空气净化器去除颗粒污染物的试验性能研究

空气净化器去除颗粒污染物的试验性能研究

曾庆河

广东美的生活电器制造有限公司广东佛山528000

摘要：随着雾霾天气日益频繁，室内空气质量备受关注，传统的室内空气净化器已不能满足室内空气净化的要求，研发新型多功能空气净化器及复合空气净化技术已成为净化器发展的主要方向。摘要:便携式空气净化设备已经广泛应用于建筑物颗粒污染物的去除，然而大部分空气净化器名义过滤效率很高，实际净化效果却不太理想，针对造成二者差异的主要原因进行了试验研究，为空气净化器的优化提供理论依据。

关键词:环境工程学;空气净化器;净化效率;颗粒污染物

近年来我国大气环境质量日益恶化，每到秋冬季节全国各地雾霾频发。当雾霾天气出现时，受大气污染的影响，室内空气中可吸入颗粒物含量超标，人体暴露在这样的空气环境中会对健康造成一定的危害。

一、我国空气净化器发展现状

空气净化器又称“空气清洁器”，是指对空气中的颗粒物、气态污染物、微生物等一种或多种污染物具有一定去除能力的家用和类似用途的电器。受我国大气污染、雾霾频发等因素的影响，目前我国空气净化器的销售量呈现大幅上升趋势。据不完全统计，进入秋季后，我国空气净化器总销售额约为１２３０万台，同比增长２５％。那么，目前市场上销售的空气净化器去除室内空气污染的效果怎样，净化空气的性能是否达到相应的室内空气标准？目前，我国建筑室内污染物主要有可吸入细颗粒物、ＶＯＣＳ（有机挥发物）和ＳＶＯＣ（半有机挥发物），以及花粉等大颗粒污染物，而国外室内空气污染物主要是粉尘、花粉等大颗粒污染物。我国建筑室内污染物与国外差异很大，污染来源及成分较为复杂。我们测试市场上销售的空气净化器的净化效果，结果并不乐观，普遍存在着滤网单薄、过滤效率低的现象，尤其是对室内空气中细颗粒物和超细颗粒物作用甚微，大部分空气净化器对去除有害气体毫无效果。之所以这样，原因有两方面：一方面是由于我国空气净化器产业起步较晚，只有几年的发展历史，技术研发及市场运作均不够成熟；另一方面原因是由于目前国外品牌占据着主要市场，而国外的空气净化器的设计主要是针对去除粉尘、花粉等大颗粒污染物，没有兼顾到有害气体和细颗粒物，不适合我国国情。因此，我国急需开发出能够高效净化可吸入细颗粒物、ＶＯＣＳ（挥发）和ＳＶＯＣ（半挥发）、花粉等大颗粒污染物的，适合我国室内空气污染现状的空气净化器。

二、材料与方法

1.试验材料。本文中5种不同品牌净化器都通过纤维过滤的方法来去除悬浮粒子，因纤维滤料具有阻力小、不易吸水及过滤效率高的优点，纤维过滤技术也是去除细小颗粒最有效和经济的方法之一。空气净化器通过位于纤维过滤器后面的风机将被污染的空气吸入净化器，经纤维过滤器过滤后将污染物去除从而送出洁净的空气。5种品牌净化器编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，通过测试确定的详细参数见表1。

2.试验环境舱。如图1所示，试验所需环境舱为一个长3.5m、宽3.4m、高2.5m、体积为29.75m3的封闭环境舱，其壁面及舱顶壁面用铝箔纸贴覆，目的是减少舱内颗粒物、粉尘、化学污染物等在壁面的吸附沉降及化学反应的发生。1个壁面装有透明玻璃观察窗，以便观测舱内测试情况和读取采样数据;舱内2对角设有2台摇头风扇，以使舱内空气混合均匀。整个试验过程中试验室环境温度保持在(25±2)℃，相对湿度保持在50%±10%。

3.检测仪器。PM2.5颗粒物检测仪器采用美国TSI公司生产的Dustrak8530气溶胶采样仪，采用光散射原理，可测量气溶胶质量浓度范围为0.001～150mg/m3，采样流量为1.4～3.0L/min可调。粒径≥0.3μm颗粒物检测仪器使用美国Lighthouse公司生产的Lighthouse2016激光粒子计数器，采用光散射原理，可测量粒径范围为0.2～2.0μm，采样流量为2.83L/min。

4.测试方法。（1）空气净化器对颗粒污染物净化性能的测试方法根据GB/T18801—2008《空气净化器》(新标准GB/T18801—2015《空气净化器》公布于收稿日期之后)规定，空气净化器应放在实验室中心位置，采样点布置需避开进出风口，并且离墙壁距离应大于0.5m，相对试验地面高度为0.5～1.5m。按照标准将空气净化器置于被测环境舱中心位置，其送、回风形式均为上送下回，为了测量房间中部的净化情况并避开进出风口，将采样架设置在距离墙壁约1.3m的位置，采样高度为1.3m，发烟器置于被测环境舱中，2台风扇位于环境舱对角线上并处于相对位置(图1)。在试验环境舱密闭的情况下，利用发烟器(流量为450L/min，同时发4根江山牌香烟)人为发生颗粒污染物浓度约为背景浓度的1000倍，然后开启风扇搅拌10min左右混匀，之后在不开启空气净化器的情况下，利用颗粒物检测仪器分别对PM2.5和粒径≥0.3μm颗粒物的浓度变化检测约15min;然后开启空气净化器，按上述不开启净化器的测试方法再对颗粒污染物浓度进行检测约20min。根据质平衡原理，采用污染物衰减常数(式(2))对其自然衰减常数以及总衰减常数进行计算。计算净化器对相应污染物的洁净空气输送量

(CADＲ，式(1))及有效净化效率(η，式(4))。一组空气净化器试验结束后，为了保持各台空气净化器试验条件的一致性，需要开启室内空气净化系统对实验室进行约2h的自净，待室内污染物浓度降低到试验标准浓度以下再继续下一组空气净化器试验。（2）颗粒污染物单通效率测试方法。颗粒污染物单通效率指将空气净化器看作一个整体，污染物气流通过净化器前后污染物浓度的降低率。其测试方法是在空气净化器吸入口及出风口同时测量颗粒物浓度，并根据式(5)计算空气净化器单通效率。

三、计算方法

1.洁净空气输送量。洁净空气输送量CADＲ为

式中Q为空气净化器额定风量，m3/h;η*为净化器单通效率，%;η纤维为净化器纤维过滤器效率，%;Ct为污染物某一时刻t的浓度，mg/m3或个/L;ε为污染物渗漏率，%。

四、结果与讨论

PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物，其计算对象是颗粒物的质量;而粒径≥0.3μm颗粒物是指粒径≥0.3μm的所有固态颗粒物的总数量，其计算对象是颗粒物的数量。本研究采用Dustrak8530气溶胶采样仪测试PM2.5计重浓度，采用Lighthouse2016测量粒径≥0.3μm颗粒物计数浓度，二者测量颗粒物浓度的方法有所差异。因为颗粒物粒径越大，虽然个数很少但是单个颗粒物质量较大;颗粒物粒径越小，虽然质量不大但是颗粒物个数却很多。相关研究表明，PM2.5的计重浓度有92%左右集中在1.0～2.5μm的较大颗粒物区间内，粒径≤0.3μm的颗粒物质量不起关键作用;而粒径≥0.3μm颗粒物的计数浓度有80%左右集中在粒径小于1.0μm的较小范围内。这表明对PM2.5计重浓度的测试结果可以较好地反映净化器对1.0～2.5μm的较大颗粒物的净化效果;对粒径≥0.3μm颗粒物计数浓度的测试结果可以较好地反映净化器对粒径小于1.0μm的较小颗粒物的净化效果。

综上所述。可以根据目前中国室内空气污染情况，在国内外研究工作的基础上，研发便携式室内空气污染物检测仪器，并出台统一的、强制性空气净化器国家标准和一套完整的空气净化器评价方法，以利于净化器产品的健康发展，更好地提高室内空气品质。

参考文献：

［１］赵建．建筑室内ＰＭ２．５污染控制［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，2017．

［２］毛晓华．室内空气净化技术及其发展趋势［Ｊ］．科技创新导报，2017（17）：125－126．