大型户外空气净化装置

• 通过 Peter Crona & Flora Crona
• December 10, 2020
• 科技视点

政府和城市通过对于污染源的集中关注成功地改善了空气质量。减少流动的汽车，利用更多的再生能源，禁止危险化学品的使用，开创绿色工厂，这些都对空气净化产生巨大的影响。欧洲环境署曾经发表过一份报告[1]，在报告中可以清楚地看到欧盟28国是如何减少污染物排放量的。

图1是报告[1]中第31页的截图，显示随着时间推移，多种空气污染物排放量的图表。

可惜的是，并非所有的地方都在改善。最近的一份报告[2]指出，美国PM_2.5细颗粒物浓度在2016年到2018年之间增长了5.5%。这也引申出了另一个论点，此期间PM_2.5细颗粒物浓度的增长与9700例额外的过早死亡有着密切的关系。

图2是报告[2]中第14页的截图，显示PM_2.5细颗粒物在其他年份和2016年相比之下的百分比变化。

中国在2014年宣告与空气污染的战争正式打响[3], 尤其是在一些大城市，与空气污染的抗争正在稳步进行中[4].

目前全世界正在采取多种措施来减少污染物的排放，然而这需要更多的时间来实现目标。那不如我们转移关注点到一些能够产生更直接效应的方式上，即大规模户外空气净化装置。

全世界各地的范例

请注意，我们这次并未根据其是否是象征性的（如提高环保意识）还是功能性的，如确实尝试改善空气质量而选择出来的范例。我们也没有基于任何正式标准对范例进行系统的搜索。本篇文章可作为对一些范例高层面的探索。

中国

有两个特别著名的范例，比较小的一个位于北京，而相对大型的一个位于西安。

北京空气净化塔

图鉴请阅 https://www.studioroosegaarde.net/project/smog-free-tower

北京空气净化塔高7米，功耗1170瓦，由Roosegaarde工作室设计并于2016年投入使用[5]。净化塔每小时可以净化30000立方米的空气[6]。 根据参考文献[7]可知，整套系统不使用过滤器，而是使用创新式离子净化技术装置。该技术使空气中的雾霾颗粒带正电，并使它们附着在带负电的表面上，从而实现空气过滤净化并将雾霾颗粒物收集起来。

根据参考文献[8]发现，北京空气净化塔曾被质疑其实际有效性，大家疑问它是否真的能够生产出干净的空气气泡，并让在净化塔附近的人们切实受益。而在文献中的报告显示，距离净化塔5米处的PM_2.5细颗粒物测量值为89，距离净化塔100米处的PM_2.5细颗粒物测量值则为109。由于数据显示其效能的有限性，该塔已经被中国环境新闻工作者协会更名为雾霾警示塔。

我们认为应该相对而言。鉴于户外空气净化一直是一项艰巨的挑战，如果该塔确实将5米范围内的PM_2.5细颗粒污染物降低了20mcg/m³，我们仍会为此深受震动。特别是考虑到该塔并没有使用任何过滤装置。因此，在这种情况下，我们认为塔的效能是不错的。当然，我们自然也希望它能够让人们受益更多。

北京空气净化塔的设计方Roosegaarde工作室还为北京的共享单车公司Ofo设计了一款内置空气净化器的自行车。根据参考文献中的图片显示，他们在自行车的前部简易地安装了一个过滤器，并将其倾斜一定的角度，以便将净化了的空气引向骑车人的头部方向[9]。

西安大型太阳能城市空气清洁系统（又称除霾塔）

图鉴以及详细的系统解释图请阅 https://www.antarcticajournal.com/air-purifier-in-xian-china/

西安除霾塔几乎堪称目前世界上最大的空气净化装置。事实上，它是未来设计人员将要建造的500米高的除霾塔的缩小版[10]。关于这座除霾塔的实际高度，有些争议，一些资料显示它约100米高[10]，而其他一些资料将其置于60米高[11]。鉴于除霾塔项目研究负责人曹俊基（音译）的文献[11]数据，我们便认为其约60米的高度。无论哪种情况，我们都深感震撼。文中还指出除霾塔于2016年完工。

如果你对更多细节感兴趣，我们建议你阅读文献[11]。如果你对整个系统的理念感兴趣，可以参阅除霾塔的简介。在简介的下面还有很多有趣的信息。

与北京那个小型空气净化塔不同的是，西安除霾塔既不使用风扇（事实上内置还是有些风扇，以防太阳能不充足的情况下能够正常运转）也不使用离子净化技术。除霾塔主要在其底部利用太阳能对空气进行加热，这时整个塔类似一座烟囱，促使热气流在烟囱中上升。接着，这股气流推动被污染的空气通过内置的过滤网，从而滤除掉空气中的各种污染物和杂质。

塔身上建有四个进气口，因此对于不同的区域（北、南、东和西）可以放置不同的过滤器。西面的过滤器是由唐纳森公司制造的。东面的过滤器是国产的。北面使用的是3M生产的大风量高效能过滤器。南面并未使用任何过滤器，至少在测试阶段并没有安装任何过滤装置。

四个方位上设有卷门，用于控制每个方位的进气口是否被打开使用，这样便也能控制被污染的空气通过哪些过滤器。

印度

印度在德里已经安装了一个小型的空气净化塔，还正计划建造一座新的。在印度，他们尝试了一些有趣的空气净化措施，比如一家公司在马拉松期间曾试图用无线电波来净化空气。另外，印度还试着用水炮来净化空气。

Lajpat Nagar市场里的除霾塔

图鉴以及更多有趣且具批判性的信息请阅https://healthpolicy-watch.news/indian-clean-air-advocates-bitterly-critical-of-supreme-court-decision-pushing-questionable-smog-tower-technology/

这座小型的除霾塔旨在为Lajpat Nagar市场附近的人们净化空气。关于这座除霾塔的更多详情比较难搜索到，但是根据文献[12]和[13]，得知该塔高6米，可以净化多达600000立方米的空气，或者可以净化周长达750米范围内的空气。此外，据称可以去除近80%的PM_2.5细颗粒物和PM10颗粒物。然而，我们未能找到任何有关该塔使用哪种过滤器的详细信息。

康诺特广场里的除霾塔

不幸的是，比较难找到有关这座除霾塔的详情，并且该塔尚未建成。然而，2020年10月9日发表的一篇报道称致力于在10个月内将该塔建完[14]。我们也未能找到该塔计划使用的净化技术的相关报告。从文献[14]中大概得知该塔将从顶部吸入受污染的空气，并从底部吹出。在文中有提到该塔可能会使用H14级别的HEPA过滤器，以及活性炭和前置过滤器[14]。

根据文献[15]所知，塔的高度还未决定，但有提到20米这个参数。文中还提到了一些令人惊讶的说法，期望在逆风200米处和顺风1千米处能减少50%的空气污染颗粒物。

当然，我们不会过于相信这些细节，因为信息并非源自官方，且相关陈述略含糊不清，方有点大跌眼镜之感。

技术

上述范例多数使用了不同类型的过滤器或者离子净化技术，然而，还有一些其他有趣的技术在被运用着。

脉冲射频能量技术

在印度使用的这个范例有点突出。根据文献[16]显示在半程马拉松比赛期间，无线电波曾被用来减少空气污染。然而，文中就比赛中使用该技术及其实际效果方面进行了讨论并存在很多争议，同时，还提出了安全方面的考虑。

在如此大规模范围内使用这项技术似乎并没有相关证明其有效性。话虽如此，但如果这项技术真的能够正常运转并且安全有效，那将会带来非常可观的成果。制造商发布了一个描述该技术的网站供参阅[17]。

TiO₂钛白粉涂料技术

钛白粉作为一种光催化剂已被广泛用于空气净化。同时，建筑物[18]和道路也常用钛白粉分解污染物来净化空气，比如NO_x氮氧化物[19]。这个想法确实是一个不错的开端。

想象一下，如果我们能够在为道路或者建筑物粉刷的同时就能有效地净化空气。目前有很多研究正在探索如何改善以钛白粉为主的光催化剂，比如文献[20]和[21]中的两个范例正是研究如何延长其运作波长，从而使其不仅适用于紫外线，也适用于可见光的典型例子。这对于帮助设计过滤VOC挥发性有机化合物、NO_x氮氧化物和其他气体的空气净化器是极具潜力的技术，尤其比如在HEPA过滤器无法有效抵抗的时候。同时，希望这项技术在户外使用时也能提高效率。

空气净化面板技术

图鉴请阅 https://purcity.com/products/gaps/

这是一个有趣的概念，它将建筑物本身作为一个空气净化器。GapS[22]面板是一种以双层立面为设计基础的产品。根据制造商的阐述，这些面板会被安置在建筑物现有立面上的外部。面板上设有感应器，可以在必要时释放出已收集的雨水进行自我清洁。双层立面间存有缝隙供气流生成，从而产生烟囱效应。除了制造商提供的有关GapS信息，我们并没有找到任何相关这项技术的信息。使我们感到震惊的是，制造商声称GapS技术可以去除CO₂二氧化碳、VOC挥发性有机化合物以及PM_2.5/PM₁₀颗粒物。由于缺乏该主张的证明，也并未能找到有关现存已安装装置的信息，这个说法有点难以信服。不过，这个想法还是很新趣，当然也不是独一无二的，比如在文献[23]中就讨论过不同的外立面[23]。

水炮技术

图鉴请阅http://www.china.org.cn/environment/2014-05/13/content_32367666.htm

为了与空气污染作斗争，水炮技术曾在印度[24]和西安[25]（如是，那个建有大型除霾塔的城市）都被使用过。然而，有些评论[25]声称这项技术并不能有效地去除建筑工地灰尘之外的污染物，尤其对那些更小的颗粒物无效，比如组成PM_2.5的细小颗粒物。

结论

我希望你对这篇有关大型空气净化装置范例及其技术的小小探索而满意。全篇绝非详尽无遗，而旨在让读者对这些技术和想法有些许了解。

也许你，正如我们所想一样，认为把投入转移到从源头上减少空气污染更具意义。确实，大多数户外空气净化技术，尤其是除霾塔，似乎都被批判过。但请记住，我们仍旧需要保持开放的思维，如果想要去评判他人技术的劣处，不如去尽心地帮助他们改善。我们不会因厌恶而赢得胜利。如果没有人去尝试一些别人认之为疯狂的事，那我们又将如何在阻击空气污染这条路上走得更远呢！

References