室内空气质量控制策略初探

王 瀛 张 超 郭而郛

（天津生态城绿色建筑研究院有限公司，天津 300467）

1 引 言

建筑是人类开展工作生活的主要空间，室内空气中的污染物对人体健康产生很大影响[1]。室内VOCs、甲醛等污染物及CO2浓度的升高要求从室外引入新风，稀释其室内空气污染浓度，然而我国室外PM2.5污染又十分严重，可以说我国室内空气环境处于内忧外患的状态。为跳出这种困境，典型的通风策略有两种：一是采用带有过滤器的新风系统；二是采用自然通风同时在室内设置空气净化器。本文总结了两种通风策略的原理、优缺点及适用范围，分析了市场应用现状及存在的问题。压作用下，通过外围护结构缝隙，排出室内有害空气污染物，这是整个正压新风系统的原理，但其缺点也很明显，送入室内的新风来自室外空气，含有大量水分，室内污染物排出的过程中，水分并未得到有效排出，滞留室内，渗透入建筑物室内内表面，引起部分墙体、门窗结露，同时损坏家具，也不利于室内装饰装修材料及家居饰品中TVOC等有害污染物的排出。

2 带过滤器的新风系统

2.1 新风系统类型

带空气净化装置的新风系统可有效阻隔室外大气污染带来的PM2.5、PM10等颗粒物进入室内，同时通过引进新风置换室内污浊空气，可有效去除室内由于装修产生的甲醛、VOC等污染物。

常见的新风系统分为单向流新风系统以及双向流新风系统和全热回收型新风系统。其中单向流新风系统又分为正压式新风系统、半机械负压新风系统，双向流新风系统又分为带有冷热交换的新风系统、不带冷热交换的新风系统。

正压式新风系统，顾名思义，风机安装在系统进风通道口，向室内送入新风的同时，并未设置回风及排风口，在使用过程中，不断增加室内空气压力，形成正压，在正

图1 负压新风系统示意图

负压系统由主机、排风口、窗式通风器（墙式通风器）、风道及其他附件组成，其工作原理是利用排风机运转造成室内负压力的同时，促进室外空气进入室内，与正压新风系统相比，其气流组织形式可有效的排除室内装饰装修材料及家居饰品中有害气体的散发与排放，达到建筑物室内室外空气交换的目的。原理图详见图2，该系统有如下特点：

1）涉及输配系统中风道风管较正压系统少，便于安装；

2）其设计施工可与墙体结构一体化，设备与墙体的长度与厚度相同，有效利于维修更换与改造的同时，使建筑物室内室外空气交换形成良性循环；

3）噪音小、节能省电；

4）可根据室内人员密度、需求、季节、习惯等因素进行合理化调节，与室内采暖季空调设备输配系统相分离。

以上两种皆为单向流新风系统。单向流新风系统适合于家庭、小型写字楼、公寓、宾馆的客房等。

其优点是：其设计结构、施工有效与建筑设计形成一体化，施工阶段对于孔洞及节点的预留便于运营阶段维修更换与改造，其维修成本较低，维修与清洗不会对室内相连接部分装修产生影响。

其缺点是：不适用于超市、电影院、公共候车厅等人多的公众场合。

图2 双向流新风系统示意图

双向流就是在进风和排风系统都有风机和管道，通过进风风机往室内送风，排风风机往室外排风。双向流新风系统由送风机、排风机、新风口、排风口、回风口、送风口和管道组成，室外新鲜空气借助于送风系统的管道进入室内，室内污浊空气借助于排风系统的管道排出室外，即双向流。其中，部分双向流主机中装有热回收核，使得进入室内的新风吸收排风的全热和潜热，但两者互不接触，以达到健康和节能的目的。

其优点是：其送风与排风同时设置的功能，可根据人员需求及使用习惯，按比例设置送风量与排风量，不会受到室外如大量雾霾出现时对室内空气质量的有害影响；同时其设备带有排风热回收功能，可对排风过程中产生的废热余热进行回收利用，效率70%左右，更加适用于大型多功能公建。

其缺点是：

1)输配系统较为复杂，施工周期长；

2)在系统运作及排风热回收阶段，会造成部分系统及围护结构结露，长久会影响室内空气品质；

3)与正压系统相比，其输配系统管道较长较狭窄，运营阶段不利于维修更换与改造，在使用较长时间后，若系统清洗不及时，会造成较为严重的二次污染，失去效果。

全热回收式新风系统主要由新风主机、调速开关、管网、进风口、排风口、组成，主机设置在建筑物公共空间或开敞式空间，系统运行时，室内有害气体及颗粒物排除室外的同时，送风机一并运行，向室内送入新风，在此过程中，排风热回收功能同步运行，加入或降低送入室内的新风温度，从而有效平衡室内温度，降低空调机采暖复合，达到降低能耗的目的。

全热回收型新风系统的特点如下：

1）双向换气：内置送排风机，在进风和排风系统都有风机和管道，通过进风风机往室内送风，排风风机往室外排风。属于“强制排风，强制送风”系统，新风双向等量置换，保持室内足够的新鲜空气，可有效防止空调病。此外，全热交换新风换气机配置不同过滤材料，对新风进行过滤处理，并可过滤50%的PM2.5，所引入的新风品质高。

2）高效节能：全热交换器与普通的换气机不同，普通换气机只将室内的污气直接排出室外，造成室内温度的损失。而全热交换器是在室外空气引入室内前与室内引出室外的空气进行热交换，空气预冷预热再引入室内，能量回收效率达70%，大大降低了室内的温度损耗，节省冷暖气的费用，更节能环保。

全热交换新风换气机机型多样，适用范围广，可广泛安装运用于住宅、别墅、宾馆、饭店、写字楼、机场、体育馆、医院、实验室、娱乐场所等的地方。

2.2 空气过滤器分类

空气过滤器按照性能分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器、高效过滤器及超高效过滤器。不同级别过滤器的过滤性能见表1。从表1可以看出，中效过滤和粗效过滤对PM2.5的净化效果并不明显。某学校采用全热回收式新风机组为教室提供新鲜空气，并设有中效过滤器。在室外PM2.5浓度约为150μg/m3的条件下，开窗通风30小时后，使室内PM2.5浓度与室外相同，之后关闭门窗开启新风机组，采用TSI DUSTTRAK 8530粉尘仪连续监测一段时间，室内PM2.5浓度随时间变化情况见图3。在新风开启85分钟时室内PM2.5浓度已达到平衡且与新风出口的PM2.5浓度相似，但并未达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）浓度限值二级水平，因此，中效过滤不能净化PM2.5达到健康水平。因此，当采用新风系统达到去除PM2.5的目的时应至少采用高效过滤器。

图3 某中学带中效过滤新风机组对PM2.5的净化效果

3 自然通风结合空气净化器

采用自然通风，在室内设置空气净化器以除去室内由于装修材料产生的甲醛、VOC等污染物以及灰尘等颗粒物。这种方法的优点是简单、便宜，缺点是在夏季或冬季，直接开窗将增加室内对冷量或热量的需求，不利于建筑节能，尤其对于被动房类建筑。

表1 过滤器的过滤性能[2][3][4]

目前市面上空气净化器的净化功能主要包括除尘、除异味、除甲醛、除PM2.5和杀菌等。适合室内空气净化的除尘技术主要有静电除尘、过滤除尘、水洗式除尘、负离子除尘等，有机污染物净化技术主要包括吸附、化学催化、光催化等。

空气中的污染物主要分为三类: 悬浮颗粒物、挥发性有机污染物和微生物。表2列出了单一净化技术对三种主要空气污染物的净化效果[5][6]。针对悬浮颗粒物，主要的净化技术是过滤、静电、负离子和水洗净化，过滤法是目前普遍采用的颗粒物净化手段;针对有害气体最有效也是目前最常用的方法是吸附，活性炭因其简单、有效、成本低而成为广泛使用的吸附材料，其次是光触媒和等离子体净化方法较为有效;针对微生物最高效的净化方法是紫外线照射，其次是光触媒和等离子体净化，过滤网对直径较大的细菌有效，但对病毒无效。

从以上的分析中不难看到，较为独立单一的空气净化措施难以净化室内空气质量，因此，应采用多种措施结合的方式，同时针对不同类型的空气污染要素进行以上措施的有机结合。但并不是简单的多措施技术堆砌就能够有效的解决室内空气污染问题，因针对特定的建筑类型、空能空间布局、开敞进深大小等因素来考虑技术措施的组合方式。

从表2中可以看出，多技术耦合方式是利用不同技术的优势，扬长避短，达到多功能协同作业效果大于单项技术堆砌效果的作用，但如何耦合以上技术措施，仍需根据特定条件进行分析，并于建筑暖通设计进行一体化。

4 两种系统应用现状及存在的问题

两种系统各有利弊，各系统优点、缺点及适用范围见表3。

4.1 带有过滤器的新风系统

调研国内市场，开发商对新风系统有绝对的自主选择权利，单向流新风系统由于其成本低、施工快、维修更换简便等因素，已成为主场主流产品，而在北方寒冷地区及严寒地区，该系统并不包含热回收功能，因此其送风过程会明显提高东西采暖能耗，不利于节能。

沿海地区资源丰富，城市发达，经济实力强，城市地带建有大量大型公共建筑、商场、学校、医院等，在人们追求较高的生活品质的思维意识下，中央新风系统有较广阔市场。

在市场较为广阔的同时，各类新风系统仍旧存在如下问题：

4.1.1 噪声大

新风系统的设计厂商在注重空气品质改善的主要功能需求的同时，并未有效解决系统运行及封口震动对室内背景噪声的影响，原因众多，设计不合理、施工不到位、使用不恰当等原因均会造成一定程度的影响。

4.1.2 气流合理分布不合理

由于机组的设计未与施工图设计同步开展的原因，往往造成输配与围护结构厚度长度不匹配、末端与房型朝向不匹配，这样一些列的因素，如弯曲程度不一致、输配管道长短不一致等均会对新风系统的运行效果产生影响。

4.1.3 净化效率低

新风系统中过滤器均经过检测，而对于整机的净化效果目前没有相关检测标准。

4.1.4 维护问题

新风系统运行一段时间以后，其输配系统风道中会堆积大量灰尘等污染物，尤其对于较为复杂的双向流系统最为严重，如不及时更换滤芯、清洗管道，长此以往，不仅失去了净化空气的作用，反而会对其他风道共享联通空间造成二次交叉污染，传播流行病毒。

表2 单一净化技术对主要污染物的净化效果

表3 两种系统的比较

4.2 室内设置空气净化器

目前空气净化器技术种类繁多,空气净化器市场火爆。2012年全球空气净化器市场容量达1500万台。其中，美国市场容量为500万台，日本为350万台，欧洲市场为250万台，中国市场为150万台，韩国市场为100万台。2014年中国零售量上升为580台，零售额136亿元。美国空气净化器的市场普及率约为27%，其中60%为静电吸附型产品，40%为HEPA过滤型产品(High Efficiency Particulate Air Filter，高效率空气微粒滤芯)；日本市场空气净化器普及率约为34.7%，欧洲市场容量在稳步增长，日本和欧洲均以HEPA过滤产品为主[7][8]。

但经过调研发现，供应商各类产品的实际效果与宣传效果反差明显，经过跟踪复检，其国家第三方检测机构出具的检测报告显示，各类产品的PM2.5净化率、TVOC净化率等所报不实，这类现象的产生，同样影响着消费者对好产品的信任度，对行业有序发展不利。

4.3 目前室内采用空气净化器存在的问题

4.3.1 无统一强制性国家标准

上面提到的宣传不实现象，很大程度在于国家及行业协会缺少对各类产品的统一标准，这样的结果，会造成各类生产商执行自身企业标准，生产产品的功能各异、类型不同、检测方式不统一，因此失去了不同厂家同类型产品数据对比的合理性，造成市场无序。

4.3.2 在夏季及冬季需开窗通风

采用自然通风结合空气净化器的方式，只能开窗进行通风，从而满足人们对新风的需求。但在夏季或冬季，直接开窗将增加室内对冷量或热量的需求，不利于建筑节能，尤其对于被动房类建筑。

5 结 语

室内VOCs、甲醛等污染物及CO2浓度的升高要求从室外引入新风，稀释其室内空气污染浓度，然而我国室外PM2.5污染又十分严重，可以说我国室内空气环境处于内忧外患的状态。为跳出这种困境，典型的通风策略有两种：一是采用带有过滤器的新风系统；二是采用自然通风同时在室内设置空气净化器。两种系统各有利弊。近几年由于建筑能效的不断提高及被动房的推广，降低空调采暖能耗、提高围护结构被动式保温性能，势必造成室内关窗状态下换气次数的明显降低，不利于室内空气净化，必须通过主动式新风机组实现，因此为了避免能量的损失，带过滤装置的新风系统对于被动房或高能效建筑更为适用。由于这两种通风策略均属于近几年才被重视的系统，因此市面上产品质量及性能参差不齐，且国家标准在这方面并不健全。绿色建筑及被动房在选用新风系统或空气净化器时应综合考虑节能减排及全生命周期成本，以达到室内舒适健康的最优设计。