空氣凈化器核心組件的性能對(duì)比研究

周靜茹

(廣東順德工業(yè)設(shè)計(jì)研究院(廣東順德創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究院)，廣東 佛山 528311)

1 空氣凈化器核心組件的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)測(cè)試A產(chǎn)品(型號(hào):T120)對(duì)PM2.5、甲醛/VOC的凈化情況;2)測(cè)試L空氣凈化器核心組件替換成A核心組件后對(duì)PM2.5、甲醛/VOC的凈化情況;3)對(duì)比L空氣凈化器核心組件和A產(chǎn)品性能的優(yōu)劣。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

1)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。面積20 m2左右(體積：82.53 m3左右)，配備空調(diào)一臺(tái)。2)實(shí)驗(yàn)儀器。顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)試儀，甲醛/VOC濃度檢測(cè)儀，得力溫濕度儀，攪拌風(fēng)扇，計(jì)時(shí)器。3)實(shí)驗(yàn)材料。香煙煙霧。甲醛/VOC發(fā)生源：油漆稀釋劑。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1)PM2.5凈化測(cè)試方法參考GB/T 18001-2015 附錄B 顆粒物的潔凈空氣量試驗(yàn)方法[1]。

2)甲醛/VOC凈化測(cè)試方法參考GB/T 18001-2015 附錄C氣態(tài)污染物的潔凈空氣量試驗(yàn)方法[2]。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1 PM2.5凈化性能測(cè)試

1)自然衰減試驗(yàn)。①將待檢驗(yàn)的空氣凈化器(桌面型)放置于室中央距離地板高 700 mm 處。②選擇合適的檢測(cè)點(diǎn)(避開(kāi)進(jìn)出風(fēng)口)，離墻壁距離大于 0.5 m，相對(duì)試驗(yàn)室地面高度 0.5～1.5 m。③準(zhǔn)備數(shù)據(jù)記錄表。④開(kāi)啟高效空氣過(guò)濾器(可用實(shí)驗(yàn)室其它空氣凈化器替代)，凈化試驗(yàn)室內(nèi)的空氣，使懸浮顆粒物濃度降低至測(cè)塵儀的檢測(cè)下限，同時(shí)啟動(dòng)溫濕控制器，控制室內(nèi)溫度為(25±2)℃，相對(duì)濕度為(50±10)%，記錄該值。⑤關(guān)閉高效空氣過(guò)濾器和溫濕度控制器，啟動(dòng)攪拌風(fēng)扇。點(diǎn)燃香煙，此過(guò)程中保持?jǐn)嚢栾L(fēng)扇處于開(kāi)啟狀態(tài)，待懸浮顆粒物濃度達(dá)到(1.5±0.3) mg/m3后關(guān)閉攪拌風(fēng)扇。⑥用顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)試儀測(cè)定顆粒物的初始濃度c0，同時(shí)開(kāi)啟待檢驗(yàn)的凈化器至額定狀態(tài)(選用低檔風(fēng)速，設(shè)定外置電壓 4.2 kV)。將該測(cè)試點(diǎn)的數(shù)值作為試驗(yàn)室內(nèi)的初始濃度。計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)t=0 min。⑦在試驗(yàn)室內(nèi)的初始質(zhì)量濃度(自然衰減的第一次檢測(cè)點(diǎn))測(cè)定后，每 2 min 測(cè)定并記錄一次顆粒物的濃度，第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)開(kāi)始的時(shí)刻為t=0 min,連續(xù)測(cè)定 20 min。

2)總衰減試驗(yàn)。①按1.4.1項(xiàng)1)中①～⑥的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)；②在試驗(yàn)室內(nèi)的初始濃度(總衰減的第一個(gè)取樣點(diǎn))測(cè)定后，開(kāi)啟待檢驗(yàn)的凈化器至額定狀態(tài)，開(kāi)啟的時(shí)刻為t=0 min,同時(shí)開(kāi)始取樣進(jìn)行測(cè)定，每 2 min 測(cè)定并記錄一次PM2.5的濃度，連續(xù)測(cè)定 20 min 后，關(guān)閉凈化器。

3)潔凈空氣量Q的計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)1)自然衰減試驗(yàn)和2)總衰減試驗(yàn)，計(jì)算出自然衰減常數(shù)kn和總衰減常數(shù)ke(計(jì)算依據(jù)：ct=c0e-kt)，再計(jì)算出潔凈空氣量Q。

Q=60×(ke-kn)×V

(1)

式中：Q為潔凈空氣量，m3/h；ke為總衰減常數(shù)，min-1；kn為自然衰減常數(shù)，min-1；V為實(shí)驗(yàn)室容積，m3。

1.4.2 甲醛/VOC凈化性能測(cè)試

1)自然衰減實(shí)驗(yàn)。①凈化器置于 2.8 m3實(shí)驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)，空氣凈化器調(diào)到額定狀態(tài)，運(yùn)行 1 h 以上，檢驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，關(guān)閉凈化器，并確定記錄文件。②開(kāi)啟空氣過(guò)濾器(空調(diào))大約 1 h，使得室內(nèi)氣體中的有機(jī)物和顆粒物濃度盡量低，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下[3]。調(diào)節(jié)室溫和相對(duì)濕度使其達(dá)到GB/T18883的規(guī)定(國(guó)標(biāo)規(guī)定的室溫為22～28 ℃、相對(duì)濕度為40%～80%)[4]。③通過(guò)風(fēng)扇加速甲苯擴(kuò)散，20 min 后停止輸送。開(kāi)啟攪拌風(fēng)扇攪拌 10 min 后，使氣態(tài)污染物(甲苯)在室內(nèi)混合均勻[5]。④停止攪拌風(fēng)扇，用有機(jī)物濃度檢測(cè)儀記錄此時(shí)TVOC檢測(cè)值，并將此數(shù)據(jù)作為氣態(tài)污染物(甲苯)的初始質(zhì)量濃度值c0(計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)t=0 min，采集3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)取平均值)。(注：初始質(zhì)量濃度選擇GB/T18883濃度的(10±2)倍，例如，甲苯為 2±0.4 mg/m3)。⑤開(kāi)始試驗(yàn),以最后一次采集初始質(zhì)量濃度c0的位置作為實(shí)驗(yàn)的固定點(diǎn)，每隔 1 min 采集一次，每次采集1個(gè)位置的數(shù)據(jù)。第二次的時(shí)間同樣也記為t=0 min，采集過(guò)程為 60 min。

2)總衰減實(shí)驗(yàn)。①按照氣態(tài)污染物的自然衰減實(shí)驗(yàn)中的①～④的實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行操作。② 開(kāi)啟凈化器，開(kāi)啟時(shí)刻的時(shí)間記為t=0 min，同時(shí)開(kāi)始取樣并進(jìn)行測(cè)定，每隔 1 min 采集一次，每次采集1個(gè)位置的數(shù)據(jù)。第二次的時(shí)間同樣也記為t=0 min，采集過(guò)程為 60 min。 (注：質(zhì)量濃度低于GB/T18883規(guī)定(0.20 mg/m3)的樣點(diǎn)視為無(wú)效數(shù)據(jù)。)

3)氣態(tài)污染物(CADR)的計(jì)算。按公式(1)計(jì)算。

2 數(shù)據(jù)記錄與處理

2.1 PM2.5凈化情況

1)陰極線為銅線。通過(guò)測(cè)定自然衰減試驗(yàn)條件下PM2.5質(zhì)量濃度得出自然衰減常數(shù)kn，通過(guò)總衰減試驗(yàn)分別測(cè)定A品牌產(chǎn)品原裝濾芯、L品牌空氣凈化器核心組件(3根銅線)、L品牌空氣凈化器核心組件(6根銅線)的總衰減常數(shù)ke，再計(jì)算出潔凈空氣量并進(jìn)行對(duì)比。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1，擬合情況如圖1。

表1 PM2.5的潔凈空氣量試驗(yàn)

圖1 PM2.5的潔凈空氣量試驗(yàn)濃度變化曲線

原裝濾芯潔凈空氣量：Q1=60×(ke1-kn)×V=110.44 m3/h；替換濾芯(3銅線)潔凈空氣量：Q2=60×(ke2-kn)×V=17.41 m3/h;替換濾芯(6銅線)潔凈空氣量：Q3=60×(ke3-kn)×V=42.70 m3/h。

2)陰極線為鉬絲的情況。把L品牌空氣凈化器核心組件的6根銅絲替換為6根鉬絲后，再次測(cè)試PM2.5的質(zhì)量濃度變化，計(jì)算總衰減常數(shù)和潔凈空氣量。測(cè)試數(shù)據(jù)如表2，擬合情況如圖2。

表2 PM2.5的潔凈空氣量試驗(yàn)

圖2 PM2.5的潔凈空氣量試驗(yàn)濃度變化曲線

原裝濾芯潔凈空氣量：Q1=60×(ke1-kn)×V=110.44 m3/h;替換濾芯(6鉬絲)潔凈空氣量：Q2=60×(ke2-kn)×V=77.07 m3/h。

2.2 HCHO/VOC去除情況

與測(cè)試PM2.5的方法類似，分別測(cè)試A品牌產(chǎn)品原裝濾芯、L空氣凈化器核心組件(6根銅線)、L空氣凈化器核心組件(6根鉬絲)的 HCHO/VOC濃度變化，計(jì)算出潔凈空氣量并進(jìn)行對(duì)比。測(cè)試數(shù)據(jù)如表3，擬合情況如圖3。

表3 HCHO的潔凈空氣量試驗(yàn)

圖3 HCHO的潔凈空氣量試驗(yàn)濃度變化曲線

原裝濾芯潔凈空氣量：Q1=60×(ke1-kn)×V=3.53 m3/h；替換濾芯(6銅絲)潔凈空氣量：Q2=60×(ke2-kn)×V=2.95 m3/h；替換濾芯(6鉬絲)潔凈空氣量：Q3=60×(ke3-kn)×V=73.29 m3/h。

3 結(jié)論

A產(chǎn)品(T120)對(duì)固體PM2.5的潔凈空氣量均值為 110.44 m3/h，L空氣凈化器核心組件原始濾芯(3根銅線)沒(méi)有明顯的除塵效果；L產(chǎn)品減小銅絲和塑料板之間的間距后(6根銅線)，除塵效果顯現(xiàn)，再經(jīng)過(guò)改進(jìn)，將6根銅線換成6根鉬絲后，除塵效果更加明顯，幾乎能與A原裝濾芯相媲美。

原裝濾芯對(duì)甲醛凈化能力只有 3.53 m3/h，幾乎沒(méi)有吸附能力，可能是由于原裝濾芯經(jīng)過(guò)多次測(cè)試損耗需要更換耗材了。同樣替換濾芯在安裝6根銅線的情況下對(duì)甲醛也沒(méi)有明顯的吸附功能，兩者均與自然衰減效果類似，但在替換濾芯安裝了6根鉬絲的情況下，對(duì)甲醛的吸附情況極為顯著，達(dá)到 73.29 m3/h，是原裝濾芯的20倍。

4 優(yōu)化建議

從測(cè)試情況來(lái)看，L產(chǎn)品替換濾芯經(jīng)過(guò)初步改進(jìn)后已體現(xiàn)了除塵效果，如在結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步優(yōu)化，除塵效果將可與A品牌媲美。建議如下：

1)測(cè)試中陰極線選用的是φ0.15 mm 的銅絲，考慮用鉬絲(規(guī)格φ0.15 mm)作為替換材料，使陰極線具備良好的放電能力；

2)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)連接銅絲的出線端(陰極線)和塑料板端面(陽(yáng)極端)離得很近，發(fā)現(xiàn)有擊穿現(xiàn)象，應(yīng)分開(kāi)走線，防止高壓擊穿；

3)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)沒(méi)有固定陰極線的設(shè)計(jì)，接線操作困難，需要進(jìn)行手工制作工作，因此還需做結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

4)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)電離區(qū)陽(yáng)極板和陰極線的間距為7～10 mm，集塵區(qū)陰陽(yáng)板間距為 5 mm，可適當(dāng)減小間距，同時(shí)適當(dāng)減小板材厚度，通過(guò)增大密度增加放電場(chǎng)對(duì)數(shù)；

5)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)塑料板強(qiáng)度和硬度較差，應(yīng)在集塵器中應(yīng)設(shè)計(jì)一種支撐結(jié)構(gòu)使得板間保持一致的距離。