陶晶 李浩然 張銳 張永
隨著霧霾中可吸入顆粒物對人體危害的研究逐步深入[1],人們健康防護的意識越來越強。有研究表明,室內空氣中可吸入顆粒物濃度與其室外濃度呈明顯的正相關[2],且人們有平均80%以上的時間是在室內度過[3],因此室內空氣質量對健康影響至關重要。為控制室內空氣中可吸入顆粒物的濃度,近年來家用空氣凈化器需求量不斷的增加,但是空氣凈化器的凈化功效如何,消費者難以分辨[4]。潔凈空氣量(CADR)作為判別空氣凈化器凈化效果的重要指標之一,其是指單位時間通過凈化器過濾后,提供的潔凈空氣體積。這一指標是消費者購買空氣凈化器必須考慮的指標,同時也是衡量一個空氣凈化器是否有效的重要指標,所以我國 《空氣凈化器》標準(GB/T 18801-2015)中明確規定:凈化器對顆粒物的潔凈空氣量實測值不應小于標稱值的90%[5]。為調查目前市售家用空氣凈化器的凈化效果,于2018年9月選取有代表性的30臺空氣凈化器對其凈化效果進行評價,同時針對微細顆粒物對健康的危害,對國標中選取0.3 μm以上的粒徑測試潔凈空氣量進行探討。
1.1空氣凈化器選擇 通過2017年市場購買率調查,選取市場占有率較高的空氣凈化器品牌21個[6],共涉及不同品牌、不同型號的凈化器30臺,潔凈空氣量標稱值在300~600 m3/h之間,凈化原理均為過濾式。所有測試用空氣凈化器都直接來源于市場,且未經開箱使用。
1.2測試設備 實驗按國標GB/T18801-2015《空氣凈化器》要求,采用美國氦氖激光粒子計數器TSI 3340+稀釋氣裝置3302 A進行計數濃度測定。實驗使用標準30 m3凈化器測試艙,艙體為北京鴻遠通達科技有限公司建造,材質為不銹鋼和玻璃(表1)。
表1 實驗艙參數
注:a數據來源于清華大學建筑環境檢測中心,其他參數來自北京鴻遠通達科技有限公司。
1.3檢測方法
1.3.1市售凈化器CADR檢測: 依據國標GB/T18801-2015《空氣凈化器》標準,調節艙內溫度(25±2)℃,相對濕度(50±10)%,密閉艙門,采用紅塔山焦硫含量為8 mg的香煙一根進行顆粒物發生,將產生的煙導入實驗艙,攪拌風扇10 min后,以此時作為時間起點t0,10 s記錄一個數據,測定20 min作為艙自然衰減或在t0時開啟空氣凈化器至最高檔位,測定20 min作為凈化器的總衰減。
1.3.2夜間使用情況下CADR檢測: 在t0時開啟空氣凈化器至最小檔和睡眠檔,其他同上。
1.3.3增加顆粒物粒徑(0.1~0.3 μm)后CADR檢測: 在t0時開啟空氣凈化器至最高檔位,其他同上。
1.4空氣凈化器適用面積計算公式 適用面積=(0.07~0.12)×CADR[5]。
1.5質量控制 根據國標要求0.3 μm以上顆粒物的粒子濃度發生量為2×106個/L~2×107個/L,自然衰減和總衰減曲線達到R2不小于0.98的線性要求。
1.6統計學方法 采樣SPSS 19.0軟件進行統計分析。
2.1市售凈化器CADR檢測結果 本次試驗所用凈化器均從市場購買,且第一次使用,所測結果與標稱值相符(≥90%)占90%。30臺空氣凈化器CADR值范圍在220~640 m3/h,其中,27臺與標稱值接近,合格率為90%。不合格空氣凈化器的潔凈空氣量分別占各自最大檔標稱值的54.8%~72.1%(圖1)。
圖1 30臺空氣凈化器國標法測得值和凈化器標稱值
2.2夜間使用情況下CADR檢測結果 在霧霾天,夜間PM2.5濃度較高,市民睡眠期間傾向使用安靜的凈化器。因此,本文對30臺空氣凈化器進行了最小檔或睡眠檔顆粒物CADR值的測定(圖2)。30臺空氣凈化器最小檔或睡眠檔顆粒物CADR值在39.8~172.8 m3/h之間,遠低于各自最大檔的潔凈空氣量。適用面積公式過于復雜,為了簡便,空氣凈化器適用面積按凈化器CADR乘以0.1計算,適合面積為3.98~17.3 m2。
圖2 30臺凈化器的睡眠檔或最小檔的CADR值和最大檔CADR值
2.3增加顆粒物粒徑(0.1~0.3 μm)后CADR檢測結果 北京市2018年11月24日、25日、12月1日的某采樣點(距地面12 m)24 h的PM2.5粒徑譜如圖3。結果發現上述3天,0.1~0.3 μm粒徑顆粒物個數占整個PM2.5顆粒物個數的85.3~89.4%。使用6臺空氣凈化器對覆蓋0.1~0.3 μm粒徑的可吸入顆粒物進行CADR測定(表2)。對粒徑不小于0.1 μm顆粒物個數濃度和以國標規定的粒徑不小于0.3 μm顆粒物個數濃度計算出的凈化器潔凈空氣量的結果進行配對t檢驗,發現這種不同粒徑范圍獲得的CARD值有顯著性差異(t=4.37,P<0.01)。檢測結果顯示擴大0.1~0.3 μm顆粒物粒徑范圍后,6臺空氣凈化器的潔凈空氣量呈現不同程度的下降(表2)。
圖3 2018年11月24日、25日和12月1日24 h均值粒徑譜圖
空氣凈化器樣品CADR顆粒物(m3/h)0.3~7.5 μm0.1~7.5 μm樣品2308.0285.8樣品11558.0535.3樣品22426.6375.3樣品27371.2353.2樣品28319.5260.1樣品30462.8442.6
3.1從市場購買的30臺空氣凈化器產品CADR值大部分與標稱值相當,合格率90%,夜間在使用空氣凈化器時,為了避免噪聲危害同時又保證房間空氣凈化效果,居民在選擇空氣凈化器時,可選擇空氣凈化器在低速凈化時CADR滿足房間空氣凈化要求的空氣凈化器[7],在臥室內使用時盡量關閉臥室門窗。
3.2本研究針對霧霾期間0.1~0.3 μm顆粒物個數占比高的特點,擴大了凈化器CADR值粒徑測定范圍,所測CADR值均出現10%下降。分析主要原因是0.1~0.3 μm粒徑顆粒物在凈化器最大檔的情況下,由于空氣負壓增大,且顆粒物粒徑小,對高效過濾材料的穿透力變強,導致短時間內過濾效果下降,與文獻[8]結論“微細粉塵粒徑越小越難以被空氣凈化器去除”一致。
3.3建議GB/T 18801-2015《空氣凈化器》標準修訂時,擴大顆粒物粒徑測定范圍,所測CADR值更具有實際指導意義。本研究擴大粒徑監測時,只針對了空氣凈化器最大檔,對其他不同風量下CADR變化情況有待進一步研究。