空氣凈化器核心組件的性能對比研究

周靜茹

(廣東順德工業設計研究院(廣東順德創新設計研究院)，廣東 佛山 528311)

1 空氣凈化器核心組件的性能測試實驗

1.1 實驗目的

1)測試A產品(型號:T120)對PM2.5、甲醛/VOC的凈化情況;2)測試L空氣凈化器核心組件替換成A核心組件后對PM2.5、甲醛/VOC的凈化情況;3)對比L空氣凈化器核心組件和A產品性能的優劣。

1.2 實驗器材

1)實驗場地。面積20 m2左右(體積：82.53 m3左右)，配備空調一臺。2)實驗儀器。顆粒物質量濃度測試儀，甲醛/VOC濃度檢測儀，得力溫濕度儀，攪拌風扇，計時器。3)實驗材料。香煙煙霧。甲醛/VOC發生源：油漆稀釋劑。

1.3 實驗方法

1)PM2.5凈化測試方法參考GB/T 18001-2015 附錄B 顆粒物的潔凈空氣量試驗方法[1]。

2)甲醛/VOC凈化測試方法參考GB/T 18001-2015 附錄C氣態污染物的潔凈空氣量試驗方法[2]。

1.4 實驗步驟

1.4.1 PM2.5凈化性能測試

1)自然衰減試驗。①將待檢驗的空氣凈化器(桌面型)放置于室中央距離地板高 700 mm 處。②選擇合適的檢測點(避開進出風口)，離墻壁距離大于 0.5 m，相對試驗室地面高度 0.5～1.5 m。③準備數據記錄表。④開啟高效空氣過濾器(可用實驗室其它空氣凈化器替代)，凈化試驗室內的空氣，使懸浮顆粒物濃度降低至測塵儀的檢測下限，同時啟動溫濕控制器，控制室內溫度為(25±2)℃，相對濕度為(50±10)%，記錄該值。⑤關閉高效空氣過濾器和溫濕度控制器，啟動攪拌風扇。點燃香煙，此過程中保持攪拌風扇處于開啟狀態，待懸浮顆粒物濃度達到(1.5±0.3) mg/m3后關閉攪拌風扇。⑥用顆粒物質量濃度測試儀測定顆粒物的初始濃度c0，同時開啟待檢驗的凈化器至額定狀態(選用低檔風速，設定外置電壓 4.2 kV)。將該測試點的數值作為試驗室內的初始濃度。計算時對應t=0 min。⑦在試驗室內的初始質量濃度(自然衰減的第一次檢測點)測定后，每 2 min 測定并記錄一次顆粒物的濃度，第二個檢測點開始的時刻為t=0 min,連續測定 20 min。

2)總衰減試驗。①按1.4.1項1)中①～⑥的規定進行試驗；②在試驗室內的初始濃度(總衰減的第一個取樣點)測定后，開啟待檢驗的凈化器至額定狀態，開啟的時刻為t=0 min,同時開始取樣進行測定，每 2 min 測定并記錄一次PM2.5的濃度，連續測定 20 min 后，關閉凈化器。

3)潔凈空氣量Q的計算。根據試驗1)自然衰減試驗和2)總衰減試驗，計算出自然衰減常數kn和總衰減常數ke(計算依據：ct=c0e-kt)，再計算出潔凈空氣量Q。

Q=60×(ke-kn)×V

(1)

式中：Q為潔凈空氣量，m3/h；ke為總衰減常數，min-1；kn為自然衰減常數，min-1；V為實驗室容積，m3。

1.4.2 甲醛/VOC凈化性能測試

1)自然衰減實驗。①凈化器置于 2.8 m3實驗倉內，空氣凈化器調到額定狀態，運行 1 h 以上，檢驗運轉正常，關閉凈化器，并確定記錄文件。②開啟空氣過濾器(空調)大約 1 h，使得室內氣體中的有機物和顆粒物濃度盡量低，以達到標準值以下[3]。調節室溫和相對濕度使其達到GB/T18883的規定(國標規定的室溫為22～28 ℃、相對濕度為40%～80%)[4]。③通過風扇加速甲苯擴散，20 min 后停止輸送。開啟攪拌風扇攪拌 10 min 后，使氣態污染物(甲苯)在室內混合均勻[5]。④停止攪拌風扇，用有機物濃度檢測儀記錄此時TVOC檢測值，并將此數據作為氣態污染物(甲苯)的初始質量濃度值c0(計算時對應t=0 min，采集3個試驗點取平均值)。(注：初始質量濃度選擇GB/T18883濃度的(10±2)倍，例如，甲苯為 2±0.4 mg/m3)。⑤開始試驗,以最后一次采集初始質量濃度c0的位置作為實驗的固定點，每隔 1 min 采集一次，每次采集1個位置的數據。第二次的時間同樣也記為t=0 min，采集過程為 60 min。

2)總衰減實驗。①按照氣態污染物的自然衰減實驗中的①～④的實驗方法，進行操作。② 開啟凈化器，開啟時刻的時間記為t=0 min，同時開始取樣并進行測定，每隔 1 min 采集一次，每次采集1個位置的數據。第二次的時間同樣也記為t=0 min，采集過程為 60 min。 (注：質量濃度低于GB/T18883規定(0.20 mg/m3)的樣點視為無效數據。)

3)氣態污染物(CADR)的計算。按公式(1)計算。

2 數據記錄與處理

2.1 PM2.5凈化情況

1)陰極線為銅線。通過測定自然衰減試驗條件下PM2.5質量濃度得出自然衰減常數kn，通過總衰減試驗分別測定A品牌產品原裝濾芯、L品牌空氣凈化器核心組件(3根銅線)、L品牌空氣凈化器核心組件(6根銅線)的總衰減常數ke，再計算出潔凈空氣量并進行對比。測試數據如表1，擬合情況如圖1。

表1 PM2.5的潔凈空氣量試驗

圖1 PM2.5的潔凈空氣量試驗濃度變化曲線

原裝濾芯潔凈空氣量：Q1=60×(ke1-kn)×V=110.44 m3/h；替換濾芯(3銅線)潔凈空氣量：Q2=60×(ke2-kn)×V=17.41 m3/h;替換濾芯(6銅線)潔凈空氣量：Q3=60×(ke3-kn)×V=42.70 m3/h。

2)陰極線為鉬絲的情況。把L品牌空氣凈化器核心組件的6根銅絲替換為6根鉬絲后，再次測試PM2.5的質量濃度變化，計算總衰減常數和潔凈空氣量。測試數據如表2，擬合情況如圖2。

表2 PM2.5的潔凈空氣量試驗

圖2 PM2.5的潔凈空氣量試驗濃度變化曲線

原裝濾芯潔凈空氣量：Q1=60×(ke1-kn)×V=110.44 m3/h;替換濾芯(6鉬絲)潔凈空氣量：Q2=60×(ke2-kn)×V=77.07 m3/h。

2.2 HCHO/VOC去除情況

與測試PM2.5的方法類似，分別測試A品牌產品原裝濾芯、L空氣凈化器核心組件(6根銅線)、L空氣凈化器核心組件(6根鉬絲)的 HCHO/VOC濃度變化，計算出潔凈空氣量并進行對比。測試數據如表3，擬合情況如圖3。

表3 HCHO的潔凈空氣量試驗

圖3 HCHO的潔凈空氣量試驗濃度變化曲線

原裝濾芯潔凈空氣量：Q1=60×(ke1-kn)×V=3.53 m3/h；替換濾芯(6銅絲)潔凈空氣量：Q2=60×(ke2-kn)×V=2.95 m3/h；替換濾芯(6鉬絲)潔凈空氣量：Q3=60×(ke3-kn)×V=73.29 m3/h。

3 結論

A產品(T120)對固體PM2.5的潔凈空氣量均值為 110.44 m3/h，L空氣凈化器核心組件原始濾芯(3根銅線)沒有明顯的除塵效果；L產品減小銅絲和塑料板之間的間距后(6根銅線)，除塵效果顯現，再經過改進，將6根銅線換成6根鉬絲后，除塵效果更加明顯，幾乎能與A原裝濾芯相媲美。

原裝濾芯對甲醛凈化能力只有 3.53 m3/h，幾乎沒有吸附能力，可能是由于原裝濾芯經過多次測試損耗需要更換耗材了。同樣替換濾芯在安裝6根銅線的情況下對甲醛也沒有明顯的吸附功能，兩者均與自然衰減效果類似，但在替換濾芯安裝了6根鉬絲的情況下，對甲醛的吸附情況極為顯著，達到 73.29 m3/h，是原裝濾芯的20倍。

4 優化建議

從測試情況來看，L產品替換濾芯經過初步改進后已體現了除塵效果，如在結構上進一步優化，除塵效果將可與A品牌媲美。建議如下：

1)測試中陰極線選用的是φ0.15 mm 的銅絲，考慮用鉬絲(規格φ0.15 mm)作為替換材料，使陰極線具備良好的放電能力；

2)現有結構連接銅絲的出線端(陰極線)和塑料板端面(陽極端)離得很近，發現有擊穿現象，應分開走線，防止高壓擊穿；

3)現有結構沒有固定陰極線的設計，接線操作困難，需要進行手工制作工作，因此還需做結構優化；

4)現有結構電離區陽極板和陰極線的間距為7～10 mm，集塵區陰陽板間距為 5 mm，可適當減小間距，同時適當減小板材厚度，通過增大密度增加放電場對數；

5)現有結構塑料板強度和硬度較差，應在集塵器中應設計一種支撐結構使得板間保持一致的距離。