關于壁掛型空凈一體式空調凈化模塊實現方式的探索

劉翔宇

摘 要：空凈一體機是集空氣凈化與傳統空調制冷制熱等功能于一體的空調器，一般家用凈化器凈化方案的實現方式主要有：HEPA網、IFD、負離子發生裝置等。對于壁掛型空凈一體式空調凈化模塊的實現上，需綜合考慮凈化性能、空調本身制冷制熱性能、噪音、異味以及安全等因素。

關鍵詞：空凈一體式；凈化；探索

1 概述

空凈一體機是集空氣凈化與傳統空調制冷制熱等功能于一體的空調器，一般家用凈化器凈化方案的實現方式主要有：HEPA網、IFD[1]、負離子發生裝置等。

采用單一HEPA網凈化的方式，凈化性能穩定，可靠性及安全性較高，但HEPA網風阻較大，對空調制冷制熱性能影響較大。又因容塵量限制等因素導致凈化性能衰減較快，需定期更換。

IFD凈化方式：IFD材料原理與靜電集塵技術相似，即利用高壓電壓形成的強電場吸附PM2.5顆粒。IFD凈化方式風阻小，循環風量大，凈化效果較好，兼顧了空氣凈化性能及空調本身的制冷制熱性能。但其運行時會產生臭氧，臭氧因濃度難控制、過量的臭氧會對人體造成傷害。

負離子發生裝置單獨使用時，凈化效果不明顯，一般搭配HEPA網一起使用。

對于壁掛型空凈一體式空調凈化模塊的實現方式上，需綜合考慮凈化性能、空調本身制冷制熱性能、噪音、異味以及安全等因素。

2 空凈一體機潔凈空氣量影響因素

2.1 有效循環風量

有效循環風量即指固定時間內通過HEPA網的風量，就家用空凈一體機而言，有效循環風量受兩個重要因素影響：一是內機風機轉速，即空調室內機總循環風量大小；二是進風口HEPA網覆蓋率。

（1）內風機轉速。在其他條件一定的情況下，內風機轉速與有效循環風量成正相關，內風機轉速越大，通過HEPA網的空氣量越大，凈化效果越好。

下面是某款家用壁掛空凈一體機，在其他條件及工況相同的情況下，不同內風機轉速對應的CADR值數據。

可見在一定范圍內，當內風機轉速提高，總循環風量隨之增大，有效循環風量也會增大，CADR值也隨之增大。

（2）進風口HEPA網覆蓋率。就家用空凈一體機而言，難以實現進風口HEPA網完全覆蓋，這是因為HEPA網風阻較大，全覆蓋進風口容易引起噪音較大或音質較差等問題，這就造成一部分風從空調頂部HEPA網覆蓋的進風口進入，而另一部分風則從未被HEPA網覆蓋的區域進入，被HEPA網覆蓋的進風口面積與進風口總面積的比值即進風口HEPA網覆蓋率。

以下是內風機轉速1760rpm，相同HEPA網情況下，不同進風口HEPA網覆蓋率對應的CADR值數據。

從上面的數據可以發現，當空調進風口HEPA網覆蓋率100%時，空氣全部從HEPA網經過，即總循環風量等于有效循環風量，此時CADR最高。當隨著進風口HEPA網覆蓋率的減少，CADR也隨之下降，這是因為，HEPA網風阻較大，氣流會更多地從風阻較小的未被HEPA網覆蓋的進風口流過，故實際流經HEPA網的有效循環風量較小，CADR也就變小了。

2.2 HEPA濾網網材

HEPA濾網是大部分家用空凈一體機包括現有空氣凈化器實現有效凈化功能的核心部件，HEPA濾網的廠家不同，其工藝也不盡相同，HEPA網實際凈化效果也不一樣。同時根據客戶不同需求，HEPA網材質也會不同，列如單一功能HEPA網、夾碳濾網等等，不同材質HEPA網功能不一樣，對于PM2.5的凈化效果也不盡相同。

對于濾網材質對顆粒物CADR的影響，本文對比了不同內風機轉速下夾碳濾網與普通濾網的顆粒物凈化性能，具體結果如下。

可發現在其他條件不變的情況下，各內風機轉速下，普通HEPA網的CADR都比夾碳HEPA網要高出十幾個立方米，這是因為夾碳HEPA濾網在普通HEPA濾網基礎上增加了一層改進活性炭層，受到原PET骨架層的限制，在活性炭層之下的靜電熔噴層受到壓縮，從而過濾顆粒物的性能會有所下降。

2.3 負離子濃度

在一定范圍內，當其他變量一定的情況下，空調器向室內發散的離子濃度越高，顆粒物CADR值也越高。為方便對比，這里統一取正對空調出風口正中距離風口70cm處的離子濃度作為對比。以下是內風機轉速1380rpm，其他條件不變的情況下，各離子濃度值對應的CADR數據。

由上圖可發現，當其他條件一定的情況下，離子濃度越高，顆粒物CADR越高，這是由于空氣中的負離子吸附顆粒物，一方面使一部分空氣中的顆粒物沉降至地面，另一方面負離子使顆粒物帶電后，更容易被HEPA網中的靜電纖維吸附，從而使得CADR有顯著地提升。

3 壁掛型空凈一體機凈化能力優化方案探索

綜合考慮性能、噪音以及安全等因素，HEPA網搭配負離子發生裝置的凈化方式相對而言較為適合家用壁掛空調器。

對于負離子發生器，前文已經論述過，在一定范圍內負離子濃度越大，CADR也相應越大。而就負離子發生器本身而言，負離子發生器主要由兩大部分構成，放電針和荷電模塊，[2]而這兩部分都會對負離子發生器發出的負離子濃度產生影響。

下面就進風口覆蓋HEPA網搭配出風口設置負離子發生裝置的凈化方式進行了相關的試驗論證。

3.1 關于確定放電針位置的實驗

分別測試了相同工況下放電針位于風道內，位于出風口右側假風口處、粘在面板下沿風口中間位置的CADR。

測試工況：空調內風機轉速1380rpm，夾碳HEPA濾網，負離子發生器荷電模塊高壓5.9kV，一個放電針，空調導風板默認位置，被測機置于實驗艙中心距地面1.5m處。

發現放電針粘在面板下沿風口中間位置的凈化效果較好，這是由于放電針粘在面板上時，由放電針發射出的負離子直接被氣流帶至實驗艙室內環境中，而不經過導風板等結構件，故負離子也不易被導風板等結構件吸附，實驗艙環境中的負離子濃度較大，故CADR也最高，但該方案現階段對壁掛型空調而言結構上難以實現，故現階段只能采取放電針嵌入風道內的方式，且放電針應盡量靠近出風口。

3.2 關于確定荷電模塊高壓的實驗

分別測試了相同工況下5.9kV高壓荷電模塊以及8.3kV高壓荷電模塊的CADR。

測試工況：空調內風機轉速1380rpm，夾碳HEPA濾網，一個放電針粘在面板下沿風口中間位置，空調導風板默認位置，被測機置于實驗艙中心距地面1.5m處。

從以上數據可發現當荷電模塊高壓由5.9kV提升至83kV時，CADR提升并不明顯，只提升了9m3/h，可見當單純提升荷電模塊高壓對CADR的提升意義不大，這是因為5.9kV高壓形成的電場已能提供足夠高的負離子濃度，而負離子濃度繼續增大，其衰減的程度就越大，且從安全角度考慮，荷電模塊高壓也不宜過高，故5.9kV高壓的荷電模塊已經足夠。

3.3 關于確定放電針類型的實驗

分別測試了相同工況下金屬放電針以及碳纖維放電針的CADR。

測試工況：空調內風機轉速1380rpm，夾碳HEPA濾網，放電針置于風道內，空調導風板默認位置，被測機置于實驗艙中心距地面1.5m處。

從以上數據可發現，相同工況下，采用碳纖維放電針比采用金屬放電針時的CADR高50m3/h左右，這是因為碳纖維放電針較金屬放電針發射的負離子更為發散，發射負離子束的指向性較金屬放電針弱，導致當碳纖維放電針發射出的負離子束更容易隨出風口吹出的氣流散發到艙內環境中，而不是更容易吸附在導風板表面上。

4 結論與展望

對于家用壁掛型空凈一體機，在凈化模塊實現方式的選擇上應從凈化性能、制冷制熱性能、噪音、異味、電氣安全以及整機可靠性方面綜合考慮衡量。

根據凈化模塊實現方式的不同，影響整機空氣凈化性能的因素主要有：內風機轉速、進風口HEPA網覆蓋率、HEPA網網材以及負離子濃度等。

在空調出風口增加負離子發生裝置對空調的空氣凈化性能有較大提升，但應注意出風口布置放電針的個數、位置以及放電針的選型等關鍵問題。

測試數據顯示在空調出風口布置1～2個放電裝置即可滿足要求，對于家用壁掛機碳纖維放電針較金屬放電針有優勢，荷電模塊高壓不宜過高，根據實驗數據顯示，最好控制在6kV以內。

以上是我們在做壁掛型空凈一體機開發時的一些經驗，希望對之后的研究人員有所啟發。因時間及筆者水平有限，不足之處請讀者指正和諒解，謝謝！

參考文獻：

[1]良良.“健康空調”和“負離子發生器”[J].中外輕工科技，2000（04）.

[2]曾建民，劉建衛.略談空氣離子與負離子發生器[J].電子技術，1983（12）.