技術中心
行業解決方案
隨機文章選讀
聯係茄子视频
  • 聯係人:董先生
  • 聯係電話:137-10902965

測試空氣淨化器運行效率

文章來源:http://www.zzjyly.com/  2018年04月01日  點擊數:1828

近年來,隨著霧霾天氣的加重,人們越來越重視室內空氣品質。空氣淨化器因能有效去除空氣中的顆粒汙染物,降低PM2.5濃度,改善室內空氣品質,得到了廣泛地應用和發展。根據捷孚凱(GfK中國)全國零售推算數據,2014年,我國空氣淨化器零售量超過320萬台,零售額近70億元,同比增長均接近80%。不過與美、日、韓等國家相比,我國的空氣淨化器家庭普及率仍很低,不到1%,今後的市場潛力十分巨大。

目前,國內空氣淨化器行業涵蓋近400個品牌,技術種類繁多。國產空氣淨化器主要采用過濾吸附技術、靜電集塵、催化淨化技術和負離子潔淨技術等淨化方法。靜電集塵技術是其中一種較新型的空氣過濾淨化方案,由於其電場力直接作用於塵粒,荷電塵粒在被捕集的過程中幾乎不阻礙空氣流動,因此與傳統纖維過濾方法相比,具有過濾效率高、阻力和能耗低的優勢,近年來被越來越多地應用於家用空氣淨化設備中。

本文選取了兩台典型的靜電空氣淨化器樣本,安裝在辦公環境內進行連續運行測試,監測其運行狀態並記錄顆粒物一次淨化效率,研究靜電空氣淨化器在實際運行過程中的淨化效率及效率衰減等問題。

1靜電集塵空氣淨化器

靜電集塵空氣淨化器由靜電除塵技術發展而來,通過電暈放電使含塵氣流中的塵粒荷電,在電場力的作用下帶電塵粒移向集塵極並被收集在集塵極上,從而實現懸浮粒子的分離。

1.1淨化原理

靜電集塵空氣淨化器的過濾段通常由電離極和集塵極兩部分組成,電離極一般為針尖或者圓線,集塵極則為圓筒形或板式結構。在兩極之間施加高電壓,可產生不均勻的高強度電場。在電場作用下,氣體中的電子獲得能量並被加速,中性分子被該電子撞擊後釋放外層電子,從而產生更多的電子及正離子。電子移向正電極(空氣淨化器中正電極一般為電離極),而正離子將穿過電場移向集塵極,並在移動的過程中附著在懸浮粒子上使其荷電,受電場力的作用被集塵極捕集。

電離極和集塵極可以安裝在同一電場區域內,也可以前後分開安裝,分別稱為單區靜電淨化器和雙區靜電淨化器。雙區靜電淨化器可以有效防止反電暈現象並增加集塵麵積,普遍應用於民用空氣淨化器中。圖1表示了常見的線板式雙區靜電淨化器的結構原理。

1.2技術特點

除靜電集塵技術外,目前市場上的空氣淨化器也多利用過濾技術,采用高效空氣過濾器HEPA(HighEfficiencyparticulateAirFilter)來去除空氣中的固態顆粒物,達到淨化室內顆粒汙染物的效果。高效過濾器是由纖維過濾材料製成的,依靠攔截、慣性、擴散和重力等效應捕集微粒,根據GB/T6165—2008《高校空氣過濾器性能測試方法效率和阻力》,其額定風量下的過濾效率可達到99.9%。但是,為了實現較高的過濾效率,高效過濾器往往采用直徑小、分布密集的纖維濾材,從而造成過濾器阻力偏高。而且在使用一段時間以後,隨著顆粒物在過濾器表麵沉積,阻力會逐漸增大。當阻力增加到一定程度時,應更換高效過濾器,周期一般為3~6個月。然而,對於空氣淨化器而言,為了保證淨化效果常常在大風量狀態下運行,高效過濾器的高阻力勢必會造成風機能耗偏高,甚至是室內噪聲過大的困擾。而且定期更換高效空氣過濾器也在無形之中增加了淨化器的運行成本。

不同於上述高效纖維空氣過濾器的過濾機理,靜電空氣淨化器通過電場力的作用實現氣固分離,在實現高過濾效率的同時也節省了運行費用。一方麵,其過濾段內部氣流通道大、流場分布比較均勻,阻力遠低於同等效率的高效纖維過濾器。而且隨著使用時間的增長,阻力幾乎不變化,一直維持在較低的水平,在很大程度上節省了風機能耗。另一方麵,靜電空氣淨化器可通過水洗、振打等方式清除集塵極表麵積聚的灰塵,使其再生循環使用。因此,在長時間使用後靜電淨化器的過濾組件無需更換,減少了維護費用。

但是,作為一種新型的空氣淨化技術,靜電空氣淨化器在實際運行中仍存在一些不足之處。盡管某些靜電空氣淨化器的初始過濾效率可達到HEPA的水平,但隨著集塵極表麵積塵量的增加,效率將有所衰減。並且伴隨著粒子對積灰表麵的撞擊,將會出現二次揚塵,即已經沉積的粉塵重新脫離集塵極表麵,造成過濾效率的變化.關於靜電空氣淨化器的效率衰減問題,Hanley等人曾進行了相關的測試。為了確定靜電淨化器在實際使用時的效率變化,3台靜電淨化器分別連續運行了1~3個月,結果顯示,隨著使用時間的增加淨化器的過濾效率有明顯下降,並認為電離極表麵沉降的矽化合物是造成過濾效率下降的主要原因。ASHRAE頒布的關於空氣過濾和淨化的立場文件也指出,靜電空氣淨化器對顆粒物的去除效果呈現比較大的範圍,個體之間差異較大,其長期的運行效果與裝置本身的維護狀況有關。

此外,在粒子荷電的過程中,靜電空氣淨化器的電離極持續高壓放電,可能產生足量的臭氧造成室內臭氧濃度超標。有文獻認為,臭氧及其反應物會對人體健康造成不利影響,因此,家用環境應避免使用臭氧進行淨化,並應對那些在運行過程中產生臭氧副產物的淨化裝置給予高度警惕。

1.3空氣淨化器性能評價方法

2015年我國頒布了全新的空氣淨化器國家標準GB/T18801—2015《空氣淨化器》,以潔淨空氣量CADR 作為評價空氣淨化器性能的主要指標。CADR表示空氣淨化器提供潔淨空氣的速率,測試時以香煙煙霧作為顆粒物汙染物塵源,測試空氣淨化器對於0.3μm 以上的顆粒物的淨化效果。但是CADR的整個測試過程需要在測試艙內完成,並且測試過程複雜,不適用於空氣淨化器

的現場檢測。因此,本文將采用一次淨化效率作為評價空氣淨化器淨化效果的性能指標。

一次淨化效率反映空氣淨化器去除某一種空氣汙染物濃度的相對比例,等於空氣淨化器上、下風側汙染物濃度之差與上風側濃度之比。在GB/T18801—2015中,規定以一次淨化效率作為風道式淨化裝置的評價標準。

式(1)中,E 為汙染物一次淨化效率;N下為下風側汙染物濃度平均值;N上為上風側汙染物濃度平均值。

當用一次淨化效率表示空氣淨化器對顆粒汙染物的去除效果時,即相當於空氣過濾器測試標

準中的過濾效率指標———一般指空氣過濾器對0.4μm粒子的分級過濾效率。

2測試方法

2.1測試樣本

本文選取了兩台不同形式的典型靜電空氣淨化器樣本進行測試。

1# 樣本為某進口線板式雙區靜電淨化器。淨化器內部由風機、金屬預過濾網、圓線電離極和板式集塵極組成,共3檔風量可供調節。

2# 樣本為某國產新型靜電淨化器。淨化器內部由風機、纖維預過濾網、集塵器和活性炭過濾網組成,共3檔風量可供調節。該集塵器采用超級納米碳纖維電場集塵技術,由特殊PP材料製成微孔進風通道,內部均勻分布納米級碳纖維導電層,通電後每一個微孔內部將形成超強靜電場,對通過微孔通道的顆粒物進行捕集,其作用相當於集塵極。同傳統靜電空氣淨化器一樣,這種新型的靜電淨化器也具有阻力和能耗低的優點,但由於未設置高壓電離極,因此在使用過程中不會產生臭氧等副產物。

2.2測試過程

兩台靜電空氣淨化器樣本被分別安裝在兩間辦公室中,均以中檔風速24小時連續運行,測試周期為18周。

1# 樣本所在的辦公室麵積約20m2,有獨立通風的外窗;2# 樣本安裝在同一樓層內的另一間辦公室中,麵積約30m2,同樣有獨立通風的外窗。由於本測試不涉及兩樣本之間的性能對比,因此,兩測試用辦公房間不具備結構相似性。另外,盡管測試周期所在季節為冬季和早春,氣溫較低常需閉門開啟空調采暖,但由於辦公需要,(www.zzjyly.com)兩辦公室的門常開且不時還開啟外窗通風,因此,即使在冬季兩測試房間的通風量也有一定保證。

在額定運行風量(規定為淨化器樣本的中檔風速)下,測量並記錄兩台靜電空氣淨化器樣本的初始顆粒物一次淨化效率,隨後淨化器樣本連續運行18周,在每周周一再次測量其一次淨化效率。淨化效率測試采用現場測量的方式,通過采樣管連接粒子計數器和淨化器的進、出風口,作為上、下遊顆粒物濃度采樣點。本測試所使用的光學粒子計數器為PalasWelasPromo2000粒徑譜儀,裝配Welas2300探頭,測量範圍為0.17~10.00μm,共57個粒徑通道。粒子計數器的采樣間隔為1s,設置單次采樣時間為60s,單次采樣結果即為60s內的平均值。考慮到室內顆粒物濃度的不穩定性,每次測量均采用上遊60s×2-下遊60s×4-上遊60s×2的采樣順序,得到4組淨化效率並取平均值。

3測試結果與討論

3.1初始顆粒物一次淨化效率

在靜電空氣淨化器樣本全新的狀態下,測試其初始的顆粒物一次淨化效率,結果見表1。

1# 樣本為典型的線板式雙區靜電淨化器,初始的顆粒物一次淨化效率接近100%,可近似認為達到HEPA的水平。而2#樣本雖然采用了全新的集塵技術,但由於為避免產生臭氧未設置放電裝置,空氣中的顆粒物僅依靠自身攜帶的少量電荷難以被捕集,一次淨化效率僅為1# 樣本的一半左右,實際淨化效果並不理想。但在2# 樣本的後期改進中,在增設了電離放電裝置後其一次淨化效率有了很大的提升。

  


3.2淨化效率的衰減

兩台空氣淨化器樣本對0.39μm 粒徑段(0.30μm~0.50μm)顆粒物和0.3μm以上顆粒物的一次淨化效率的變化情況見圖2、圖3。

雖然兩台淨化器樣本初始的一次淨化效率相差很大,但隨著運行時間的增加,兩樣本表現出極為相似的效率變化規律。在初始運行的1~2周內,樣本的一次淨化效率急劇下降,約降低至初始效率的一半,隨後在長達十幾周的運行時間內,一次淨化效率均圍繞著某一中心值上下波動。1# 樣


本由於初始效率高,降低後的一次淨化效率也高於2# 樣本,後期平均效率約為35%,但是波動幅度比較大。而2# 樣本降低後的效率基本穩定在10%,變化曲線相對平穩。

一方麵,淨化器使用過一段時間以後,集塵極表麵逐漸形成一定厚度的荷電粉塵層,從而產生一定量的積累電荷和電壓降。根據非穩態靜電過濾理論,集塵極表麵的積累電荷不僅會導致電暈電流減小,而且能形成一定強度的反電場使集塵場強減弱,造成淨化效率的下降。另一方麵,進入空氣淨化器的氣流的溫濕度、顆粒物汙染物濃度和粒徑等因素都會對淨化效率產生影響,造成淨化效率的波動。而另一個可能的原因———二次揚塵,經分析並不是造成本次樣本效率波動的主要原因。靜電空氣淨化裝置對大粒徑顆粒物的捕集更有效率,因此在正常情況下淨化器出風口附近的大粒子含量很少,而當二次揚塵發生時,被氣流衝刷脫落的塵粒多為大粒徑,因此在淨化器出風側會出現大量的大粒徑顆粒物。通過測定淨化器進、出風側顆粒物的粒徑分布,發現兩側的分布比較相似,並未出現明顯的二次揚塵現象。表2為1# 樣本第16周進、出風側的粒徑分布。

此外,測試過程中空氣中的顆粒物汙染物濃度並不穩定,在一定程度上影響了測試結果的準確性。因此,根據EN779:2012《一般通風過濾器———過濾性能測定》中對效率測試數據的處理方法,計算了95%置信度下樣本平均效率的雙側置信區間作為參考,見圖2、圖3。

3.3PM2.5效率

目前GB/T18801—2015《空氣淨化器》僅規定了淨化器針對0.3μm 以上顆粒物計數濃度和效率的測試方法,而對於人們普遍關心的PM2.5去除率(計重效率)則並沒有涉及。為了更直觀的顯示空氣淨化器樣本對細顆粒物的淨化效果,本文依據一種簡化的PM效率的計算方法,對兩台樣本的PM2.5效率進行了計算和分析。

在這種計算方法中,根據實測的各粒徑段顆粒物的計數濃度和等效球形體積來計算質量濃度,從而得出計重效率。計算時,認為所有顆粒物的密度一致,假設同一粒徑段內的所有顆粒物擁有相同的粒徑,即該粒徑段的平均粒徑,且顆粒物的體積按球形處理計算。計算公式如下:

              


式(2)、式(3)、式(4)中,Σ2.50i=0.17Nimi表示空氣淨化器上、下風側處,0.17~2.50μm範圍內各粒徑段顆粒物的質量濃度之和;di表示各粒徑段的平均粒徑;du、dl表示各粒徑段的上限、下限粒徑(μm);粒徑段按照所使用的光學粒子計數器的粒徑通道劃分,0.17~2.50μm範圍內共38個粒徑段。

如圖4、圖5所示,淨化器樣本的PM2.5效率略高於≥0.3μm 的一次淨化效率,並與其變化規律保持一致,而0.39μm 粒徑段(0.30μm~0.50μm)的淨化效率則基本與≥0.3μm的一次淨化效率重合。這是由於大氣塵的粒徑分布所致。

圖6顯示了測試期間每周1# 樣本進口處總顆粒物即大氣塵的數量濃度隨粒徑的分布情況。從

圖中可以看出,大氣塵數量分布的峰值位於0.2μm~0.3μm之間,約占據了粒子總數的70%,而0.3μm及以上粒子僅占粒子總數的30%左右,1μm以上粒子更是不足1%。在此種背景下,GB/T18801—2015《空氣淨化器》所規定的淨化器的評價指標CADR並不能準確反映空氣淨化器在整個粒徑範圍內的淨化效果[6]。因此,為了更好地體現淨化器對於大氣中大量存在的小粒子的淨化效果,建議將標準中計數濃度的測試粒徑範圍擴大至0.2μm以上,或者增設PM2.5計重效率評價指標。但考慮到現階段大部分國產光學粒子計數器可達到的測量範圍,實現0.2μm~0.3μm粒徑段的測量仍然比較困難。

另一方麵,在0.3μm 以上的顆粒物總數中,0.39μm粒徑段的粒子占90%左右,所以0.39μm粒徑段的淨化效率與≥0.3μm的淨化效率基本重合。而計算得到的PM2.5效率由於采用了體積加權平均,其值略大於其他兩個計數效率。

4結束語

本文通過持續監測靜電空氣淨化器樣本的運行狀態和顆粒物一次淨化效率,探究了靜電空氣淨化器在實際運行過程中的淨化效率及效率衰減等問題,得出以下結論:

1)靜電空氣淨化器初始一次淨化效率較高,可以達到HEPA的水平,但個體之間差異較大;

2)在實際運行過程中,靜電空氣淨化器的淨化效率衰減速度快、幅度大,僅需1~2周,樣本的一次淨化效率便降至初始效率的一半左右,隨後趨於穩定在某一區間內波動,實際淨化效率遠低於初始值;

3)分析造成淨化效率衰減和波動的原因,一方麵是因為集塵板上沉積的粉塵層使集塵場強減弱,另一方麵是因為長時間運行時靜電空氣淨化器受環境因素的影響比較大;

4)依據簡化的PM效率的計算方法,對兩台樣本的PM2.5效率進行了計算和分析,結果顯示樣本的PM2.5效率略高於≥0.3μm的一次淨化效率。

更多
相關文章:
IWUCHEN:潔淨室的空氣淨化技術分析
空氣淨化技術的發展感想
製藥企業潔淨技術與常見問題淺談
潔淨室空氣淨化係統介紹

上一條:食品衛生微生物檢驗實驗室操作要求下一條:如何計算潔淨室換氣次數?
首頁 | 關於茄子视频 | 解決方案 | 工程案例 | 客戶中心 | 潔淨室標準 | 技術中心 | 聯係茄子视频
深圳、佛山、東莞、中山、江門、惠州、廣州淨化工程公司|無塵車間|潔淨室|無塵室|淨化廠房|潔淨廠房|潔淨車間|潔淨棚|GMP車間|GMP廠房等空調潔淨工程施工及服務
拓展閱讀:10萬級淨化車間標準|實驗動物房|中央廚房|潔淨室換氣次數|潔淨手術室規範|GMP潔淨度等級|食品生產衛生規範|潔淨廠房施工要點|無塵車間著裝規範
Copyright © 2012-2018