GB/T 18801―2015《空氣凈化器》國家標準修訂若干關鍵技術研究

趙爽 朱焰 張曉 張維超

1.中國家用電器研究院 北京 100053；

2.全國家用電器標準化技術委員會秘書處 北京 100053

0 引言

GB/T 18801—2015《空氣凈化器》[1]國家標準，是在2013年前后，我國大氣環境污染（PM2.5）相對嚴重，空氣凈化器產品質量良莠不齊的時代背景下進行修訂的，具有顯著中國特色和時代特點。自發布實施至今的幾年間，標準對行業的規范和引領作用顯著，得到了社會各界的普遍認同。

近幾年，隨著我國大氣環境中PM2.5濃度水平的明顯降低，消費者所關注的室內凈化目標污染物，由以往的顆粒污染物（PM2.5）轉變為室內空氣中其他污染物，如氣態污染物（TVOC、甲醛等）。新冠肺炎疫情的暴發，令消費者對居室空氣環境質量及空氣凈化器的使用對健康的影響提出了更高的要求。隨著各項凈化技術的不斷進步，應用場景的廣泛化和個性化，又暴露出了一些新的問題：

（1）盡管GB/T 18801—2015提出了凈化能力CADR與CCM雙評價指標，但由于這兩項指標相互獨立，消費者不易辨識，難以直觀了解凈化器的真實凈化能力；

（2）近幾年，室內氣態化學物質污染問題成為社會關注的焦點，消費者普遍關注空氣凈化器對氣態污染物的凈化能力，但是GB/T 18801—2015《空氣凈化器》中提到的測試方法僅針對單一目標氣態污染物（如甲醛），與實際的家居污染情況不符，測試得到的CADR值還不能真實反映空氣凈化器的實際使用情況；

（3）2020年初新冠肺炎疫情在全球暴發，空氣凈化器去除室內空氣中微生物的能力，特別是去除病毒的能力，以及如何評價和解決（濾網）二次污染問題成為熱點問題，亟需提出科學有效的評價方法。

當前，國內外學者已經在空氣凈化器性能測試方法方面開展了大量深入的研究工作，但大多是針對顆粒物、單一氣態污染物去除性能方面的評價研究[2-4]，很少涉及評價指標的設定、氣態污染物混合加載、病毒去除、二次污染等方面的研究。此外，國際IEC以及其他國家也都發布了空氣凈化器相關的性能評價標準[5-7]，但是，無論是國際標準，還是國外先進國家的標準，都尚未涉及上述問題的解決方案。針對這一現狀，在GB/T 18801—2015《空氣凈化器》國家標準修訂背景下，我們開展了充分的市場分析和技術調研工作，針對關聯指標的設定、氣態污染物混合加載、病毒去除試驗、二次異味評價和動態平衡試驗等開展了深入的數據分析、理論推導和試驗驗證工作，研究成果為GB/T 18801《空氣凈化器》國家標準的修訂提供了充分的技術支撐。

1 標準研究主要內容

1.1 主參數CADR和CCM的關聯整合

由于國家標準是標準的最低門檻，所涉及的技術指標應在全國范圍內廣泛應用，因此為了設立普適、客觀、科學的關聯指標，本文對市場上銷售的133組凈化器產品去除顆粒物實測CADR值和CCM值進行了匯總分析，在確保85%以上的產品滿足關聯條件的基礎上，最終確立的關聯指標如表1所示。133組數據的符合性如圖1所示，由于實測CCM值分布區間跨度較大，為了提高圖示的可視化，此處將CCM的對數值作為縱軸數據，其中86.4%的產品符合關聯指標要求。

表1 顆粒物凈化的關聯指標

圖1 顆粒物CADR與CCM分檔關聯示意與實測數據

同時，針對凈化器去除氣態污染物的主要性能指標CADR和CCM，本文對138臺凈化器去除甲醛的標注信息進行了分析，最終設立的單成分氣態污染物（甲醛）關聯指標如表2所示。數據顯示，大部分樣機均符合關聯指標要求，如圖2所示。

表2 氣態污染物（甲醛）CADR與CCM之間的關聯指標

圖2 甲醛CADR與CCM分檔關聯示意與實測數據

對凈化器的主要凈化參數CADR和CCM進行關聯，將進一步保障產品性能的穩定性，有利于促使耐用性不高的凈化濾材退出市場；也可作為制定相關行業標準、團體標準的依據參考，為促進技術升級、提高產品質量提供了基礎。

1.2 氣態污染物（多成分）混合加載試驗

針對氣態污染物混合加載試驗的研究過程主要分為以下三個方面：

（1）確定混合污染物質：通過室內空氣中的主要污染物成分調研[8-12]以及標準物質的可用性調研兩種方式，確定了混合氣體的化學組分：甲醛、甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯；

（2）細化試驗步驟：同GB/T 18801—2015污染物濃度設定原則一致，各類混合成分的初始濃度均為GB/T 18883[13]規定濃度的10倍，分別為甲醛（1.00±0.20）mg/m3、甲苯（2.00±0.40）mg/m3、苯乙烯（1.00±0.20）mg/m3、乙酸丁酯（1.00±0.20）mg/m3，試驗方法與GB/T 18801—2015中規定的單一氣態污染物CADR試驗方法一致；

（3）開展試驗驗證：選擇了甲醛CADR分別為100 m3/h、200 m3/h、300 m3/h的三款樣機，在多家試驗室開展了驗證工作。對甲醛單成分加載的CADR、CCM試驗，及混合成分下的CADR、CCM試驗進行了比對驗證，表3展示了其中三家試驗室的驗證數據。

表3 混合加載試驗驗證數據（部分）

根據驗證數據可以得出以下結論：

（1）與單組分相比，混合組分加載下的甲醛CADR要稍微小一些（約10%左右）；

（2）混合加載對CCM數值的影響較大，由于濾網要處理更多成分的污染物質，混合加載下的甲醛CCM要比單成分甲醛的CCM值低20%以上；

（3）各試驗室測得的4類氣體CADR值基本一致；且混合加載時，凈化器去除甲醛的能力要比單組分加載弱（根據對不同目標污染物的處理方式和作用機理不同，可能會有些許差異）。

1.3 去除病毒評價

空氣中，病毒的衰減規律無法簡單的用指數衰減來表示，因此不應采用CADR評價方法。在參考了國內外除病毒相關標準和測試方法后[14-16]，決定采用“去除率”作為評價凈化器去除病毒能力的評價指標。即，在規定的試驗條件下，通過測試機器運行至規定時間（不超過60分鐘）后對試驗艙（30m3）內病毒氣溶膠的去除率，來評價產品去除病毒的能力。

筆者組織了多家試驗室，獨立開展的以下四個方面的比對試驗：噬菌體病毒去除率比對試驗；噬菌體病毒去除率與顆粒物CADR關系驗證試驗；H1N1病毒去除率試驗；移艙檢出率試驗。

1.3.1 噬菌體病毒去除率比對試驗

選取了三組樣機（兩款樣機為濾網吸附式過濾、一款樣機為靜電式過濾），多家有資質的試驗室參與了驗證工作。在試驗規定的條件下，分別計算出空氣凈化器運行了30分鐘和60分鐘后的病毒去除率，部分驗證結果見表4。

表4 噬菌體去除率試驗數據（部分）

測試數據證實了“去除率”試驗方法具有再現性和一致性，可作為評價凈化器去除病毒能力的通用測試方法。

1.3.2 噬菌體病毒去除率與顆粒物CADR關聯性的試驗驗證

為了驗證去除率和凈化器顆粒物CADR之間的關系，本文選取顆粒物CADR為300 m3/h左右的樣機對噬菌體病毒的去除率進行了試驗驗證，驗證數據如表5所示。

表5 CADR與去除率關系驗證試驗

根據測試數據，得出以下結論：

（1）去除顆粒物CADR值越大，在相同的時間內，凈化器對試驗病毒的去除率越高，并且，顆粒物CADR在300 m3/h左右的凈化器，其60分鐘內的噬菌體病毒去除率能達到99.9%的要求。

（2）以凈化器對顆粒物凈化能力（CADR值）推算出來的“去除率”，與實際測試到的對試驗病毒的去除率存有差異；因此，對病毒的去除效果，以規定條件下的“去除率”表示，更為科學合理。

1.3.3 H1N1去除率試驗

選擇了符合要求的病毒試驗室，對空氣凈化器去除H1N1病毒的能力進行了測試，三次重復性測試結果如表6所示。

表6 H1N1病毒去除率試驗數據

上述驗證數據表明，對試驗病毒（噬菌體）的去除效果與對H1N1病毒的去除效果幾乎一致。

1.3.4 移倉檢出率試驗

為了驗證空氣凈化器吸附病毒后，是否會將病毒再次排入空氣中，對室內環境造成二次污染的感染風險，本文組織了兩家試驗室，對做完噬菌體試驗后的樣機，進行了二次污染情況檢測。將待測樣機置入干凈的試驗艙中，開機運行15分鐘和30分鐘后，在出風口的位置檢測噬菌體病毒的污染情況，檢測結果均為未檢出。

此試驗表明，一般家居條件下，凈化器在污染環境使用后，再移艙使用時，可能產生的污染風險很低。

1.4 模擬二次異味評價

通過市場調研發現空氣凈化器在長期使用過程中，由于吸附的氣體二次釋放及微生物滋生等原因，會散發異味，嚴重影響到消費者的使用體驗。并且，異味的產生與凈化技術、產品設計有密切關系，因此有必要對凈化器的二次異味進行評價，以便企業在設計研發產品時作出優化。

由于異味成分復雜多樣，借鑒目前相對成熟的做法，最終確定采用人工嗅辨法，對空氣凈化器的二次異味進行評價。

試驗過程模擬實際使用情況，在試驗室環境下，向試驗艙內依次投放微生物、醛、醇和酸類物質，開啟凈化器并吸附污染物進行加載。加載結束后，通過人工嗅辯法對加載后的濾網進行檢驗。

該測試方法給出了一種定性評價產品二次污染的方案，并且操作過程較易實現。該方法可在優化凈化器產品設計、凈化濾材使用、凈化方式選擇等方面提供科學的數據支撐。

1.5 動態平衡試驗方法驗證

為了模擬實際環境中，氣態污染物持續釋放的情況，本文創新性的提出了動態平衡試驗方法，即，在相對開放的試驗艙內運行凈化器，持續穩定加載氣態污染物，開啟凈化器，通過檢測、記錄試驗艙排風口污染物濃度水平，計算出凈化器的動態CADR值。

本文選擇了4臺樣機，分別采用靜態法（即現行CADR測試方法）和動態平衡法測量了產品除臭氧的CADR值。試驗數據如表7所示。

表7 除臭氧動態平衡驗證數據

試驗數據證實了動態平衡法和靜態法兩類測試方法所得結果的差異性。靜態測試難以反映某些（吸附型）凈化器的長期凈化能力，而動態平衡測試則可以反映凈化器長期性能及去除性能的穩定性。

2 標準修訂主要內容

基于上述研究成果，對GB/T 18801—2015做出了修訂，主要涉及以下幾個方面：

（1）建立了CADR與CCM合理的對應區間

為了提升空氣凈化器產品性能，規范并簡化標注形式；同時確立產品優化設計與過濾網用材的對應關系，避免初始性能指標過高但壽命相對較低的產品誤導消費者，因此，基于統計數據，將顆粒物、氣態污染物（甲醛）的CADR值與CCM值進行了關聯對應。

（2）重視家居環境中的空氣污染現狀，進一步完善氣態污染物去除性能評價試驗方法

對單成分、高濃度的氣態污染物去除評價方法在實際的家居環境中較為少見，會對消費者和凈化技術的提升帶來錯誤引導，導致去除污染物的指向性有失偏頗，本次修訂充分考慮空氣凈化器的真實使用環境，基于多輪比對數據，完善了氣態污染物去除相關試驗方法，提出了氣態污染物混合加載試驗方法和動態平衡試驗方法。

（3）提出了“去除率”評價方法，評價凈化器對病毒的凈化能力

由于病毒的特殊性，其自然消亡率及凈化過程都無法用顆粒污染物適用的動態平衡方程來描述，CADR無法作為評價指標，對此提出了在規定條件下的“去除率”評價方法，同時，為了避免凈化器去除病毒后會產生二次污染，提出了移倉檢出率試驗方法。

（4）提出了“人工嗅辯”定性評價，作為“臭氣濃度”的評價方法

由于異味成分復雜多樣，且不同人群對異味的感知能力不同，現階段，異味的儀器測量數據與消費者感官之間，很難建立對應關系，因此，本次修訂提出以“臭氣濃度”作為評價指標，采用“人工嗅辨”定性評價方法，評價空氣凈化器產生的二次異味以及去除異味的能力。

除上述內容以外，修訂版標準還在待機功率、噪聲能效等指標設定上做了修改，如表8所示。

表8 標準修訂主要內容

修訂后的GB/T 18801包括9個章節及15個附錄，涉及7類技術要求及14項測試方法，具體架構見圖3。

圖3 修訂后的GB/T 18801標準框架

3 結論

本文對空氣凈化器的評價指標關聯要求、氣態污染物去除效果評價、病毒去除效果評價、異味的評價進行了深入的分析和試驗驗證，同時，從“評價指標”“評價方法”“評價要求”三個方面，對2015版標準進行了補充和完善。基于本文研究成果修訂后的《空氣凈化器》標準具有以下特點：

（1）評價指標更加完整，規范性更強

在CADR評價指標的基礎上，結合室內各類污染物的產生條件、衰減規律、檢測方法、制備方法等研究工作，增加了“去除率（病毒、過敏原等）”“臭氣濃度（異味）”等多項新的評價指標，使空氣凈化器的各類功能評價更加健全、完整。

（2）評價方法針對性更強，驗證數據詳實、充分

新增補的測試方法具有科學的理論依據和針對性，例如：“氣態污染物混合加載試驗方法”充分考慮了家居環境污染物成分復雜的現狀；“動態平衡測試方法”模擬氣態污染物持續釋放的特性；“人工嗅辨定性評價法”在現行國家標準的基礎上做出了適用性改進等等；所有的試驗方法均經過了多輪試驗驗證，國內多家權威試驗室參與了比對驗證工作，檢測樣機涵蓋國內外多家規格、品牌，驗證過程完善、驗證結果和結論符合度高。

（3）評價要求的引領作用更加顯著

修訂標準涉及的若干項技術要求（如指標關聯整合）均是在充分的市場、技術調研的基礎上提出的，符合當前的消費市場現狀需求，又能對凈化技術、節能技術、降噪技術等起到顯著的助推作用，引領技術發展方向，促進產品產業邁向中高端。