应用科学高效微粒空气过滤器和新鲜空气物理学

新鲜空气吗?更像是充满细菌和粒子的臭气。你呼吸的空气中充满了各种各样的东西，从看得见的灰尘到看不见的(但很臭的)化学物质。这些东西大多是无害的，但有些可能会对你的健康有害，特别是对那些有条件，如哮喘。对这些人来说，缓解症状的方式可以是高效微粒过滤器(HEPA)(根据你问的是谁，它是“高效微粒阻滞剂”或“空气”的简称)，它能过滤掉有害物质，排出干净、有臭味、无尘的空气。

HEPA是美国政府的标准，于1983年首次制定。标准说,获得这个名字,一个过滤器必须获得至少99.97%的粒子大比0.3µm规模(微米或微米),而只有阻碍相对少量的气流。尽管如此，现代空气过滤器设计的进步可以追溯到更早以前:它们背后的技术是为了捕捉二战期间曼哈顿计划(Manhattan Project)制造原子弹时释放的微小放射性粒子而开发的。战后，它被用于工业，并最终在家用设备如空气过滤器、吸尘器和汽车中找到了归宿。

如今，我们在清洁空气的产品中看到了高效空气微粒过滤器，从家用的戴森(Dyson)纯冷空气过滤器，到清洁汽车空气的飞利浦(Philips) GoPure。许多真空吸尘器，比如伊莱克斯精密刷卷清洁器，也使用高效微粒空气过滤器，因为它们会搅动灰尘和污垢，而没有高效微粒空气过滤器，它们只会将这些灰尘喷射回空气中，刺激使用者。

这些高效微粒空气过滤器的工作原理是将空气通过一个过滤屏幕，过滤掉这些污染物。把它们想象成一个筛子，你用它来把蔬菜和煮蔬菜的水分开:蔬菜被筛子夹住，水(或空气)正好通过。虽然在炉子上煮的豌豆很容易用筛子筛到，但空气中的东西就难一些了;HEPA提供了一种方法，来设定空气中“豌豆”被捕获的数量，以及空气通过筛子的速度。

高效微粒空气过滤器是由缠结、扭曲的纤维织物制成的。这些纤维以随机的方式排列，每根纤维向各个方向弯曲，形成一个令人困惑的、扭曲的迷宫，空气必须通过这个迷宫。当粒子通过过滤器时，它们以四种方式被困在这个迷宫中:撞击、筛选、拦截和扩散。

有些会撞到线并粘在上面(这种现象称为嵌塞)。就像我们对水的比喻一样，有些水会卡在两根线之间的缝隙中，而这两根线又太小，水无法通过缝隙(称为过筛)。当一些被气流推过的时候，一些通过的离纤维很近，以至于它们不能跟随纤维周围的气流而移动，所以它们碰到纤维并粘住(拦截)。最后，一些更小的粒子被空气中的分子随机撞击，最终撞击并粘附在纤维上(扩散)。

高效空气过滤器确实有效，也是购买空气过滤器时需要考虑的因素。然而，这个短语经常被滥用。一些公司试图通过使用“HEPA类型”或“接近HEPA”等短语，将HEPA名称隐藏起来。这些都是毫无意义的术语，应该避免使用。一个好的制造商会加倍努力，让一个独立的实验室对其产品进行测试，以证明它们符合HEPA标准。

然而，没有一个过滤器是完美的——有些粒子总是能够通过。一个好的空气过滤器不会在空气第一次通过的时候就把所有的东西都过滤掉，所以一个好的空气净化器应该足够大、足够强大，可以让房间里的空气通过几次。John Holecek对糖果屋的多个空气净化器进行了出色的测试，发现他测试的所有产品(都有HEPA过滤器)“在去除空气中哪怕是最小的可检测颗粒物方面都非常有效——不管你花200美元还是1000美元，它们的效果都差不多。”Holecek发现的差异主要体现在产品过滤其他污染物的性能上，如挥发性有机化合物(VOCs)和其他气味。

高效微粒空气过滤器不捕捉一切:一个小粒子数大于0.3µm仍将获得通过。更小的微粒还会通过,包括小细菌(有些小至0.1µm),病毒量在0.005和0.2之间µm,一些烟雾粒子和气体。特别是，城市雾霾中的许多颗粒太小，无法被高效微粒空气过滤器(HEPA)捕捉到，比如PM2.5颗粒，它们通常被认为是最有害的，因为它们小到足以深入肺部，并滞留在那里。

如果你担心你所在地区的雾霾，这里有一张PM2.5和其他空气质量传感器的互动地图。让人大开眼界的是，旧金山这样的城市(PM2.5浓度为百万分之25，被认为是好城市)和洛杉矶附近的里弗赛德(Riverside)， PM2.5浓度为155，在写这篇文章时被列为不健康城市。那是在一个安静的周日下午:在繁忙的通勤途中，这两个城市的交通流量都要高得多。

高效微粒空气过滤器不会捕捉PM2.5颗粒，因此许多空气净化器将增加过滤器，使其更有效。然而，这些并没有被HEPA标准覆盖，所以不要认为它们和HEPA过滤器一样有效。还有另一个标准(称为超低微粒空气,或ULPA)下降0.12µm捕获的粒子的大小限制,但这主要用于工业过滤器。为达到这一标准而设计的空气净化器更难制造，而且通常比HEPA型号贵数百美元。