办公楼室内PM2.5治理浅析

（国核电力规划设计研究院，北京 100095）

摘 要： 本文介绍了PM2.5的危害及室内污染现状，对比了现有的较成熟的PM2.5处理技术，对室内PM2.5改造方案进行了实测比较。

关键词： 办公楼;PM2.5;治理

1 PM2.5危害及开展室内PM2.5治理的必要性

1.1 PM2.5的危害性

PM2.5是大气中小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，人体的生理结构难以对PM2.5进行过滤、阻拦，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。流行病学研究中有数据显示，当空气中PM2.5的浓度长期高于10μg/m?，就会带来死亡风险的上升，PM2.5浓度每增加10μg/m?，总死亡率上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%，研究表明这与PM2.5的毒性机制有关，主要表现为其免疫毒性、氧化损伤毒性、致突变性和潜在致癌性等。世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中也指出：当PM2.5年均浓度达到每立方米35μg时，人的死亡风险比每立方米10μg的情形约增加15%。

1.2 PM2.5限值及空气质量评价标准

世卫组织准则值，24小时平均值小于25μg/m?;

世卫组织过渡期目标1，24小时平均值小于75μg/m?;

世卫组织过渡期目标2，24小时平均值小于50μg/m?;

世卫组织过渡期目标3，24小时平均值小于37.5μg。

我国2012年新颁布了《环境空气质量标准》（GB 3095―2012），相对于96年版本，主要增加了对PM2.5、臭氧、以及一氧化碳的限值要求。其中对pm2.5的限值为，24小时平均浓度小于75μg/m?（对应世卫组织过渡期目标1）;对臭氧的限值为，8小时平均浓度小于160μg/m?（0.1ppm）

1.3 室内污染状况分析

根据北京市环保监测中心数据，2013年全年，北京空气质量一级优（PM2.5浓度≤35μg/m?）的天数41天，占11.2%;二级良（PM2.5浓度35-75μg/m?）的天数135天，占37.0%;三级轻度污染（PM2.5浓度75-115μg/m?）的天数84天，占23.0%;四级中度污染（PM2.5浓度115-150μg/m?）的天数47天，占12.9%;五级重度污染（PM2.5浓度150-250μg/m?）的天数45天，占12.3%;六级严重污染（PM2.5浓度≥250μg/m?）的天数13天，占3.6%。全年年污染物超标天数为189天，77.8%的污染日是因为PM2.5超标，20.1%为臭氧超标，其余污染物超标占2.1%;其中臭氧超标主要集中在夏季高温时期，其余污染物超标则以PM10为主。

臭氧在常温常压下，稳定性极差，室外污染对室内影响很小，只要没有稳定的室内污染源，则不会造成室内污染。而PM10污染，主要由于室外扬尘造成，由于粒径大，对其处理比较容易，普通空调系统对其就有一定的处理能力，而能对PM2.5有效去除的设备，更是完全可满足去除PM10污染的要求

根据以上数据及分析，本文认为，在北京目前的空气环境下，PM2.5是室内环境的主要污染物。

为对办公楼室内空气污染状况有一个评价，我们对位于北京的某办公大楼室内PM2.5污染情况进行了检测，我们选择具有代表性的室外工况（空气污染程度不同），在大楼各层各典型房间进行污染情况检测，测试结果制表统计，对测试结果进行分析评估。根据测试结果，开窗办公情况下室内外PM2.5浓度比平均值在0.7以上，即当室外PM2.5浓度达到约107μg/m?时，室内空气污染就要超标。

按2013年北京市空气质量状况判断，楼内办公区全年室内超国家限值（对应空气质量二级良）的天数将至少在110天左右，约占一年的1/3，室内空气质量状况不容乐观，办公人员在空气质量超标的环境下每日工作8个小时以上，对身体健康是非常不利的。

2 PM2.5处理设备的选择

传统空调系统设计里，空调末端配置有粗效过滤器，目的是除去空气中≥2μm上的粉尘颗粒，过滤效率在20～50%。对于≤2.5μm的粉尘颗粒污染，传统空调系统所设过滤装置无法达到需要的效果。

大型新风系统配置有粗、中效两级过滤，可以除去空气中≥0.5μm的粉尘颗粒，过滤效率在40～60%左右。对室外新风中的PM2.5有一定去除作用，但受限于效率低、风量小，且容易造成二次污染，对改善室内污染状况也难以起到明显的作用。

根据对市场的调研，目前能够较为有效去除PM2.5污染，且较为成熟的设备主要有：静电除尘设备、静电驻极过滤设备及高效过滤器（HEPA）三种。

2.1 静电除尘设备

优点：过滤效果较好、设备阻力最低、运行成本低、体积小、噪声小。

缺点：对安全技术及加工精度要求高，如设备技术不成熟、极板加工精度不高，则设备有臭氧放散量超标危险（工作地点臭氧浓度国家标准为0.16μg/m?）。并且由于其电场结构特点，设备在进入大颗粒尘时会偶尔出现啪啪的放电音。成熟设备以欧美为主价格偏高。

适用性：适用性较广，但对声音环境要求严格的场所不宜采用。

2.2 静电驻极过滤设备

优点：兼具了静电除尘设备与HEPA的优点，过滤效果较好、设备初阻力低、体积小、噪声小、无电耗、无臭氧产生。

缺点：恶劣环境下滤芯更换频繁（为避免二次污染及设备失效，秋、冬季污染较重情况下1-2月就需更换），运行费用过高，设备终阻力偏大，过滤效率下降较为明显。

适用性：此类设备优点较多，适用性较广，但考虑到目前我国空气环境较为恶劣，滤芯频繁更换会造成运行费用过高。

2.3 高效过滤器（HEPA）

优点：过滤效率最高且较为稳定、无副产物产生。

缺点：设备阻力过大（接近静电除尘设备阻力10倍），滤芯更换费用过高（由于孔隙细密，HEPA过滤器更换频率较驻级过滤器更为频繁），设备噪声大，设备体积偏大。

适用性：较适用于采用大型全空气集中空调系统且配有单独机房的场所。由于运行费用很高，推荐在对环境要求很高的场所应用。

3 办公楼PM2.5治理方案选择

为找到适用于办公楼的PM2.5治理方案，本文针对普通办公楼实际设备情况及办公环境下的人员习惯，拟定了三种方案，并进行了实际运行测试。

3.1 治理方案

治理目标：室外PM2.5浓度≤250μg/m?时，室内PM2.5浓度达到500μg/m?以下。

A方案：设置PM2.5新风处理系统配合室内循环处理：在办公区域设置新风PM2.5处理设备，并在室内另加设内循环式PM2.5处理机组。新风量约1次换气每小时，内循环换气次数按3-5次每小时。

B方案：仅增设内循环式PM2.5处理机组方案：仅在室内增加设内循环式PM2.5处理机组，换气次数按3-5次/h计算，室内所需新鲜空气依靠开启部分外窗保证。

C方案：仅增设新风PM2.5处理设备的方案：仅增设新风PM2.5处理设备，利用新风系统保持室内正压的特点，达到避免室外污染物进入室内造成污染的目的，考虑空调系统节能要求，新风量约1次换气每小时配置。

3.2 运行测试

测试仪器：TSI-8532气溶胶测试仪，TES1341风速仪。

需测试数据：PM2.5浓度，窗口风速。

对应三种方案，模拟实际办公状况，开展如下工况测试：

A、办公区开启半小时外窗后（模拟早晨开窗大换气）关闭外窗，开启新风，开启内循环净化设备，测试室内办公区域数据，测试新风口数据。本工况测试过程中对处理设备开启数量进行调整，争取优化配置。（针对改造新风系统配合室内循环处理方案）

B、办公区开启外窗，开启内循环净化设备，测试室内办公区域数据。本工况需进行窗口风速，窗口尺寸测量，以确定可满足室内新风需求的开窗数量。（针对仅增设内循环式PM2.5处理机组方案）

C、办公区开启半小时外窗后（模拟早晨开窗大换气）关闭外窗，仅开启新风，测试室内办公区域数据，测试新风口数据。（针对仅改造新风方案）

3.3 测试结果及分析

3.3.1 改造新风系统配合室内循环处理的方案A

经测试，其处理效果完全满足本次改造目标。本次测试条件最恶劣的一次，室外PM2.5值达到了305，未做开窗大换气的条件下，室内PM2.5值就达到了148。而在此条件下，办公区开启PM2.5新风处理系统及内循环设备运行（内循环风量约3次换气）半小时后测室内PM2.5值降为47，完全可达到改造要求。

3.3.2 仅增设内循环式PM2.5处理机组的方案B

经测试，在开启3面外窗的条件下，内循环风量开启至5次换气的效果仍距改造目标有很大差距，处理效果并不明显。

根据窗口风速、污染物浓度数据，进行室内外污染物平衡计算，由于窗口风速很不稳定，出在满足新风条件的开窗情况下，如仅增加内循环设备，需循环处理换气次数在20次/h以上。

3.3.3 仅增设新风PM2.5处理设备的方案C

经测试，仅增设新风PM2.5处理设备的方案，并没有像预计的那样，达到通过实现室内正压从而得到避免污染物进入室内的效果。以本次测试中测试结果举例，在室外值158，室内值88的条件下，开启新风机组关窗运行半小时后，室内值仅降至73。

3.3.4 结论

根据以上结果，我们得出下列结论：

（1）改造新风系统配合室内循环处理的方案A是可行的，并且具有较好的效果。并且通过测试，我们认为本方案可优化设备配置，按开放办公区东、西区各改造2套新风机组并保证内循环式PM2.5处理机组换气次数不小于3次/h即可，可使室内空气PM2.5浓度下降约65%-75%，室内外PM2.5浓度比下降至约0.15-0.2。

（2）仅增设内循环式PM2.5处理机组的方案B是不可行的。由于自然进风的不可控性，造成空气处理量过大，经济性太差。

仅改造后的新风机组运行，虽可以达到一定的室内处理效果，但效果微弱，室内污染物浓度下降缓慢，方案不可行。

4 结语

同志曾经就关于空气污染怎样治理问题指出：“我们一方面要加大环保执法和其他相关方面的工作力度，另一方面提醒公众加强自我防护。这件事需要树立全民意识，需要全民参与，共同治理。”欧美国家今日的优良空气质量是数十年治理的结果，室外大环境改善不可能一蹴而就，对室内PM2.5污染开展治理是避免空气污染造成人身伤害的最直接措施。

本文根据实际应用测试，记录了室内污染现状，对比了目前较为成熟的PM2.5处理设备及办公楼室内空气治理方案，望对今后室内PM2.5污染治理提供一定参考。

作者简介：王阳（1981-），男山东济南人，本科，国核电力规划设计研究院工程师。