，我們認(rèn)為本方案可優(yōu)化設(shè)備配置，按開(kāi)放辦公區(qū)東、西區(qū)各改造2套新風(fēng)機(jī)組并保證內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組換氣次數(shù)不小于3次/h即可，可使室內(nèi)空氣PM2.5濃度下降約65%-75%，室內(nèi)外PM2.5濃度比下降至約0.15-0.2。

（2）僅增設(shè)內(nèi)循環(huán)式PM2.5處理機(jī)組的方案B是不可行的。由于自然進(jìn)風(fēng)的不可控性，造成空氣處理量過(guò)大，經(jīng)濟(jì)性太差。

僅改造后的新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，雖可以達(dá)到一定的室內(nèi)處理效果，但效果微弱，室內(nèi)污染物濃度下降緩慢，方案不可行。

4 結(jié)語(yǔ)

李克強(qiáng)同志曾經(jīng)就關(guān)于空氣污染怎樣治理問(wèn)題指出：“我們一方面要加大環(huán)保執(zhí)法和其他相關(guān)方面的工作力度，另一方面提醒公眾加強(qiáng)自我防護(hù)。這件事需要樹(shù)立全民意識(shí)，需要全民參與，共同治理。”歐美國(guó)家今日的優(yōu)良空氣質(zhì)量是數(shù)十年治理的結(jié)果，室外大環(huán)境改善不可能一蹴而就，對(duì)室內(nèi)PM2.5污染開(kāi)展治理是避免空氣污染造成人身傷害的最直接措施。

本文根據(jù)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，記錄了室內(nèi)污染現(xiàn)狀，對(duì)比了目前較為成熟的PM2.5處理設(shè)備及辦公樓室內(nèi)空氣治理方案，望對(duì)今后室內(nèi)PM2.5污染治理提供一定參考。

作者簡(jiǎn)介：王陽(yáng)（1981-），男山東濟(jì)南人，本科，國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程師。