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实验证明家用新风系统的效果

发布时间:2018-03-13

通过3个月连续测试,实验研究了新风净化系统的防霾效果。对比了新风和空气净化器的除霾效果,分析了建筑外围护结构的密闭性、厨房烹饪以及室外环境风速、风压对室内PM2.5 浓度的影响。通过实验研究,客观评价了新风系统和空气净化器防霾效果及影响因素。
 
  1  实验条件概述
  本实验测试场所为上海浦东新区某小区某 2房 2厅公寓房,2011年新房装修时安装了某品牌全热交换双向流新风系统,无 PM2.5 净化功能,2014年6 月对系统净化功能进行升级改造,在全热进风侧增加1台该品牌的 PM2.5 净化风机,使得系统 PM2.5 净化率可达 85%~90%。系统设计如图1所示,主卧、次卧和客厅(含餐厅)分别独立设置进风口和排风口,厨房和卫生间无新风。设计风量为 100~150 m3/h,换气次数为 0.7~1 h-1。为验证空气净化器 PM2.5 净化效果,主卧、次卧和客厅分别放置1台空气净化器,主卧、次卧各放置该品牌V70 空气净化器1台,客厅放置某其他品牌空气净化器 1 台。
 
       本次实验测试时间为 2015年11月22日—2016年 2月20日,合计 91 天,实验期间关闭所有门窗,新风系统24 h开启。空气净化器在12月6日22:00 之前为开启状态,除1月3日实验需要,其他时间均为关闭状态。
 
  分别在主卧、次卧、客厅、厨房和室外各放置1 台PM2.5 颗粒物浓度数据采集仪进行同步、连续测试,一共 5 台。数据采集设备为美国 TSI 某型号测试仪器,量程范围 5~300 μg/m3,设定每隔 5 min采集数据一次,自动记录存储数据。
 
  2  实验结果
  图2 为 PM2.5 日平均浓度随时间的变化曲线,实验期间 PM2.5 日均浓度为 78 μg/m3,污染最严重,即最大日平均浓度出现在 12 月 15 日,为 269 μg/m3,最小日平均浓度出现在 1 月 21 日,为 12 μg/m3。设置新风系统的 3 个空间 :主卧、次卧和客厅 PM2.5 日均浓度分别为 17,25 和30 μg/m3,净化效果分别为 78%,68% 和 62%,全屋新风区域平均净化效果为 69%。实验结果说明,主卧新风系统效果最好,次卧其次,客厅略差,这与系统的布局也是吻合的。主卧的送排风口设置在房间对角,仅与客厅连接,效果最好;次卧的送排风设置在房间同一侧,房门靠近卫生间和餐厅,效果其次;客厅(含餐厅)面积最大,同时连接入户门、阳台、卫生间和厨房等非新风区域,容易受到周围环境影响,因此效果略差。无新风区域厨房 PM2.5 日均浓度为 63 μg/m3,略低于室外日均浓度 78 μg/m3。
 
3  PM2.5 质量浓度 I/O 比
  I/O 比定义为室内与室外颗粒物浓度的比值,直接反应了新风系统的 PM2.5 净化效果。I/O 比越小,说明新风净化效果越好。以净化效果最好的主卧 I/O 比为例说明,如图 3所示,I/O 比曲线变化趋势与室外 PM2.5 浓度曲线变化趋势相反,室外空气污染越严重、I/O 比越低,说明新风净化效果越好。例如污染最严重日12月15日 I/O 比为 0.1,空气质量最好日1月21日 I/O 比为 0.71。
 
4  新风和空气净化器除霾效果对比
  为了进一步分析新风系统和空气净化器的除霾效果,实验对比了新风系统和空气净化器的除霾效果。选择了空气质量污染严重的日期,2016 年 1 月 2—4 日日均浓度高达 189 μg/m3进行测试。首先了解室外 PM2.5 通过围护结构缝隙渗透进入室内的情况(主要为门窗缝隙),为减少人体室内活动、入户门和阳台门的开闭等人为因素的影响,选在夜间22:00—次日 06:00 家人睡觉期间评价外围护结构渗透情况,1月 2 日晚上 22:00 关闭新风系统,如图 4 所示,在关闭新风的 15 min 以内,主卧、客厅的 PM2.5 浓度均明显提高,随后 8 h 内,主卧浓度基本维持在 35 μg/m3不变,说明主卧房间密闭性好。而客厅与室外侧连接面较多因此密封性稍差,浓度从 60 μg/m3缓慢上升到 90 μg/m3。次日早上 06:00 起家人陆续起床,主卧和客厅浓度上升加快。08:30 起全部卧室窗户和阳台门略微开启(1/5 开),PM2.5 浓度急速上升,在1 h 后,主卧浓度从 69 μg/m3上升至 227 μg/m3,客厅浓度从 120 μg/m3上升至 200 μg/m3,此时室外浓度为 250 μg/m3,室内外浓度相差无几。
 
为检验空气净化器 PM2.5 独立净化能力,09:30 关闭门窗,新风仍然保持关闭状态,开启空气净化器对室内 PM2.5 颗粒物进行循环净化。从 09:30—11:20,在空气净化器的作用下不到 2 h 室内 PM2.5 浓度急剧下降,主卧 PM2.5 浓度从227 μg/m3下降 96% 至 10 μg/m3,客厅从 200 μg/m3下降 73% 至 54 μg/m3,主卧空气净化器净化效果优于客厅的效果,除主卧本身密封性要优于客厅之外,主卧放置的空气净化器净化效果也优于客厅的空气净化器,经过对空气净化器出风口 PM2.5 浓度测试对比发现,主卧空气净化器 PM2.5一次净化效率 80%,客厅空气净化器 PM2.5 一次净化效率50%。由此可见,在门窗紧闭、密封性良好的情况下,一台性能好的空气净化器可有效、快速降低室内 PM2.5 浓度。
  门窗略微开启,保持室内一定空气流通的情况下,空气净化器的效果又如何呢? 11:20 略微开启门窗,从曲线图可以看出主卧 PM2.5 浓度随即快速上升,之后上下小幅振荡呈现不规律变化,主要原因是室内 PM2.5 浓度受室外风压和空气流动速度的影响,室内 PM2.5 浓度呈现不规则上下波动。
  19:10 分关闭空气净化器,保持门窗略微开启,使室内PM2.5 浓上升,截至 21:00,室内 PM2.5 浓度趋于稳定,跟室外相差无几。此时关闭门窗并开启新风系统,从数据观测可以看出,新风开启后室内 PM2.5 浓度快速下降,新风运行5 h 后次日凌晨 01:00,主卧浓度从 127 μg/m3下降92%至10 μg/m3, 客厅浓度从 110 μg/m3下降 91% 至 10 μg/m3,此时室外浓度仍维持在 160 μg/m3左右,充分说明新风系统可有效、快速降低室内 PM2.5 浓度。在雾霾天,新风系统是守护家人健康的最佳选择。
 
  5  厨房烹饪对室内 PM2.5 浓度的影响
  为更加客观评价厨房烹饪对室内 PM2.5 浓度的影响,选取室外空气质量良好的时间段进行数据分析。图 5 为 12月 16 日 14:00—18 日 14:00 室外、客厅和厨房 PM2.5 小时平均浓度变化曲线图,室外 PM2.5 平均浓度为 30 μg/m3。2天当中厨房 PM2.5 浓度最高值均出现在傍晚 19:00 左右,这正是每天晚餐烹饪时间,与房相邻的客厅 PM2.5 浓度会相应升高。
 
中餐的煎炒会产生大量的油烟,是室内空气污染主要来源之一,虽然油烟机的使用可以减少厨房的油烟,但在烹饪爆炒时会产生巨量的油烟,导致厨房 PM2.5 浓度瞬间急剧升高,厨房 PM2.5 最高浓度可达室外 10 倍以上。
 
  6  室外风压对室内 PM2.5 的影响
  笔者在 12 月 15 日早晨 06:00 起床时发现,主卧 PM2.5浓度为 19 μg/m3,但是次卧污染严重,PM2.5 浓度高达133 μg/m3。推开阳台门走出室外,外面正刮着强劲的北风。查看数据记录发现,12月15日 00:00—06:00,室外 PM2.5 浓度爆表,可记录的室外 PM2.5 浓度为 300 μg/m3,如图6所示。在 00:00 时刻,主卧 PM2.5 浓度为 15 μg/m3,次卧为35 μg/m3,午夜 00:00 过后,受强劲北风影响,截至 06:00 位于北面的次卧室内 PM2.5 浓度上升至 133 μg/m3,而主卧位于南面受北风影响较少,室内 PM2.5 浓度波动较小。因此可见室内 PM2.5 浓度受室外风压影响较大。
 
7  结论
  1)带 PM2.5 净化功能的新风系统是抗击雾霾的最有效手段。在保证换气引入新鲜空气的同时,可有效防止室外PM2.5 入侵室内,营造一个清洁、健康的居住环境。室外雾霾越严重,新风净化效果越显著,室内PM2.5 浓度最高可降低 90%。
  2)在一定的密闭空间条件下,空气净化器可快速降低室内 PM2.5 浓度,一旦开窗或者室内外空气流动的情况下,将会影响其净化效果。在雾霾天,不具备安装新风系统条件的家庭可选购空气净化器作为防霾的一种手段。
  3)厨房煎炒等烹饪会产生大量油烟,PM2.5 浓度急剧上升,是室内 PM2.5 空气污染主要来源之一。厨房烹饪时应开启抽油烟机,关闭厨房门防止油烟进入客餐厅。
  4)建筑外围护结构的密闭性对新风系统效果影响显著,在使用新风系统时应当尽量保证外窗和门的密闭性。比如使用密封胶条对窗户缝隙进行填堵,以最大程度减少室外PM2.5 向室内的渗透。
  5)室内 PM2.5 浓度容易受室外风环境、室外风速和风压的影响。