其他國家空氣凈化器適用面積計算方法解讀

文中國家用電器研究院 張曉

文美的生活電器制造有限公司 曾濤

文飛利浦（中國）投資有限公司 王蔚然

美國&IEC篇

1 方法出處

ANSI/AHAM AC-1-2006 Method for Measuring Performance of Portable Household Electric Room Air Cleaners

IEC/PAS 62587-2008 Method for measuring performance of portable household electric room air cleaners

上述兩個標準中的適用面積計算方法相同。其計算基礎基于房間建筑結構標準，并以香煙香霧作為測試污染物（0.1μm-1.0μm）。

注：美國家用電器制造商協會Association of Home Appliance Manufacturers，簡稱AHAM。

國際電工委員會International Electrotechnical Commission，簡稱IEC。

2 潔凈空氣量

計算空氣凈化器的適用面積，必須首先講潔凈空氣量（clean air delivery rate，CADR），這是凈化器的核心性能參數，不隨測試條件的變化而變化，代表了凈化器單位時間產生的潔凈空氣的量。CADR是在密閉試驗艙（見圖1）內，用多點采樣獲得的數據進行數學擬合出來的。試驗分兩部分，一是不開啟凈化器時污染物的自然衰減試驗，二是開啟凈化器時污染物的總衰減試驗。試驗過程中污染物濃度的變化符合指數規律，即可以用式（1）表示。

式中: Ct—— 在時間t時的濃度；

C0—— 在t=0時的初始濃度；

k —— 衰減常數，單位min-1；

t —— 時間，單位min。

對自然衰減和總衰減試驗過程，分別計算衰減系數，即可求出CADR。

式中：Q——潔凈空氣量；

ke——總衰減常數，單位min-1；

kn——自然衰減常數，單位min-1；

V——試驗艙體積。

式（2）中，可以通過改變各參數的單位，獲得不同國家習慣性的CADR表示方法，比如美國用cfm（立方英尺每分鐘），我國習慣用m3/h。

3 顆粒物適用面積的計算模型

室內空氣的顆粒物濃度是動態變化的，是各種顆粒物發生源和去除作用相互競爭的結果。當發生源和去除作用都沒有快速變化的時候，此時室內空氣顆粒物濃度是一個相對的常數，即認為達到穩定狀態。在這種情況下：

如果沒有空氣凈化過程，顆粒物的去除主要通過空氣流通和沉降。重排上述項目，用字母取代公式（3）中的衰減參數：

式中，

kV是空氣流通導致的去除速率，單位min-1；

Kdep是沉降導致的去除速率，單位min-1；

當在下述式（5）中使用時，KAC是空氣凈化導致的去除速率，單位min-1。

AHAM空氣凈化器委員會定義的空氣凈化的穩定狀態，是室內的顆粒物初始濃度減少至其20%或更少，換句話說，至少要達到80%的持續去除效果。在空氣凈化器作用的情況下，需要定義一個新的穩定狀態的顆粒物濃度，CAC，即0.2×C。同樣適用式（4）：

僅使用一臺空氣凈化器的時候，因為發生量不變化，式（4）和（5）的計算結果是相同的，兩個公式合并，如下：

式（6）中公式兩邊消掉C，重排公式，空氣凈化器的去除速率計算公式如下：

實際上，

式（8）和（9）中的衰減系數的不同是kAC，因此

本方法的目的是計算在空氣凈化器發揮最小凈化性能的基礎上，還能保證室內顆粒物去除80%（達到穩定狀態濃度）相對應的房間尺寸。簡單點說，假設天花板高度是8ft（英尺），式（8）中的房間體積參數，可以替換為房間面積A，后者比前者更通俗。

注：8ft=2.44m

圖1 密閉試驗艙（3.2m×3.7m×2.4m,28.5m3）

兩個衰減參數都有對應的一般可接受值。在美國，典型的室內空氣流通速率是1次/h，或者kV=1/60=0.01667min-1。對于香煙，AHAM根據一個獨立第三方試驗室提供的數據，其平均沉降速率是0.0034min-1（約5小時完全沉降1次），替換公式（11）中的相關值：

式中，A的單位是ft2（平方英尺），CADR的單位是cfm（立方英尺每分鐘）。

注：1ft2=0.093m2；1cfm=1.7m3/h。

為了簡化，AHAM空氣凈化器委員會會議上把1.557圓整為1.55，因此最終的標準計算公式為：

平方英尺＝1.55×立方英尺每分鐘

注： 經過換算還可以用其他公式表述，

A(ft2)=1.55CADR(cfm)

A(ft2)=1.55CADR(ft3/min)

基于上述公式，對于CADR=50cfm的凈化器可用于78ft2的房間。CADR=100的凈化器可以用于156ft2（約10ft×15ft）。同樣地，公式也可用于計算一個給定大小的房間或室內空間所需的CADR。例如，對于100ft2的房間所需的CADR至少是64cfm。

日本篇

文美的生活電器制造有限公司 曾濤

1 方法出處

JEM 1467-2013 Air cleaners of household and similar use家用及類似用途空氣凈化器

注：日本電機工業會Japanese Electrical Manufacture's Association，簡稱JEMA。

2 試驗條件

2.1 測試對象

測試對象粉塵為香煙的煙（品牌 MILD SEVEN ORIGINAL)

注：MILD SEVEN ORIGINAL為日本煙草產業株式會社提供的產品商標名。此信息是為了方便該基準的利用者而記載的，并不是要推薦該產品。若能獲得相同效果，可以使用同等的其它香煙。

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2.2 測量器

測量器使用能夠測量粒徑0.3μm的粉塵光散射式或壓電天平式，再者，靈敏度要在0.02mg/m3以上。

2.3 試驗室

試驗室由為計算集塵效率的集塵能力測量室及計算過濾網耐久性的測量箱構成。

集塵能力測試室為（20-32）m3。測量室的密封度必須確保30min過后的粉塵濃度在初期粉塵濃度的80%以上。

空氣凈化器的設置位置為使用說明書上的指定位置。若使用說明書沒有記載的情況下，如圖1所示設置。臺式型及臺式壁掛兼用型需置于靠墻的高約70cm臺面上，且要在圖1進深方向的中央。落地式專用的需在靠墻的地面上。壁掛式專用的，下面需距離地面180cm。無論哪一個都是放置在圖1的進深方向中央。測量粉塵濃度的位置采用距離室內中央部地面120cm的一點。

3 粉塵試驗

粉塵衰減試驗在集塵能力試驗室進行。

（a）自然衰減試驗使用圖2規定的吸煙機使5根香煙同時在（6-8）min內燃燒。在使用攪拌扇達到規定的濃度（1-2）mg/m3后，停止攪拌扇的運轉，測量初始濃度C01，連續測試30min（圖3）。

（b）粉塵濃度衰減（開啟凈化器）與自然衰減試驗相同，使用圖2規定的吸煙機以（1-5）mg/m3冒煙后，停止攪拌扇，初始濃度為C02。測量時間t為達到初期濃度（C02）的1/3所需的時間（圖4）。

4 集塵能力的計算

集塵能力通過下面公式計算：

式中，

P，集塵能力（m3/min）；

C01，自然衰減的測量開始時粉塵濃度（mg/m3）；

C02，空氣凈化器運轉的測量開始時的粉塵濃度（mg/m3）；

C1，自然衰減的t min后的粉塵濃度（mg/m3）；

C2，空氣凈化器運轉時的t min后的粉塵濃度（mg/m3）；

V，集塵性能測量室容積(m3)；

t，測試時間（min）。

注：集塵能力P這個參數本質上與潔凈空氣量（CADR）是相同的，不同的是，前者是兩個數據點擬合出來的值，后者是多個數據點擬合出來的值。

5 適用面積的計算

凈化器的實際使用環境與密閉試驗艙差異較大，需要考慮房間的實際情況，來計算適用面積。日本國內，一般情況下，自然換氣次數1次/h（0.0167次/min），日本衛生管理法規定粉塵濃度從1.25mg/m3在30min內降低到0.15mg/m3，房間高度為2.4m。

由于實際使用房間不是密閉狀態，不存在自然衰減試驗，只有自然通風這種換氣方式，因此式（1）要進行變化。

式（2）表示，凈化器除塵效果+自然通風除塵效果=房間內污染物濃度的總減少情況。其中自然通風的效果與換氣次數直接相關，

式中，

a，為自然換氣次數（次/min）；

V×a，為房間的自然換氣量（m3/min）；

把上文中的相關參數帶入式（3），可得，

式（5）中帶入房間高度，即可計算面積。

式中，

A,適用面積（m2）；式（6）進行簡化為，

注：

1由于日本國內習慣用榻榻米表示面積，式（7）也可以換算為榻榻米，1榻榻米=1.65m2，計算公式為A' (榻榻米)=4.7P(m3/min) 。

2若改變集塵能力P的單位，式（7）也可以換算成A(m2)=0.13P'(m3/h)。

加拿大篇

文飛利浦（中國）投資有限公司 王蔚然

1 方法出處

NRCC-54013-2011 Method for Testing Portable Air Cleaners

注：加拿大國家科學研究委員會National Research Council of Canada，簡稱NRCC。

加拿大國家科學研究委員會在2011年3月發布的“可移動空氣凈化器的測試方法”中提出的適用面積算法，和ANSI/AHAM AC-1-2006類似的假設前提，即顆粒物污染物來源在室內，室外為干凈空氣。但NRCC-54013在參數選擇上較之以前的一些算法做了較大更新。

測試試驗艙：5.0m×4.0m×2.75m（55m3）。

污染物：氯化鉀或氯化鈉氣溶膠（0.05μm-5μm）。

2 顆粒物適用面積的計算模型

雖然潔凈空氣量CADR可以用于評價凈化器對顆粒物的去除效果，但是仍需要在真實的使用環境中來評價凈化器的效用。對于一臺已經測試出具體的粗細顆粒物CADR數值的凈化器，它怎樣才能在加拿大居民住宅中發揮作用呢？例如，凈化器的顆粒物去除速率必須能夠與室內環境中的其他去除效果相抗衡，這些去除機制包括自然沉降和通風。

凈化器的有效性，這個概念可以用來檢驗CADR值。Miller-Leiden等人在1996年定義空氣凈化器的有效性（ε）為：室內污染物濃度在無空氣凈化器時和開啟空氣凈化器時的差值(C-CPAC)與無空氣凈化器時濃度(C)的比。

當該值越接近1時，表明空氣凈化器對污染物的去除性能就越理想。本測試方法建議在典型的加拿大房間內，空氣凈化器應當具有將顆粒物穩態濃度下降80%的能力。

為了達到80%的凈化效果，將相關公式整理后，可以得到以下的等式：

其中，kdep和kv分別是自然沉降和通風帶來的凈化速率。上述公式要求空氣凈化器在使用時，CADR能達到4倍于自然沉降和通風共同帶來的效果。

為確定空氣凈化器可以達到80%凈化效果的房間面積，我們假設房間層高為2.4m，通風率為0.3h-1及自然沉降率為0.1h-1。把這些值代入公式（2）：

整理后可得：

應用上述公式，可知一臺對于細粗顆粒物（0.1μm以上）總CADR為400m3/h的空氣凈化器可以凈化104m2面積的區域。同樣的，該公式也可以用來在已知房間面積的情況下確定空氣凈化器所需CADR的大小。譬如，對于一間面積為50m2的房間，所要求的空氣凈化器CADR應當不低于192m3/h。”