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Outdoor PM2.5 air filtration: optimising indoor air quality and energy

Résumé

Human inhalation exposure to fine particulate matter (PM2.5), including the PM2.5 of outdoor origin, predominantly occurs indoors. To limit outdoor PM2.5 penetration into buildings, ventilation standards often require the filtration of outdoor air with a minimum efficiency. Nevertheless, the PM2.5 filter selection recommended by the standards is based on the annual average outdoor concentrations without considering seasonal or diurnal fluctuations. This could result in a waste of energy or elevated indoor PM2.5 exposures. Representative outdoor PM2.5 data from 37 cities worldwide in conjunction with a simulated office building are used to examine the impact of filtration strategies on indoor PM2.5 levels and the fan’s energy consumption. Two energy-saving methods are tested: (1) the optimum filter selection that maintains the indoor PM2.5 below the World Health Organization’s (WHO) air quality guidelines; and (2) the baseline filter recommended by standards in combination with a filter bypass. Relative to a standard recommended baseline case, the two applied methods could reduce energy demand by between 4% and 17%. This indicates that the outdoor air is over-filtered in the majority of the investigated cities. In cities with low-to-moderate outdoor PM2.5 levels, using a filter bypass can be an effective energy conservation method without compromising PM2.5 exposures indoors.

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Pollution de l'air
vignette|En 2013, l'Organisation mondiale de la santé a reconnu que la pollution de l'air extérieur est un cancérigène certain. vignette|Les émissions de monoxyde de carbone, de soufre, de suies et de particules liées à la combustion du charbon ont probablement été la première source de pollution majeure de l'air, dès le début de l'ère industrielle. Les transports ferroviaires y contribuaient largement, davantage par la construction des infrastructures (notamment la fabrication des rails) que du fait des émanations des locomotives.
Particules en suspension
Les particules en suspension sont toutes les particules (solides ou en aérosols) portées par l'eau ou par l'air, quantifiables par filtration ou par d'autres procédés physiques. Les matières particulaires ou PM (acronyme de particulate matter en anglais) sont les particules en suspension dans l'atmosphère terrestre (aérosols atmosphériques). Un taux élevé de particules fines et ultrafines dans l'air est un facteur de risque sanitaire (maladies cardiovasculaires, altération des fonctions pulmonaires, cancer du poumon), induisant une nette diminution de l'espérance de vie.
Économies d'énergie
Les économies d'énergie sont les gains obtenus en réduisant la consommation d'énergie ou les pertes sur l'énergie produite. Les économies d'énergie sont devenues un objectif important des pays fortement consommateurs d'énergie vers la fin du , notamment après le choc pétrolier de 1973 puis à partir des années 1990, afin de répondre à plusieurs inquiétudes : la crainte d'un épuisement des ressources naturelles, particulièrement des combustibles fossiles ; le réchauffement climatique résultant des émissions de gaz à effet de serre ; les problèmes politiques et de sécurité d'approvisionnement dus à l'inégale répartition des ressources sur la planète ; le coût de l'énergie que la combinaison de ces phénomènes peut faire augmenter.
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