办公建筑空气质量（PM2.5）净化研究

孙长伟战礼勇任宗来杨俊杰程港钱志博

1国网中兴有限公司2中机十院国际工程有限公司

我国正遭遇经济高速发展带来的后遗症，环境污染，主要包括大气污染、水污染与土壤污染三方面。近年，随着PM2.5与雾霾逐渐受到重视，大气污染成为国人关注焦点。笔者统计了近几年北京的空气质量情况数据（图1、2）。从图中可以看出，虽然近几年随着国家的治理力度的加大，北京市空气质量明显改善，但PM2.5全年平均值仍有55.67 μg/m3，和发达国家、发达地区相比，仍有不小的差距。

图1 近四年北京空气质量天数情况

图2 近四年北京全年平均PM2.5数值

1 现有除霾技术比较

目前常用的处理PM2.5形式有五种：净化新风机组+风盘净化（本文采用）、新风净化、单体式空气净化器、集中空调+新风机组、没有新风及净化装置。这五种形式对PM2.5的净化效果如图3所示[1]，图中纵坐标代表室内外PM2.5的比值。

图3 不同净化形式实际调查效果比较

采用传统的集中空调新风机组时，室内PM2.5大部分时间低于室外浓度，但是如果维护不当，或者人员活动较多时，室内PM2.5浓度会远高于室外PM2.5浓度。

部分新风机组加装空气净化装置后，在室外高浓度情况下，室内PM2.5浓度能够保持明显低于室外浓度，即使在室外浓度较低的情况下，室内PM2.5依旧不会明显高于室外。

图3中有三个项目是新风机组和风机盘管都加装了空气净化装置，室内PM2.5保持在室外浓度的10%左右，改善室内环境的效果非常显著。

部分建筑室内使用了单体式空气净化器，可以基本保证室内PM2.5低于室外，但是也有可能因为品牌或选用不当，造成效果不显著（室内浓度低于室外50%以上只占一半）。另由于其没有新风系统，随着室内人员活动，造成氧气消耗，使人有憋闷感。

处理效果最好的是采用新风处理+风盘处理的系统，本项目即采用这种形式。净化模块是新风除霾机功能实现的核心部分，选择的净化方案直接决定着除霾的效果。目前，从实现除尘的技术方式上来说，主要分为滤网式、静电式、化学式等。

图4 滤网式净化原理图

1）滤网式净化。将空气从机器中流过，通过内置的滤网过滤空气，主要能够起到过滤粉尘、异味、有毒气体和杀灭部分细菌的作用（图4）。滤网又分初效滤网、去甲醛滤网、中高效HEPA滤网、活性炭滤网等。每一种滤网针对的主要污染源都不相同，过滤的方法也不相同。其中，初效滤网主要过滤柳絮、琐屑等大颗粒杂质，相对成本略高的HEPA滤网主要负责吸附细小颗粒。

2）静电式净化。利用静电场使空气电离，从而使尘粒带电吸附到电极上的收尘方法。在强电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极被收集（图5）。当然通过技术创新，也有采用负极板集尘的方式。由于电离连锁反应，在极间运动的离子数大大增加，且高强电压捕获附带细菌颗粒，瞬间导电击穿由蛋白质组成的细胞壁，达到杀灭细菌吸附除尘的效果。

图5 静电式净化原理图

3）化学式净化。光催化技术是利用洁净、安全、环境友好的光催化材料，把太阳能转化为化学能，对有毒有害的物质进行氧化降解，达到无害化处理（图6）。光触媒必须在紫外线的照射下才能发挥作用。如果不能获得太阳光照，须另外加上紫外灯发射紫外线，但过多的紫外线对人体有伤害，所以要避免紫外线灯裸露。

图6 化学式净化原理图

表1 主要净化技术优缺点比较

从表1中可以看出，几种过滤技术各有优劣。针对当前建筑环境，建议采用滤网和静电复合的净化方案，既能保证对大颗粒杂质和PM2.5的有效处理，又能最大程度上延长滤网寿命，有效降低维护成本。至于化学式的方式，由于其对太阳光的以来程度较高，没有太阳光时需要紫外线灯具，局限性和安全性偏低，其适用于特殊场合中。

上述多种处理技术，再加上多种系统形式，衍生出很多种组合。综合各种因素，笔者认为在净化原理方面，静电式有需要空间小、运行阻力小等优势，比较适用于公共建筑场所，最适用于改造项目使用。新风净化+室内风机盘管循环净化的系统形式，即解决了雾霾的室外源头问题，又解决了室内二次产尘的问题。故笔者认为，静电净化技术与新风净化+室内风机盘管循环净化的组合形式更能满足空气处理效果。

2 项目实例

某办公楼空调系统改造项目位于北京市西城区。该综合办公楼四层空调系统采用风机盘管加新风系统，新风系统共设置2个新风机房。因该新风系统对新风未做空气处理导致室外空气质量污染影响室内空气，也降低了对室内空气调节的效果。表2为该办公楼项目实施前PM2.5测试情况。

表2 某办公楼项目实施前PM2.5测试情况

结合项目现状确定目标即设置室内循环净化的办公室，当室外轻度和中度污染时室内PM2.5小时平均浓度≤35 μg/m3，当室外重度污染时室内PM2.5小时平均浓度≤75 μg/m3。

本项目采用新风净化加室内风机盘管净化的系统形式，除尘技术采用微静电新风除尘净化。

新风系统净化：该项目的现有2台空调新风机组保持不动，结合2个新风机房内的实际状况，在新风机组中效过滤段位置加装微静电过滤器。

室内风机盘管净化：该项目四层选定了8个房间，分别是值班室、409、412、413、418、428、431 和 432，共计10台风机盘管，在回风口处安装微静电式室内循环净化装置。

经过一段时间运行，为检验运行效果，本项目委托国家建筑工程质量监督检验中心对本项目进行了两次检验，第一次对整个系统净化效率进行检测，第二次对微静电净化设备臭氧发生情况进行了监测（表3），检测结果在室外浓度 310 μg/m3时，室内 PM2.5 浓度小于35 μg/m3，达到了优级水平，超过了项目之初的设定目标。

表3 某办公楼项目第三方检测数据表

通过本项目的各方面数据显示，改净化系统完全可以解决公共建筑的空气净化问题，且不会产生不利影响。

3 结论与建议

在实际研究中发现，仅采用新风净化系统即可达到一定的净化效果，但不能完全消除雾霾对室内环境的影响，再加上室内风机盘管循环净化，会达到理想的处理效果。另外也说明，目前的静电净化技术已经比较先进，可以解决臭氧的发生问题，可以在净化系统中使用。但系统经过几年的运行后，是否还能达到目前的净化效率，是否会有臭氧产生，待笔者后续测试后再行发布。

对于该系统，笔者还有下述建议供大家参考：

1）适当增加新风量，减少排风量，以维持室内足够的正压。

2）室内有风机盘或组合式空调器的项目，应在风盘和组空设备中增加净化装置。

3）施工过程中要严格控制门窗边框的缝隙。

4）加强强弱电缆管端头封堵措施。

5）适当加大新风量，但新风量也不宜过大，过大新风量将加大室内冷热负荷，在设计阶段应综合考虑。

6）系统实施前，应进行吊顶内和新风管道清洗，避免室内空调系统的二次污染。