GB/T 18801―2015《空气净化器》国家标准修订若干关键技术研究

赵爽 朱焰 张晓 张维超

1.中国家用电器研究院 北京 100053；

2.全国家用电器标准化技术委员会秘书处 北京 100053

0 引言

GB/T 18801—2015《空气净化器》[1]国家标准，是在2013年前后，我国大气环境污染（PM2.5）相对严重，空气净化器产品质量良莠不齐的时代背景下进行修订的，具有显著中国特色和时代特点。自发布实施至今的几年间，标准对行业的规范和引领作用显著，得到了社会各界的普遍认同。

近几年，随着我国大气环境中PM2.5浓度水平的明显降低，消费者所关注的室内净化目标污染物，由以往的颗粒污染物（PM2.5）转变为室内空气中其他污染物，如气态污染物（TVOC、甲醛等）。新冠肺炎疫情的暴发，令消费者对居室空气环境质量及空气净化器的使用对健康的影响提出了更高的要求。随着各项净化技术的不断进步，应用场景的广泛化和个性化，又暴露出了一些新的问题：

（1）尽管GB/T 18801—2015提出了净化能力CADR与CCM双评价指标，但由于这两项指标相互独立，消费者不易辨识，难以直观了解净化器的真实净化能力；

（2）近几年，室内气态化学物质污染问题成为社会关注的焦点，消费者普遍关注空气净化器对气态污染物的净化能力，但是GB/T 18801—2015《空气净化器》中提到的测试方法仅针对单一目标气态污染物（如甲醛），与实际的家居污染情况不符，测试得到的CADR值还不能真实反映空气净化器的实际使用情况；

（3）2020年初新冠肺炎疫情在全球暴发，空气净化器去除室内空气中微生物的能力，特别是去除病毒的能力，以及如何评价和解决（滤网）二次污染问题成为热点问题，亟需提出科学有效的评价方法。

当前，国内外学者已经在空气净化器性能测试方法方面开展了大量深入的研究工作，但大多是针对颗粒物、单一气态污染物去除性能方面的评价研究[2-4]，很少涉及评价指标的设定、气态污染物混合加载、病毒去除、二次污染等方面的研究。此外，国际IEC以及其他国家也都发布了空气净化器相关的性能评价标准[5-7]，但是，无论是国际标准，还是国外先进国家的标准，都尚未涉及上述问题的解决方案。针对这一现状，在GB/T 18801—2015《空气净化器》国家标准修订背景下，我们开展了充分的市场分析和技术调研工作，针对关联指标的设定、气态污染物混合加载、病毒去除试验、二次异味评价和动态平衡试验等开展了深入的数据分析、理论推导和试验验证工作，研究成果为GB/T 18801《空气净化器》国家标准的修订提供了充分的技术支撑。

1 标准研究主要内容

1.1 主参数CADR和CCM的关联整合

由于国家标准是标准的最低门槛，所涉及的技术指标应在全国范围内广泛应用，因此为了设立普适、客观、科学的关联指标，本文对市场上销售的133组净化器产品去除颗粒物实测CADR值和CCM值进行了汇总分析，在确保85%以上的产品满足关联条件的基础上，最终确立的关联指标如表1所示。133组数据的符合性如图1所示，由于实测CCM值分布区间跨度较大，为了提高图示的可视化，此处将CCM的对数值作为纵轴数据，其中86.4%的产品符合关联指标要求。

表1 颗粒物净化的关联指标

图1 颗粒物CADR与CCM分档关联示意与实测数据

同时，针对净化器去除气态污染物的主要性能指标CADR和CCM，本文对138台净化器去除甲醛的标注信息进行了分析，最终设立的单成分气态污染物（甲醛）关联指标如表2所示。数据显示，大部分样机均符合关联指标要求，如图2所示。

表2 气态污染物（甲醛）CADR与CCM之间的关联指标

图2 甲醛CADR与CCM分档关联示意与实测数据

对净化器的主要净化参数CADR和CCM进行关联，将进一步保障产品性能的稳定性，有利于促使耐用性不高的净化滤材退出市场；也可作为制定相关行业标准、团体标准的依据参考，为促进技术升级、提高产品质量提供了基础。

1.2 气态污染物（多成分）混合加载试验

针对气态污染物混合加载试验的研究过程主要分为以下三个方面：

（1）确定混合污染物质：通过室内空气中的主要污染物成分调研[8-12]以及标准物质的可用性调研两种方式，确定了混合气体的化学组分：甲醛、甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯；

（2）细化试验步骤：同GB/T 18801—2015污染物浓度设定原则一致，各类混合成分的初始浓度均为GB/T 18883[13]规定浓度的10倍，分别为甲醛（1.00±0.20）mg/m3、甲苯（2.00±0.40）mg/m3、苯乙烯（1.00±0.20）mg/m3、乙酸丁酯（1.00±0.20）mg/m3，试验方法与GB/T 18801—2015中规定的单一气态污染物CADR试验方法一致；

（3）开展试验验证：选择了甲醛CADR分别为100 m3/h、200 m3/h、300 m3/h的三款样机，在多家试验室开展了验证工作。对甲醛单成分加载的CADR、CCM试验，及混合成分下的CADR、CCM试验进行了比对验证，表3展示了其中三家试验室的验证数据。

表3 混合加载试验验证数据（部分）

根据验证数据可以得出以下结论：

（1）与单组分相比，混合组分加载下的甲醛CADR要稍微小一些（约10%左右）；

（2）混合加载对CCM数值的影响较大，由于滤网要处理更多成分的污染物质，混合加载下的甲醛CCM要比单成分甲醛的CCM值低20%以上；

（3）各试验室测得的4类气体CADR值基本一致；且混合加载时，净化器去除甲醛的能力要比单组分加载弱（根据对不同目标污染物的处理方式和作用机理不同，可能会有些许差异）。

1.3 去除病毒评价

空气中，病毒的衰减规律无法简单的用指数衰减来表示，因此不应采用CADR评价方法。在参考了国内外除病毒相关标准和测试方法后[14-16]，决定采用“去除率”作为评价净化器去除病毒能力的评价指标。即，在规定的试验条件下，通过测试机器运行至规定时间（不超过60分钟）后对试验舱（30m3）内病毒气溶胶的去除率，来评价产品去除病毒的能力。

笔者组织了多家试验室，独立开展的以下四个方面的比对试验：噬菌体病毒去除率比对试验；噬菌体病毒去除率与颗粒物CADR关系验证试验；H1N1病毒去除率试验；移舱检出率试验。

1.3.1 噬菌体病毒去除率比对试验

选取了三组样机（两款样机为滤网吸附式过滤、一款样机为静电式过滤），多家有资质的试验室参与了验证工作。在试验规定的条件下，分别计算出空气净化器运行了30分钟和60分钟后的病毒去除率，部分验证结果见表4。

表4 噬菌体去除率试验数据（部分）

测试数据证实了“去除率”试验方法具有再现性和一致性，可作为评价净化器去除病毒能力的通用测试方法。

1.3.2 噬菌体病毒去除率与颗粒物CADR关联性的试验验证

为了验证去除率和净化器颗粒物CADR之间的关系，本文选取颗粒物CADR为300 m3/h左右的样机对噬菌体病毒的去除率进行了试验验证，验证数据如表5所示。

表5 CADR与去除率关系验证试验

根据测试数据，得出以下结论：

（1）去除颗粒物CADR值越大，在相同的时间内，净化器对试验病毒的去除率越高，并且，颗粒物CADR在300 m3/h左右的净化器，其60分钟内的噬菌体病毒去除率能达到99.9%的要求。

（2）以净化器对颗粒物净化能力（CADR值）推算出来的“去除率”，与实际测试到的对试验病毒的去除率存有差异；因此，对病毒的去除效果，以规定条件下的“去除率”表示，更为科学合理。

1.3.3 H1N1去除率试验

选择了符合要求的病毒试验室，对空气净化器去除H1N1病毒的能力进行了测试，三次重复性测试结果如表6所示。

表6 H1N1病毒去除率试验数据

上述验证数据表明，对试验病毒（噬菌体）的去除效果与对H1N1病毒的去除效果几乎一致。

1.3.4 移仓检出率试验

为了验证空气净化器吸附病毒后，是否会将病毒再次排入空气中，对室内环境造成二次污染的感染风险，本文组织了两家试验室，对做完噬菌体试验后的样机，进行了二次污染情况检测。将待测样机置入干净的试验舱中，开机运行15分钟和30分钟后，在出风口的位置检测噬菌体病毒的污染情况，检测结果均为未检出。

此试验表明，一般家居条件下，净化器在污染环境使用后，再移舱使用时，可能产生的污染风险很低。

1.4 模拟二次异味评价

通过市场调研发现空气净化器在长期使用过程中，由于吸附的气体二次释放及微生物滋生等原因，会散发异味，严重影响到消费者的使用体验。并且，异味的产生与净化技术、产品设计有密切关系，因此有必要对净化器的二次异味进行评价，以便企业在设计研发产品时作出优化。

由于异味成分复杂多样，借鉴目前相对成熟的做法，最终确定采用人工嗅辨法，对空气净化器的二次异味进行评价。

试验过程模拟实际使用情况，在试验室环境下，向试验舱内依次投放微生物、醛、醇和酸类物质，开启净化器并吸附污染物进行加载。加载结束后，通过人工嗅辩法对加载后的滤网进行检验。

该测试方法给出了一种定性评价产品二次污染的方案，并且操作过程较易实现。该方法可在优化净化器产品设计、净化滤材使用、净化方式选择等方面提供科学的数据支撑。

1.5 动态平衡试验方法验证

为了模拟实际环境中，气态污染物持续释放的情况，本文创新性的提出了动态平衡试验方法，即，在相对开放的试验舱内运行净化器，持续稳定加载气态污染物，开启净化器，通过检测、记录试验舱排风口污染物浓度水平，计算出净化器的动态CADR值。

本文选择了4台样机，分别采用静态法（即现行CADR测试方法）和动态平衡法测量了产品除臭氧的CADR值。试验数据如表7所示。

表7 除臭氧动态平衡验证数据

试验数据证实了动态平衡法和静态法两类测试方法所得结果的差异性。静态测试难以反映某些（吸附型）净化器的长期净化能力，而动态平衡测试则可以反映净化器长期性能及去除性能的稳定性。

2 标准修订主要内容

基于上述研究成果，对GB/T 18801—2015做出了修订，主要涉及以下几个方面：

（1）建立了CADR与CCM合理的对应区间

为了提升空气净化器产品性能，规范并简化标注形式；同时确立产品优化设计与过滤网用材的对应关系，避免初始性能指标过高但寿命相对较低的产品误导消费者，因此，基于统计数据，将颗粒物、气态污染物（甲醛）的CADR值与CCM值进行了关联对应。

（2）重视家居环境中的空气污染现状，进一步完善气态污染物去除性能评价试验方法

对单成分、高浓度的气态污染物去除评价方法在实际的家居环境中较为少见，会对消费者和净化技术的提升带来错误引导，导致去除污染物的指向性有失偏颇，本次修订充分考虑空气净化器的真实使用环境，基于多轮比对数据，完善了气态污染物去除相关试验方法，提出了气态污染物混合加载试验方法和动态平衡试验方法。

（3）提出了“去除率”评价方法，评价净化器对病毒的净化能力

由于病毒的特殊性，其自然消亡率及净化过程都无法用颗粒污染物适用的动态平衡方程来描述，CADR无法作为评价指标，对此提出了在规定条件下的“去除率”评价方法，同时，为了避免净化器去除病毒后会产生二次污染，提出了移仓检出率试验方法。

（4）提出了“人工嗅辩”定性评价，作为“臭气浓度”的评价方法

由于异味成分复杂多样，且不同人群对异味的感知能力不同，现阶段，异味的仪器测量数据与消费者感官之间，很难建立对应关系，因此，本次修订提出以“臭气浓度”作为评价指标，采用“人工嗅辨”定性评价方法，评价空气净化器产生的二次异味以及去除异味的能力。

除上述内容以外，修订版标准还在待机功率、噪声能效等指标设定上做了修改，如表8所示。

表8 标准修订主要内容

修订后的GB/T 18801包括9个章节及15个附录，涉及7类技术要求及14项测试方法，具体架构见图3。

图3 修订后的GB/T 18801标准框架

3 结论

本文对空气净化器的评价指标关联要求、气态污染物去除效果评价、病毒去除效果评价、异味的评价进行了深入的分析和试验验证，同时，从“评价指标”“评价方法”“评价要求”三个方面，对2015版标准进行了补充和完善。基于本文研究成果修订后的《空气净化器》标准具有以下特点：

（1）评价指标更加完整，规范性更强

在CADR评价指标的基础上，结合室内各类污染物的产生条件、衰减规律、检测方法、制备方法等研究工作，增加了“去除率（病毒、过敏原等）”“臭气浓度（异味）”等多项新的评价指标，使空气净化器的各类功能评价更加健全、完整。

（2）评价方法针对性更强，验证数据详实、充分

新增补的测试方法具有科学的理论依据和针对性，例如：“气态污染物混合加载试验方法”充分考虑了家居环境污染物成分复杂的现状；“动态平衡测试方法”模拟气态污染物持续释放的特性；“人工嗅辨定性评价法”在现行国家标准的基础上做出了适用性改进等等；所有的试验方法均经过了多轮试验验证，国内多家权威试验室参与了比对验证工作，检测样机涵盖国内外多家规格、品牌，验证过程完善、验证结果和结论符合度高。

（3）评价要求的引领作用更加显著

修订标准涉及的若干项技术要求（如指标关联整合）均是在充分的市场、技术调研的基础上提出的，符合当前的消费市场现状需求，又能对净化技术、节能技术、降噪技术等起到显著的助推作用，引领技术发展方向，促进产品产业迈向中高端。