室內空氣質量控制策略初探

王 瀛 張 超 郭而郛

（天津生態城綠色建筑研究院有限公司，天津 300467）

1 引 言

建筑是人類開展工作生活的主要空間，室內空氣中的污染物對人體健康產生很大影響[1]。室內VOCs、甲醛等污染物及CO2濃度的升高要求從室外引入新風，稀釋其室內空氣污染濃度，然而我國室外PM2.5污染又十分嚴重，可以說我國室內空氣環境處于內憂外患的狀態。為跳出這種困境，典型的通風策略有兩種：一是采用帶有過濾器的新風系統；二是采用自然通風同時在室內設置空氣凈化器。本文總結了兩種通風策略的原理、優缺點及適用范圍，分析了市場應用現狀及存在的問題。壓作用下，通過外圍護結構縫隙，排出室內有害空氣污染物，這是整個正壓新風系統的原理，但其缺點也很明顯，送入室內的新風來自室外空氣，含有大量水分，室內污染物排出的過程中，水分并未得到有效排出，滯留室內，滲透入建筑物室內內表面，引起部分墻體、門窗結露，同時損壞家具，也不利于室內裝飾裝修材料及家居飾品中TVOC等有害污染物的排出。

2 帶過濾器的新風系統

2.1 新風系統類型

帶空氣凈化裝置的新風系統可有效阻隔室外大氣污染帶來的PM2.5、PM10等顆粒物進入室內，同時通過引進新風置換室內污濁空氣，可有效去除室內由于裝修產生的甲醛、VOC等污染物。

常見的新風系統分為單向流新風系統以及雙向流新風系統和全熱回收型新風系統。其中單向流新風系統又分為正壓式新風系統、半機械負壓新風系統，雙向流新風系統又分為帶有冷熱交換的新風系統、不帶冷熱交換的新風系統。

正壓式新風系統，顧名思義，風機安裝在系統進風通道口，向室內送入新風的同時，并未設置回風及排風口，在使用過程中，不斷增加室內空氣壓力，形成正壓，在正

圖1 負壓新風系統示意圖

負壓系統由主機、排風口、窗式通風器（墻式通風器）、風道及其他附件組成，其工作原理是利用排風機運轉造成室內負壓力的同時，促進室外空氣進入室內，與正壓新風系統相比，其氣流組織形式可有效的排除室內裝飾裝修材料及家居飾品中有害氣體的散發與排放，達到建筑物室內室外空氣交換的目的。原理圖詳見圖2，該系統有如下特點：

1）涉及輸配系統中風道風管較正壓系統少，便于安裝；

2）其設計施工可與墻體結構一體化，設備與墻體的長度與厚度相同，有效利于維修更換與改造的同時，使建筑物室內室外空氣交換形成良性循環；

3）噪音小、節能省電；

4）可根據室內人員密度、需求、季節、習慣等因素進行合理化調節，與室內采暖季空調設備輸配系統相分離。

以上兩種皆為單向流新風系統。單向流新風系統適合于家庭、小型寫字樓、公寓、賓館的客房等。

其優點是：其設計結構、施工有效與建筑設計形成一體化，施工階段對于孔洞及節點的預留便于運營階段維修更換與改造，其維修成本較低，維修與清洗不會對室內相連接部分裝修產生影響。

其缺點是：不適用于超市、電影院、公共候車廳等人多的公眾場合。

圖2 雙向流新風系統示意圖

雙向流就是在進風和排風系統都有風機和管道，通過進風風機往室內送風，排風風機往室外排風。雙向流新風系統由送風機、排風機、新風口、排風口、回風口、送風口和管道組成，室外新鮮空氣借助于送風系統的管道進入室內，室內污濁空氣借助于排風系統的管道排出室外，即雙向流。其中，部分雙向流主機中裝有熱回收核，使得進入室內的新風吸收排風的全熱和潛熱，但兩者互不接觸，以達到健康和節能的目的。

其優點是：其送風與排風同時設置的功能，可根據人員需求及使用習慣，按比例設置送風量與排風量，不會受到室外如大量霧霾出現時對室內空氣質量的有害影響；同時其設備帶有排風熱回收功能，可對排風過程中產生的廢熱余熱進行回收利用，效率70%左右，更加適用于大型多功能公建。

其缺點是：

1)輸配系統較為復雜，施工周期長；

2)在系統運作及排風熱回收階段，會造成部分系統及圍護結構結露，長久會影響室內空氣品質；

3)與正壓系統相比，其輸配系統管道較長較狹窄，運營階段不利于維修更換與改造，在使用較長時間后，若系統清洗不及時，會造成較為嚴重的二次污染，失去效果。

全熱回收式新風系統主要由新風主機、調速開關、管網、進風口、排風口、組成，主機設置在建筑物公共空間或開敞式空間，系統運行時，室內有害氣體及顆粒物排除室外的同時，送風機一并運行，向室內送入新風，在此過程中，排風熱回收功能同步運行，加入或降低送入室內的新風溫度，從而有效平衡室內溫度，降低空調機采暖復合，達到降低能耗的目的。

全熱回收型新風系統的特點如下：

1）雙向換氣：內置送排風機，在進風和排風系統都有風機和管道，通過進風風機往室內送風，排風風機往室外排風。屬于“強制排風，強制送風”系統，新風雙向等量置換，保持室內足夠的新鮮空氣，可有效防止空調病。此外，全熱交換新風換氣機配置不同過濾材料，對新風進行過濾處理，并可過濾50%的PM2.5，所引入的新風品質高。

2）高效節能：全熱交換器與普通的換氣機不同，普通換氣機只將室內的污氣直接排出室外，造成室內溫度的損失。而全熱交換器是在室外空氣引入室內前與室內引出室外的空氣進行熱交換，空氣預冷預熱再引入室內，能量回收效率達70%，大大降低了室內的溫度損耗，節省冷暖氣的費用，更節能環保。

全熱交換新風換氣機機型多樣，適用范圍廣，可廣泛安裝運用于住宅、別墅、賓館、飯店、寫字樓、機場、體育館、醫院、實驗室、娛樂場所等的地方。

2.2 空氣過濾器分類

空氣過濾器按照性能分為粗效過濾器、中效過濾器、高中效過濾器、亞高效過濾器、高效過濾器及超高效過濾器。不同級別過濾器的過濾性能見表1。從表1可以看出，中效過濾和粗效過濾對PM2.5的凈化效果并不明顯。某學校采用全熱回收式新風機組為教室提供新鮮空氣，并設有中效過濾器。在室外PM2.5濃度約為150μg/m3的條件下，開窗通風30小時后，使室內PM2.5濃度與室外相同，之后關閉門窗開啟新風機組，采用TSI DUSTTRAK 8530粉塵儀連續監測一段時間，室內PM2.5濃度隨時間變化情況見圖3。在新風開啟85分鐘時室內PM2.5濃度已達到平衡且與新風出口的PM2.5濃度相似，但并未達到《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）濃度限值二級水平，因此，中效過濾不能凈化PM2.5達到健康水平。因此，當采用新風系統達到去除PM2.5的目的時應至少采用高效過濾器。

圖3 某中學帶中效過濾新風機組對PM2.5的凈化效果

3 自然通風結合空氣凈化器

采用自然通風，在室內設置空氣凈化器以除去室內由于裝修材料產生的甲醛、VOC等污染物以及灰塵等顆粒物。這種方法的優點是簡單、便宜，缺點是在夏季或冬季，直接開窗將增加室內對冷量或熱量的需求，不利于建筑節能，尤其對于被動房類建筑。

表1 過濾器的過濾性能[2][3][4]

目前市面上空氣凈化器的凈化功能主要包括除塵、除異味、除甲醛、除PM2.5和殺菌等。適合室內空氣凈化的除塵技術主要有靜電除塵、過濾除塵、水洗式除塵、負離子除塵等，有機污染物凈化技術主要包括吸附、化學催化、光催化等。

空氣中的污染物主要分為三類: 懸浮顆粒物、揮發性有機污染物和微生物。表2列出了單一凈化技術對三種主要空氣污染物的凈化效果[5][6]。針對懸浮顆粒物，主要的凈化技術是過濾、靜電、負離子和水洗凈化，過濾法是目前普遍采用的顆粒物凈化手段;針對有害氣體最有效也是目前最常用的方法是吸附，活性炭因其簡單、有效、成本低而成為廣泛使用的吸附材料，其次是光觸媒和等離子體凈化方法較為有效;針對微生物最高效的凈化方法是紫外線照射，其次是光觸媒和等離子體凈化，過濾網對直徑較大的細菌有效，但對病毒無效。

從以上的分析中不難看到，較為獨立單一的空氣凈化措施難以凈化室內空氣質量，因此，應采用多種措施結合的方式，同時針對不同類型的空氣污染要素進行以上措施的有機結合。但并不是簡單的多措施技術堆砌就能夠有效的解決室內空氣污染問題，因針對特定的建筑類型、空能空間布局、開敞進深大小等因素來考慮技術措施的組合方式。

從表2中可以看出，多技術耦合方式是利用不同技術的優勢，揚長避短，達到多功能協同作業效果大于單項技術堆砌效果的作用，但如何耦合以上技術措施，仍需根據特定條件進行分析，并于建筑暖通設計進行一體化。

4 兩種系統應用現狀及存在的問題

兩種系統各有利弊，各系統優點、缺點及適用范圍見表3。

4.1 帶有過濾器的新風系統

調研國內市場，開發商對新風系統有絕對的自主選擇權利，單向流新風系統由于其成本低、施工快、維修更換簡便等因素，已成為主場主流產品，而在北方寒冷地區及嚴寒地區，該系統并不包含熱回收功能，因此其送風過程會明顯提高東西采暖能耗，不利于節能。

沿海地區資源豐富，城市發達，經濟實力強，城市地帶建有大量大型公共建筑、商場、學校、醫院等，在人們追求較高的生活品質的思維意識下，中央新風系統有較廣闊市場。

在市場較為廣闊的同時，各類新風系統仍舊存在如下問題：

4.1.1 噪聲大

新風系統的設計廠商在注重空氣品質改善的主要功能需求的同時，并未有效解決系統運行及封口震動對室內背景噪聲的影響，原因眾多，設計不合理、施工不到位、使用不恰當等原因均會造成一定程度的影響。

4.1.2 氣流合理分布不合理

由于機組的設計未與施工圖設計同步開展的原因，往往造成輸配與圍護結構厚度長度不匹配、末端與房型朝向不匹配，這樣一些列的因素，如彎曲程度不一致、輸配管道長短不一致等均會對新風系統的運行效果產生影響。

4.1.3 凈化效率低

新風系統中過濾器均經過檢測，而對于整機的凈化效果目前沒有相關檢測標準。

4.1.4 維護問題

新風系統運行一段時間以后，其輸配系統風道中會堆積大量灰塵等污染物，尤其對于較為復雜的雙向流系統最為嚴重，如不及時更換濾芯、清洗管道，長此以往，不僅失去了凈化空氣的作用，反而會對其他風道共享聯通空間造成二次交叉污染，傳播流行病毒。

表2 單一凈化技術對主要污染物的凈化效果

表3 兩種系統的比較

4.2 室內設置空氣凈化器

目前空氣凈化器技術種類繁多,空氣凈化器市場火爆。2012年全球空氣凈化器市場容量達1500萬臺。其中，美國市場容量為500萬臺，日本為350萬臺，歐洲市場為250萬臺，中國市場為150萬臺，韓國市場為100萬臺。2014年中國零售量上升為580臺，零售額136億元。美國空氣凈化器的市場普及率約為27%，其中60%為靜電吸附型產品，40%為HEPA過濾型產品(High Efficiency Particulate Air Filter，高效率空氣微粒濾芯)；日本市場空氣凈化器普及率約為34.7%，歐洲市場容量在穩步增長，日本和歐洲均以HEPA過濾產品為主[7][8]。

但經過調研發現，供應商各類產品的實際效果與宣傳效果反差明顯，經過跟蹤復檢，其國家第三方檢測機構出具的檢測報告顯示，各類產品的PM2.5凈化率、TVOC凈化率等所報不實，這類現象的產生，同樣影響著消費者對好產品的信任度，對行業有序發展不利。

4.3 目前室內采用空氣凈化器存在的問題

4.3.1 無統一強制性國家標準

上面提到的宣傳不實現象，很大程度在于國家及行業協會缺少對各類產品的統一標準，這樣的結果，會造成各類生產商執行自身企業標準，生產產品的功能各異、類型不同、檢測方式不統一，因此失去了不同廠家同類型產品數據對比的合理性，造成市場無序。

4.3.2 在夏季及冬季需開窗通風

采用自然通風結合空氣凈化器的方式，只能開窗進行通風，從而滿足人們對新風的需求。但在夏季或冬季，直接開窗將增加室內對冷量或熱量的需求，不利于建筑節能，尤其對于被動房類建筑。

5 結 語

室內VOCs、甲醛等污染物及CO2濃度的升高要求從室外引入新風，稀釋其室內空氣污染濃度，然而我國室外PM2.5污染又十分嚴重，可以說我國室內空氣環境處于內憂外患的狀態。為跳出這種困境，典型的通風策略有兩種：一是采用帶有過濾器的新風系統；二是采用自然通風同時在室內設置空氣凈化器。兩種系統各有利弊。近幾年由于建筑能效的不斷提高及被動房的推廣，降低空調采暖能耗、提高圍護結構被動式保溫性能，勢必造成室內關窗狀態下換氣次數的明顯降低，不利于室內空氣凈化，必須通過主動式新風機組實現，因此為了避免能量的損失，帶過濾裝置的新風系統對于被動房或高能效建筑更為適用。由于這兩種通風策略均屬于近幾年才被重視的系統，因此市面上產品質量及性能參差不齊，且國家標準在這方面并不健全。綠色建筑及被動房在選用新風系統或空氣凈化器時應綜合考慮節能減排及全生命周期成本，以達到室內舒適健康的最優設計。