一種空氣凈化器在真實室內(nèi)環(huán)境中的空氣凈化效果研究

張言+楊宏偉+王娟

摘要：指出了北京市大氣顆粒物污染嚴重，隨著霧霾狀況的頻繁出現(xiàn)，人們開始關心空氣凈化器的處理效果。基于此，進行了現(xiàn)場實際測試，一方面定量了解所選擇場所室內(nèi)外空氣中顆粒物的污染狀況，另一方面了解空氣凈化器在實際室內(nèi)場地的凈化效果，為如何選用、使用空氣凈化器預防大氣顆粒物污染提供數(shù)據(jù)支持。

關鍵詞：空氣凈化器；大氣污染；顆粒物；甲醛

中圖分類號：X506

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）24-077-04

1 引言

本項目選用某知名品牌空氣凈化器開展現(xiàn)場測試，并選擇北京市某幼兒園教室作為驗證場所，考察凈化器擺放對教室中顆粒物質量濃度、粒徑分布以及甲醛的去除效果。選擇幼兒園的2個教室，其中1個教室擺放1臺空氣凈化器，另1個教室未擺放空氣凈化器，每個教室的長寬高尺寸為8 m×6.5 m×3.3 m，教室面積為52 m2，房間有效容積為171.6 m3。

2 實驗方法及器材

2.1 顆粒物濃度及空氣凈化器凈化效果

空氣凈化器的凈化效果主要體現(xiàn)在對于顆粒物的去除，因此本實驗針對顆粒物的日均濃度和瞬時濃度進行了檢測，檢測時間為2016年5月29日19：00至5月30日13：00進行，持續(xù)了18 h。檢測依據(jù)為《室內(nèi)環(huán)境空氣質量檢測技術規(guī)范附錄J室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物的測定方法》（HJ/T167-2004），檢測地點為室外、擺放空氣凈化器的教室內(nèi)及未擺放凈化器的教室內(nèi)。檢測日均濃度的儀器為KDB-120綜合大氣采樣器、材料為玻璃纖維濾膜、鑷子。

為了解PM10和PM2.5瞬時值的變化，采用光散射法對不同點位PM10和PM2.5的質量濃度進行檢測。檢測依據(jù)為《公共場所衛(wèi)生檢驗方法第2部分化學污染物》（GB/T18204.2-20146 ）6細顆粒物PM2.5，檢測儀器為TSI 8530粉塵儀、PM10和PM2.5切割器。

在每個教室設置的點位為教室的左上、左下、中、右上、右下（以講臺為基準），點位布置圖見圖1，每個點位每隔2 min測定一次，共測定3次。

2.2 空氣中顆粒物的粒徑分布及其去除效果

對于室內(nèi)外的空氣中顆粒物的粒徑分布進行了檢測，在每個教室設置的點位為教室的左上、左下、中、右上、右下（以講臺為基準），點位布置圖見圖1，每個點位每隔1 min測定一次，共測定3次。檢測依據(jù)為《公共場所衛(wèi)生檢驗方法第2部分化學污染物》（GB/T18204.2-2014）6 細顆粒物 PM2.5，檢測儀器為TSI 9306-V離子計數(shù)器。

實驗中還采用掃描電鏡觀察了捕集的PM10和PM2.5的形貌，以確定捕集的顆粒物為何種物質。

2.3 凈化器凈化速率檢測

本實驗考察當室內(nèi)和室外粒子的質量濃度相當時，關閉門窗，打開凈化器，來觀察室內(nèi)粒子質量濃度隨時間的變化規(guī)律。由于時間關系，僅測定了PM隨時間的變化規(guī)律。檢測依據(jù)為《公共場所衛(wèi)生檢驗方法第2部分化學污染物》（GB/T18204.2-2014）6 細顆粒物 PM2.5，檢測儀器為TSI8530粉塵儀。檢測地點為擺放凈化器教室的中央。

2.4 甲醛凈化效果

甲醛是室內(nèi)裝修中產(chǎn)生的主要污染物質，因此本實驗檢測了空氣凈化器對甲醛的去除情況，分別在擺放凈化器教室和未擺放凈化器教室的中間位置測定甲醛含量，測定時間為早、中、晚3個時間段，在相應時段采集10 L（未換算標況體積）氣體，測定前和測定過程教室的門窗關閉，再將凈化器打開開始測定，以觀察凈化器對甲醛的去除效果。

3 結果與討論

3.1 顆粒物濃度及空氣凈化器凈化效果

3.1.1 顆粒物日均濃度及凈化器凈化效果

PM2.5質量濃度日均值檢測結果如表1所示，表1中同時給出了《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》中PM2.5的日均值標準限值。圖2中對比了室外、未擺放空氣凈化器的教室內(nèi)及擺放了空氣凈化器的教室內(nèi)的空氣中日均PM2.5濃度。

由表1，可以看到室外大氣日均PM2.5質量濃度達到108.9 μg/m3，遠遠超出《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》中規(guī)定的二級標準限值-75 μg/m3；未擺放凈化器教室日均PM2.5質量濃度為47.3 μg/m3，雖然低于二級標準限值，但仍顯著高于一級標準限值-35 μg/m3，比室外低56.6%；而擺放凈化器的教室空氣中日均PM2.5未超過一級標準限值，比未擺放凈化器的教室低69.8%。

同時還檢測了PM10日均濃度，室外為147.7 μg/m3，雖然未達到《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》中規(guī)定的二級標準限值-150 μg/m3，但已經(jīng)接近該限值，且遠遠高于一級標準限值-75 μg/m3；而擺放凈化器的教室PM10日均濃度僅為25.6 μg/m3，比室外低82.7%。

3.1.2 顆粒物瞬時濃度及凈化器凈化效果

圖3、圖4給出了室外、未擺放凈化器教室、擺放凈化器教室所測定的PM10和PM2.5瞬時值情況。

《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》中規(guī)定PM10的二級標準限值為150 μg/m3，一級標準限值為50 μg/m3，室外PM10瞬時質量濃度平均值為99.3 μg/m3，最小值99.3 μg/m3，均未超出二級標準限值，但均超出一級標準限值，未擺放凈化器的教室平均值為72.0 μg/m3，比室外低27.5%，說明即使關閉窗戶后，室外70%以上的大氣顆粒物仍然滲透到室內(nèi)；而擺放凈化器教室的PM10遠遠低于一級限值，平均值為11.4 μg/m3，比未擺放凈化器的教室低84.2 %，比室外低88.5%。

所有PM2.5瞬時值均未超出《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》的二級標準限-75 μg/m3，但是室外的最大值接近該限值，為72.4 μg/m3；未擺放凈化器的教室PM2.5超過《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》的一級標準限值35 μg/m3，其最小值為45.7 μg/m3，超出標準限值30.6%，而平均值比室外低32.1%，同樣說明關閉門窗只能部分阻擋室外大氣中的顆粒物進入到室內(nèi)，仍有近70%的顆粒物滲透到室內(nèi)；擺放凈化器的教室平均值為6.5 μg/m3，遠遠低于一級標準限值，比未擺放凈化器的教室低85.9%，比室外低90.4%，最大值為7.9 μg/m3，比一級標準限值低77.4%，比未擺放凈化器的教室低83.4%，比室外低89.1%。

上述檢測結果表明，PM10和PM2.5在擺放凈化器教室的瞬時質量濃度要明顯低于室外和未擺放凈化器教室，該凈化器對室內(nèi)環(huán)境中細顆粒物的凈化效果非常明顯，且能保證室內(nèi)顆粒物的濃度符合一級標準限值。

由檢測結果推測窗戶的滲透性，從圖5中可以看出，在無凈化器教室距離窗戶不同位置測定PM10的質量濃度，隨著距離的增加，PM10的質量濃度降低，說明窗戶有一定滲透性。但是在擺放凈化器的教室，隨距離增加，PM10的質量濃度沒有規(guī)律性變化。

3.2 凈化器對不同粒徑顆粒物的去除效果

TSI 9306-V粒子計數(shù)器測定的粒徑范圍為0.3～10 μm，分別測定了空氣中0.3、0.5、 1.0 、2.5 、5.0 、10 μm的粒子個數(shù)。不同粒徑的個數(shù)見圖6，不同粒子粒徑的個數(shù)相差甚遠，小粒徑的粒子數(shù)遠高于大粒徑的粒子數(shù)，0.3 μm的粒子個數(shù)高達108，10 μm的粒子個數(shù)均在105的數(shù)量級，可見在室內(nèi)外環(huán)境中的粒子數(shù)非常之高。

圖7為不同粒徑粒子個數(shù)相對于室外大氣顆粒物為基準的去除效率圖，擺放凈化器教室相對于室外降低最多的為0.5 μm的粒子，降低了90.3%，其剩余的粒子數(shù)僅為室外的9.7%；降低最少的為0.3 μm的粒子，降低了72.4%，其剩余的粒子數(shù)為室外的27.6%；其它粒徑的粒子比室外的粒子個數(shù)降低了80%左右。

3.3 凈化器對顆粒物的凈化速率

在測定擺放凈化器教室內(nèi)的空氣質量前，先測定了室外空氣中PM10的質量濃度，室外PM10的質量濃度平均值為73.5 μg/m3。將擺放凈化器教室的門窗打開，關閉凈化器，從圖8可看出，開啟門窗后，室內(nèi)顆粒物的濃度迅速上升，在16～24 min教室內(nèi)的PM10質量濃度基本達到平衡，16～24 minPM10質量濃度的平均值為73.1 μg/m3，說明房間門窗開啟20 min左右后室內(nèi)的顆粒物濃度即與室外的PM10質量濃度相當。

此后關閉門窗，在24 min時打開凈化器為“自動模式”的工作狀態(tài)，可以看出打開凈化器后教室中PM10的質量濃度快速下降，到35 min，即打開凈化器11 min內(nèi)從76.5 μg/m3降至48.0 μg/m3，降低了37.3%；到46 min時，即打開凈化器22 min后，顆粒物濃度進一步降低到37.5 μg/m3，比開凈化器前降低了48.9%，但是此后降低較慢，因此認為在打開凈化器22 min后基本達到平衡。增加檢測時間仍然會有降低效果，但是凈化速度減慢。

由以上結果可知，教室門窗開啟20 min左右，室內(nèi)外空氣顆粒物基本一致；而關閉門窗后，開啟凈化器20 min左右，在凈化器自動模式下即能取得較好的凈化效果；如想要達到較高的凈化效率，可以選用凈化器更大的風量，或者延長凈化器運行時間，以達到更好的空氣質量。

3.4 凈化器對甲醛的去除效果

圖9為3個檢測結果的平均值，未擺放凈化器教室的平均值為0.086 mg/m3，雖然其濃度略低于室內(nèi)空氣質量標準限值，但相比較于有些國家嚴格的標準，這一濃度仍然偏高，尤其是對正在生長發(fā)育階段的幼兒。擺放凈化器的教室甲醛平均濃度為0.065 mg/m3，降低24.4%。

擺放凈化器教室早中晚測定的時間是：8：00，12：30，16：30，圖10為擺放凈化器教室甲醛濃度的變化趨勢。剛打開凈化器時教室內(nèi)的甲醛濃度為0.072 mg/m3；打開凈化器4.5 h，甲醛濃度為0.067 mg/m3，降低6.9%；打開凈化器8.5 h，甲醛濃度為0.057 mg/m3，比8：00時降低20.8%。與顆粒物的凈化速率對比，室內(nèi)甲醛的凈化速率比較緩慢，這表明氣態(tài)污染物的去除遠比顆粒物的去除要困難。為了取得更好的甲醛去除效果，建議將凈化器保持在常開狀態(tài)。

5 結論

（1）某品牌空氣凈化器對室內(nèi)空氣中顆粒物有較好的去除效果，擺放空氣凈化器的教室空氣中日均PM2.5比未擺放凈化器的教室低69.8%。

（2）空氣凈化器降低最多的為0.5 μm的粒子，降低了90.3%，降低最少的為0.3 μm的粒子，降低了72.4%。

（3）關閉門窗情況下，開啟空氣凈化器20 min左右，顆粒物可去除48.9%，可取得較好的凈化效果。

（4）開啟空氣凈化器8.5 h后，甲醛濃度降低20.8%。這表明氣態(tài)污染物的去除遠比顆粒物的去除要困難，需加長凈化時間。

參考文獻：

[1]張 敏，楊莉芬.室內(nèi)甲醛污染的危害及防治對策[J].能源與環(huán)境科學，2013（5）：162～164.

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