多種空氣凈化器對室內(nèi)顆粒物凈化效果研究

張蓓，相海恩，郝盼盼，肖軍

（國家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，石家莊 050091）

多種空氣凈化器對室內(nèi)顆粒物凈化效果研究

張蓓，相海恩，郝盼盼，肖軍

（國家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，石家莊 050091）

利用環(huán)境試驗艙模擬穩(wěn)定的環(huán)境條件，以香煙煙霧為顆粒物目標污染物，對選取的16種空氣凈化器進行測試，計算空氣凈化器對顆粒物的潔凈空氣量和凈化能效。結(jié)果表明采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的CADR（潔凈空氣量）平均值明顯高于采用活性炭+HEPA和采用靜電除塵的空氣凈化器潔凈空氣量的平均值。采用靜電除塵的空氣凈化器的顆粒物能效明顯高于采用HEPA集成活性碳纖維和活性炭+HEPA的空氣凈化器。當CADR數(shù)值接近時，采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的顆粒物凈化能效高于采用活性炭+HEPA的空氣凈化器。

空氣凈化器；顆粒物；潔凈空氣量；HEPA集成活性碳纖維過濾器；活性炭過濾器；HEPA過濾器；靜電除塵過濾器

1 引言

近年來，我國中東部地區(qū)頻發(fā)嚴重的霧霾污染天氣。霧霾發(fā)生時空氣中的顆粒物，特別是PM2.5濃度升高，大量顆粒物懸浮在空氣中，由此引起的室內(nèi)空氣質(zhì)量問題已成為人們關注的焦點，室內(nèi)空氣污染治理呈現(xiàn)出巨大的社會需求，將空氣凈化器產(chǎn)業(yè)推向了高峰。在室內(nèi)使用空氣凈化器去除空氣中的顆粒物等污染物，對人體健康起到重要的保護作用，各種類型的空氣凈化器已成為家庭必備電器。

空氣凈化器的凈化性能與其使用的過濾器直接相關，提高空氣凈化器中污染空氣與過濾器的接觸面積和時間，從而提高凈化性能和效率，合理的設計還可以降低運行能耗，提高顆粒物凈化能效[1]。市場上現(xiàn)有的空氣凈化器的顆粒物過濾器主要有初效過濾網(wǎng)、活性炭過濾器、HEPA過濾器、HEPA集成活性碳纖維過濾器和靜電除塵過濾器等。

潔凈空氣量（CADR）是空氣凈化器在額定狀態(tài)和規(guī)定的試驗條件下，針對目標污染物（顆粒物和氣態(tài)污染物）凈化能力的參數(shù)，表示空氣凈化器提供潔凈空氣的速率，是評價空氣凈化器質(zhì)量優(yōu)劣的重要參考指標。本研究依據(jù)最新頒布的國家標準《空氣凈化器》（GB/T 18801-2015），對目前市場上常見品牌不同過濾器的室內(nèi)空氣凈化器的潔凈空氣量進行測試，分析不同過濾器對CADR和顆粒物凈化能效的影響，從而對空氣凈化器進行客觀評價，為消費者的選購提供參考。

2 測試樣品與方法

2.1 測試樣品

通過市場調(diào)研，隨機選購16種空氣凈化器產(chǎn)品，涵蓋銷售量大、市場份額占有率高的不同價格區(qū)間的空氣凈化器。所選取的空氣凈化器采用的過濾技術包括了目前較為常用的初效過濾網(wǎng)、活性炭過濾器、HEPA過濾器、HEPA集成活性碳纖維過濾器和靜電除塵過濾器，同一臺空氣凈化器中可能采用1～3種過濾器。

2.2 方法

2.2.1 測試條件

空氣凈化器的測試依據(jù)國家標準《空氣凈化器》（GB/T 18801-2015）的規(guī)定在30m3試驗艙中進行，測試環(huán)境溫度為（25±2）℃，相對濕度為（50±10）%[2]。

2.2.2 測試儀器

30m3環(huán)境試驗艙（南京拓展科技有限公司）；顆粒物發(fā)生器（清華大學建筑技術科學院TH-PM-1/2）；激光塵埃粒子計數(shù)器，測試粒徑范圍為0.3～10μm，儀器量程為3.5萬個/L；稀釋器（自制，稀釋倍數(shù)為100倍）；采樣泵（BX2400）；功率測試儀（PA3000）；標準顆粒物污染物：香煙煙霧（紅塔山牌經(jīng)典150），焦油含量為8mg/支（以0.3μm以上的顆粒物總數(shù)表示）。

2.2.3 測試方法、測試條件和數(shù)據(jù)分析

測試方法、測試條件和數(shù)據(jù)分析依照《空氣凈化器》（GB/T 18801-2015）進行。

3 結(jié)果分析

下表顯示，采用不同過濾技術的空氣凈化器對顆粒物的凈化效果有差異。

采用同一過濾技術的空氣凈化器對顆粒物的凈化效果也有差異。采用復合過濾技術的空氣凈化器對顆粒物的凈化效果不一定大于采用單一技術的空氣凈化器。初效過濾網(wǎng)對CADR影響不明顯，故在后續(xù)討論中不考慮。

空氣凈化器的潔凈空氣量和顆粒物凈化能效見圖1。

圖1 空氣凈化器的潔凈空氣量和顆粒物凈化能效

4 討論

由于初效過濾主要是捕捉空氣中5μm以上的塵埃粒子，《空氣凈化器標準》（GB/T 18801-2008）主要是衡量直徑0.3～3.0μm的顆粒總數(shù)量，直徑在3.0μm以上的顆粒數(shù)量太少，基本可以忽略，所以不考慮初效過濾對潔凈空氣量的影響。

4.1 活性炭濾層集成方式對潔凈空氣量的影響

采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的潔凈空氣量明顯高于采用活性炭+HEPA的空氣凈化器。分析其原因，HEPA復合活性碳纖維為高分子材料與活性碳纖維熱熔復合，是具有超微粒子、不規(guī)則結(jié)構(gòu)和納米空間混合的體系[3]。在直徑為10～30nm的纖維表面，分布著半徑為2nm左右的納米微孔，與被吸附物接觸面積非常大[4]。從圖2、圖3活性碳纖維與活性炭顆粒的結(jié)構(gòu)模型可看出，活性碳纖維微孔的孔徑小而均勻，吸附材料得以充分利用，具有纖維、氈、布和紙等各種纖細的表面，孔隙直接開口在纖維表面，其吸附質(zhì)到達吸附位的擴散路徑短，吸附效果明顯高于活性炭。

表中編號9采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的潔凈空氣量為419.2m3/h，顆粒物凈化能效為9.085m3/W·h；表中編號5采用HEPA和活性炭兩個過濾器疊加的空氣凈化器的潔凈空氣量為412.2m3/h，顆粒物凈化能效為5.572m3/W·h。從以上數(shù)據(jù)可看出當潔凈空氣量數(shù)值接近時，采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的顆粒物凈化能效高于采用活性炭+HEPA的空氣凈化器。

圖2 活性碳纖維

圖3 活性炭顆粒

4.2 靜電除塵吸附與HEPA集成活性碳纖維對潔凈空氣量的影響

單獨采用靜電除塵吸附的空氣凈化器的潔凈空氣量平均值在300m3/h左右，平均顆粒物凈化能效高于采用HEPA集成活性碳纖維和活性炭+HEPA的空氣凈化器。本次測試僅有一臺空氣凈化器采用靜電除塵吸附+HEPA集成活性碳纖維的過濾技術，其潔凈空氣量為505.6m3/h，比單獨采用靜電除塵過濾器的空氣凈化器的潔凈空氣量有顯著提高，但又低于單獨采用HEPA集成活性碳纖維過濾器的平均值529.3m3/h，推測可能為采用靜電除塵過濾器后使風阻變大，導致污染空氣經(jīng)過HEPA集成活性碳纖維過濾器時速率變緩，過濾效果下降，因為數(shù)據(jù)不夠充分，需進行深入研究。

綜上所述，采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的潔凈空氣量平均值為529.3m3/h，明顯高于采用活性炭+HEPA的空氣凈化器的平均值（363.3m3/h）和采用靜電除塵的空氣凈化器的潔凈空氣量的平均值（344.1m3/h）。采用靜電除塵的空氣凈化器的顆粒物凈化能效明顯高于采用HEPA集成活性碳纖維和活性炭+HEPA的空氣凈化器。當潔凈空氣量數(shù)值接近時，采用HEPA集成活性碳纖維的空氣凈化器的顆粒物凈化能效高于采用活性炭+HEPA的空氣凈化器。

[1] 涂光備.制藥工業(yè)的潔凈與空調(diào)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2] GB/T 18801-2015，空氣凈化器[S].

[3] 榮海琴.改性PAN-ACFs對甲醛吸附性能的初步研究[J].新型炭材料，2001，16（1）.

[4] 王雨群，賈祥焱，張云龍.ACF酶催化空氣凈化材料的合成及甲醛降解機理[J].南京理工大學學報，2006，30（1）.

Study on Purification Impact of Various Air Purifiers on Indoor Particulate Matter

ZHANG Bei, XIANG Hai-en, HAO Pan-pan, XIAO Jun
(China National Center for Quality Supervision and Test of Environmental Protection Products, Shijiazhuang 050091, China)

By using the environmental test chamber to simulate the stable environmental conditions and by taking the cigarette smoke as a target pollutant of particulates, the paper selects 16 kinds of air purifiers and makes tests, and calculates the clean air volume and purifying energy efficiency of the air purifier.

air purifier; particulate matter; clean air volume; HEPA integrated activated carbon fiber filter; activated carbon filter; HEPA filter; electrostatic dust filter

X511 文獻標志碼：A 文章編號：1006-5377（2017）09-0056-03