光熱凝聚技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化裝置中的應(yīng)用

馮曉宏

（中潔環(huán)境科技有限公司，西安 710061）

光熱凝聚技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化裝置中的應(yīng)用

馮曉宏

（中潔環(huán)境科技有限公司，西安 710061）

SINOCLEAN光熱凝聚技術(shù)應(yīng)用在新風(fēng)系統(tǒng)及空氣凈化裝置中是一種新的嘗試。以具體產(chǎn)品為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了SINOCLEAN凝聚技術(shù)對(duì)PM2.5凈化效率的增強(qiáng)效益；研究了在不同風(fēng)速時(shí)，凝聚單元所提高的效率值；通過對(duì)比SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后顆粒物的計(jì)數(shù)濃度和質(zhì)量濃度，研究了SINOCLEAN凝聚現(xiàn)象對(duì)顆粒物作用的粒徑范圍。

微顆粒物；SINOCLEAN凝聚技術(shù)；空氣凈化

1 引言

在傳統(tǒng)除塵器前增設(shè)凝聚裝置，使超細(xì)顆粒物通過化學(xué)或物理方法凝聚成較大顆粒，是現(xiàn)代除塵技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)[1，2]。按凝聚機(jī)理的不同，超細(xì)顆粒物的凝聚技術(shù)可分為電凝聚、聲凝聚、磁凝聚、熱凝聚、光凝聚、湍流凝聚、化學(xué)凝聚及雙荷電流體混合凝聚等，許多研究表明[3-5]，凝聚對(duì)超細(xì)顆粒物有較好的效果，因此，研究凝聚技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用，對(duì)去除空氣中PM2.5具有重要意義。

熱凝聚是由布朗運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散）導(dǎo)致氣溶膠粒子互相接觸而凝聚的過程，是最常見的一種凝聚方式，研究指出[6]：當(dāng)粒子直徑dp≤1μm時(shí)，熱凝聚作用較為明顯；而光凝聚是指在光波輻射情況下超細(xì)顆粒發(fā)生的團(tuán)聚現(xiàn)象，Lushnikov[7]研究了超細(xì)顆粒物在光輻射下的凝聚過程。馮曉宏提出的SINOCLEAN光熱凝聚技術(shù)[8，9]（以下簡(jiǎn)稱“SINOCLEAN技術(shù)”），首次將光凝聚和熱凝聚效應(yīng)相結(jié)合，通過促使超細(xì)微顆粒物凝聚，被過濾系統(tǒng)更有效地?cái)r截，從而達(dá)到提高凈化效率的目的。

本文對(duì)SINOCLEAN技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化中的應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試研究，分析了SINOCLEAN技術(shù)對(duì)顆粒物凈化效率的影響，為室內(nèi)空氣凈化行業(yè)提供了技術(shù)參考。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及方法

2.1 測(cè)試產(chǎn)品

選擇SINOCLEAN空氣新風(fēng)凈化裝置進(jìn)行測(cè)試。該凈化裝置的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。室外機(jī)的作用是將室外新風(fēng)送入室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)機(jī)內(nèi)部依次安裝均流板、自潔單元、SINOCLEAN凝聚單元、初效過濾器和高效過濾器。SINOCLEAN凝聚單元設(shè)置于初效過濾器的進(jìn)口側(cè)，其由光源模塊和加熱模塊組成，光源模塊為紅光波段LED，加熱模塊為紅外光燈或電加熱絲。同時(shí)，該新風(fēng)系統(tǒng)及空氣凈化裝置將新風(fēng)引入室內(nèi)，避免了現(xiàn)有家用凈化器將室內(nèi)空氣自循環(huán)所帶來的臭氧、TVOC、氡、CO2等有害物不斷累積，以及氧氣量減少的問題。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

采用德國(guó)Grimm公司1.109便攜式氣溶膠光譜儀分別測(cè)試大氣及凈化器出口的顆粒物濃度，采用美國(guó)TSI公司8386型號(hào)智能多參數(shù)風(fēng)速儀測(cè)試凈化器不同檔位的出口風(fēng)速。

2.3 測(cè)試方法

將新風(fēng)系統(tǒng)的過濾裝置卸掉，采用兩臺(tái)氣溶膠光譜儀同時(shí)對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)出口以及新風(fēng)系統(tǒng)室外機(jī)進(jìn)口的顆粒物濃度進(jìn)行測(cè)試，每種工況測(cè)試時(shí)間為5min，并取5min內(nèi)的平均值作為該種工況的實(shí)驗(yàn)值。新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)出口的測(cè)試點(diǎn)均為出風(fēng)口的幾何中心點(diǎn)。新風(fēng)系統(tǒng)出口風(fēng)速取五個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均值，測(cè)點(diǎn)的布置情況如圖2所示。

圖2 出風(fēng)口風(fēng)速測(cè)點(diǎn)位置示意

3 結(jié)果與討論

3.1 SINOCLEAN凝聚單元開關(guān)前后凈化效率的對(duì)比

中國(guó)建筑科學(xué)研究院針對(duì)SINOCLEAN空氣新風(fēng)系統(tǒng)SINOCLEAN凝聚單元效果進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試針對(duì)凝聚單元開關(guān)前后，不同檔位（風(fēng)速）條件下，凈化PM2.5的計(jì)重效率。測(cè)試結(jié)果見下表。測(cè)試時(shí)的空氣溫度為20℃，相對(duì)濕度為42.4%。

凝聚單元開關(guān)前后，新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)PM2.5的凈化效率對(duì)比表

由上表可知，當(dāng)開SINOCLEAN凝聚單元時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)PM2.5的凈化效率得到了一定幅度的提升，提升幅度在2%～3%，而且檔位（風(fēng)速）越低，提升的效率越高，分析其原因，一方面可能是由于空氣流速越高，氣溶膠粒子受到的光輻射以及被加熱的時(shí)間越短，即氣溶膠粒子發(fā)生凝聚的時(shí)間越短，削弱了凝聚的效果；另一方面可能是由于在較大的風(fēng)速情況下，氣溶膠粒子的布朗運(yùn)動(dòng)或在光輻射下成核的過程受到影響的程度變大，破壞了部分氣溶膠粒子的凝聚。

同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開SINOCLEAN凝聚單元時(shí)，在上游測(cè)點(diǎn)PM2.5濃度嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，新風(fēng)系統(tǒng)檔位1與檔位3出口的PM2.5濃度低于我國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[10]年均值一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)15μg/m3，而且，檔位2時(shí)出口的PM2.5濃度也接近該標(biāo)準(zhǔn)值，由此表明，SINOCLEAN凝聚單元對(duì)PM2.5有一定的凈化增強(qiáng)能力。

3.2 SINOCLEAN凝聚單元對(duì)不同粒徑顆粒物凝聚效果分析

通過測(cè)試SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后，新風(fēng)系統(tǒng)檔位（風(fēng)速）為2時(shí)，進(jìn)出口不同粒徑顆粒物的計(jì)數(shù)濃度，以及PM10、PM2.5和PM1.0的計(jì)重濃度，通過計(jì)算各粒徑顆粒物的減少率，分析SINOCLEAN凝聚單元對(duì)不同粒徑顆粒物的凝聚效果。測(cè)試時(shí)，空氣溫度為21℃，相對(duì)濕度為45.8%。

圖3給出了對(duì)SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后，不同粒徑顆粒物計(jì)數(shù)濃度的減少率情況。

由圖3可知，關(guān)閉SINOCLEAN凝聚單元時(shí)，粒徑在0.25～0.7μm范圍內(nèi)的顆粒物基本保持不變，而粒徑在0.7～12.5μm范圍內(nèi)的顆粒物，其減少率基本呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，分析其原因是由于較大顆粒的慣性作用，再加上新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部有彎道和較多的元部件，空氣流經(jīng)其內(nèi)部時(shí)，較大的顆粒物由于慣性作用，脫離氣流，從而被阻留在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)壁或元部件上，造成其濃度的減少。

圖3 凝聚單元開、關(guān)前后不同粒徑顆粒物計(jì)數(shù)濃度減少率對(duì)比

開啟SINOCLEAN凝聚單元時(shí)，粒徑在0.25～0.45μm范圍內(nèi)的顆粒物基本保持不變，粒徑在0.45～1.0μm范圍內(nèi)的顆粒物，其減少率逐步變大而后變小，減少率的峰值出現(xiàn)在0.65～0.8μm粒徑范圍內(nèi)，而粒徑在1.0～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物的減少率為負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，也即經(jīng)過凝聚單元后，該粒徑范圍內(nèi)的顆粒物數(shù)量濃度增大，其中，粒徑在6.5～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物增加的最多。由此說明，經(jīng)過SINOCLEAN凝聚器后，0.5～1.0μm范圍內(nèi)顆粒物發(fā)生較為明顯的凝聚現(xiàn)象，造成1.0～8.5μm范圍內(nèi)顆粒物數(shù)量濃度的明顯增多。此外，粒徑在8.5～12.5μm范圍內(nèi)的顆粒物的減少率突然變?yōu)檎担@同樣是因?yàn)檩^大顆粒物的慣性較大，脫離氣流而留在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部的緣故。

3.3 SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后顆粒物質(zhì)量濃度的變化

SINOCLEAN凝聚單元開關(guān)前后，PM10、PM2.5和PM1.0的質(zhì)量濃度變化情況如圖4所示。

圖4顯示，凝聚單元啟用前，大顆粒物由于慣性碰撞等原因，會(huì)在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部壁面得到一定的捕集，凝聚單元出口的大顆粒物濃度有較明顯的降低；當(dāng)凝聚單元開啟后，PM2.5的作用顆粒物濃度明顯增多，而隨著顆粒物粒徑的減小，顆粒物濃度減小的程度在增大，說明凝聚現(xiàn)象對(duì)小顆粒物更為顯著，而且粒徑越小，凝聚現(xiàn)象就越明顯。

圖4 凝聚單元開關(guān)前后顆粒物質(zhì)量濃度減少率對(duì)比

4 結(jié)論

（1）SINOCLEAN凝聚單元能夠提高對(duì)PM2.5的凈化效率，并且風(fēng)速越低，效果越好。

（2）光源模塊為L(zhǎng)ED紅燈光源的SINOCLEAN凝聚單元的作用粒徑范圍是0.45～1.0μm，對(duì)0.65～0.8μm粒徑范圍內(nèi)的顆粒物凝聚效果最好，其中，粒徑在6.5～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物增加最多。

（3）凝聚只對(duì)粒徑較小的顆粒物起作用，而且在一定粒徑范圍內(nèi)，粒徑越小，凝聚現(xiàn)象越明顯。

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Application of Light & Heat Agglomerating Technology in Purifying Device of Fresh Wind Air

FENG Xiao-hong

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