有了一個(gè)具有某個(gè)CADR值的空氣凈化器，我怎么能知道這臺(tái)凈化器會(huì)讓我家里的空氣變好呢？

這個(gè)可以算數(shù)，數(shù)字是不會(huì)騙人的。

新國(guó)標(biāo)里面給出了一個(gè)簡(jiǎn)化的室內(nèi)顆粒污染物濃度動(dòng)態(tài)平衡模型，圖示如下：

 

 

橙色的兩個(gè)箭頭代表的是顆粒物進(jìn)入室內(nèi)空氣的兩個(gè)途徑，藍(lán)色的三個(gè)箭頭代表的是顆粒物離開(kāi)室內(nèi)空氣的三個(gè)途徑。

這里需要再次強(qiáng)調(diào)一下CADR的物理意義。CADR可以有正反兩方面的理解：

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1.從正面，提供潔凈空氣的角度來(lái)說(shuō)，具有某CADR值的空氣凈化器，等價(jià)于一個(gè)提供等量的絕對(duì)潔凈空氣，用來(lái)稀釋室內(nèi)污染物的進(jìn)風(fēng)口。

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2.從反面，清除室內(nèi)污染物的角度來(lái)說(shuō)，具有某CADR值的空氣凈化器，等價(jià)于一個(gè)吸收等量空氣中所有污染物的吸塵口。下面的計(jì)算用到的是CADR第二種物理意義。

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識(shí)別了這些途徑之后，就可以得知，對(duì)于任意時(shí)刻，室內(nèi)空氣顆粒物濃度的變化速率，就是這五個(gè)途徑加加減減形成的動(dòng)態(tài)平衡。如果污染的速度快一些，濃度便升高，如果凈化的速度快一些，濃度便降低。

也就是說(shuō)，污染的速率減去凈化的速率，就是這個(gè)時(shí)刻室內(nèi)空氣顆粒物濃度的變化速率，如果是正值，就說(shuō)明室內(nèi)空氣顆粒物濃度在上升，室內(nèi)空氣質(zhì)量在變差，反之則說(shuō)明室內(nèi)空氣質(zhì)量在變好。

對(duì)于一個(gè)固定房間來(lái)說(shuō)，如果外界條件不再變化，那么房間中將形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，就是凈化速度與污染速度持平，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)的顆粒物和排出系統(tǒng)的顆粒物等量，此時(shí)室內(nèi)空氣質(zhì)量不再變化，即變化速率為零，也就是以上五個(gè)途徑中，兩個(gè)污染途徑的速率之和與三個(gè)凈化途徑的速率之和相等。

由于重度霧霾的情況下，室內(nèi)顆粒物的主要來(lái)源為外界滲入，而示意圖中標(biāo)記為4號(hào)的室內(nèi)污染源因房間而異，較難量化，不方便進(jìn)行理論計(jì)算，因此在這里直接忽略不計(jì)，所以前面描述的動(dòng)態(tài)平衡變成顆粒物滲入的速率，與沉降，凈化器凈化，自然排出三個(gè)凈化途徑的速率之和相等。

顆粒物滲入室內(nèi)的速率，與室外顆粒物濃度，室內(nèi)換氣率，以及顆粒物穿透各種縫隙進(jìn)入房間的穿透系數(shù)相關(guān)，為三者乘積，沉降速率則與室內(nèi)顆粒物濃度以及自然沉降系數(shù)有關(guān)。

凈化器凈化速率則是CADR值一項(xiàng)，而自然排出則是滲入的反過(guò)程，此處穿透各種縫隙的穿透系數(shù)沒(méi)有影響，因?yàn)橹灰�排出去，不管是排到室外環(huán)境，還是吸附在各種縫隙上，都離開(kāi)了室內(nèi)空氣系統(tǒng)，因此是室內(nèi)顆粒物濃度與換氣系數(shù)的乘積。

這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡則可以用一個(gè)等式表達(dá)，然而這個(gè)等式乍一看也還是沒(méi)有什么意義，經(jīng)過(guò)變形可以得到一個(gè)比較有趣的等式：

 

等式左邊是室內(nèi)外顆粒物濃度的比值，也可以理解為配備了空氣凈化器的房間可以把顆粒物濃度降低到室外濃度的比例，最終是一個(gè)百分比，1減去這個(gè)比例，就是這個(gè)房間的防護(hù)系數(shù)。

比如說(shuō)室外顆粒物濃度是100微克/立方米，室內(nèi)經(jīng)過(guò)凈化器持續(xù)凈化的濃度達(dá)到了10微克/立方米，那么這個(gè)比例就是10%，此時(shí)這個(gè)房間的防護(hù)系數(shù)就是1-10%=90%，等價(jià)于一個(gè)90%防護(hù)系數(shù)的口罩。

等式右邊的分子為顆粒物穿透系數(shù)*室內(nèi)換氣次數(shù)，分母則是三個(gè)清除顆粒物的途徑所對(duì)應(yīng)的系數(shù)：自然沉降系數(shù)，換氣系數(shù)，和CADR占室內(nèi)空間的百分比，可以理解為清潔系數(shù)。

對(duì)于穿透系數(shù)，自然沉降系數(shù)，換氣系數(shù)，國(guó)標(biāo)中都有相關(guān)的估值，將這些數(shù)值帶入之后，等式變?yōu)椋?/span>

 

另外，其中室內(nèi)空間V可以由使用面積乘以層高得來(lái)，層高按照2.4米估算，同時(shí)令CADR與使用面積的比值為R，令室內(nèi)防護(hù)系數(shù)為K，帶入所有數(shù)據(jù)得到：

 

用這個(gè)等式畫(huà)出來(lái)一條曲線(xiàn)圖的話(huà)，就可以更直觀(guān)地看出清潔系數(shù)（CADR/面積）和防護(hù)系數(shù)（室內(nèi)環(huán)境相較室外環(huán)境，清除顆粒物濃度的百分比）兩者之間的關(guān)系。清潔系數(shù)越大，防護(hù)系數(shù)越高。

 

通過(guò)前面的數(shù)學(xué)計(jì)算，得出了一個(gè)結(jié)論，清潔系數(shù)越高，室內(nèi)環(huán)境的防護(hù)系數(shù)越高。

而當(dāng)室內(nèi)沒(méi)有空氣凈化器的時(shí)候，防護(hù)系數(shù)為40%，意味著此時(shí)室內(nèi)空氣中顆粒物濃度為室外濃度的60%。然而這個(gè)數(shù)字不太符合實(shí)際情況，一般來(lái)說(shuō)室外有霧霾的時(shí)候，室內(nèi)如果沒(méi)有空氣凈化器參與，很難做到濃度只為室外的60%。

分析原因可能在于自然沉降率的高估，因?yàn)槭覂?nèi)有人員活動(dòng)以及一些氣流，加之滲入室內(nèi)的多以難以沉降的細(xì)顆粒物為主，因此在實(shí)際情況中，自然沉降幾乎可以忽略不計(jì)。經(jīng)過(guò)修正的公式，變成：

 

繪制相應(yīng)曲線(xiàn)如下圖：

 

此時(shí)可以看到不使用空氣凈化器的房間，只有20%的防護(hù)系數(shù)，這與一般的經(jīng)驗(yàn)比較符合，基本可以認(rèn)為是一個(gè)比較符合實(shí)際的模型。

圖中的紅線(xiàn)是90%防護(hù)系數(shù)的位置，類(lèi)似于口罩的防護(hù)等級(jí)達(dá)到A級(jí)，這條線(xiàn)可以當(dāng)做室內(nèi)防護(hù)系數(shù)的合格線(xiàn)，這就意味著即便在室外爆表的情況下，室內(nèi)空氣也可以基本維持優(yōu)到良的水平。

 

這是在上海輕度污染時(shí)實(shí)測(cè)的防護(hù)系數(shù)對(duì)比。由于AQI這個(gè)參數(shù)不是線(xiàn)性的，在50以下的部分會(huì)比顆粒物濃度偏大一些，所以這個(gè)結(jié)果基本上就是做到了90%的防護(hù)系數(shù)。

這個(gè)防護(hù)系數(shù)對(duì)應(yīng)的清潔系數(shù)在10左右，這也是為什么在選購(gòu)空氣凈化器的時(shí)候，應(yīng)該按照使用面積乘以10來(lái)計(jì)算所需的CADR（注：建議一個(gè)房間配一臺(tái)空氣凈化器。如果一臺(tái)凈化器同時(shí)用于多個(gè)房間，即便CADR與實(shí)際適用面積符合，效果也會(huì)打折扣）。超過(guò)這點(diǎn)之后，清潔系數(shù)的增長(zhǎng)帶來(lái)的防護(hù)系數(shù)增長(zhǎng)就非常緩慢了，沒(méi)有太大意義。

所以說(shuō)，身處一個(gè)開(kāi)啟了足夠CADR空氣凈化器的室內(nèi)環(huán)境，就相當(dāng)于佩戴了A級(jí)口罩。而身處不使用空氣凈化器的室內(nèi)，則相當(dāng)于帶了一個(gè)基本沒(méi)有防護(hù)作用的普通口罩。

經(jīng)過(guò)前面的理論推算，就可以得出一個(gè)比較確切的結(jié)論，空氣凈化器在霧霾天確實(shí)能改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，只是選用時(shí)一定要注意使用面積和CADR值的匹配。這點(diǎn)我會(huì)在接下來(lái)的文章里詳細(xì)談到。

對(duì)于室內(nèi)氣態(tài)有機(jī)物污染來(lái)說(shuō)，其實(shí)道理是類(lèi)似的，只不過(guò)輸入輸出途徑不同。增加的途徑只有一個(gè)，就是裝修材料，家具材料的釋放，清除的途徑則有兩個(gè)，一個(gè)是空氣凈化器的清除作用，另一個(gè)是向室外擴(kuò)散的過(guò)程。最終計(jì)算完成的曲線(xiàn)也應(yīng)該與前面的曲線(xiàn)類(lèi)似。

然而甲醛釋放量和很多因素有關(guān)，比如說(shuō)溫濕度，選用材料是否符合較高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，家具和裝修材料是否有表面破損等等，很難做統(tǒng)一的估算，所以在這里就不展開(kāi)了。只需要記得一個(gè)結(jié)論，使用空氣凈化器會(huì)極大地提升防護(hù)系數(shù)，不過(guò)提升到一定程度之后提升效果就沒(méi)那么明顯了。

值得注意的是，這個(gè)公式中還有一個(gè)重要參數(shù)——換氣率。這個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的是房間的密封性，密封性越好的房間，外界空氣滲入就越難，也就越容易取得較好的防護(hù)系數(shù)。因此當(dāng)防護(hù)系數(shù)沒(méi)辦法提高時(shí)，需要考慮是不是可以改善一下房間的密封性，這也是提高室內(nèi)整體防護(hù)效果非常有效的一個(gè)手段。

所以說(shuō)，應(yīng)對(duì)霧霾，在家靠空凈，出門(mén)靠口罩。這句話(huà)不僅僅是說(shuō)起來(lái)工整，也確實(shí)是有其實(shí)際意義的，室內(nèi)開(kāi)啟足夠CADR的空氣凈化器，相當(dāng)于你在房間里就能得到防霾口罩級(jí)別的保護(hù)，卻不需要忍受口罩帶來(lái)的種種不適，是健康性和舒適性的有機(jī)結(jié)合。