許多人可能在讀高中物理時會學過理想氣體方程式 PV=nRT,但今天想跟大家聊聊的是另一個有關於混合氣體的方程式,它就是理想空氣淨化方程式:Filtering+Decomposition+Circulation=Fresh air(註:本文之探討範圍係指一般人們活動的室內空間)。這方程式不是什麼偉大的學術發現,只是以比較有趣活潑的方式來跟大家分享我個人多年來使用各式空氣清淨機的經驗以及研究比較空氣淨化技術差異所得出的心得,希望大家記得它。理想的空氣淨化方式應該有下列三個步驟:1. 以最簡單且經濟的方法過濾99%以上空氣中的主要懸浮微粒污染源。2. 採用可分解那些無法被濾網攔截的揮發性有機氣體分子,臭味分子,及微小的致命病毒的淨化技術。3.透過強化空氣對流循環以增加整體淨化效率。根據上述推論得知理想空氣淨化方程式 F+D+C=Fresh air 是:

簡單過濾+有效分解+循環淨化=乾淨空氣

理想空氣淨化方程式

根據理想空氣淨化方程式得出好的空氣清淨機設計應該有下列三個淨化空氣的步驟。

  • 步驟一、去除空氣中絕大多數的懸浮污染物質。

以最環保經濟的方式攔截 99% 以上的細懸浮微粒污染物質,這只需要使用一般 H12 等級以上的 HEPA 濾網(濾淨率99.5%),就能夠輕易達成目標。由行政院環境保護署,空氣品質監測網站中的空氣品質指標(AQI) 可以看出細懸浮微粒 PM2.5 及 PM10 為主要污染來源。再者H12等級的濾網成本遠低於所謂醫療級的H13 HEPA濾網。因此根本無需為了0.9%濾淨濾多花那麼多的成本,並且造成更多的化學纖維污染。一般室內空氣污染再怎麼嚴重,乘上0.5%也都很棒了。之所以我們會覺得開空氣清淨機好像沒有什麼效果,主要是因為一般傳統濾網型空氣清淨機根本解決不了非懸浮微粒的污染源。

  • 步驟二、分解第一步驟無法去除的污染物質。

有效分解是專門為處理第一道濾網無法處理的生物污染與揮發性有機氣體污染物質 VOCs 所設計。處理該類污染源的主要方法有下列三種(本篇不在此探討活性碳之類的特殊濾網,因為它們是耗材且更易造成二次污染故不列入理想空氣淨化方程式所提倡的方法):

  1. 光觸媒:藉由紫外光 ( UVA 波段,無臭氧產生疑慮) 激發光觸媒表面產生活性極強的氫氧自由基以及超氧離子,利用這些自由基與污染物質進行反應氧化還原反應,可快速殺死細菌病毒及分解幾乎所有的有機物氣體分子,徹底淨化空氣。因為所有反應過程僅在光觸媒表面進行並且不會產生任何有害人體的物質,因此是一種非常環保安全的淨化方式。
  2. 臭氧:氧化能力很強,能對細菌的細胞體直接氧化,破壞其 DNA 而達到抑制的效果,亦能與異味分子產生氧化還原作用達到去除異味的目的。臭氧具有強烈的刺激性,吸入過量對人體健康有一定危害。它會刺激和損害深部呼吸道,並損害中樞神經系統,對眼睛有輕度刺激作用。當臭氧被吸入體內後,會迅速轉化為活性很強的超氧自由基(O2-),使得不飽和脂肪酸被氧化,從而造成細胞損傷。
  3. UVC:UVC 照射下可以直接破壞生物 DNA ( 去氧核醣核酸 )及 RNA ( 核醣核酸 )的結構,使得構成該微生物體的蛋白質無法形成,使之死亡或喪失繁殖能力,而除臭的功能主要是利用紫外線光波激發空氣所產生的臭氧來達成。紫外線是一種傷害性射線,由皮膚吸收後會傷害 DNA,當 DNA 遭受破壞、細胞會因而死亡或是發展成不能控制的癌細胞,這就是瘤形成的初期。紫外線已被確定與許多疾病的產生有關;如:曬傷、白內障、皮膚癌、視覺損害與免疫系統的傷害等。
  • 步驟三、增加空氣循環次數可有效提升淨化效率。

良好的空氣對流讓空氣淨化效率可以達到事半功倍,因此挑選可增加空氣對流的產品或是以其他方式增加空氣對流也都是可行的方案。

圖一 理想的空氣淨化流程

為什麼要提倡理想空氣淨化方程式呢?

空氣的淨化應該是簡單經濟環保高效。更何況我們每一個人都值得擁有一台高效率且經濟實惠的空氣淨化器。所以推廣這樣子概念是希望當大家有相同的理念後,有一天市場上會出現這樣美好的產品。除此之外我們也可以從技術、商業、環保等三方面來探討這方程式的可行性。

  1. 技術面來看理想空氣淨化方程式中所包含的技術都是非常成熟的技術 HEPA濾網於二戰期間發明迄今也已經過了幾十年,是最間單頁最普及的淨化裝置。光觸媒材料 TiO2 則是1972年日本人發現的,在經過數十年來的不斷改良後其相關應用技術更是突飛猛進。
  2. 商業面:賣耗材是許多廠商的主要商業模式,經典的案例之一就是印表機的墨水夾,其實墨水夾是可以被重複填充使用的,但廠商將其設計為一次性耗材,用以賺取更多利潤,同時卻為地球製造無數的工業垃圾。HEPA濾網之於空氣清淨機也有相同得問題,現在更有廠商推出各種不同用途的HEPA濾網呢!
  3. 環保方面:你是否發現當我們要更換濾網時,HEPA 濾網上所過濾掉的污染物質明顯少於HEPA濾網本身,甚至是少到只佔微不足道的比例呢?HEPA 濾網回收已是嚴重的環保問題,如何減少使用HEPA濾網得塑料使用量是你我共同必須努力的方向。選擇簡單過濾(>99%)而非極度過濾(>99.95%)才是正解。

我們家的空氣有那麼髒嗎?相信許多人和我有一樣的感覺,在使用純HEPA濾網的空氣清淨機後仍會覺得過敏問題改善不大以及消除臭味能力不理想。現在自己深入理解各種空氣淨化的原理後,才明白其中的道理。因此我認為提倡全新的空氣淨化方案是必要的,理想空氣淨化方程式:簡單過濾+有效分解+循環淨化=乾淨空氣。這個方案是一個可以結合綠色環保、有效分解技術,以及經濟實惠的空氣淨化方案。

總結:

實證方面,儘管目前國內尚無完全滿足此一方程式的相關空氣淨化產品,但仔細搜尋其實有一些空氣清淨機產品已有類似的概念。在原本空氣清淨機上增加風扇功能或是反過來在風扇的基礎上加裝濾網,(例如LG PuriCare 360° /Dyson Purifier Cool™ )就是以第一步驟(Filtering)HEPA濾網為核心技術加上第三步驟(Circulation)循環風扇功能來接近理想空氣淨化方程式,Dyson則是剛好相反,在既有的循環風扇基礎上加上第一步驟(Filtering)HEPA濾網功能。而圓方生活 YFLife AIR6 Plus光觸媒空氣淨化器則是以第二步驟(Decomposition)3D光觸媒分解引擎加上第一步驟(Filtering)簡單過濾的前置濾網,達成近似理想空氣淨化方程式的目標。這些雖然產品未臻完美但也都是一種突破,希望在不久的將來我們很快可以看到根據理想空氣淨化方程式 F+D+C=Fresh air 所設計的空氣清淨機。未來如果有空氣清淨機產品是依據我們的理想空氣淨化方程式來設計的,我會更新此文並跟大家分享。

為什麼沒有理想的空氣清淨機?(待續)