2017年1月9日，是小青的生日,為了小青的誕生,很多事我都推掉了,包括一直想寫一篇科普文章，拖到現(xiàn)在。
——陳娉
一．空調(diào)，空氣凈化器和新風系統(tǒng)有什么區(qū)別？
空調(diào)和空氣凈化器都是室內(nèi)空氣循環(huán),新風系統(tǒng)是室內(nèi)外空氣交換。
1. 空調(diào)
空調(diào)用于制冷和制熱，從空調(diào)出來的風，都是室內(nèi)空氣。工作原理利用了(氟利昂)氣體液化釋放熱量,液體氣化吸收熱量。制冷時,氣體氟利昂通過壓縮機變?yōu)楦邷馗邏阂簯B(tài)，通過冷凝器到毛細管到蒸發(fā)器，變成低溫低壓氣態(tài)。室內(nèi)空氣從變冷的蒸發(fā)器中吹過,形成冷風。制熱時,氟利昂流動方向相反。
圖1.空調(diào)工作原理
2.空氣凈化器
空氣凈化器是在不開窗情況下將室內(nèi)空氣進行過濾凈化，室內(nèi)空氣內(nèi)循環(huán)。
圖2.空氣凈化器使用場景效果圖
2.1風機加濾網(wǎng)過濾
空氣凈化最有效安全的方法是物理過濾，用風機將空氣抽進，再經(jīng)過濾網(wǎng)將臟東西濾掉，這就好比放一塊破布攔在窗戶上，擋風遮塵一樣。由于需要在保持高風量的基礎(chǔ)上，風壓越大越好，因此渦輪風機是首選，最主流濾網(wǎng)為HEPA濾網(wǎng)，這是一次性的耗材。使用HEPA要有良好的氣密設(shè)計，否則空氣會繞過濾網(wǎng)而失去凈化效果。
圖3.物理過濾（風機+濾網(wǎng)）空氣凈化器原理示意圖
2.1靜電集塵凈化
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_precipitator
該技術(shù)的使用已經(jīng)有超過100年的歷史了。在幾千伏高壓（線狀電離器和板狀收集器之間），使空氣中的顆粒物（particle matter-PM）電離帶電，從而被電極（收集器）吸附。濾網(wǎng)可以清洗，不用更換。缺點是在高壓電離空氣，會產(chǎn)生負氧離子，負氧離子達到一定的濃度時，會轉(zhuǎn)化成臭氧和氮氧化物。其中臭氧是世界衛(wèi)生組織四種典型的空氣污染物之一，它會對呼吸系統(tǒng)，神經(jīng)和免疫系統(tǒng)造成影響。美國FDA(食品和藥物管理局)禁止臭氧用于醫(yī)用。這些綜合因素導致,靜電集塵凈化不是被所有國家采納為家庭除塵，多數(shù)用于工業(yè)環(huán)境除塵。
圖4.靜電集塵空氣凈化器原理示意圖
2.3負離子凈化器
https://en.wikipedia.org/wiki/Air_ioniser利用電暈方法電離空氣生成負離子,繼而與空氣中顆粒結(jié)合并使其帶電，帶電顆粒物沉積到墻壁，天花板，地面等導體。比如（1）由于負離子的物理吸附，顆粒物帶負電，負負相斥，沉積到地面。（2）帶正電的顆粒物與負離子產(chǎn)生正負結(jié)合，變得更重，沉積到地面。（3）顆粒物和負離子產(chǎn)生化學分解。負離子凈化的缺點和靜電集塵類似，會產(chǎn)生衍生物負氧離子,達到一定濃度，會和空氣中氧氣結(jié)合產(chǎn)生臭氧。目前車載凈化器常用靜電集塵凈化或負離子凈化。
圖5.負離子空氣凈化器原理示意圖
3.新風系統(tǒng)是不開窗的情況下完成室內(nèi)通風換氣，過濾PM2.5只是在我國特殊國情下給新風系統(tǒng)加一套過濾系統(tǒng)，不是其原有功能。在發(fā)達國家，新風系統(tǒng)為建筑物標配，我國部分商場、酒店、辦公樓都是大型公共建筑，備有新風系統(tǒng)，家庭新風是近幾年興起的。前裝型中央管道式新風通常有進風通道，也有排風，叫雙向流管道新風系統(tǒng)，在集成吊頂時安裝。
二．為什么需要使用新風系統(tǒng)？
空氣質(zhì)量問題，顯見的是霧霾；隱性的是室內(nèi)空氣污染，甲醛等TVOC（有機揮發(fā)物），二氧化碳，霉菌等。世界衛(wèi)生組織, 多年關(guān)注室內(nèi)空氣污染, 認為室內(nèi)空氣污染很嚴重，污染源更復雜。
1. 去除室內(nèi)TVOC等空氣污染包括甲醛最好的辦法就是通風換氣.
2. 簡單介紹一下其他市場上流行的除甲醛的方法.
活性炭吸附除甲醛，不是原理上行不通，而是實操層面不可行?；钚蕴康闹亓亢臀搅砍芍苯诱?。甲醛的釋放和吸收是動態(tài)平衡的。如果活性炭量一定并且不通風時候，甲醛的量最終（t=∞）會穩(wěn)定在一個值。只有在不斷有新的吸收源（補充活性炭）的情況下，濃度才會下降。 通常以TVOC為主要污染物的空氣環(huán)境，刨花板中甲醛含量E1標準為小于9mg/100g，假設(shè)其重量50kg, 甲醛含量為4.5g。這部分甲醛需要幾年才能完全釋放，全程需要至少17kg活性炭才能實現(xiàn)，以甲醛吸附量0.264mg/g計算。很多空氣凈化器只內(nèi)置了活性炭層也稱其可以有效除甲醛是不嚴謹?shù)摹Ｔ趯嶒炇噎h(huán)境下，人工甲醛污染源只是設(shè)定了一個初始值，之后就挪走。許多測試報告，只顯示去除效率99%或是99.9%，但是對初始甲醛濃度和凈化時間卻沒有標示，是1小時，2小時？如果時間很長，甲醛當然終歸可以去除。現(xiàn)實中，甲醛是不斷釋放的，空氣凈化器凈化速率要趕上釋放的速率，才能達到一個動態(tài)平衡。
（http://www.ijcea.org/papers/320-C00038.pdf）
光觸媒也叫光催化劑,在紫外線光照下，發(fā)生光催化效應(yīng)，釋放電子空穴，并與空氣中的水和氧氣結(jié)合，并降解甲醛等有機污染物，最終生成二氧化碳和水。光觸媒對于除甲醛是有效的,但是必須在滿足一定光照條件,空氣濕度,空氣流動的條件下. 比如,二氧化鈦需要在波長為387nm左右的紫外線（UVA）照射下才能激發(fā)催化活性。而日光中紫外線波段占不到5%，室內(nèi)更少，因此光觸媒產(chǎn)品在正常室內(nèi)光線下效果很有限。
(C.Plassalia,M E.M.Retamar,etc,Photocatalytic Degradation of Formaldehyde in Gas Phase on TiO2 Filmes: AKinetic Study, International Journal of Chemical Reactor Engineering,Vol8.2010,Article A161)
四.新風凈化系統(tǒng)的通風量
國家對于通風量有兩種建議，
1.室內(nèi)人均新風量：30m3/h˙人，則新風總量需求＝人均新風量×室內(nèi)計算人數(shù)2.換氣次數(shù)：0.6-1次/h, 則新風總量需求＝換氣次數(shù)×室內(nèi)有效容積
一個25m2的房間，按一個房間兩個人計算，每人每小時30m3，那需要的風量就是60m3/h; 如果按每個小時0.6-1次換氣，，則通風量為39-65 m3/h。考慮70-75%的風損耗量，風機風量為52-92 m3/h，即可滿足國家標準。
五.空氣凈化系統(tǒng)的風機和濾網(wǎng)
由于風機加濾網(wǎng)凈化原理,需要大風量,高風壓,大部分空氣凈化器采用了渦輪風機,少部分用了軸流風機(我不理解為什么).常見的軸流風扇氣體流向與轉(zhuǎn)軸平行,風量大,風壓低。家里的風扇屬于軸流風機.
渦輪風扇的氣體流向垂直于轉(zhuǎn)軸，由于離心力,把風推出去.在保持風量大的情況下,風壓相比離心風機高.
濾網(wǎng)材質(zhì)直接影響著空氣凈化器的性能與使用壽命,通常包括三層：濾棉，活性炭濾網(wǎng)，和HEPA濾網(wǎng)。第一層為前置濾棉，它是由發(fā)絲大小的纖維構(gòu)成，主要用于吸附空氣中大的顆粒，去除毛發(fā)及粉塵。第二層為活性炭濾網(wǎng)。它能有效吸附分解固體結(jié)晶，去除苯、異味等毒害物質(zhì)，除去大量的臭氣及有害氣體。第三層為HEPA濾網(wǎng)。HEPA (High Efficiency Air Filter) 即高效率空氣過濾器的縮寫。
https://en.wikipedia.org/wiki/HEPA
HEPA濾網(wǎng)的特點是空氣可以通過，但細小的微粒卻無法通過，主要用于去除煙霧、灰塵等微小顆粒。
HEPA的材料有很多種，可以分為PP(聚丙烯)高效濾紙，PET濾紙，PP和PET復合高效濾紙以及玻纖高效濾紙。其中PP是紙類，不能水洗。PET或PTFE材質(zhì)，可以水洗，但效率很低。盡管玻纖高效濾紙的過濾效果很高，但是它的風阻高，需要力量非常強的電機才能推動。
與HEPA纖維尺寸可比擬(大于0.4微米)的顆粒物依靠interception（攔截）原理，吸附在纖維上，比HEPA纖維尺寸大的顆粒物依靠impact(碰撞)原理，吸附在纖維上，而遠小于纖維尺寸的顆粒物，尤其是尺寸小于0.1微米的顆粒物，依靠diffusion(擴散)原理被吸附。
總之，大顆粒容易被過濾，小顆粒容易被過濾，介于0.1微米-0.3微米的顆粒物是最不容易過濾的。按照單次過濾效率，即單位時間內(nèi)被濾紙捕捉的顆粒物與通過某處濾紙投影面全部顆粒物的比值。
HEPA級別及其單次過濾的效率
| HEPA級別 | E10 | E11 | H12 | H13 | H14 | U15 | U16 | U17 |
| >效率（%） | 85 | 95 | 99.5 | 99.95 | 99.995 | 99.9995 | 99.99995 | 99.999995 |
一般而言，H11是用于家用凈化器的底線，H13擁有了比較大的容塵量,但往往風阻會更大，會帶來潛在噪音問題。HEPA效率越高，阻力越大，凈化器的實際通風量也會減小,CADR值降低。
六.已經(jīng)裝修了是否可以安裝新風？
廣告總歸要的。在表白青空之前，先推薦一下競品。
在墻體打洞安裝的壁掛式新風系統(tǒng)，單風道的壁掛式新風就是進氣扇再加上一個濾網(wǎng)，在室內(nèi)形成正壓，室內(nèi)污濁空氣從窗戶和門縫里排出去。壁掛式新風也有雙向風道，但是室內(nèi)外的出風口和進風口離得太近，會使得部分剛進來的潔凈空氣又被排出去了。以上兩種形態(tài)的新風機都靠譜,通常單屋壁掛式新風系統(tǒng)對于除PM系列比全屋管道式新風普遍更有效.
但是，如果通過排風扇將室內(nèi)空氣排出，在室內(nèi)形成負壓，室外新鮮空氣進入室內(nèi)，叫負壓新風，這在我國不適用，因為室外有霧霾。
還有DIY精神的和小米空氣凈化器配合使用的米皮,即通過一根管道一端和窗戶相連,另一端和小米空氣凈化器的進風口相連,把室外空氣引入小米空氣凈化器,過濾凈化后帶入室內(nèi).淘寶上有不少,便宜,其實我是比較尊重實用主義,至少它科學上也是站得住腳的,嘻嘻.
小青的自白
青空二代（昵稱小青）采用正壓新風原理。
它的安裝，使用，維護，實用方便。
七.用了新風凈化器還要用空氣凈化器嗎？
通常單屋（壁掛或者窗式）新風凈化器風量為70-150m3/h，空氣凈化器的風量為300-400m3/h。新風凈化器僅過濾PM2.5一次，而空氣凈化器反復過濾。
在我的辦公室，合肥不是霧霾重災(zāi)地，我時不時趁霧霾天做實驗。實測，在90分鐘通常達到穩(wěn)態(tài)值，最近的一組是1月3日，PM2.5從270ug/m3，經(jīng)過90分鐘進入優(yōu)質(zhì)空氣50ug/m3，最后穩(wěn)定在30左右。通過有限元仿真，我們把100m3/h的進風量，以及房間體積60 m3，以及門、窗出風口（沒有假設(shè)進風口），以及一次過濾效果假定為8ug/m3（出風口測量）。實測和仿真很吻合匹配。這是一個有趣的比較，如果實測和仿真的吻合度表示，房間的密閉性是理想的（現(xiàn)實這是不可能的），在新風運行過程中產(chǎn)生的微正壓，約1Pa，能有效阻止室外空氣進入。
結(jié)論：在PM2.5300ug/m3以下，新風凈化器可以保障良好IAQ（室內(nèi)空氣質(zhì)量），而在PM2.5 更高時，新風凈化器的貢獻是將1000變成300，然后保證室內(nèi)微正壓，室外的霧霾不容易滲入，然后使用大風量的空氣凈化器把PM2.5指標進一步降低到50。
新風不僅僅保證了通風換氣，排除室內(nèi)空氣污染，并且形成的微正壓，等于給房間一個罩子，室外霧霾不容易進入，給在重度霧霾下創(chuàng)造的良好條件，有效使用空氣凈化器。
后記：
對于新風和空氣凈化，我算不是有經(jīng)驗的資深人士，青空剛啟動時核心技術(shù)成員盡管每個人都有10年以上專業(yè)經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)工程師，工業(yè)設(shè)計師，電路工程師，物理電子專家(空氣動力學分析),無線傳感網(wǎng)工程師，數(shù)據(jù)挖掘?qū)＜?。他們和我一?span lang="EN-US">,沒有直接的空凈行業(yè)經(jīng)驗。想做這件事，我們有充分的理由，能做這件事，我“自以為是”，我是物理電子出身，我們這撥人開發(fā)了各類儀器，我有7年超凈間工作經(jīng)驗，10年儀器開發(fā)經(jīng)驗，其中4年是儀器檢測。
但是正是跨界的“冒失”，才使得我們不斷挑戰(zhàn)被習慣認為不可能的任務(wù)，這就是我們的小青：普通客戶可以安裝，對建筑物完全無損的新風凈化系統(tǒng)。
小青很自信很靈氣，它并非完美，但它有膽氣創(chuàng)新，有毅力堅持，有良知務(wù)實，它一次次不完美中永恒地追求完美。
從今天起一個月內(nèi)，我的工作時間的50%以上將做客服。有事致電，18919611074，微信同手機號。認識我的朋友知道，我只有一個電話號碼。青空歡迎來自一線用戶的聲音。
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