一种空气净化器在真实室内环境中的空气净化效果研究

张言+杨宏伟+王娟

摘要：指出了北京市大气颗粒物污染严重，随着雾霾状况的频繁出现，人们开始关心空气净化器的处理效果。基于此，进行了现场实际测试，一方面定量了解所选择场所室内外空气中颗粒物的污染状况，另一方面了解空气净化器在实际室内场地的净化效果，为如何选用、使用空气净化器预防大气颗粒物污染提供数据支持。

关键词：空气净化器；大气污染；颗粒物；甲醛

中图分类号：X506

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）24-077-04

1 引言

本项目选用某知名品牌空气净化器开展现场测试，并选择北京市某幼儿园教室作为验证场所，考察净化器摆放对教室中颗粒物质量浓度、粒径分布以及甲醛的去除效果。选择幼儿园的2个教室，其中1个教室摆放1台空气净化器，另1个教室未摆放空气净化器，每个教室的长宽高尺寸为8 m×6.5 m×3.3 m，教室面积为52 m2，房间有效容积为171.6 m3。

2 实验方法及器材

2.1 颗粒物浓度及空气净化器净化效果

空气净化器的净化效果主要体现在对于颗粒物的去除，因此本实验针对颗粒物的日均浓度和瞬时浓度进行了检测，检测时间为2016年5月29日19：00至5月30日13：00进行，持续了18 h。检测依据为《室内环境空气质量检测技术规范附录J室内空气中可吸入颗粒物的测定方法》（HJ/T167-2004），检测地点为室外、摆放空气净化器的教室内及未摆放净化器的教室内。检测日均浓度的仪器为KDB-120综合大气采样器、材料为玻璃纤维滤膜、镊子。

为了解PM10和PM2.5瞬时值的变化，采用光散射法对不同点位PM10和PM2.5的质量浓度进行检测。检测依据为《公共场所卫生检验方法第2部分化学污染物》（GB/T18204.2-20146 ）6细颗粒物PM2.5，检测仪器为TSI 8530粉尘仪、PM10和PM2.5切割器。

在每个教室设置的点位为教室的左上、左下、中、右上、右下（以讲台为基准），点位布置图见图1，每个点位每隔2 min测定一次，共测定3次。

2.2 空气中颗粒物的粒径分布及其去除效果

对于室内外的空气中颗粒物的粒径分布进行了检测，在每个教室设置的点位为教室的左上、左下、中、右上、右下（以讲台为基准），点位布置图见图1，每个点位每隔1 min测定一次，共测定3次。检测依据为《公共场所卫生检验方法第2部分化学污染物》（GB/T18204.2-2014）6 细颗粒物 PM2.5，检测仪器为TSI 9306-V离子计数器。

实验中还采用扫描电镜观察了捕集的PM10和PM2.5的形貌，以确定捕集的颗粒物为何种物质。

2.3 净化器净化速率检测

本实验考察当室内和室外粒子的质量浓度相当时，关闭门窗，打开净化器，来观察室内粒子质量浓度随时间的变化规律。由于时间关系，仅测定了PM随时间的变化规律。检测依据为《公共场所卫生检验方法第2部分化学污染物》（GB/T18204.2-2014）6 细颗粒物 PM2.5，检测仪器为TSI8530粉尘仪。检测地点为摆放净化器教室的中央。

2.4 甲醛凈化效果

甲醛是室内装修中产生的主要污染物质，因此本实验检测了空气净化器对甲醛的去除情况，分别在摆放净化器教室和未摆放净化器教室的中间位置测定甲醛含量，测定时间为早、中、晚3个时间段，在相应时段采集10 L（未换算标况体积）气体，测定前和测定过程教室的门窗关闭，再将净化器打开开始测定，以观察净化器对甲醛的去除效果。

3 结果与讨论

3.1 颗粒物浓度及空气净化器净化效果

3.1.1 颗粒物日均浓度及净化器净化效果

PM2.5质量浓度日均值检测结果如表1所示，表1中同时给出了《环境空气质量标准（GB3095-2012）》中PM2.5的日均值标准限值。图2中对比了室外、未摆放空气净化器的教室内及摆放了空气净化器的教室内的空气中日均PM2.5浓度。

由表1，可以看到室外大气日均PM2.5质量浓度达到108.9 μg/m3，远远超出《环境空气质量标准（GB3095-2012）》中规定的二级标准限值-75 μg/m3；未摆放净化器教室日均PM2.5质量浓度为47.3 μg/m3，虽然低于二级标准限值，但仍显著高于一级标准限值-35 μg/m3，比室外低56.6%；而摆放净化器的教室空气中日均PM2.5未超过一级标准限值，比未摆放净化器的教室低69.8%。

同时还检测了PM10日均浓度，室外为147.7 μg/m3，虽然未达到《环境空气质量标准（GB3095-2012）》中规定的二级标准限值-150 μg/m3，但已经接近该限值，且远远高于一级标准限值-75 μg/m3；而摆放净化器的教室PM10日均浓度仅为25.6 μg/m3，比室外低82.7%。

3.1.2 颗粒物瞬时浓度及净化器净化效果

图3、图4给出了室外、未摆放净化器教室、摆放净化器教室所测定的PM10和PM2.5瞬时值情况。

《环境空气质量标准（GB3095-2012）》中规定PM10的二级标准限值为150 μg/m3，一级标准限值为50 μg/m3，室外PM10瞬时质量浓度平均值为99.3 μg/m3，最小值99.3 μg/m3，均未超出二级标准限值，但均超出一级标准限值，未摆放净化器的教室平均值为72.0 μg/m3，比室外低27.5%，说明即使关闭窗户后，室外70%以上的大气颗粒物仍然渗透到室内；而摆放净化器教室的PM10远远低于一级限值，平均值为11.4 μg/m3，比未摆放净化器的教室低84.2 %，比室外低88.5%。

所有PM2.5瞬时值均未超出《环境空气质量标准（GB3095-2012）》的二级标准限-75 μg/m3，但是室外的最大值接近该限值，为72.4 μg/m3；未摆放净化器的教室PM2.5超过《环境空气质量标准（GB3095-2012）》的一级标准限值35 μg/m3，其最小值为45.7 μg/m3，超出标准限值30.6%，而平均值比室外低32.1%，同样说明关闭门窗只能部分阻挡室外大气中的颗粒物进入到室内，仍有近70%的颗粒物渗透到室内；摆放净化器的教室平均值为6.5 μg/m3，远远低于一级标准限值，比未摆放净化器的教室低85.9%，比室外低90.4%，最大值为7.9 μg/m3，比一级标准限值低77.4%，比未摆放净化器的教室低83.4%，比室外低89.1%。

上述检测结果表明，PM10和PM2.5在摆放净化器教室的瞬时质量浓度要明显低于室外和未摆放净化器教室，该净化器对室内环境中细颗粒物的净化效果非常明显，且能保证室内颗粒物的浓度符合一级标准限值。

由检测结果推测窗户的渗透性，从图5中可以看出，在无净化器教室距离窗户不同位置测定PM10的质量浓度，随着距离的增加，PM10的质量浓度降低，说明窗户有一定渗透性。但是在摆放净化器的教室，随距离增加，PM10的质量浓度没有规律性变化。

3.2 净化器对不同粒径颗粒物的去除效果

TSI 9306-V粒子计数器测定的粒径范围为0.3～10 μm，分别测定了空气中0.3、0.5、 1.0 、2.5 、5.0 、10 μm的粒子个数。不同粒径的个数见图6，不同粒子粒径的个数相差甚远，小粒径的粒子数远高于大粒径的粒子数，0.3 μm的粒子个数高达108，10 μm的粒子个数均在105的数量级，可见在室内外环境中的粒子数非常之高。

图7为不同粒径粒子个数相对于室外大气颗粒物为基准的去除效率图，摆放净化器教室相对于室外降低最多的为0.5 μm的粒子，降低了90.3%，其剩余的粒子数仅为室外的9.7%；降低最少的为0.3 μm的粒子，降低了72.4%，其剩余的粒子数为室外的27.6%；其它粒径的粒子比室外的粒子个数降低了80%左右。

3.3 净化器对颗粒物的净化速率

在测定摆放净化器教室内的空气质量前，先测定了室外空气中PM10的质量浓度，室外PM10的质量浓度平均值为73.5 μg/m3。将摆放净化器教室的门窗打开，关闭净化器，从图8可看出，开启门窗后，室内颗粒物的浓度迅速上升，在16～24 min教室内的PM10质量浓度基本达到平衡，16～24 minPM10质量浓度的平均值为73.1 μg/m3，说明房间门窗开启20 min左右后室内的颗粒物浓度即与室外的PM10质量浓度相当。

此后关闭门窗，在24 min时打开净化器为“自动模式”的工作状态，可以看出打开净化器后教室中PM10的质量浓度快速下降，到35 min，即打开净化器11 min内从76.5 μg/m3降至48.0 μg/m3，降低了37.3%；到46 min时，即打开净化器22 min后，颗粒物浓度进一步降低到37.5 μg/m3，比開净化器前降低了48.9%，但是此后降低较慢，因此认为在打开净化器22 min后基本达到平衡。增加检测时间仍然会有降低效果，但是净化速度减慢。

由以上结果可知，教室门窗开启20 min左右，室内外空气颗粒物基本一致；而关闭门窗后，开启净化器20 min左右，在净化器自动模式下即能取得较好的净化效果；如想要达到较高的净化效率，可以选用净化器更大的风量，或者延长净化器运行时间，以达到更好的空气质量。

3.4 净化器对甲醛的去除效果

图9为3个检测结果的平均值，未摆放净化器教室的平均值为0.086 mg/m3，虽然其浓度略低于室内空气质量标准限值，但相比较于有些国家严格的标准，这一浓度仍然偏高，尤其是对正在生长发育阶段的幼儿。摆放净化器的教室甲醛平均浓度为0.065 mg/m3，降低24.4%。

摆放净化器教室早中晚测定的时间是：8：00，12：30，16：30，图10为摆放净化器教室甲醛浓度的变化趋势。刚打开净化器时教室内的甲醛浓度为0.072 mg/m3；打开净化器4.5 h，甲醛浓度为0.067 mg/m3，降低6.9%；打开净化器8.5 h，甲醛浓度为0.057 mg/m3，比8：00时降低20.8%。与颗粒物的净化速率对比，室内甲醛的净化速率比较缓慢，这表明气态污染物的去除远比颗粒物的去除要困难。为了取得更好的甲醛去除效果，建议将净化器保持在常开状态。

5 结论

（1）某品牌空气净化器对室内空气中颗粒物有较好的去除效果，摆放空气净化器的教室空气中日均PM2.5比未摆放净化器的教室低69.8%。

（2）空气净化器降低最多的为0.5 μm的粒子，降低了90.3%，降低最少的为0.3 μm的粒子，降低了72.4%。

（3）关闭门窗情况下，开启空气净化器20 min左右，颗粒物可去除48.9%，可取得较好的净化效果。

（4）开启空气净化器8.5 h后，甲醛浓度降低20.8%。这表明气态污染物的去除远比颗粒物的去除要困难，需加长净化时间。

参考文献：

[1]张 敏，杨莉芬.室内甲醛污染的危害及防治对策[J].能源与环境科学，2013（5）：162～164.

[2] 陈雯雯，魏茂繁.室内甲醛污染去除方法的研究进展[J].黑龙江科学，2013，7（7）：42～44.