有了一個具有某個CADR值的空氣凈化器，我怎么能知道這臺凈化器會讓我家里的空氣變好呢？

這個可以算數(shù)，數(shù)字是不會騙人的。

新國標(biāo)里面給出了一個簡化的室內(nèi)顆粒污染物濃度動態(tài)平衡模型，圖示如下：

 

 

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

這里需要再次強調(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說，具有某CADR值的空氣凈化器，等價于一個提供等量的絕對潔凈空氣，用來稀釋室內(nèi)污染物的進(jìn)風(fēng)口。

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

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識別了這些途徑之后，就可以得知，對于任意時刻，室內(nèi)空氣顆粒物濃度的變化速率，就是這五個途徑加加減減形成的動態(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，污染的速率減去凈化的速率，就是這個時刻室內(nèi)空氣顆粒物濃度的變化速率，如果是正值，就說明室內(nèi)空氣顆粒物濃度在上升，室內(nèi)空氣質(zhì)量在變差，反之則說明室內(nèi)空氣質(zhì)量在變好。

對于一個固定房間來說，如果外界條件不再變化，那么房間中將形成一個動態(tài)平衡，就是凈化速度與污染速度持平，單位時間內(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，也就是以上五個途徑中，兩個污染途徑的速率之和與三個凈化途徑的速率之和相等。

由于重度霧霾的情況下，室內(nèi)顆粒物的主要來源為外界滲入，而示意圖中標(biāo)記為4號的室內(nèi)污染源因房間而異，較難量化，不方便進(jìn)行理論計算，因此在這里直接忽略不計，所以前面描述的動態(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，而自然排出則是滲入的反過程，此處穿透各種縫隙的穿透系數(shù)沒有影響，因為只要排出去，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。

這個動態(tài)平衡則可以用一個等式表達(dá)，然而這個等式乍一看也還是沒有什么意義，經(jīng)過變形可以得到一個比較有趣的等式：

 

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，最終是一個百分比，1減去這個比例，就是這個房間的防護(hù)系數(shù)。

比如說室外顆粒物濃度是100微克/立方米，室內(nèi)經(jīng)過凈化器持續(xù)凈化的濃度達(dá)到了10微克/立方米，那么這個比例就是10%，此時這個房間的防護(hù)系數(shù)就是1-10%=90%，等價于一個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)，分母則是三個清除顆粒物的途徑所對應(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)。

對于穿透系數(shù)，自然沉降系數(shù)，換氣系數(shù)，國標(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，層高按照2.4米估算，同時令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：

 

用這個等式畫出來一條曲線圖的話，就可以更直觀地看出清潔系數(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。

 

通過前面的數(shù)學(xué)計算，得出了一個結(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)沒有空氣凈化器的時候，防護(hù)系數(shù)為40%，意味著此時室內(nèi)空氣中顆粒物濃度為室外濃度的60%。然而這個數(shù)字不太符合實際情況，一般來說室外有霧霾的時候，室內(nèi)如果沒有空氣凈化器參與，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，因為室內(nèi)有人員活動以及一些氣流，加之滲入室內(nèi)的多以難以沉降的細(xì)顆粒物為主，因此在實際情況中，自然沉降幾乎可以忽略不計。經(jīng)過修正的公式，變成：

 

繪制相應(yīng)曲線如下圖：

 

此時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)驗比較符合，基本可以認(rèn)為是一個比較符合實際的模型。

圖中的紅線是90%防護(hù)系數(shù)的位置，類似于口罩的防護(hù)等級達(dá)到A級，這條線可以當(dāng)做室內(nèi)防護(hù)系數(shù)的合格線，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實測的防護(hù)系數(shù)對比。由于AQI這個參數(shù)不是線性的，在50以下的部分會比顆粒物濃度偏大一些，所以這個結(jié)果基本上就是做到了90%的防護(hù)系數(shù)。

這個防護(hù)系數(shù)對應(yīng)的清潔系數(shù)在10左右，這也是為什么在選購空氣凈化器的時候，應(yīng)該按照使用面積乘以10來計算所需的CADR（注：建議一個房間配一臺空氣凈化器。如果一臺凈化器同時用于多個房間，即便CADR與實際適用面積符合，效果也會打折扣）。超過這點之后，清潔系數(shù)的增長帶來的防護(hù)系數(shù)增長就非常緩慢了，沒有太大意義。

所以說，身處一個開啟了足夠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)于帶了一個基本沒有防護(hù)作用的普通口罩。

經(jīng)過前面的理論推算，就可以得出一個比較確切的結(jié)論，空氣凈化器在霧霾天確實能改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，只是選用時一定要注意使用面積和CADR值的匹配。這點我會在接下來的文章里詳細(xì)談到。

對于室內(nèi)氣態(tài)有機物污染來說，其實道理是類似的，只不過輸入輸出途徑不同。增加的途徑只有一個，就是裝修材料，家具材料的釋放，清除的途徑則有兩個，一個是空氣凈化器的清除作用，另一個是向室外擴(kuò)散的過程。最終計算完成的曲線也應(yīng)該與前面的曲線類似。

然而甲醛釋放量和很多因素有關(guān)，比如說溫濕度，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了。只需要記得一個結(jié)論，使用空氣凈化器會極大地提升防護(hù)系數(shù)，不過提升到一定程度之后提升效果就沒那么明顯了。

值得注意的是，這個公式中還有一個重要參數(shù)——換氣率。這個參數(shù)對應(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)沒辦法提高時，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手段。

所以說，應(yīng)對霧霾，在家靠空凈，出門靠口罩。這句話不僅僅是說起來工整，也確實是有其實際意義的，室內(nèi)開啟足夠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別的保護(hù)，卻不需要忍受口罩帶來的種種不適，是健康性和舒適性的有機結(jié)合。