论文 | 空气净化器用于抗击新型冠状病毒肺炎疫情的评价与思考

引言

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）肆虐全球，截止到2020年8月1日，全球感染COVID-19的人数已超过1 798万，死亡人数超过69万。世界卫生组织和各国权威专家推断，新型冠状病毒（2019-nCoV）不会随室外气温升高而消失，2019-nCoV将与人类共存，COVID-19随时可能再次暴发，因此如何防护COVID-19各国十分重视。在诸多防疫措施中，空气净化器是一种期望值甚高的设备。对于防护COVID-19，钟南山院士建议有条件的应考虑安装专业的空气净化器。何为“专业的空气净化器”？COVID-19疫情以来，国内外已有多家空气净化器厂家相继推出了据称可以去除2019-nCoV的空气净化器，并陆续投入防疫第一线。这些空气净化器是否称得上是“专业的空气净化器”2019-nCoV的去除效率是否真能达到99%甚至更高？值得深入探讨。

现有的空气净化器标准，制定之初并未考虑如何去除流行性疾病病毒，对于微生物（包括细菌和病毒）的去除在标准中如何界定一直存在分歧，由于相关标准中缺乏这部分内容，因此用于抗击COVID-19的空气净化器的性能测试只能依据现有标准进行，其主要评价指标如下。

GB/T 18801—2015《空气净化器》第5.7条规定：净化器对微生物的去除性能应符合GB 21551.3—2010《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能空气净化器的特殊要求》的要求。GB 21551.3—2010第4.2.1条规定：“空气净化器的除菌性能应达到下述要求：在模拟现场和现场试验条件下运行1 h，其抗菌（除菌）率大于或等于50%”；第4.2.2条规定：“空气净化器的抗菌性能应达到GB 21551.2—2010中的相关要求”；第4.2.3条规定：“空气净化器的净化材料应能更换或再生、净化装置应能够清洗和消毒”。GB 21551.2—2010《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能抗菌材料的特殊要求》第4条规定：“抗细菌材料：抗菌率大于或等于90%，同时符合GB 21551.1—2008中附录A2.3的要求；抗霉菌材料：防霉等级为1级或0级；抗细菌/霉菌材料：抗菌率大于或等于90%，同时防霉等级为1级或0级”。

GB/T 18801—2015并未给出去除微生物的种类，但是要求净化器对微生物的去除性能符合GB 21551.3—2010的要求，GB 21551.3—2010规定微生物的试验用菌为白色葡萄球菌8032或其他适用非致病性微生物。GB 21551.1—2008《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能通则》给出的试验用菌为金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏菌。国内多个检测单位检测净化器对微生物去除性能时，试验用菌参照卫生部《消毒技术规范》（2002）选用，该技术规范给出的试验菌种为金黄色葡萄球菌ATCC 6538、铜绿假单胞菌ATCC15442、大肠杆菌8099、枯草杆菌黑色变种ATCC9372、白色葡萄球菌8032。目前国内空气净化器去除微生物检测基本上执行JG/T 294—2010《空气净化器污染物净化性能测定》，按照JG/T 294—2010第E.2.3条规定：“对于空气净化器的检测，使用大气自然菌作为污染源，不进行人工发生”；同时根据GB 21551.3—2010第A.3.2.1条规定，空气净化器试验用菌为白色葡萄球菌，所以国内诸多检测报告给出的微生物去除效率均为自然菌（白色葡萄球菌）去除效率。

GB 36893—2018《空气净化器能效限定值及能效等级》和HJ2544—2016《环境标志产品技术要求空气净化器》对微生物去除都没有技术要求。

GB/T 18801—2015第5.3条规定：“净化器针对颗粒物和气态污染物的洁净空气量实测值不应小于标称值的90%”；GB 36893—2018第6.1.1.1条规定：“空气净化器的颗粒物洁净空气量试验按照GB/T 18801—2015中附录B规定的方法进行，用CADR表示，结果保留整数位”。

GB/T 18801—2015规定，颗粒物的洁净空气量试验时用香烟烟雾作为颗粒污染物的尘源（例如：红塔山牌经典150），焦油量为8 mg，以粒径0.3 μm以上的颗粒物总数表示。GB 21551.3—2010规定的可吸入颗粒物是指悬浮在空气中空气动力学当量直径小于等于10 μm的颗粒物。测定试验舱内的初始浓度后，颗粒物浓度连续测定时间为20 min。

除洁净空气量外，GB/T 18801—2015还给出了累积净化量Mk的评价标准。累积净化量是空气净化器在额定状态和规定的试验条件下，针对目标污染物（颗粒物和气态污染物）累积净化能力的参数，表示空气净化器的洁净空气量衰减至初始值50%时，累积净化处理的目标污染物总质量。净化器对颗粒物的累积净化量的评价按表1区间分挡。

如上所述，GB/T 18801—2015第5.3条同样适合对气态污染物的去除要求。该标准第6.3条规定气态污染物发生源产生的气体纯度大于99%或二级标气以上。第6.4条规定：“有害物质释放量试验按照GB 4706.45—2008第32章和GB 21551.3—2010第4章规定的方法进行”。GB 4706.45—2008《家用和类似用途电器的安全空气净化器的特殊要求》第32条规定臭氧体积分数应不超过5×10-6；GB 21551.3—2010第4条规定空气净化器本身所产生的有害物质应符合表2的要求。

GB 36893—2018第3.6条对气态污染物净化效率的定义为：“空气净化器在额定状态和规定的试验条件下，在经过推算的等效测试时间运行后，针对气态污染物的净化能力的参数；表示空气净化器在标称的适用面积工况下运行1 h后，对气态污染物的净化效率”。GB 36893—2018选定的特征气态污染物为甲醛、甲苯、二氧化硫、二氧化氮和氨，标准值参考的是GB 18883—2002《室内空气质量标准》，如表3所示。全部采样时间为60 min。

净化器对气态污染物的累积净化量的评价按表4区间分挡。

国内疫情中部分空气净化器的性能分析

A公司推出了称为“新冠病毒猎手”的KXJFA300-A01型空气净化器（以下简称A公司产品），该空气净化器采用了3项相关技术：H13级别的滤网、CEP等离子体恒效净化技术和能产生56 ℃并持续加热的控温系统。

2020年2月20日至3月6日，广州呼吸疾病研究所医药科技有限公司完成了A公司产品对冠状病毒HCo-V229E的杀灭试验。试验是将载体片裁剪成一定尺寸，清洁灭菌后，载体片上均匀滴加病毒悬液，置于空气净化器内并固定，开启净化器60 min后检测载体片上的病毒。试验设对照组，重复3次，试验结果表明杀灭率为99.99%。表6显示了A公司产品在规定设置下对冠状病毒的杀灭作用和杀灭负对数值。

2020年2月28日中国科学院气溶胶化学与物理重点实验室对使用A公司产品的武汉金银谭医院CT室采集到的空气净化器运行1 h前后的空气样品进行了试验，试验结果表明灭杀率为99%。

但上述试验方法和试验结果值得商榷。A公司在其宣传资料中提到：CEP等离子体恒效净化技术是“利用高压电离技术在发生极产生等离子体破坏细菌的细胞壁、病毒的蛋白质，杀灭细菌和病毒”；但是同时说明：“新型冠状病毒对光和热敏感，56 ℃ 30 min、乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸等脂溶剂均可灭活病毒。应用智能控温系统的基于目标值的表面温度控制技术能够使整个滤网表面均匀且持续维持在56 ℃以上高温，从而达到杀灭新型冠状病毒的目的”。根据上述检测结果，需要讨论的并非是等离子体去除了冠状病毒还是56 ℃以上高温去除了冠状病毒，而是由于空气净化器需要作用60 min才能达到99.9%和99%的去除率，这种空气净化器是否真正能起到去除病毒的效果。

疫情期间有人15 s被2019-nCoV感染，中华医学会感染病学分会主任委员王贵强认为，对于2019-nCoV，别说15 s，2 s也会造成传染。因此对于运行60 min的去除率必须分析采用的是哪种技术，如果仅仅是依靠等离子体和电加热滤网，恐怕难以胜任。病毒的半衰期就是病毒量减少到一半需要的时间，虽然部分SARS-CoV-2在气溶胶中可以存活长达3 h，但是如图1所示，SARS-CoV-2在气溶胶中的半衰期约为1.1~1.2 h，即1.2 h后病毒量已经减少50%。高福院士接受央视采访时称，2019-nCoV是一种囊膜性病毒，对体外环境很不适应，不到0.5 h就死亡，但是环境里面会有一些活体细胞，病毒在活体细胞中存活时间会变长。由于无标准可依，病毒检测并未考虑空气中冠状病毒的自然衰减率，所以净化器运行60 min才能达到99%以上的去除率也就大打折扣。2019-nCoV需要在56 ℃以上高温下30 min才能灭活，而携带冠状病毒的空气通过电加热滤网时，在电加热滤网上能滞留多长时间是可想而知的。如今存在多种消毒技术，是否还需要采用加热的方法？其合理性也是值得商榷的。

A公司产品据称采用了医用级杀毒除菌净化技术，实际上也就是采用了等离子体净化技术，并在空气过滤器前增设了活性炭。

2020年2月13—16日，在中国科学院气溶胶化学与物理重点实验室进行了A公司产品净化室内空气中20~700 nm粒径颗粒物的试验。试验结果表明：净化器对粒径20~700 nm颗粒物的去除效率为96.99%。此外，北京某公司也对A公司产品作了测试，在35 m3房间内对粒径>1 μm的颗粒物（浓度1.5×104个/L）进行了净化试验，结果4.4 min后颗粒物减少到零。由于上述试验并未按照GB 18801—2015《空气净化器》进行，所以该A公司空气净化器的颗粒物CADR未见有权威检测报告，在A公司官方网站上显示KXJFA300-A01空气净化器的颗粒物CADR为302 m3/h，但是在A公司更多销售网站上标注的颗粒物CADR只有75 m3/h，差异明显，原因不详。

A公司产品的额定功率为68 W，最大功率却高达1 940W，事实上除了风机和等离子耗电之外，主要耗电应只有电加热滤网。如果按最大功率计算，显然根据GB/T 18801—2015该空气净化器的净化效能指标无法达到。

国内公开了冠状病毒杀灭试验结果的另一家公司为B公司。该公司空气净化器采用了AOP-KF固体碱。该固体碱是由二氧化硅、沸石、硅藻土、海泡石、蒙脱石及三氧化二铝等无机多孔材料或堇青石、莫来石蜂窝陶瓷作为载体，浸渍亚氯酸纳稳定液或二氧化氯稳定液，干燥而成。该材料经紫外线灯照射（A，B，C三波段均有效），产生气相自由基·OH，·CIO2，·HO2，·O等活性粒子并诱发链式反应，能迅速灭活病毒、细菌和霉菌等微生物性污染物，去除甲醛等化学性污染物。2020年3月25日，广州中科检测技术服务有限公司对B公司AOP-KF固体碱在规定设置下对冠状病毒HCo-V229E的灭活作用进行了检测，检测结果见表7。

对B公司产品所做的试验方法和检测结果的讨论：1）测试方法是称取一定质量的固体碱样品备用，滴加病毒悬液，分别作用60，120，360 min后检测载体片中的病毒。试验结果表明6 h后病毒被去除。B公司产品采用了3种过滤器：粗效空气过滤器、固体碱空气过滤器和高效空气过滤器。由于HCo-V229E是附着在固体碱上6 h后才被灭活的，如果携带HCo-V229E的空气通过粗效空气过滤器后再通过固体碱空气过滤器，那就必须保证绝大部分HCo-V229E被阻断在固体碱空气过滤器上，这样才会有效（类似于H13高效空气过滤器的效率99.95%）；如果携带HCo-V229E的空气通过粗效空气过滤器后，先通过高效空气过滤器，那么绝大部分HCo-V229E会被高效空气过滤器阻隔，固体碱空气过滤器的灭活效率将大大降低。2） GB 21551.3—2010第4.2.1条规定：“空气净化器的除菌性能应达到下述要求：在模拟现场和现场试验条件下运行1 h，其抗菌（除菌）率大于或等于50%”，由表7可以看出，B公司产品并未达到标准的规定。

疫情期间，C公司向60余家防疫定点医院捐赠600台静电空气净化机，这些净化机直接在用于救治COVID-19患者的感染病房。图2为C公司静电空气净化器（以下简称C公司产品）示意图。

2020年3月3日，C公司产品（型号TD1000）在广州中科检测技术服务有限公司完成了空气现场试验。试验只测试了产品在开启臭氧发生器和不开臭氧发生器时白色葡萄球菌灭活率和自然菌的消亡率，其中白色葡萄球菌灭活率，开与不开臭氧发生器分别为99.99%和99.95%；自然菌的消亡率，开与不开臭氧发生器均为97.3%和94.3%。C公司产品要求臭氧发生器在疫情期间的医院中应连续使用，但是GB 21551.3—2010规定空气净化器臭氧质量浓度（出风口5 cm处）应小于等于0.1 mg/m3；GB/T 18202—2000《室内空气中臭氧卫生标准》规定，臭氧浓度以时间平均浓度表示，1 h平均最高容许质量浓度为0.1 mg/m3；ASHRAE则声明不能使用故意排放臭氧的空气净化器，美国环保署（EPA）也提出了同样的要求。

从2020年6月起，生态环境部在全国组织开展了夏季臭氧污染防治监督帮扶工作，全面推进挥发性有机物有效治理和精准控制。因此C公司的“静电净化机的臭氧发生器在疫情期间的医院中应连续使用”措施的合理合法性值得商榷。

由于臭氧浓度超标对人体支气管和肺部有损伤，所以对于C公司生产的空气净化器的臭氧浓度超标问题网上热议，上海市空气净化器产品质量监督抽查结果显示，C公司产品臭氧超标。将这种空气净化器用于医院收治COVID-19患者的救治工作受到媒体的质疑。

D公司是一家美国公司，据称该公司的空气净化器在中国的医疗系统已经大量使用，并在医院手术室和ICU病房等长期使用，目前在各大COVID-19患者隔离区域应用。

D公司的空气净化器是目前唯一无需耗材的净化设备，所采用的实际上是一种光催化技术，但比传统的光催化技术性能有所提高。D公司产品经中国人民解放军军事医学科学院检测中心检测，白色葡萄球菌的灭活率为99.98%~99.99%，自然菌消亡率为93.31%~95.52%；经中国疾病预防控制中心监测，净化器在开机运行1 h后臭氧质量浓度为0.042 mg/m3，远低于国家标准的限值。该产品在美国进行了H1N1流感病毒的灭活率试验，效率大于99%。由于D公司产品未进行过2019-nCoV灭活试验，因此仅依据上述检测结果认为可为“各大新型冠状病毒隔离区域保驾护航”似不严谨。

“2020年首批具有除病毒能力空气净化家电优势产品”测试试验，是在密闭的、容积30 m3舱及10 m3舱（针对小区域用净化产品）进行的，测试时间为1 h，所有产品的病毒去除率都大于90%，其中3/4在99%以上。本次试验毒株选择的是噬菌体病毒及H1N1病毒，二者粒径都在0.1 μm左右，都是低毒性、有一定代表性和可操作性的病毒。根据2006年卫生部发布的《人间传染的病原微生物名录》，上述2种病毒分别对应的生物实验室级别为BSL-1和BSL-2，这两个等级生物实验室都是常见的。对于2019-nCoV及SARS病毒，至少应在BSL-3及以上级别实验室进行测试。BLS-3实验室全国只有40多个，BSL-4实验室全国仅有个位数，这些级别实验室不属于家电领域。

表5中序号5~11公司的空气净化产品大多是依靠高效空气过滤器阻断病毒的。H13高效过滤器作为除病毒空气净化器存在的问题是：1）虽然都标注为H13高效过滤器，如表5所示，但过滤效率并不同，有相当一部分并未达到H13规定的最低效率99.95%；2）采用的是阻断病毒技术，所以绝大部分产品只是从空气中阻断病毒，而没有去除病毒；3）采用的试验毒株并不是2019-nCoV，所以在COVID-19疫情期间推出所谓“具有除病毒能力的空气净化器”会误导用户将这些空气净化器用于抗击COVID-19疫情中；4）大部分产品采用国外公司技术，这些产品的真实性能有待国内权威机构验证。

疫情中的空气净化器

空气净化器作为一种家用电器，其功效无论是国内外标准还是实际应用均限定为对家庭或办公建筑室内空气环境的保护。COVID-19暴发后，各国加快了包括疫苗在内的多项技术的研发工作，空气净化器作为一种空气净化产品是否可以用于抗击COVID-19，虽然最初争论不休，但是随着产品技术的改进，空气净化器开始用于抗击COVID-19。美国环保署认为：“正确使用空气净化器可以帮助减少空气中的污染物，包括居家或密闭空间中的病毒。但是，仅靠空气净化器本身不足以保护人们免受COVID-19的侵害。与疾病预防控制中心建议的其他最佳设施一起使用时，空气净化器可以成为保护自己和家人计划的一部分”。ASHRAE 2020年4月14日在《关于传染性气溶胶的立场文件》中指出，非医疗建筑的HVAC系统运行时，需要考虑进行相应变化，应添加带高效过滤器的便携式房间空气净化器。2020年5月ASHRAE流行性疾病工作组发布的《卫生保健指南》将空气净化器列为COVID-19疫情期间“有助于减轻疾病传播的空气净化选项中的有效技术之一”。最近几个月国际上发表了数十篇有关空气净化器用于抗击COVID-19的文献，同时网上就这一问题的讨论十分热烈。国内一篇有关空气净化器用于牙科诊所的论文引起了关注，作者认为空气净化器可以显著去除牙科诊所空气中的气溶胶，从而使牙科医生接触气溶胶的概率减小。由于权威机构和专家的推荐及抗疫形势所迫，在标准相关内容空白之时，大量名不副实甚至有害人体健康的空气净化器陆续进入国内外医院和市场。建议尽快出台相应的标准，开发出真正的医用空气净化器。

目前国内空气净化器标准与国际和国外标准对净化器的适用范围均定为“家用和类似用途”，并未对病毒或其他病原微生物提出去除率的要求。在COVID-19疫情期间，诸多空气净化器生产厂家纷纷推出“可杀死新冠病毒”的空气净化器，并投入各大医院。GB 18801—2015《空气净化器》在适用范围中明确规定：“本标准不适用于专为医疗用途设计的净化器”。令人遗憾的是，不但生产厂家未执行这一条规定，国内诸多检测单位提供的检测报告还为这些产品进入各大医院提供了依据。可以发现有一部分检测单位并未获中国实验室国家认可委员会（CNAL）认可，因此检测报告也缺乏合法性和权威性。作为一种家用产品，除了电气性能外，其他性能即使没能达标，由于不会危及人体安危，所以国家不会根据抽检结果决定商品是否下架，影响到的只是产品的销售。但是，作为疫情期间和今后用于医院的去除病毒的设备，这些空气净化器除了违反了国家标准适用范围的规定外，更重要的是这些产品不但无法完全去除病毒，而且可能危及人体安危，必须加以禁止。

为使空气净化器能成为一种抗击COVID-19疫情的设备，国内外采用的方法是改进和提高现有空气净化器净化元件的性能，其中主要研发的就是高效过滤器（HEPA）和紫外线杀菌灯。

对于COVID-19疫情中的HVAC系统，ASHRAE要求增强空气过滤（在人员密集或风险较高的场所采用比标准中最低试验效率级别更高的空气过滤器），并将此要求列为A类技术（强烈建议，证据充分）；同时ASHRAE说明HEPA可以安装在HVAC系统中的高效空气净化器中，HEPA的最低效率为99.97%，其效率高于MERV16空气过滤器。如表5所示，疫情期间H13高效空气过滤器成为阻断2019-nCoV关键设备之一。H13是按照欧洲标准确定规格，表8给出了相应的高效过滤器和超高效过滤器的国际标准、美国标准和国家标准分级体系。空气净化器生产厂家应遵照标准规定的最低效率和试验方法给出本公司产品采用的高效过滤器类型和性能，不能简单地用“H13”一笔带过。

近年由于雾霾导致空气污染，PM2.5的净化效率成为各空气净化器厂家的主要卖点之一。HJ 2544—2016规定了去除PM2.5的净化要求。APIAC/LM 01—2013《室内空气净化器净化性能评价要求》将净化PM2.5洁净空气量作为表征空气净化器对固态颗粒物的净化能力。疫情期间，各国医学界发现很多COVID-19病人死于其他疾病的并发症。2019-nCoV作为一组冠状病毒，有包膜和直径60~140 nm的圆形或卵形颗粒，常具有多态性，ISO 16890给出了空气中可吸入颗粒物的分类，对人体危害最大的是粒径0.1~1 μm的颗粒物，其中0.25~0.50 μm的颗粒是引起心血管疾病的原因之一，而更小的颗粒可能损伤神经系统，所以COVID-19疫情期间发表的多项研究报告均表示不宜将PM2.5作为表征医院用空气净化器净化能力的颗粒物直径，而应以PM0.3，甚至PM0.1替代。

驻极体静电过滤材料（俗称PP（聚丙烯）熔喷材料）是医用口罩主要的过滤材料，在疫情期间需求量暴增。因而众多空气净化器生产厂家采用这种过滤材料制造空气过滤器。这种材料的过滤效率虽然大于99%（即所谓“99料”），但是其最大的缺点是静电效果会随着时间而衰减，同时遇湿后静电效果会急剧下降，所以材料不宜水洗。不过近年来驻极体静电过滤材料的性能有明显提升，其静电效应较过去延长了几十倍，目前对PM0.1的过滤效率已达到94%，阻力只有30 Pa，因此有希望继续作为空气净化器的一种过滤材料。由于驻极体静电过滤纤维的平均直径为1~5 μm，而COVID-19的直径为60~140 nm，所以驻极体静电过滤器阻断COVID-19的功能主要还是靠静电吸附。鉴于驻极体静电过滤材料存在的上述缺点，2020年一种新的纳米纤维材料应运而生，其主要特点是纤维的直径从微米级减小到纳米级。实验表明这种材料对0.3 μm的颗粒物的过滤效率可以达到99.999%，更关键的是由于在纳米纤维制造过程中加入了纳米级可杀灭病毒的材料，最近的实验结果表明，杀灭病毒的效率已达到99.93%，这种材料已经成功应用在N100口罩上，其过滤效率明显高于国标的99.97%，采用这种材料的空气净化器有望用于抗击COVID-19。

COVID-19疫情期间净化技术的另一项重大突破就是C波段紫外线（UV-C）灯。根据报道，一种高能UV-C灯在美国国立卫生研究院（NIH）完成了对COVID-19病毒的杀灭试验，结果表明，可以杀灭99.999 9%的病毒。这项研究是在一个受控的实验室环境下对N95口罩和钢表面进行的。这种UV-C灯由于采用了晶片纳米创新技术和核心专利冷却技术，使得照明强度提高了10.7倍，从而大大提高了UV-C灯效率和功效，同时通过提高照明强度缩短了消毒时间和增加了有效距离。国内UV-C灯虽然也用于医院消毒，但是由于光照强度较小、寿命较短（一般低于1 000 h）、可能有臭氧发生，所以国内这一技术如果用于空气净化器尚需要提高。

空气净化新技术的突破，有可能使得空气净化器这种原来被普遍认为无法杀灭COVID-19的家电产品升华为钟南山院士建议的专业空气净化器，在抗击传染性疾病大流行中起到一定的作用。但是正如美国环境保护署所指出的那样，现阶段空气净化器只能作为其他暖通空调系统的辅助手段，同时必须注意空气净化器所安装位置，不能影响通风空调系统合理的气流组织。有实例证明，通风空调气流有可能成为一种传播2019-nCoV的途径，必须高度警觉。

结论