趙爽 朱焰 張曉 張維超

1.中國家用電器研究院 北京 100053；

2.全國家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處 北京 100053

0 引言

GB/T 18801—2015《空氣凈化器》[1]國家標(biāo)準(zhǔn)，是在2013年前后，我國大氣環(huán)境污染（PM2.5）相對嚴(yán)重，空氣凈化器產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊的時代背景下進行修訂的，具有顯著中國特色和時代特點。自發(fā)布實施至今的幾年間，標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)的規(guī)范和引領(lǐng)作用顯著，得到了社會各界的普遍認(rèn)同。

近幾年，隨著我國大氣環(huán)境中PM2.5濃度水平的明顯降低，消費者所關(guān)注的室內(nèi)凈化目標(biāo)污染物，由以往的顆粒污染物（PM2.5）轉(zhuǎn)變?yōu)槭覂?nèi)空氣中其他污染物，如氣態(tài)污染物（TVOC、甲醛等）。新冠肺炎疫情的暴發(fā)，令消費者對居室空氣環(huán)境質(zhì)量及空氣凈化器的使用對健康的影響提出了更高的要求。隨著各項凈化技術(shù)的不斷進步，應(yīng)用場景的廣泛化和個性化，又暴露出了一些新的問題：

（1）盡管GB/T 18801—2015提出了凈化能力CADR與CCM雙評價指標(biāo)，但由于這兩項指標(biāo)相互獨立，消費者不易辨識，難以直觀了解凈化器的真實凈化能力；

（2）近幾年，室內(nèi)氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)污染問題成為社會關(guān)注的焦點，消費者普遍關(guān)注空氣凈化器對氣態(tài)污染物的凈化能力，但是GB/T 18801—2015《空氣凈化器》中提到的測試方法僅針對單一目標(biāo)氣態(tài)污染物（如甲醛），與實際的家居污染情況不符，測試得到的CADR值還不能真實反映空氣凈化器的實際使用情況；

（3）2020年初新冠肺炎疫情在全球暴發(fā)，空氣凈化器去除室內(nèi)空氣中微生物的能力，特別是去除病毒的能力，以及如何評價和解決（濾網(wǎng)）二次污染問題成為熱點問題，亟需提出科學(xué)有效的評價方法。

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在空氣凈化器性能測試方法方面開展了大量深入的研究工作，但大多是針對顆粒物、單一氣態(tài)污染物去除性能方面的評價研究[2-4]，很少涉及評價指標(biāo)的設(shè)定、氣態(tài)污染物混合加載、病毒去除、二次污染等方面的研究。此外，國際IEC以及其他國家也都發(fā)布了空氣凈化器相關(guān)的性能評價標(biāo)準(zhǔn)[5-7]，但是，無論是國際標(biāo)準(zhǔn)，還是國外先進國家的標(biāo)準(zhǔn)，都尚未涉及上述問題的解決方案。針對這一現(xiàn)狀，在GB/T 18801—2015《空氣凈化器》國家標(biāo)準(zhǔn)修訂背景下，我們開展了充分的市場分析和技術(shù)調(diào)研工作，針對關(guān)聯(lián)指標(biāo)的設(shè)定、氣態(tài)污染物混合加載、病毒去除試驗、二次異味評價和動態(tài)平衡試驗等開展了深入的數(shù)據(jù)分析、理論推導(dǎo)和試驗驗證工作，研究成果為GB/T 18801《空氣凈化器》國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了充分的技術(shù)支撐。

1 標(biāo)準(zhǔn)研究主要內(nèi)容

1.1 主參數(shù)CADR和CCM的關(guān)聯(lián)整合

由于國家標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)的最低門檻，所涉及的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)在全國范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，因此為了設(shè)立普適、客觀、科學(xué)的關(guān)聯(lián)指標(biāo)，本文對市場上銷售的133組凈化器產(chǎn)品去除顆粒物實測CADR值和CCM值進行了匯總分析，在確保85%以上的產(chǎn)品滿足關(guān)聯(lián)條件的基礎(chǔ)上，最終確立的關(guān)聯(lián)指標(biāo)如表1所示。133組數(shù)據(jù)的符合性如圖1所示，由于實測CCM值分布區(qū)間跨度較大，為了提高圖示的可視化，此處將CCM的對數(shù)值作為縱軸數(shù)據(jù)，其中86.4%的產(chǎn)品符合關(guān)聯(lián)指標(biāo)要求。

表1 顆粒物凈化的關(guān)聯(lián)指標(biāo)

圖1 顆粒物CADR與CCM分檔關(guān)聯(lián)示意與實測數(shù)據(jù)

同時，針對凈化器去除氣態(tài)污染物的主要性能指標(biāo)CADR和CCM，本文對138臺凈化器去除甲醛的標(biāo)注信息進行了分析，最終設(shè)立的單成分氣態(tài)污染物（甲醛）關(guān)聯(lián)指標(biāo)如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，大部分樣機均符合關(guān)聯(lián)指標(biāo)要求，如圖2所示。

表2 氣態(tài)污染物（甲醛）CADR與CCM之間的關(guān)聯(lián)指標(biāo)

圖2 甲醛CADR與CCM分檔關(guān)聯(lián)示意與實測數(shù)據(jù)

對凈化器的主要凈化參數(shù)CADR和CCM進行關(guān)聯(lián)，將進一步保障產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，有利于促使耐用性不高的凈化濾材退出市場；也可作為制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團體標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)參考，為促進技術(shù)升級、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了基礎(chǔ)。

1.2 氣態(tài)污染物（多成分）混合加載試驗

針對氣態(tài)污染物混合加載試驗的研究過程主要分為以下三個方面：

（1）確定混合污染物質(zhì)：通過室內(nèi)空氣中的主要污染物成分調(diào)研[8-12]以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可用性調(diào)研兩種方式，確定了混合氣體的化學(xué)組分：甲醛、甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯；

（2）細化試驗步驟：同GB/T 18801—2015污染物濃度設(shè)定原則一致，各類混合成分的初始濃度均為GB/T 18883[13]規(guī)定濃度的10倍，分別為甲醛（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，試驗方法與GB/T 18801—2015中規(guī)定的單一氣態(tài)污染物CADR試驗方法一致；

（3）開展試驗驗證：選擇了甲醛CADR分別為100 m3/h、200 m3/h、300 m3/h的三款樣機，在多家試驗室開展了驗證工作。對甲醛單成分加載的CADR、CCM試驗，及混合成分下的CADR、CCM試驗進行了比對驗證，表3展示了其中三家試驗室的驗證數(shù)據(jù)。

表3 混合加載試驗驗證數(shù)據(jù)（部分）

根據(jù)驗證數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：

（1）與單組分相比，混合組分加載下的甲醛CADR要稍微小一些（約10%左右）；

（2）混合加載對CCM數(shù)值的影響較大，由于濾網(wǎng)要處理更多成分的污染物質(zhì)，混合加載下的甲醛CCM要比單成分甲醛的CCM值低20%以上；

（3）各試驗室測得的4類氣體CADR值基本一致；且混合加載時，凈化器去除甲醛的能力要比單組分加載弱（根據(jù)對不同目標(biāo)污染物的處理方式和作用機理不同，可能會有些許差異）。

1.3 去除病毒評價

空氣中，病毒的衰減規(guī)律無法簡單的用指數(shù)衰減來表示，因此不應(yīng)采用CADR評價方法。在參考了國內(nèi)外除病毒相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測試方法后[14-16]，決定采用“去除率”作為評價凈化器去除病毒能力的評價指標(biāo)。即，在規(guī)定的試驗條件下，通過測試機器運行至規(guī)定時間（不超過60分鐘）后對試驗艙（30m3）內(nèi)病毒氣溶膠的去除率，來評價產(chǎn)品去除病毒的能力。

筆者組織了多家試驗室，獨立開展的以下四個方面的比對試驗：噬菌體病毒去除率比對試驗；噬菌體病毒去除率與顆粒物CADR關(guān)系驗證試驗；H1N1病毒去除率試驗；移艙檢出率試驗。

1.3.1 噬菌體病毒去除率比對試驗

選取了三組樣機（兩款樣機為濾網(wǎng)吸附式過濾、一款樣機為靜電式過濾），多家有資質(zhì)的試驗室參與了驗證工作。在試驗規(guī)定的條件下，分別計算出空氣凈化器運行了30分鐘和60分鐘后的病毒去除率，部分驗證結(jié)果見表4。

表4 噬菌體去除率試驗數(shù)據(jù)（部分）

測試數(shù)據(jù)證實了“去除率”試驗方法具有再現(xiàn)性和一致性，可作為評價凈化器去除病毒能力的通用測試方法。

1.3.2 噬菌體病毒去除率與顆粒物CADR關(guān)聯(lián)性的試驗驗證

為了驗證去除率和凈化器顆粒物CADR之間的關(guān)系，本文選取顆粒物CADR為300 m3/h左右的樣機對噬菌體病毒的去除率進行了試驗驗證，驗證數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 CADR與去除率關(guān)系驗證試驗

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

（1）去除顆粒物CADR值越大，在相同的時間內(nèi)，凈化器對試驗病毒的去除率越高，并且，顆粒物CADR在300 m3/h左右的凈化器，其60分鐘內(nèi)的噬菌體病毒去除率能達到99.9%的要求。

（2）以凈化器對顆粒物凈化能力（CADR值）推算出來的“去除率”，與實際測試到的對試驗病毒的去除率存有差異；因此，對病毒的去除效果，以規(guī)定條件下的“去除率”表示，更為科學(xué)合理。

1.3.3 H1N1去除率試驗

選擇了符合要求的病毒試驗室，對空氣凈化器去除H1N1病毒的能力進行了測試，三次重復(fù)性測試結(jié)果如表6所示。

表6 H1N1病毒去除率試驗數(shù)據(jù)

上述驗證數(shù)據(jù)表明，對試驗病毒（噬菌體）的去除效果與對H1N1病毒的去除效果幾乎一致。

1.3.4 移倉檢出率試驗

為了驗證空氣凈化器吸附病毒后，是否會將病毒再次排入空氣中，對室內(nèi)環(huán)境造成二次污染的感染風(fēng)險，本文組織了兩家試驗室，對做完噬菌體試驗后的樣機，進行了二次污染情況檢測。將待測樣機置入干凈的試驗艙中，開機運行15分鐘和30分鐘后，在出風(fēng)口的位置檢測噬菌體病毒的污染情況，檢測結(jié)果均為未檢出。

此試驗表明，一般家居條件下，凈化器在污染環(huán)境使用后，再移艙使用時，可能產(chǎn)生的污染風(fēng)險很低。

1.4 模擬二次異味評價

通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)空氣凈化器在長期使用過程中，由于吸附的氣體二次釋放及微生物滋生等原因，會散發(fā)異味，嚴(yán)重影響到消費者的使用體驗。并且，異味的產(chǎn)生與凈化技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計有密切關(guān)系，因此有必要對凈化器的二次異味進行評價，以便企業(yè)在設(shè)計研發(fā)產(chǎn)品時作出優(yōu)化。

由于異味成分復(fù)雜多樣，借鑒目前相對成熟的做法，最終確定采用人工嗅辨法，對空氣凈化器的二次異味進行評價。

試驗過程模擬實際使用情況，在試驗室環(huán)境下，向試驗艙內(nèi)依次投放微生物、醛、醇和酸類物質(zhì)，開啟凈化器并吸附污染物進行加載。加載結(jié)束后，通過人工嗅辯法對加載后的濾網(wǎng)進行檢驗。

該測試方法給出了一種定性評價產(chǎn)品二次污染的方案，并且操作過程較易實現(xiàn)。該方法可在優(yōu)化凈化器產(chǎn)品設(shè)計、凈化濾材使用、凈化方式選擇等方面提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1.5 動態(tài)平衡試驗方法驗證

為了模擬實際環(huán)境中，氣態(tài)污染物持續(xù)釋放的情況，本文創(chuàng)新性的提出了動態(tài)平衡試驗方法，即，在相對開放的試驗艙內(nèi)運行凈化器，持續(xù)穩(wěn)定加載氣態(tài)污染物，開啟凈化器，通過檢測、記錄試驗艙排風(fēng)口污染物濃度水平，計算出凈化器的動態(tài)CADR值。

本文選擇了4臺樣機，分別采用靜態(tài)法（即現(xiàn)行CADR測試方法）和動態(tài)平衡法測量了產(chǎn)品除臭氧的CADR值。試驗數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 除臭氧動態(tài)平衡驗證數(shù)據(jù)

試驗數(shù)據(jù)證實了動態(tài)平衡法和靜態(tài)法兩類測試方法所得結(jié)果的差異性。靜態(tài)測試難以反映某些（吸附型）凈化器的長期凈化能力，而動態(tài)平衡測試則可以反映凈化器長期性能及去除性能的穩(wěn)定性。

2 標(biāo)準(zhǔn)修訂主要內(nèi)容

基于上述研究成果，對GB/T 18801—2015做出了修訂，主要涉及以下幾個方面：

（1）建立了CADR與CCM合理的對應(yīng)區(qū)間

為了提升空氣凈化器產(chǎn)品性能，規(guī)范并簡化標(biāo)注形式；同時確立產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計與過濾網(wǎng)用材的對應(yīng)關(guān)系，避免初始性能指標(biāo)過高但壽命相對較低的產(chǎn)品誤導(dǎo)消費者，因此，基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將顆粒物、氣態(tài)污染物（甲醛）的CADR值與CCM值進行了關(guān)聯(lián)對應(yīng)。

（2）重視家居環(huán)境中的空氣污染現(xiàn)狀，進一步完善氣態(tài)污染物去除性能評價試驗方法

對單成分、高濃度的氣態(tài)污染物去除評價方法在實際的家居環(huán)境中較為少見，會對消費者和凈化技術(shù)的提升帶來錯誤引導(dǎo)，導(dǎo)致去除污染物的指向性有失偏頗，本次修訂充分考慮空氣凈化器的真實使用環(huán)境，基于多輪比對數(shù)據(jù)，完善了氣態(tài)污染物去除相關(guān)試驗方法，提出了氣態(tài)污染物混合加載試驗方法和動態(tài)平衡試驗方法。

（3）提出了“去除率”評價方法，評價凈化器對病毒的凈化能力

由于病毒的特殊性，其自然消亡率及凈化過程都無法用顆粒污染物適用的動態(tài)平衡方程來描述，CADR無法作為評價指標(biāo)，對此提出了在規(guī)定條件下的“去除率”評價方法，同時，為了避免凈化器去除病毒后會產(chǎn)生二次污染，提出了移倉檢出率試驗方法。

（4）提出了“人工嗅辯”定性評價，作為“臭氣濃度”的評價方法

由于異味成分復(fù)雜多樣，且不同人群對異味的感知能力不同，現(xiàn)階段，異味的儀器測量數(shù)據(jù)與消費者感官之間，很難建立對應(yīng)關(guān)系，因此，本次修訂提出以“臭氣濃度”作為評價指標(biāo)，采用“人工嗅辨”定性評價方法，評價空氣凈化器產(chǎn)生的二次異味以及去除異味的能力。

除上述內(nèi)容以外，修訂版標(biāo)準(zhǔn)還在待機功率、噪聲能效等指標(biāo)設(shè)定上做了修改，如表8所示。

表8 標(biāo)準(zhǔn)修訂主要內(nèi)容

修訂后的GB/T 18801包括9個章節(jié)及15個附錄，涉及7類技術(shù)要求及14項測試方法，具體架構(gòu)見圖3。

圖3 修訂后的GB/T 18801標(biāo)準(zhǔn)框架

3 結(jié)論

本文對空氣凈化器的評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)要求、氣態(tài)污染物去除效果評價、病毒去除效果評價、異味的評價進行了深入的分析和試驗驗證，同時，從“評價指標(biāo)”“評價方法”“評價要求”三個方面，對2015版標(biāo)準(zhǔn)進行了補充和完善。基于本文研究成果修訂后的《空氣凈化器》標(biāo)準(zhǔn)具有以下特點：

（1）評價指標(biāo)更加完整，規(guī)范性更強

在CADR評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)各類污染物的產(chǎn)生條件、衰減規(guī)律、檢測方法、制備方法等研究工作，增加了“去除率（病毒、過敏原等）”“臭氣濃度（異味）”等多項新的評價指標(biāo)，使空氣凈化器的各類功能評價更加健全、完整。

（2）評價方法針對性更強，驗證數(shù)據(jù)詳實、充分

新增補的測試方法具有科學(xué)的理論依據(jù)和針對性，例如：“氣態(tài)污染物混合加載試驗方法”充分考慮了家居環(huán)境污染物成分復(fù)雜的現(xiàn)狀；“動態(tài)平衡測試方法”模擬氣態(tài)污染物持續(xù)釋放的特性；“人工嗅辨定性評價法”在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上做出了適用性改進等等；所有的試驗方法均經(jīng)過了多輪試驗驗證，國內(nèi)多家權(quán)威試驗室參與了比對驗證工作，檢測樣機涵蓋國內(nèi)外多家規(guī)格、品牌，驗證過程完善、驗證結(jié)果和結(jié)論符合度高。

（3）評價要求的引領(lǐng)作用更加顯著

修訂標(biāo)準(zhǔn)涉及的若干項技術(shù)要求（如指標(biāo)關(guān)聯(lián)整合）均是在充分的市場、技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上提出的，符合當(dāng)前的消費市場現(xiàn)狀需求，又能對凈化技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、降噪技術(shù)等起到顯著的助推作用，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展方向，促進產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)邁向中高端。