基于美標 ASHRAE 52.2 的靜電過濾器性能實驗研究

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）和細顆粒物 （PM2.5） 可以通過呼吸道、 消化道、 皮膚等途徑進入人體。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環境對人們的健康至關重要。

過濾器是獲得良好的室內空氣品質的有效設備，現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的增加。 阻力的增加會導致系統能耗增加。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]， 與傳統過濾器相比， 靜電過濾器具有效率穩定、 阻力低的顯著特點。美國標準 ASHRAE 52.2規定了一般通風用空氣過濾器的測試方法，其計數效率塵源為KCl固態氣溶膠， 計重效率試驗用負荷塵為 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象， 同時由于炭黑的電特性， 附著在極板上的炭黑會導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。因此為了評價靜電過濾器的性能， 本研究基于美國標準ASHRAE 52.2， 對其實驗方法和性能進行研究。

1 實驗描述

本實驗選用細線平板式靜電過濾器， 進風面安裝有粗效金屬濾網， 在空氣過濾器試驗系統上 （見圖 1）進行實驗， 實驗用氣溶膠為 KCl 固態氣溶膠， 用于測試過濾器的過濾效率。實驗用負荷塵由標準中的ASHRAE塵更換為ISO-12103-A2塵， 用于不同容塵階段的發塵。因為靜電過濾器的阻力隨發塵量變化很小， 因此不能依據阻力作為實驗的終止條件， 本實驗將每次的發塵過程終止條件更換為每次發一定質量的A2塵。測試的性能參數包括阻力， 過濾效率和臭氧濃度增加量。

圖1 空氣過濾器試驗系統

實驗方案如下：

1）調 節輔助風機至檢測風速，發 生 KCl固態氣溶膠，測試潔凈狀態下被測樣機的分組粒徑計數效率。在上游采樣處和下游采樣處用粒子計數器進行取樣測試，并 計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 初始計數效率E0i， 計 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 始計數效率，% ；N1i為上游采樣處某粒徑段粒子計數濃度的平均值，粒 /升；N2i為下游采樣處某粒徑段粒子計數濃度的平均值，粒 /升。

取 10 次測量結果的平均值為計數效率的最終檢驗結果。

2）關 閉KCl氣溶膠發生器。稱量一定質量的負荷塵 （ISO-12103-A2）， 在靜電過濾器上風側進行初次發塵。 發塵結束后， 按照2） 中的方法， 測試并計算出第一次發塵后被測樣機的計數效率E1i。

3） 重復2） 中的發塵試驗， 測試并計算出每個發塵階段后被測樣機的計數效率。

4） 在測試各個階段計數效率的過程中， 記錄每次發塵后被測樣機的阻力。

實驗使用的主要儀器如表1所示。

表1 實驗使用的主要儀器

2 實驗結果及分析

檢驗風速為2.5m/s。

2.1 阻力實驗結果

靜電過濾器的阻力與風速結果如圖2所示。可以看出， 靜電過濾器的阻力隨風速的增加變化很小， 阻力測試值也較小， 僅與傳統過濾器的粗效過濾器阻力類同， 用于民用建筑的空調通風系統中， 可使空調箱風機的壓頭降低很多， 從而降低能耗， 滿足節能環保要求。

圖2 靜電過濾器阻力與風速關系

2.2 過濾效率實驗結果

靜電過濾器的過濾效率， 阻力與發塵量結果如圖3和圖4所示。可以看出， 靜電過濾器過濾大顆粒的效率優于小粒徑的效率。同時可以看出，隨著發塵量的增加， 過濾效率有降低的趨勢， 但降低幅度僅在 3%之內， 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， 靜電過濾器的特點就是捕集力直接作用在粒子上， 由于捕集原理和結構的不同使得靜電過濾器在不同容塵量下的阻力遠遠小于傳統的纖維過濾器。

圖3 靜電過濾器的過濾效率結果

圖4 靜電過濾器阻力與發塵量關系

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， 過濾效率有較大幅度的增加，同時臭氧濃度的釋放量也在增加。

表2 靜電過濾器的過濾效率，阻力與發塵量結果

圖5 靜電過濾器電壓與過濾效率關系

3 結論

本研究對基于美國標準 ASHRAE 52.2 測試靜電過濾器的性能實驗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行研究。美標 ASHRAE 52.2中的容塵量試驗方法不適用于靜電過濾器，容塵階段負荷塵由ASHRAE塵更換為ISO-12103-A2塵。

實驗結果得到：

1）靜電過濾器的阻力隨風速的增加變化很小， 用于民用建筑的空調通風系統中， 可使空調箱風機的壓頭降低很多， 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， 但同時臭氧濃度的釋放量也在增加。

為了使靜電過濾器的應用能夠更加可靠， 靜電過濾器在日常維護中， 需要加強運行、 維護穩定性、 清洗方法等的研究， 同時由于靜電過濾器會產生臭氧， 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生量也需要進一步的研究。

參考文獻

[1] 馬廣大.除塵器性能計算[M]. 北京: 中國環境科學出版社,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