市售家用空氣凈化器顆粒物潔凈空氣量評價

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(hù)的意識越來越強(qiáng)。有研究表明，室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物濃度與其室外濃度呈明顯的正相關(guān)[2]，且人們有平均80%以上的時間是在室內(nèi)度過[3]，因此室內(nèi)空氣質(zhì)量對健康影響至關(guān)重要。為控制室內(nèi)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(biāo)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(biāo)是消費者購買空氣凈化器必須考慮的指標(biāo)，同時也是衡量一個空氣凈化器是否有效的重要指標(biāo)，所以我國 《空氣凈化器》標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18801-2015)中明確規(guī)定：凈化器對顆粒物的潔凈空氣量實測值不應(yīng)小于標(biāo)稱值的90%[5]。為調(diào)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(jìn)行評價，同時針對微細(xì)顆粒物對健康的危害，對國標(biāo)中選取0.3 μm以上的粒徑測試潔凈空氣量進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1空氣凈化器選擇 通過2017年市場購買率調(diào)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(biāo)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(jīng)開箱使用。

1.2測試設(shè)備 實驗按國標(biāo)GB/T18801-2015《空氣凈化器》要求，采用美國氦氖激光粒子計數(shù)器TSI 3340+稀釋氣裝置3302 A進(jìn)行計數(shù)濃度測定。實驗使用標(biāo)準(zhǔn)30 m3凈化器測試艙，艙體為北京鴻遠(yuǎn)通達(dá)科技有限公司建造，材質(zhì)為不銹鋼和玻璃(表1)。

表1 實驗艙參數(shù)

注：a數(shù)據(jù)來源于清華大學(xué)建筑環(huán)境檢測中心，其他參數(shù)來自北京鴻遠(yuǎn)通達(dá)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(jù)國標(biāo)GB/T18801-2015《空氣凈化器》標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)艙內(nèi)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(jìn)行顆粒物發(fā)生，將產(chǎn)生的煙導(dǎo)入實驗艙，攪拌風(fēng)扇10 min后，以此時作為時間起點t0，10 s記錄一個數(shù)據(jù)，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(zhì)量控制 根據(jù)國標(biāo)要求0.3 μm以上顆粒物的粒子濃度發(fā)生量為2×106個/L～2×107個/L，自然衰減和總衰減曲線達(dá)到R2不小于0.98的線性要求。

1.6統(tǒng)計學(xué)方法 采樣SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果

2.1市售凈化器CADR檢測結(jié)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(jié)果與標(biāo)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(biāo)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(biāo)稱值的54.8%～72.1%(圖1)。

圖1 30臺空氣凈化器國標(biāo)法測得值和凈化器標(biāo)稱值

2.2夜間使用情況下CADR檢測結(jié)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(jìn)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(yuǎn)低于各自最大檔的潔凈空氣量。適用面積公式過于復(fù)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(jié)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(jié)果發(fā)現(xiàn)上述3天，0.1～0.3 μm粒徑顆粒物個數(shù)占整個PM2.5顆粒物個數(shù)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(jìn)行CADR測定(表2)。對粒徑不小于0.1 μm顆粒物個數(shù)濃度和以國標(biāo)規(guī)定的粒徑不小于0.3 μm顆粒物個數(shù)濃度計算出的凈化器潔凈空氣量的結(jié)果進(jìn)行配對t檢驗，發(fā)現(xiàn)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(jié)果顯示擴(kuò)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(xiàn)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 討論

3.1從市場購買的30臺空氣凈化器產(chǎn)品CADR值大部分與標(biāo)稱值相當(dāng)，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(nèi)使用時盡量關(guān)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(shù)占比高的特點，擴(kuò)大了凈化器CADR值粒徑測定范圍，所測CADR值均出現(xiàn)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(fù)壓增大，且顆粒物粒徑小，對高效過濾材料的穿透力變強(qiáng)，導(dǎo)致短時間內(nèi)過濾效果下降，與文獻(xiàn)[8]結(jié)論“微細(xì)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(biāo)準(zhǔn)修訂時，擴(kuò)大顆粒物粒徑測定范圍，所測CADR值更具有實際指導(dǎo)意義。本研究擴(kuò)大粒徑監(jiān)測時，只針對了空氣凈化器最大檔，對其他不同風(fēng)量下CADR變化情況有待進(jìn)一步研究。