基于美標(biāo) ASHRAE 52.2 的靜電過濾器性能實(shí)驗(yàn)研究

侯銀燕 王志勇 郜津慧 徐昭煒 李劍東 王智超

中國建筑科學(xué)研究院

0 引言

空氣中的顆粒物，特別是可吸入顆粒物 （PM10）和細(xì)顆粒物 （PM2.5） 可以通過呼吸道、 消化道、 皮膚等途徑進(jìn)入人體。其中， 呼吸道吸入是最主要也是危害最大的途徑之一。如何控制和改善建筑室內(nèi)環(huán)境對人們的健康至關(guān)重要。

過濾器是獲得良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)的有效設(shè)備，現(xiàn)在的過濾器用的較多的是纖維型過濾器。一般提高過濾效率， 可以通過增加纖維的厚度， 減小纖維直徑或是增加纖維填充率來提高它的過濾效率， 但隨之阻力也會相應(yīng)的增加。 阻力的增加會導(dǎo)致系統(tǒng)能耗增加。人們通過多年的研究找到了一種新的方法—— —靜電過濾器。靜電過濾器是借助靜電力從氣流中分離懸浮粒子的一種裝置[1]， 與傳統(tǒng)過濾器相比， 靜電過濾器具有效率穩(wěn)定、 阻力低的顯著特點(diǎn)。美國標(biāo)準(zhǔn) ASHRAE 52.2規(guī)定了一般通風(fēng)用空氣過濾器的測試方法，其計(jì)數(shù)效率塵源為KCl固態(tài)氣溶膠， 計(jì)重效率試驗(yàn)用負(fù)荷塵為 ASHRAE 塵 [2] 。對于靜電過濾器， ASHRAE塵中的主要成份炭黑具有導(dǎo)電性能， 通過附著在短棉絨上可能造成過濾器電板短路的現(xiàn)象， 同時(shí)由于炭黑的電特性， 附著在極板上的炭黑會導(dǎo)致靜電過濾器大大減少對其它顆粒的靜電吸引力， 造成過濾效率偏低。因此為了評價(jià)靜電過濾器的性能， 本研究基于美國標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE 52.2， 對其實(shí)驗(yàn)方法和性能進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)描述

本實(shí)驗(yàn)選用細(xì)線平板式靜電過濾器， 進(jìn)風(fēng)面安裝有粗效金屬濾網(wǎng)， 在空氣過濾器試驗(yàn)系統(tǒng)上 （見圖 1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)用氣溶膠為 KCl 固態(tài)氣溶膠， 用于測試過濾器的過濾效率。實(shí)驗(yàn)用負(fù)荷塵由標(biāo)準(zhǔn)中的ASHRAE塵更換為ISO-12103-A2塵， 用于不同容塵階段的發(fā)塵。因?yàn)殪o電過濾器的阻力隨發(fā)塵量變化很小， 因此不能依據(jù)阻力作為實(shí)驗(yàn)的終止條件， 本實(shí)驗(yàn)將每次的發(fā)塵過程終止條件更換為每次發(fā)一定質(zhì)量的A2塵。測試的性能參數(shù)包括阻力， 過濾效率和臭氧濃度增加量。

圖1 空氣過濾器試驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)方案如下：

1）調(diào) 節(jié)輔助風(fēng)機(jī)至檢測風(fēng)速，發(fā) 生 KCl固態(tài)氣溶膠，測試潔凈狀態(tài)下被測樣機(jī)的分組粒徑計(jì)數(shù)效率。在上游采樣處和下游采樣處用粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行取樣測試，并 計(jì)算出對不同粒徑段顆粒物（ 0.3 μm ≤d1＜ 1.0 μm ，1.0 μm ≤d2＜ 3.0 μm ，3.0 μm ≤d3＜ 10.0 μm ）的 初始計(jì)數(shù)效率E0i， 計(jì) 算公式如下：

式中：E0i為分組粒徑 （0.3 μm ≤d1＜ 1.0 μm 、1.0 μm ≤d2＜3.0 μm 、3.0μm ≤d3＜10.0 μm ）初 始計(jì)數(shù)效率，% ；N1i為上游采樣處某粒徑段粒子計(jì)數(shù)濃度的平均值，粒 /升；N2i為下游采樣處某粒徑段粒子計(jì)數(shù)濃度的平均值，粒 /升。

取 10 次測量結(jié)果的平均值為計(jì)數(shù)效率的最終檢驗(yàn)結(jié)果。

2）關(guān) 閉KCl氣溶膠發(fā)生器。稱量一定質(zhì)量的負(fù)荷塵 （ISO-12103-A2）， 在靜電過濾器上風(fēng)側(cè)進(jìn)行初次發(fā)塵。 發(fā)塵結(jié)束后， 按照2） 中的方法， 測試并計(jì)算出第一次發(fā)塵后被測樣機(jī)的計(jì)數(shù)效率E1i。

3） 重復(fù)2） 中的發(fā)塵試驗(yàn)， 測試并計(jì)算出每個(gè)發(fā)塵階段后被測樣機(jī)的計(jì)數(shù)效率。

4） 在測試各個(gè)階段計(jì)數(shù)效率的過程中， 記錄每次發(fā)塵后被測樣機(jī)的阻力。

實(shí)驗(yàn)使用的主要儀器如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)使用的主要儀器

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

檢驗(yàn)風(fēng)速為2.5m/s。

2.1 阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

靜電過濾器的阻力與風(fēng)速結(jié)果如圖2所示。可以看出， 靜電過濾器的阻力隨風(fēng)速的增加變化很小， 阻力測試值也較小， 僅與傳統(tǒng)過濾器的粗效過濾器阻力類同， 用于民用建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中， 可使空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的壓頭降低很多， 從而降低能耗， 滿足節(jié)能環(huán)保要求。

圖2 靜電過濾器阻力與風(fēng)速關(guān)系

2.2 過濾效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

靜電過濾器的過濾效率， 阻力與發(fā)塵量結(jié)果如圖3和圖4所示。可以看出， 靜電過濾器過濾大顆粒的效率優(yōu)于小粒徑的效率。同時(shí)可以看出，隨著發(fā)塵量的增加， 過濾效率有降低的趨勢， 但降低幅度僅在 3%之內(nèi)， 阻力增加僅為2.8 Pa， 這說明不同程度的容塵對其效率和阻力均影響不大， 靜電過濾器的特點(diǎn)就是捕集力直接作用在粒子上， 由于捕集原理和結(jié)構(gòu)的不同使得靜電過濾器在不同容塵量下的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的纖維過濾器。

圖3 靜電過濾器的過濾效率結(jié)果

圖4 靜電過濾器阻力與發(fā)塵量關(guān)系

靜電過濾器的電壓與過濾效率見表2 和圖5。可以看出， 在電壓增加時(shí)， 過濾效率有較大幅度的增加，同時(shí)臭氧濃度的釋放量也在增加。

表2 靜電過濾器的過濾效率，阻力與發(fā)塵量結(jié)果

圖5 靜電過濾器電壓與過濾效率關(guān)系

3 結(jié)論

本研究對基于美國標(biāo)準(zhǔn) ASHRAE 52.2 測試靜電過濾器的性能實(shí)驗(yàn)方法和靜電過濾器的阻力， 過濾效率， 臭氧濃度增加量等性能進(jìn)行研究。美標(biāo) ASHRAE 52.2中的容塵量試驗(yàn)方法不適用于靜電過濾器，容塵階段負(fù)荷塵由ASHRAE塵更換為ISO-12103-A2塵。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到：

1）靜電過濾器的阻力隨風(fēng)速的增加變化很小， 用于民用建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中， 可使空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的壓頭降低很多， 從而降低能耗。

2） 不同程度的容塵對其過濾效率和阻力均則影響不大。

3） 提高電壓， 可使過濾效率有較大幅度的提高， 但同時(shí)臭氧濃度的釋放量也在增加。

為了使靜電過濾器的應(yīng)用能夠更加可靠， 靜電過濾器在日常維護(hù)中， 需要加強(qiáng)運(yùn)行、 維護(hù)穩(wěn)定性、 清洗方法等的研究， 同時(shí)由于靜電過濾器會產(chǎn)生臭氧， 臭氧對人體有一定的危害作用， 因此如何降低臭氧濃度的發(fā)生量也需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬廣大.除塵器性能計(jì)算[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社,1990

[2] ASHRAE.Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size(ANSI/ASHRAE 52.2-2012)[S].Atlanta:ASHRAE,2012