辦公建筑空氣質(zhì)量（PM2.5）凈化研究

孫長偉戰(zhàn)禮勇任宗來楊俊杰程港錢志博

1國網(wǎng)中興有限公司2中機十院國際工程有限公司

我國正遭遇經(jīng)濟高速發(fā)展帶來的后遺癥，環(huán)境污染，主要包括大氣污染、水污染與土壤污染三方面。近年，隨著PM2.5與霧霾逐漸受到重視，大氣污染成為國人關(guān)注焦點。筆者統(tǒng)計了近幾年北京的空氣質(zhì)量情況數(shù)據(jù)（圖1、2）。從圖中可以看出，雖然近幾年隨著國家的治理力度的加大，北京市空氣質(zhì)量明顯改善，但PM2.5全年平均值仍有55.67 μg/m3，和發(fā)達國家、發(fā)達地區(qū)相比，仍有不小的差距。

圖1 近四年北京空氣質(zhì)量天數(shù)情況

圖2 近四年北京全年平均PM2.5數(shù)值

1 現(xiàn)有除霾技術(shù)比較

目前常用的處理PM2.5形式有五種：凈化新風(fēng)機組+風(fēng)盤凈化（本文采用）、新風(fēng)凈化、單體式空氣凈化器、集中空調(diào)+新風(fēng)機組、沒有新風(fēng)及凈化裝置。這五種形式對PM2.5的凈化效果如圖3所示[1]，圖中縱坐標代表室內(nèi)外PM2.5的比值。

圖3 不同凈化形式實際調(diào)查效果比較

采用傳統(tǒng)的集中空調(diào)新風(fēng)機組時，室內(nèi)PM2.5大部分時間低于室外濃度，但是如果維護不當，或者人員活動較多時，室內(nèi)PM2.5濃度會遠高于室外PM2.5濃度。

部分新風(fēng)機組加裝空氣凈化裝置后，在室外高濃度情況下，室內(nèi)PM2.5濃度能夠保持明顯低于室外濃度，即使在室外濃度較低的情況下，室內(nèi)PM2.5依舊不會明顯高于室外。

圖3中有三個項目是新風(fēng)機組和風(fēng)機盤管都加裝了空氣凈化裝置，室內(nèi)PM2.5保持在室外濃度的10%左右，改善室內(nèi)環(huán)境的效果非常顯著。

部分建筑室內(nèi)使用了單體式空氣凈化器，可以基本保證室內(nèi)PM2.5低于室外，但是也有可能因為品牌或選用不當，造成效果不顯著（室內(nèi)濃度低于室外50%以上只占一半）。另由于其沒有新風(fēng)系統(tǒng)，隨著室內(nèi)人員活動，造成氧氣消耗，使人有憋悶感。

處理效果最好的是采用新風(fēng)處理+風(fēng)盤處理的系統(tǒng)，本項目即采用這種形式。凈化模塊是新風(fēng)除霾機功能實現(xiàn)的核心部分，選擇的凈化方案直接決定著除霾的效果。目前，從實現(xiàn)除塵的技術(shù)方式上來說，主要分為濾網(wǎng)式、靜電式、化學(xué)式等。

圖4 濾網(wǎng)式凈化原理圖

1）濾網(wǎng)式凈化。將空氣從機器中流過，通過內(nèi)置的濾網(wǎng)過濾空氣，主要能夠起到過濾粉塵、異味、有毒氣體和殺滅部分細菌的作用（圖4）。濾網(wǎng)又分初效濾網(wǎng)、去甲醛濾網(wǎng)、中高效HEPA濾網(wǎng)、活性炭濾網(wǎng)等。每一種濾網(wǎng)針對的主要污染源都不相同，過濾的方法也不相同。其中，初效濾網(wǎng)主要過濾柳絮、瑣屑等大顆粒雜質(zhì)，相對成本略高的HEPA濾網(wǎng)主要負責(zé)吸附細小顆粒。

2）靜電式凈化。利用靜電場使空氣電離，從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法。在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負電吸附到正極被收集（圖5）。當然通過技術(shù)創(chuàng)新，也有采用負極板集塵的方式。由于電離連鎖反應(yīng)，在極間運動的離子數(shù)大大增加，且高強電壓捕獲附帶細菌顆粒，瞬間導(dǎo)電擊穿由蛋白質(zhì)組成的細胞壁，達到殺滅細菌吸附除塵的效果。

圖5 靜電式凈化原理圖

3）化學(xué)式凈化。光催化技術(shù)是利用潔凈、安全、環(huán)境友好的光催化材料，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，對有毒有害的物質(zhì)進行氧化降解，達到無害化處理（圖6）。光觸媒必須在紫外線的照射下才能發(fā)揮作用。如果不能獲得太陽光照，須另外加上紫外燈發(fā)射紫外線，但過多的紫外線對人體有傷害，所以要避免紫外線燈裸露。

圖6 化學(xué)式凈化原理圖

表1 主要凈化技術(shù)優(yōu)缺點比較

從表1中可以看出，幾種過濾技術(shù)各有優(yōu)劣。針對當前建筑環(huán)境，建議采用濾網(wǎng)和靜電復(fù)合的凈化方案，既能保證對大顆粒雜質(zhì)和PM2.5的有效處理，又能最大程度上延長濾網(wǎng)壽命，有效降低維護成本。至于化學(xué)式的方式，由于其對太陽光的以來程度較高，沒有太陽光時需要紫外線燈具，局限性和安全性偏低，其適用于特殊場合中。

上述多種處理技術(shù)，再加上多種系統(tǒng)形式，衍生出很多種組合。綜合各種因素，筆者認為在凈化原理方面，靜電式有需要空間小、運行阻力小等優(yōu)勢，比較適用于公共建筑場所，最適用于改造項目使用。新風(fēng)凈化+室內(nèi)風(fēng)機盤管循環(huán)凈化的系統(tǒng)形式，即解決了霧霾的室外源頭問題，又解決了室內(nèi)二次產(chǎn)塵的問題。故筆者認為，靜電凈化技術(shù)與新風(fēng)凈化+室內(nèi)風(fēng)機盤管循環(huán)凈化的組合形式更能滿足空氣處理效果。

2 項目實例

某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)改造項目位于北京市西城區(qū)。該綜合辦公樓四層空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)系統(tǒng)共設(shè)置2個新風(fēng)機房。因該新風(fēng)系統(tǒng)對新風(fēng)未做空氣處理導(dǎo)致室外空氣質(zhì)量污染影響室內(nèi)空氣，也降低了對室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的效果。表2為該辦公樓項目實施前PM2.5測試情況。

表2 某辦公樓項目實施前PM2.5測試情況

結(jié)合項目現(xiàn)狀確定目標即設(shè)置室內(nèi)循環(huán)凈化的辦公室，當室外輕度和中度污染時室內(nèi)PM2.5小時平均濃度≤35 μg/m3，當室外重度污染時室內(nèi)PM2.5小時平均濃度≤75 μg/m3。

本項目采用新風(fēng)凈化加室內(nèi)風(fēng)機盤管凈化的系統(tǒng)形式，除塵技術(shù)采用微靜電新風(fēng)除塵凈化。

新風(fēng)系統(tǒng)凈化：該項目的現(xiàn)有2臺空調(diào)新風(fēng)機組保持不動，結(jié)合2個新風(fēng)機房內(nèi)的實際狀況，在新風(fēng)機組中效過濾段位置加裝微靜電過濾器。

室內(nèi)風(fēng)機盤管凈化：該項目四層選定了8個房間，分別是值班室、409、412、413、418、428、431 和 432，共計10臺風(fēng)機盤管，在回風(fēng)口處安裝微靜電式室內(nèi)循環(huán)凈化裝置。

經(jīng)過一段時間運行，為檢驗運行效果，本項目委托國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對本項目進行了兩次檢驗，第一次對整個系統(tǒng)凈化效率進行檢測，第二次對微靜電凈化設(shè)備臭氧發(fā)生情況進行了監(jiān)測（表3），檢測結(jié)果在室外濃度 310 μg/m3時，室內(nèi) PM2.5 濃度小于35 μg/m3，達到了優(yōu)級水平，超過了項目之初的設(shè)定目標。

表3 某辦公樓項目第三方檢測數(shù)據(jù)表

通過本項目的各方面數(shù)據(jù)顯示，改凈化系統(tǒng)完全可以解決公共建筑的空氣凈化問題，且不會產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)論與建議

在實際研究中發(fā)現(xiàn)，僅采用新風(fēng)凈化系統(tǒng)即可達到一定的凈化效果，但不能完全消除霧霾對室內(nèi)環(huán)境的影響，再加上室內(nèi)風(fēng)機盤管循環(huán)凈化，會達到理想的處理效果。另外也說明，目前的靜電凈化技術(shù)已經(jīng)比較先進，可以解決臭氧的發(fā)生問題，可以在凈化系統(tǒng)中使用。但系統(tǒng)經(jīng)過幾年的運行后，是否還能達到目前的凈化效率，是否會有臭氧產(chǎn)生，待筆者后續(xù)測試后再行發(fā)布。

對于該系統(tǒng)，筆者還有下述建議供大家參考：

1）適當增加新風(fēng)量，減少排風(fēng)量，以維持室內(nèi)足夠的正壓。

2）室內(nèi)有風(fēng)機盤或組合式空調(diào)器的項目，應(yīng)在風(fēng)盤和組空設(shè)備中增加凈化裝置。

3）施工過程中要嚴格控制門窗邊框的縫隙。

4）加強強弱電纜管端頭封堵措施。

5）適當加大新風(fēng)量，但新風(fēng)量也不宜過大，過大新風(fēng)量將加大室內(nèi)冷熱負荷，在設(shè)計階段應(yīng)綜合考慮。

6）系統(tǒng)實施前，應(yīng)進行吊頂內(nèi)和新風(fēng)管道清洗，避免室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的二次污染。