科学家自制低成本DIY空气净化器 比昂贵的过滤器更胜一筹

事实证明，低成本的自制空气净化器在保护室内空间免受野火烟雾和空气传播病毒的侵害方面与昂贵的商用设备一样有效。Corsi-Rosenthal Box 是在COVID-19大流行期间设计的，它使用简单的材料（暖通空调过滤器、纸板框架和风扇）来净化家庭、学校和办公室的空气。

理查德·科西演示了一款低成本 DIY 空气净化器的气流，该净化器可以去除室内污染物，例如烟雾颗粒和呼吸颗粒。它还可以减少空气传播病毒的传播。图片来源：Molly Bechtel，编辑

当野火威胁社区时，其对健康的影响远远超出了火焰本身。烟雾在空气中徘徊，随风吹进家庭、学校和工作场所，即使距离火灾数英里也构成严重风险。为了帮助人们在室内保护自己，研究人员开发了一种低成本、耐用的 DIY 空气净化器。这种简单的设备性能与昂贵的 HEPA 过滤器相当，可以去除空气中的野火烟雾等污染物，并可能减少空气传播疾病的传播。

加州大学戴维斯分校工程学院院长理查德·科西 (Richard Corsi) 在美国化学学会主办的 ACS 2025 年春季数字会议上介绍了他的团队最近对 DIY 空气过滤的研究成果。

即使人们在烟雾弥漫的日子里呆在室内，他们仍然会接触到有害空气。这是因为我们呼吸的大部分污染物实际上来自室内，包括从室外渗入的污染物。从历史上看，室内空气质量受到的关注远不及水污染等问题。但随着COVID-19 的到来，情况发生了改变。

科西说：“媒体此前并不太关注室内空气质量，后来疫情来袭，我们突然有了一个绝佳的机会来教育公众了解这个问题。”

科西知道并不是每个人都可以在家工作，孩子们最终必须返回学校，因此人们需要一种经济实惠的方法来尽可能保证室内空气的安全。

“正是在那时，我们想出了一个主意，即制造一种低成本、有效的空气净化器，人们可以自己动手制作，”他解释道。科西希望能够惠及尽可能多的无法花数百美元购买商用 HEPA 空气过滤器的人们。

这种 DIY 解决方案称为 Corsi-Rosenthal (CR) Box，由过滤专家 Jim Rosenthal 共同设计。CR Box 包括四个常用于供暖、通风和空调 (HVAC) 的空气过滤器；一个纸板底座；以及一个箱式风扇，用于将空气通过过滤器吹向天花板。由于组件相对便宜，CR Box 的成本仅为 HEPA 空气过滤器的一小部分。

正如 Corsi 在演讲中强调的那样，他和他的同事最近通过在加州大学戴维斯分校的四个地点安装 CR Box 来测试其耐用性和性能。他们运行了 2，500 个小时，相当于两个 K-12 学年的学时。

CR Box 过滤器的性能与同类 HEPA 过滤器一样好甚至更好。DIY 系统在清除直径为 1-3 微米的颗粒方面也比清除 0.35-1 微米的颗粒更有效。从规模上讲，典型的烟雾颗粒小于 1 微米，而灰尘和花粉则为 0.5-3 微米。

Corsi 解释说，尽管 HEPA 过滤器在单次通过时去除颗粒的效率比 DIY 系统中使用的 HVAC 过滤器更高，但更多的空气通过 CR 盒，从而从空气中去除了更多的颗粒。尽管 CR 盒的有效性随着时间的推移而降低，但它们在较大颗粒尺寸方面的表现仍然优于新的、更昂贵的 HEPA 空气过滤器，并且在长期研究期间，它们在较小颗粒方面的表现与 HEPA 相当。

为了了解 CR Boxes 是否也能去除人们在交谈或打喷嚏时呼出的颗粒物，研究人员随后在呼吸羽流上测试了该系统。“我们设置了一个场景，两个人坐在桌子对面，旁边有一个呼吸羽流模拟器，”Corsi 解释道。“然后，我们测量了没有 CR Box 和房间各处有盒子并以不同速度运行的情况下该羽流的衰减。”

他们发现，当 CR Box 距离讲话者 3 至 4 英尺（91 至 120 厘米）时，呼吸羽流会在距离空气过滤装置几秒内消散。

对于未来的改进，Corsi 希望重新设计风扇叶片，使 CR Boxes 更安静，并且他认为可以修改过滤器以去除其他室内污染物，例如来自家具和建筑材料中的甲醛，以及来自烟雾和一些办公设备中的臭氧。

从个人角度来说，他很欣赏 CR Boxes 给人们带来的赋权感。“让我非常满意的一件事是，很多人告诉我，他们知道自己正在构建的东西可以帮助他们、他们的家人或他们的学生，这让他们感到非常满足，”他说。

随着 COVID-19 疫情的爆发、许多地区山火频发以及公众对空气中颗粒物不利影响的认识不断提高，自制（开源）过滤器式空气净化器已变得流行起来。这些系统具有成本低廉的优势，例如，在重复成本相似的情况下，其资本成本约为同类 HEPA 空气净化器的 1/3 到 1/8。几个研究团队测试了一种称为 Corsi-Rosenthal Box（CR Box）的开源空气净化器，以确定洁净空气输送率 (CADR)，发现它们比基于 HEPA 的空气净化器更有效，并且在适当大小的室内空间中具有较高的有效空气交换率。

加州大学戴维斯分校最近完成的 CR 盒研究将在此介绍。其中一项研究涉及放置在不同大学建筑中的 CR 盒的纵向性能，在与两个 K-12 学年一致的运行时间内，CR 盒对各种粒径均表现出色。所有粒径的单次通过去除效率通常与 MERV-13 过滤器的预期值一致或超过预期值。在高流量设置下，初始 CADR 分别从小（0.3 微米）到大（3 微米）粒径的约 600 立方米/小时到 1，500 立方米/小时不等，CADR 有所下降可能是由于过滤器上的静电荷损失。低流量和中流量设置的 CADR 较低，但仍超过商用 HEPA 空气净化器的 CADR。

第二项研究涉及 CR 盒对房间混合条件和呼吸羽流快速扩散的影响，使用呼吸系统模拟器发射的模拟交叉台羽流，以二氧化碳作为惰性呼吸示踪剂。CR 盒放置在相对于源和受体的不同位置，并在风扇流量设置中进行额外变化。结果表明，近感染者的好处可以补充远场病毒携带呼吸气溶胶颗粒的去除。

总的来说，越来越多的与 DIY 空气净化器（尤其是 CR Boxes）相关的数据表明，DIY 空气净化器在降低建筑物内人员接触室内和室外细颗粒物和粗颗粒物方面具有显著效果和持续性能。本演讲将总结 DIY 空气净化器有效性的循证知识，并提出广泛应用和持续研究需求的建议。

该研究由加州大学戴维斯分校资助。

编译自/ScitechDaily