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通過3個(gè)月連續(xù)測試，實(shí)驗(yàn)研究了新風(fēng)凈化系統(tǒng)的防霾效果。對比了新風(fēng)和空氣凈化器的除霾效果，分析了建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉性、廚房烹飪以及室外環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)壓對室內(nèi)PM2.5 濃度的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究，客觀評(píng)價(jià)了新風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化器防霾效果及影響因素。
1 實(shí)驗(yàn)條件概述
本實(shí)驗(yàn)測試場所為上海浦東新區(qū)某小區(qū)某 2房 2廳公寓房，2011年新房裝修時(shí)安裝了某品牌全熱交換雙向流新風(fēng)系統(tǒng)，無 PM2.5 凈化功能，2014年6 月對系統(tǒng)凈化功能進(jìn)行升級(jí)改造，在全熱進(jìn)風(fēng)側(cè)增加1臺(tái)該品牌的 PM2.5 凈化風(fēng)機(jī)，使得系統(tǒng) PM2.5 凈化率可達(dá) 85%～90%。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，主臥、次臥和客廳（含餐廳）分別獨(dú)立設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，廚房和衛(wèi)生間無新風(fēng)。設(shè)計(jì)風(fēng)量為 100～150 m3/h，換氣次數(shù)為 0.7～1 h-1。為驗(yàn)證空氣凈化器 PM2.5 凈化效果，主臥、次臥和客廳分別放置1臺(tái)空氣凈化器，主臥、次臥各放置該品牌V70 空氣凈化器1臺(tái)，客廳放置某其他品牌空氣凈化器 1 臺(tái)。
圖 1 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖
本次實(shí)驗(yàn)測試時(shí)間為 2015年11月22日—2016年 2月20日，合計(jì) 91 天，實(shí)驗(yàn)期間關(guān)閉所有門窗，新風(fēng)系統(tǒng)24 h開啟。空氣凈化器在12月6日22:00 之前為開啟狀態(tài)，除1月3日實(shí)驗(yàn)需要，其他時(shí)間均為關(guān)閉狀態(tài)。
分別在主臥、次臥、客廳、廚房和室外各放置1 臺(tái)PM2.5 顆粒物濃度數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行同步、連續(xù)測試，一共 5 臺(tái)。數(shù)據(jù)采集設(shè)備為美國 TSI 某型號(hào)測試儀器，量程范圍 5～300 μg/m3，設(shè)定每隔 5 min采集數(shù)據(jù)一次，自動(dòng)記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖2 為 PM2.5 日平均濃度隨時(shí)間的變化曲線，實(shí)驗(yàn)期間 PM2.5 日均濃度為 78 μg/m3，污染***嚴(yán)重，即******日平均濃度出現(xiàn)在 12 月 15 日，為 269 μg/m3，***小日平均濃度出現(xiàn)在 1 月 21 日，為 12 μg/m3。設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)的 3 個(gè)空間 ：主臥、次臥和客廳 PM2.5 日均濃度分別為 17，25 和30 μg/m3，凈化效果分別為 78%，68% 和 62%，全屋新風(fēng)區(qū)域平均凈化效果為 69%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，主臥新風(fēng)系統(tǒng)效果******，次臥其次，客廳略差，這與系統(tǒng)的布局也是吻合的。主臥的送排風(fēng)口設(shè)置在房間對角，僅與客廳連接，效果******；次臥的送排風(fēng)設(shè)置在房間同一側(cè)，房門靠近衛(wèi)生間和餐廳，效果其次；客廳（含餐廳）面積******，同時(shí)連接入戶門、陽臺(tái)、衛(wèi)生間和廚房等非新風(fēng)區(qū)域，容易受到周圍環(huán)境影響，因此效果略差。無新風(fēng)區(qū)域廚房 PM2.5 日均濃度為 63 μg/m3，略低于室外日均濃度 78 μg/m3。
圖 2 2015 年 11 月 22 日—2016 年 2 月 20 日 PM2.5 日平均濃度變化
3 PM2.5 質(zhì)量濃度 I/O 比
I/O 比定義為室內(nèi)與室外顆粒物濃度的比值，直接反應(yīng)了新風(fēng)系統(tǒng)的 PM2.5 凈化效果。I/O 比越小，說明新風(fēng)凈化效果越好。以凈化效果******的主臥 I/O 比為例說明，如圖 3所示，I/O 比曲線變化趨勢與室外 PM2.5 濃度曲線變化趨勢相反，室外空氣污染越嚴(yán)重、I/O 比越低，說明新風(fēng)凈化效果越好。例如污染***嚴(yán)重日12月15日 I/O 比為 0.1，空氣質(zhì)量******日1月21日 I/O 比為 0.71。
圖 3 主臥I/O 比與室外 PM2.5 濃度關(guān)系
4 新風(fēng)和空氣凈化器除霾效果對比
為了進(jìn)一步分析新風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化器的除霾效果，實(shí)驗(yàn)對比了新風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化器的除霾效果。選擇了空氣質(zhì)量污染嚴(yán)重的日期，2016 年 1 月 2—4 日日均濃度高達(dá) 189 μg/m3進(jìn)行測試。首先了解室外 PM2.5 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙滲透進(jìn)入室內(nèi)的情況（主要為門窗縫隙），為減少人體室內(nèi)活動(dòng)、入戶門和陽臺(tái)門的開閉等人為因素的影響，選在夜間22:00—次日 06:00 家人睡覺期間評(píng)價(jià)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲透情況，1月 2 日晚上 22:00 關(guān)閉新風(fēng)系統(tǒng)，如圖 4 所示，在關(guān)閉新風(fēng)的 15 min 以內(nèi)，主臥、客廳的 PM2.5 濃度均明顯提高，隨后 8 h 內(nèi)，主臥濃度基本維持在 35 μg/m3不變，說明主臥房間密閉性好。而客廳與室外側(cè)連接面較多因此密封性稍差，濃度從 60 μg/m3緩慢上升到 90 μg/m3。次日早上 06:00 起家人陸續(xù)起床，主臥和客廳濃度上升加快。08:30 起全部臥室窗戶和陽臺(tái)門略微開啟（1/5 開），PM2.5 濃度急速上升，在1 h 后，主臥濃度從 69 μg/m3上升至 227 μg/m3，客廳濃度從 120 μg/m3上升至 200 μg/m3，此時(shí)室外濃度為 250 μg/m3，室內(nèi)外濃度相差無幾。
圖 4 2016 年 1 月 2 日 20:00—1 月 4 日 07:00 PM2.5 濃度實(shí)時(shí)變化
為檢驗(yàn)空氣凈化器 PM2.5 獨(dú)立凈化能力，09:30 關(guān)閉門窗，新風(fēng)仍然保持關(guān)閉狀態(tài)，開啟空氣凈化器對室內(nèi) PM2.5 顆粒物進(jìn)行循環(huán)凈化。從 09:30—11:20，在空氣凈化器的作用下不到 2 h 室內(nèi) PM2.5 濃度急劇下降，主臥 PM2.5 濃度從227 μg/m3下降 96% 至 10 μg/m3，客廳從 200 μg/m3下降 73% 至 54 μg/m3，主臥空氣凈化器凈化效果優(yōu)于客廳的效果，除主臥本身密封性要優(yōu)于客廳之外，主臥放置的空氣凈化器凈化效果也優(yōu)于客廳的空氣凈化器，經(jīng)過對空氣凈化器出風(fēng)口 PM2.5 濃度測試對比發(fā)現(xiàn)，主臥空氣凈化器 PM2.5一次凈化效率 80%，客廳空氣凈化器 PM2.5 一次凈化效率50%。由此可見，在門窗緊閉、密封性良好的情況下，一臺(tái)性能好的空氣凈化器可有效、快速降低室內(nèi) PM2.5 濃度。
門窗略微開啟，保持室內(nèi)一定空氣流通的情況下，空氣凈化器的效果又如何呢？ 11:20 略微開啟門窗，從曲線圖可以看出主臥 PM2.5 濃度隨即快速上升，之后上下小幅振蕩呈現(xiàn)不規(guī)律變化，主要原因是室內(nèi) PM2.5 濃度受室外風(fēng)壓和空氣流動(dòng)速度的影響，室內(nèi) PM2.5 濃度呈現(xiàn)不規(guī)則上下波動(dòng)。
19:10 分關(guān)閉空氣凈化器，保持門窗略微開啟，使室內(nèi)PM2.5 濃上升，截至 21:00，室內(nèi) PM2.5 濃度趨于穩(wěn)定，跟室外相差無幾。此時(shí)關(guān)閉門窗并開啟新風(fēng)系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)觀測可以看出，新風(fēng)開啟后室內(nèi) PM2.5 濃度快速下降，新風(fēng)運(yùn)行5 h 后次日凌晨 01:00，主臥濃度從 127 μg/m3下降92%至10 μg/m3， 客廳濃度從 110 μg/m3下降 91% 至 10 μg/m3，此時(shí)室外濃度仍維持在 160 μg/m3左右，充分說明新風(fēng)系統(tǒng)可有效、快速降低室內(nèi) PM2.5 濃度。在霧霾天，新風(fēng)系統(tǒng)是守護(hù)家人健康的******選擇。
5 廚房烹飪對室內(nèi) PM2.5 濃度的影響
為更加客觀評(píng)價(jià)廚房烹飪對室內(nèi) PM2.5 濃度的影響，選取室外空氣質(zhì)量良好的時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖 5 為 12月 16 日 14:00—18 日 14:00 室外、客廳和廚房 PM2.5 小時(shí)平均濃度變化曲線圖，室外 PM2.5 平均濃度為 30 μg/m3。2天當(dāng)中廚房 PM2.5 濃度******值均出現(xiàn)在傍晚 19:00 左右，這正是每天晚餐烹飪時(shí)間，與房相鄰的客廳 PM2.5 濃度會(huì)相應(yīng)升高。
圖 5 2015年12月16日 14:00—12月18日 14:00 小時(shí)平均 PM2.5 濃度變化圖
中餐的煎炒會(huì)產(chǎn)生大量的油煙，是室內(nèi)空氣污染主要來源之一，雖然油煙機(jī)的使用可以減少廚房的油煙，但在烹飪爆炒時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨量的油煙，導(dǎo)致廚房 PM2.5 濃度瞬間急劇升高，廚房 PM2.5 ******濃度可達(dá)室外 10 倍以上。
6 室外風(fēng)壓對室內(nèi) PM2.5 的影響
筆者在 12 月 15 日早晨 06:00 起床時(shí)發(fā)現(xiàn)，主臥 PM2.5濃度為 19 μg/m3，但是次臥污染嚴(yán)重，PM2.5 濃度高達(dá)133 μg/m3。推開陽臺(tái)門走出室外，外面正刮著強(qiáng)勁的北風(fēng)。查看數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，12月15日 00:00—06:00，室外 PM2.5 濃度爆表，可記錄的室外 PM2.5 濃度為 300 μg/m3，如圖6所示。在 00:00 時(shí)刻，主臥 PM2.5 濃度為 15 μg/m3，次臥為35 μg/m3，午夜 00:00 過后，受強(qiáng)勁北風(fēng)影響，截至 06:00 位于北面的次臥室內(nèi) PM2.5 濃度上升至 133 μg/m3，而主臥位于南面受北風(fēng)影響較少，室內(nèi) PM2.5 濃度波動(dòng)較小。因此可見室內(nèi) PM2.5 濃度受室外風(fēng)壓影響較大。
圖 6 2015年12月14日 12:00—12月16日 12:00 PM2.5 濃度實(shí)時(shí)變化
7 結(jié)論
1）帶 PM2.5 凈化功能的新風(fēng)系統(tǒng)是抗擊霧霾的***有效手段。在******換氣引入新鮮空氣的同時(shí)，可有效防止室外PM2.5 入侵室內(nèi)，營造一個(gè)清潔、健康的居住環(huán)境。室外霧霾越嚴(yán)重，新風(fēng)凈化效果越顯著，室內(nèi)PM2.5 濃度******可降低 90%。
2）在一定的密閉空間條件下，空氣凈化器可快速降低室內(nèi) PM2.5 濃度，一旦開窗或者室內(nèi)外空氣流動(dòng)的情況下，將會(huì)影響其凈化效果。在霧霾天，不具備安裝新風(fēng)系統(tǒng)條件的家庭可選購空氣凈化器作為防霾的一種手段。
3）廚房煎炒等烹飪會(huì)產(chǎn)生大量油煙，PM2.5 濃度急劇上升，是室內(nèi) PM2.5 空氣污染主要來源之一。廚房烹飪時(shí)應(yīng)開啟抽油煙機(jī)，關(guān)閉廚房門防止油煙進(jìn)入客餐廳。
4）建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉性對新風(fēng)系統(tǒng)效果影響顯著，在使用新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量******外窗和門的密閉性。比如使用密封膠條對窗戶縫隙進(jìn)行填堵，以******程度減少室外PM2.5 向室內(nèi)的滲透。
5）室內(nèi) PM2.5 濃度容易受室外風(fēng)環(huán)境、室外風(fēng)速和風(fēng)壓的影響。
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