空氣凈化器到底有效嗎？- 讓科學研究告訴你

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1. 潔凈空氣量(CADR，即空氣凈化器提供潔凈空氣的速率)可用於對比不同凈化器的性能。但是，凈化器的實際使用效果不能只看CADR值，需用潔凈有效度（凈化器凈化對總凈化的貢獻率）進行評價。

2. 通過以下手段，可提高凈化器的潔凈有效度：根據房間大小選擇CADR合適的凈化器、經常更換濾芯、將凈化器放在合適的位置和關閉門窗使用。

3. 在實際環境中，若使用合理，空氣凈化器即能有效降低室內顆粒物濃度，也可能對改善健康狀況或預防健康危害有一定的幫助。

隨著霧霾問題的嚴重，越來越多的人開始使用空氣凈化器，相信只要用了空氣凈化器，室內空氣質量就一定能改善。但是，空氣凈化器是否真的有用？讓我們從以下三個方面進行分析：利用環境艙（就是一個可以準確控制溫度、濕度和風量的不鏽鋼「房間」）測得的空氣凈化器的潔凈空氣量（實驗室性能），實際環境中的空氣凈化器的潔凈有效度（實際效果），以及空氣凈化器的使用對健康狀況的影響（健康層次）。

一、潔凈空氣量

在買凈化器時，我們時常看到一個性能指標叫潔凈空氣量(Clean Air Delivery Rate, CADR)，那麼CADR代表什麼呢？國標《空氣凈化器GB 18801-2015》[1]中規定，CADR是在額定狀態和規定的試驗條件下，針對目標污染物能力的參數，表示空氣凈化器提供潔凈空氣的速率，單位是m3/h。例如，某凈化器對PM2.5的CADR為500m3/h，即表示每小時能完全凈化500 m3空氣中的PM2.5。

CADR可作為一個我們對比不同凈化器性能好壞的主要指標，也可作為選擇凈化器的重要依據之一。不過，在實際環境中，除通過凈化器凈化以外，顆粒物還可通過自身的沉降和通風凈化（不過，在國內許多城市，利用自然通風凈化室內顆粒物暫時只能是個美好的願望了…）。所以，凈化器的有效度不僅取決於凈化器的好壞，還取決於和其他凈化方式的PK結果。概括地說，凈化器的實際使用效果受多種因素的影響，如CADR、顆粒物粒徑、房間大小、空氣凈化器的位置、使用者的使用方式、房間換氣次數等。總而言之，CADR並不能完全代表空氣凈化器的的實際使用效果。

二、潔凈有效度

目前，室內空氣領域一般使用潔凈有效度來衡量實際使用效果[2, 3]。潔凈有效度表示凈化器凈化對總凈化的貢獻率，即（使用凈化器時濃度-不使用凈化器時的濃度）/ 不使用凈化器時的濃度。

潔凈有效度可在一定假設條件下通過計算得到。但是，由於其影響因素複雜，要想得到靠譜的結果需通過現場測試。值得慶幸的是，一些現場測試結果表明，空氣凈化器在不同的室內環境中都能有效降低顆粒物濃度[4-6]。圖1-3中分別顯示了在住宅、宿舍、辦公室環境下，使用和不使用空氣凈化器時的顆粒物濃度差異。（註：除非特別說明，本文引用的研究的研究對象都為目前用的最多的除顆粒物的過濾式空氣凈化器）

圖 1 住宅中粒徑為0.3到0.5μm的顆粒物濃度[6]。說明：橫坐標為時間（分鐘），縱坐標為顆粒物濃度相對峰值濃度百分比(%)；頂端兩條水平線為空氣凈化器不開時室內顆粒物濃度；H1和H5代表開啟1台和同時開啟5台過濾式空氣凈化器；I3、F1、F5、EAC、IFD表示其他非過濾式空氣凈化器凈化方法；測試地點為美國馬薩諸州牛頓市的一棟房屋，其面積為125m2

圖 2宿舍中顆粒物濃度[4]。說明：橫坐標為時間（分鐘），縱坐標為顆粒物質量濃度（μg/m）；宿舍A使用了空氣凈化器，宿舍B未使用空氣凈化器；測試地點為北京清華大學學生宿舍，宿舍A和宿舍B為相鄰房間，房間體積均為為54m；凈化器CADR為434m/h；測試顆粒物為PM2.5；測試結果如上圖所示，宿舍A中的顆粒物為濃度顯著低於宿舍B中的濃度，約20min後達到穩定，空氣凈化器的潔凈有效度為87%。

圖 3 辦公室中顆粒物濃度[5]。說明：橫坐標為時間（分鐘），縱坐標為顆粒物質量濃度（μg/m3）；第46分鐘時開啟凈化器，46分鐘以前凈化器關閉；測試地點為北京昌平地區的華北電力大學的一棟教學樓中的一間辦公室，其面積為30平方米；凈化器類型為Philips AC4025/00；測試顆粒物粒徑為0.25-10μm。測試結果如圖所示，PM1、PM2.5和PM10濃度在開啟凈化器後均顯著降低，約2小時後達到穩定。

如前面所說，影響潔凈有效度的原因較多。下面讓我們來看看其中幾個重要影響因素：CADR、房間大小、凈化器位置、用戶使用方式。

1.CADR

環境艙測試中，因為環境艙大小和顆粒物種類固定，所以CADR值主要由過濾器的過濾效率和空氣流量決定。而對於選定的凈化器，它的CADR值在實際使用過程中會發生改變，影響因素包括顆粒物種類和容塵量等。

圖 4 柴油顆粒物和氯化鉀顆粒的CADR值比較[7]。說明：橫坐標為顆粒物粒徑（納米），縱坐標為CADR（m3/h）；灰色實心和白色實心柱分別為過濾式凈化器對柴油顆粒和氯化鉀顆粒的CADR。

對於不同顆粒物種類，CADR值可能不一樣。如上圖所示，同一台凈化器對柴油顆粒物和氯化鉀顆粒的CADR不同，柴油顆粒的CADR要顯著高於氯化鉀。值得注意的是，國標《空氣凈化器GB 18801-2015》規定的是採用香煙燃燒產生的顆粒物測試得到CADR[1]，而實際環境中室內顆粒物來源廣泛，包括室外滲透、吸煙、做飯、室內化學反應、病菌等，且顆粒物粒徑跨度非常大[8]（以後會詳細介紹室內顆粒物來源）。所以，環境艙測得的CADR並不能表示實際環境的CADR，實際環境中的CADR真實值需要通過現場測試得到。

圖 5 不同容塵量下凈化器的CADR值[9]。說明：橫坐標為顆粒物粒徑（納米），縱坐標為CADR（m3/h）；藍色、紅色、綠色、紫色線分別表示容塵量為0g、40.5g、86.2g、123.1g時凈化器的CADR。

另外，從上圖可以看出，隨著灰塵負載量增多，凈化器的流量會減小，從而CADR值下降。所以，若要保證凈化器持續高效運行，需經常更換濾芯。特別是在重污染地區和凈化器使用較多的情況下，最好能幾個月更換一次濾芯。

2. 房間大小

房間體積越大，同樣一台空氣凈化器對凈化的貢獻越小。所以，在使用凈化器時，需要使用和房間大小相匹配的凈化器。在假定室外為重度污染(顆粒物濃度為300μg/m3)的情況下，國標給出了推薦的凈化器適用面積為(0.07~0.12)*CADR[1]，也就是說，如果要給面積為20m2的房間配一個凈化器，那麼選擇的凈化器的CADR應該在167m3/h至285m3/h之間。在污染更嚴重的情況下，則需使用更高CADR值的凈化器，或同時開啟幾台凈化器。

3. 凈化器位置

凈化器的位置是影響顆粒物濃度的關鍵因素之一。下圖顯示了單區域內凈化器在不同位置時的凈化效果[10]。從下圖可以看出，凈化器離源越近，顆粒物濃度越低，且濃度降低越快。另外，有人研究了了在一個多區域公寓內凈化器位置對凈化效果的影響，發現凈化器的位置對凈化效果的影響可達3倍，且如果要用一個凈化器凈化整個公寓，最好的位置是公寓中心[11]。

關於凈化器的位置，美國環保局建議：如果有明確的污染源，則將空氣凈化器吸入口對著離污染源較近的地方。如果沒有明確的污染源，那麼就讓凈化後的潔凈空氣吹向人活動的地方，且不要讓傢具、牆或其他障礙物堵住凈化器的吸入口[8]。那麼哪些是室內污染源呢？以後再寫，哈哈。

4. 使用方式

凈化器的使用方式也會影響凈化器的效果。美國環保局指出：在使用凈化器時，若將房間門和窗戶都關閉，則凈化器會更有效。否則，如果房間門打開，或者使用凈化器的同時還使用了新風系統，那麼凈化器排出的潔凈空氣會與住宅其他地方的空氣混合，從而顯著降低凈化器的凈化效果[8]。

三、健康影響

無論凈化器對降低室內顆粒物濃度有多有效，我們還是要關心使用它是不是能給我們帶來健康好處。美國勞倫斯國家實驗室[12]總結了2003至2013年間關於顆粒物過濾的健康影響的研究，主要結論如下：

顆粒物過濾能一定程度上有效減少過敏和哮喘癥狀。而且，對於養了寵物的家庭，顆粒物過濾的效果更顯著；對於過敏或哮喘患者而言，使用可以將過濾空氣傳到他們的呼吸區域的過濾系統，要比用於房間或整個房子的系統更好；對於沒有哮喘和過敏症的受試者，建築內顆粒物過濾不能有效減少他們的急性健康癥狀；顆粒物過濾的最大潛在好處是，可能減少與室外顆粒物貢獻的室內暴露相關的發病和死亡率（註：室內顆粒物來源包括室外進入和室內活動產生）。

總的來說，對於哮喘或過敏症患者；使用空氣凈化器有一定的幫助。而且，使用凈化器可能減少與室外顆粒物貢獻的室內暴露相關的發病和死亡率。雖然，使用空氣凈化器的健康益處仍然需要更多的研究來進一步檢驗，但是，在沒有其他合適選擇的情況下（如通風或控制室內污染源），使用空氣凈化器仍是一個不錯的選擇。

四、總結

重要的事情需要重複：

l 潔凈空氣量（CADR）可用於對比不同空氣凈化器的凈化能力。但是，在實際環境中，空氣凈化器的效果還受各種因素影響，如房間大小、顆粒物種類、用戶使用方式等。所以，空氣凈化器的實際使用效果不能只看CADR值，需要用潔凈有效度來衡量。

l 通過以下一些手段，可提高凈化器的潔凈有效度：根據房間大小選擇CADR合適的凈化器、經常更換濾芯、將凈化器放在合適的位置和關閉門窗使用。

l 在實際環境中，若使用合理，空氣凈化器對控制室內顆粒物的濃度有較好的效果，也可能對改善健康狀況或預防健康危害有一定的幫助。

參考文獻

1. 中國家用電器研究院., GB/T 18801—2015 空氣凈化器[S].北京:中國標準出版社. 2015.

2. Nazaroff, W.W. Effectiveness of air cleaning technologies. in Proceedings of Healthy Buildings. 2000. SIY Indoor Air Information Oy Helsinki, Finland.

3. Siegel, J., Primary and secondary consequences of indoor air cleaners. Indoor air, 2016. 26(1): p. 88-96.

4. 卜鐘鳴, et al., 空氣凈化器細顆粒物去除效果的環境艙測試與實際評價. 暖通空調, 2013(12): p. 64-67.

5. Li, Y., et al., Indoor and outdoor particle concentration distributions of a typical meeting room during haze and clear-sky days. Science China Technological Sciences, 2017: p. 1-8.

6. MacIntosh, D.L., et al., Whole house particle removal and clean air delivery rates for in-duct and portable ventilation systems. Journal of the Air & Waste Management Association, 2008. 58(11): p. 1474-1482.

7. Peck, R., et al., Efficiency of portable HEPA air purifiers against traffic related combustion particles. Building and Environment, 2016. 98: p. 21-29.

8. USEPA, Residential Air Cleaners. 2009.

9. Zuraimi, M., et al., Impact of dust loading on long term portable air cleaner performance. Building and Environment, 2017. 112: p. 261-269.

10. Chen, L., et al. Particle transport characteristics in indoor environment with an air cleaner: The effect of nonuniform particle distributions. in Building Simulation. 2017. Springer.

11. Novoselac, A. and J.A. Siegel, Impact of placement of portable air cleaning devices in multizone residential environments. Building and Environment, 2009. 44(12): p. 2348-2356.

12. Fisk, W.J., Health benefits of particle filtration. Indoor Air, 2013. 23(5): p. 357-368.

作者簡介

龔夢艷，清華大學建築技術科學系博士(2010-2015)，美國國家標準與技術研究院博士後（2015至今），研究方向為室內空氣質量。郵箱：gongmengyan@gmail.com。若有問題，歡迎交流。

本文來自科言者，讓科學發聲

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