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通過3個月連續測試，實驗研究了新風凈化系統的防霾效果。對比了新風和空氣凈化器的除霾效果，分析了建筑外圍護結構的密閉性、廚房烹飪以及室外環境風速、風壓對室內PM2.5 濃度的影響。通過實驗研究，客觀評價了新風系統和空氣凈化器防霾效果及影響因素。
1 實驗條件概述
本實驗測試場所為上海浦東新區某小區某 2房 2廳公寓房，2011年新房裝修時安裝了某品牌全熱交換雙向流新風系統，無 PM2.5 凈化功能，2014年6 月對系統凈化功能進行升級改造，在全熱進風側增加1臺該品牌的 PM2.5 凈化風機，使得系統 PM2.5 凈化率可達 85%～90%。系統設計如圖1所示，主臥、次臥和客廳（含餐廳）分別獨立設置進風口和排風口，廚房和衛生間無新風。設計風量為 100～150 m3/h，換氣次數為 0.7～1 h-1。為驗證空氣凈化器 PM2.5 凈化效果，主臥、次臥和客廳分別放置1臺空氣凈化器，主臥、次臥各放置該品牌V70 空氣凈化器1臺，客廳放置某其他品牌空氣凈化器 1 臺。
圖 1 新風系統設計示意圖
本次實驗測試時間為 2015年11月22日—2016年 2月20日，合計 91 天，實驗期間關閉所有門窗，新風系統24 h開啟?？諝鈨艋髟?2月6日22:00 之前為開啟狀態，除1月3日實驗需要，其他時間均為關閉狀態。
分別在主臥、次臥、客廳、廚房和室外各放置1 臺PM2.5 顆粒物濃度數據采集儀進行同步、連續測試，一共 5 臺。數據采集設備為美國 TSI 某型號測試儀器，量程范圍 5～300 μg/m3，設定每隔 5 min采集數據一次，自動記錄存儲數據。
2 實驗結果
圖2 為 PM2.5 日平均濃度隨時間的變化曲線，實驗期間 PM2.5 日均濃度為 78 μg/m3，污染***嚴重，即******日平均濃度出現在 12 月 15 日，為 269 μg/m3，***小日平均濃度出現在 1 月 21 日，為 12 μg/m3。設置新風系統的 3 個空間 ：主臥、次臥和客廳 PM2.5 日均濃度分別為 17，25 和30 μg/m3，凈化效果分別為 78%，68% 和 62%，全屋新風區域平均凈化效果為 69%。實驗結果說明，主臥新風系統效果******，次臥其次，客廳略差，這與系統的布局也是吻合的。主臥的送排風口設置在房間對角，僅與客廳連接，效果******；次臥的送排風設置在房間同一側，房門靠近衛生間和餐廳，效果其次；客廳（含餐廳）面積******，同時連接入戶門、陽臺、衛生間和廚房等非新風區域，容易受到周圍環境影響，因此效果略差。無新風區域廚房 PM2.5 日均濃度為 63 μg/m3，略低于室外日均濃度 78 μg/m3。
圖 2 2015 年 11 月 22 日—2016 年 2 月 20 日 PM2.5 日平均濃度變化
3 PM2.5 質量濃度 I/O 比
I/O 比定義為室內與室外顆粒物濃度的比值，直接反應了新風系統的 PM2.5 凈化效果。I/O 比越小，說明新風凈化效果越好。以凈化效果******的主臥 I/O 比為例說明，如圖 3所示，I/O 比曲線變化趨勢與室外 PM2.5 濃度曲線變化趨勢相反，室外空氣污染越嚴重、I/O 比越低，說明新風凈化效果越好。例如污染***嚴重日12月15日 I/O 比為 0.1，空氣質量******日1月21日 I/O 比為 0.71。
圖 3 主臥I/O 比與室外 PM2.5 濃度關系
4 新風和空氣凈化器除霾效果對比
為了進一步分析新風系統和空氣凈化器的除霾效果，實驗對比了新風系統和空氣凈化器的除霾效果。選擇了空氣質量污染嚴重的日期，2016 年 1 月 2—4 日日均濃度高達 189 μg/m3進行測試。首先了解室外 PM2.5 通過圍護結構縫隙滲透進入室內的情況（主要為門窗縫隙），為減少人體室內活動、入戶門和陽臺門的開閉等人為因素的影響，選在夜間22:00—次日 06:00 家人睡覺期間評價外圍護結構滲透情況，1月 2 日晚上 22:00 關閉新風系統，如圖 4 所示，在關閉新風的 15 min 以內，主臥、客廳的 PM2.5 濃度均明顯提高，隨后 8 h 內，主臥濃度基本維持在 35 μg/m3不變，說明主臥房間密閉性好。而客廳與室外側連接面較多因此密封性稍差，濃度從 60 μg/m3緩慢上升到 90 μg/m3。次日早上 06:00 起家人陸續起床，主臥和客廳濃度上升加快。08:30 起全部臥室窗戶和陽臺門略微開啟（1/5 開），PM2.5 濃度急速上升，在1 h 后，主臥濃度從 69 μg/m3上升至 227 μg/m3，客廳濃度從 120 μg/m3上升至 200 μg/m3，此時室外濃度為 250 μg/m3，室內外濃度相差無幾。
圖 4 2016 年 1 月 2 日 20:00—1 月 4 日 07:00 PM2.5 濃度實時變化
為檢驗空氣凈化器 PM2.5 獨立凈化能力，09:30 關閉門窗，新風仍然保持關閉狀態，開啟空氣凈化器對室內 PM2.5 顆粒物進行循環凈化。從 09:30—11:20，在空氣凈化器的作用下不到 2 h 室內 PM2.5 濃度急劇下降，主臥 PM2.5 濃度從227 μg/m3下降 96% 至 10 μg/m3，客廳從 200 μg/m3下降 73% 至 54 μg/m3，主臥空氣凈化器凈化效果優于客廳的效果，除主臥本身密封性要優于客廳之外，主臥放置的空氣凈化器凈化效果也優于客廳的空氣凈化器，經過對空氣凈化器出風口 PM2.5 濃度測試對比發現，主臥空氣凈化器 PM2.5一次凈化效率 80%，客廳空氣凈化器 PM2.5 一次凈化效率50%。由此可見，在門窗緊閉、密封性良好的情況下，一臺性能好的空氣凈化器可有效、快速降低室內 PM2.5 濃度。
門窗略微開啟，保持室內一定空氣流通的情況下，空氣凈化器的效果又如何呢？ 11:20 略微開啟門窗，從曲線圖可以看出主臥 PM2.5 濃度隨即快速上升，之后上下小幅振蕩呈現不規律變化，主要原因是室內 PM2.5 濃度受室外風壓和空氣流動速度的影響，室內 PM2.5 濃度呈現不規則上下波動。
19:10 分關閉空氣凈化器，保持門窗略微開啟，使室內PM2.5 濃上升，截至 21:00，室內 PM2.5 濃度趨于穩定，跟室外相差無幾。此時關閉門窗并開啟新風系統，從數據觀測可以看出，新風開啟后室內 PM2.5 濃度快速下降，新風運行5 h 后次日凌晨 01:00，主臥濃度從 127 μg/m3下降92%至10 μg/m3， 客廳濃度從 110 μg/m3下降 91% 至 10 μg/m3，此時室外濃度仍維持在 160 μg/m3左右，充分說明新風系統可有效、快速降低室內 PM2.5 濃度。在霧霾天，新風系統是守護家人健康的******選擇。
5 廚房烹飪對室內 PM2.5 濃度的影響
為更加客觀評價廚房烹飪對室內 PM2.5 濃度的影響，選取室外空氣質量良好的時間段進行數據分析。圖 5 為 12月 16 日 14:00—18 日 14:00 室外、客廳和廚房 PM2.5 小時平均濃度變化曲線圖，室外 PM2.5 平均濃度為 30 μg/m3。2天當中廚房 PM2.5 濃度******值均出現在傍晚 19:00 左右，這正是每天晚餐烹飪時間，與房相鄰的客廳 PM2.5 濃度會相應升高。
圖 5 2015年12月16日 14:00—12月18日 14:00 小時平均 PM2.5 濃度變化圖
中餐的煎炒會產生大量的油煙，是室內空氣污染主要來源之一，雖然油煙機的使用可以減少廚房的油煙，但在烹飪爆炒時會產生巨量的油煙，導致廚房 PM2.5 濃度瞬間急劇升高，廚房 PM2.5 ******濃度可達室外 10 倍以上。
6 室外風壓對室內 PM2.5 的影響
筆者在 12 月 15 日早晨 06:00 起床時發現，主臥 PM2.5濃度為 19 μg/m3，但是次臥污染嚴重，PM2.5 濃度高達133 μg/m3。推開陽臺門走出室外，外面正刮著強勁的北風。查看數據記錄發現，12月15日 00:00—06:00，室外 PM2.5 濃度爆表，可記錄的室外 PM2.5 濃度為 300 μg/m3，如圖6所示。在 00:00 時刻，主臥 PM2.5 濃度為 15 μg/m3，次臥為35 μg/m3，午夜 00:00 過后，受強勁北風影響，截至 06:00 位于北面的次臥室內 PM2.5 濃度上升至 133 μg/m3，而主臥位于南面受北風影響較少，室內 PM2.5 濃度波動較小。因此可見室內 PM2.5 濃度受室外風壓影響較大。
圖 6 2015年12月14日 12:00—12月16日 12:00 PM2.5 濃度實時變化
7 結論
1）帶 PM2.5 凈化功能的新風系統是抗擊霧霾的***有效手段。在******換氣引入新鮮空氣的同時，可有效防止室外PM2.5 入侵室內，營造一個清潔、健康的居住環境。室外霧霾越嚴重，新風凈化效果越顯著，室內PM2.5 濃度******可降低 90%。
2）在一定的密閉空間條件下，空氣凈化器可快速降低室內 PM2.5 濃度，一旦開窗或者室內外空氣流動的情況下，將會影響其凈化效果。在霧霾天，不具備安裝新風系統條件的家庭可選購空氣凈化器作為防霾的一種手段。
3）廚房煎炒等烹飪會產生大量油煙，PM2.5 濃度急劇上升，是室內 PM2.5 空氣污染主要來源之一。廚房烹飪時應開啟抽油煙機，關閉廚房門防止油煙進入客餐廳。
4）建筑外圍護結構的密閉性對新風系統效果影響顯著，在使用新風系統時應當盡量******外窗和門的密閉性。比如使用密封膠條對窗戶縫隙進行填堵，以******程度減少室外PM2.5 向室內的滲透。
5）室內 PM2.5 濃度容易受室外風環境、室外風速和風壓的影響。
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