車用空調過濾器分級過濾效率檢測方法

梁濤，李妮妮，黎永富，袁文強

(中汽檢測技術有限公司，廣東廣州 510530)

0 引言

按顆粒大小分級的過濾效率稱為分級過濾效率[1]。目前，國內外均采用這種測試方法來檢測車用空調過濾器的粉塵效率。常采用GB/T 32085.1-2015[1]、QC/T 998-2015[2]、ISO/TS 11155-1-2001[3]檢測標準。試驗原理是模擬過濾器在添加一定濃度的顆粒物后，測量過濾前和過濾后空氣中不同大小顆粒的濃度。分級過濾效率=(位于測試樣件上游對應于某個尺寸范圍的粒子濃度-位于測試樣件下游對應于某個尺寸范圍的粒子濃度)/位于測試樣件上游對應于某個尺寸范圍的粒子濃度×100%。

國內對分級過濾效率試驗開展了一些研究。根據ISO/TS 11155-1-2001試驗原理，試驗設計了對應的檢測試驗臺，對試驗系統穩定性做了驗證和系統測試誤差的分析[4]。利用電鏡分析濾料纖維結構及其對過濾效率、空氣阻力的影響，分析濾料纖維結構存在的問題和改進措施[5]。針對試驗雜質顆粒類型對試驗結果的影響進行分析。將大氣塵計數法與氣溶膠計數法作試驗比較，得出大氣塵計數法檢測的效率結果重復性和可比性差；氣溶膠計數法的塵源穩定性好，檢測結果準確性高；并且兩種方法的檢測結果之間存在差異[6]。針對大氣塵檢測空氣過濾器效率的不確定因素進行分析，從大氣塵的濃度和粒徑分布變化兩個方面對效率的影響進行試驗研究，得出試驗塵源濃度不超過計數器的濃度上限時，塵源濃度變化對效率測試影響很少，但濃度超過上限時，效率下降較大；粒徑分布變化對效率檢測結果影響較大；大氣塵計數法不確定性主要是由于大氣塵粒徑分布變化引起，因此應該對試驗塵源粒徑分布做統一規定[7]等。

本文作者主要介紹有關分級過濾效率檢測的原理和其相關檢測方法，對不同標準的試驗參數差異做分析，對影響試驗結果的因素做分析。

1 試驗原理及方法

1.1 結構與尺寸

標準規定了測試裝置的結構示意圖，見圖1。測試原理：經過高效過濾器過濾后的空氣通過送風單元進入測試管路中，通過調節流量調節閥至目標流量。給灰裝置給測試系統加入顆粒物，顆粒計數器測量測試樣件上游和下游的顆粒濃度，壓差計和溫濕度檢測設備則分別檢測試驗中壓力、溫度和濕度的值。整個裝置從加灰部分至出風面采用口都需要采用導電材料并接地，主要是為了防止靜電干擾試驗結果。

標準還規定了主要測試通道的結構和尺寸，見圖2。測試通道為長方形腔體，必須垂直布置。粉塵加入管道口、采樣管路口和壓差測試管路口到測試樣件的距離都很接近。試驗粉塵逆氣流方向導入，需要保證試驗灰被均勻地分布在測試通道中。這樣可以保證加入的雜質可以盡可能地通過測試樣件，減少因為管道沉積帶來的顆粒濃度衰減。

圖1 測試裝置的結構

圖2 測試通道結構與尺寸

標準規范了采樣管的設計要求：采樣管需要正對著空氣流向安裝。樣管的內徑根據測試通道中的風速和粒子計數器的取樣速度來設計。采樣管的直徑與連接管道要求在整個流量范圍內保證管內的采樣速度和測試管道的風速相等，且避免顆粒在采樣管中沉積。采樣管應盡量保持橫截面一致，如果采樣管的橫截面大小變化，需要滿足遞增傾斜角不大于8°和遞減的傾斜角不大于15°，外壁的傾斜角不大于8°。在測試樣件的前端和后端采用同樣的采樣管。因此采樣管需要根據測試流量制定多種規格。采樣口設計示意圖見圖3。

圖3 采樣口設計

粒子計數器要求測量幾何尺寸為0.3～10 μm或動力學直徑為0.5～15 μm的粒子，并至少劃分為6個等級。

1.2 檢測方法

試驗過程：

(1)檢測粒子計數器零點平衡；

(2)將測試樣件安裝在檢測設備上，注意邊緣的密封情況；

(3)分別在測試樣件的上游和下游進行試驗，各采樣3次并取平均作為檢測結果。采樣的間隙時間應長到足夠清洗采樣系統和測試設備至少2次。調節測試粉塵的濃度使得在每一次測試周期中，樣件兩端的壓力降增加不超過5%；

(4)在試驗中，記錄分級過濾效率測試前后的壓力降數值；

(5)為避免粒子計數器的信號重疊，若濃度超出傳感器濃度上限，應進行粉塵稀釋；

(6)得出粒子尺度-分級過濾效率曲線。

2 標準對比

GB/T 32085.1-2015是ISO/TS 11155-1-2001的修改采用標準，而QC/T 998-2015的試驗方法QC/T 795.1-2007[8]已經作廢，由GB/T 32085.1-2015取代。因此，試驗方法來源于ISO/TS 11155-1-2001。

QC/T 998-2015分別對顆粒式空調濾清器和多效空濾濾清器的分級過濾效率要求做規定，見表1。試驗流量為300 m3/h，粉塵為ISO 12103-1-2016[9]中規定的A2粉塵，按照分級過濾效率對空調過濾器進行評級。

表1 QC/T 998-2015中顆粒式空調濾清器和 多效空濾濾清器分級過濾效率技術要求

GB/T 32085.1-2015試驗流量由客戶指定，試驗粉塵推薦用ISO 12103-1-2016中規定的A2粉塵和A4粉塵，也可以根據客戶要求，采用氯化鉀、單分散或多分散的乳膠球、植物花粉或其他粉塵。規定最后一級要求記錄所有大于10 μm(幾何直徑)或15 μm(動力學直徑)的粒子數。

ISO/TS 11155-1-2001試驗流量由客戶指定，試驗粉塵推薦用ISO 12103-1-2016中規定的A2粉塵或氯化鉀氣浮粒(氣溶膠)。推薦粒子尺寸界限為0.3、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 μm，可分為0.3～0.5 μm、0.5～1.0 μm、1.0～2.0 μm、2.0～5.0 μm、5.0～10.0 μm這5級。規定了每個尺寸級都應有足夠的粒子數量來進行統計。上游每級尺寸最少有500粒，下游每級尺寸最少有100粒。試驗管道中，粒子總濃度不應超過粒子計數器的極限。因此要求濃度盡量低，以免發生效率變化。

GB/T 32085.1-2015和ISO/TS 11155-1-2001主要參數差別見表2，可見GB/T 32085.1-2015的參數指標比ISO/TS 11155-1-2001要高，要求要更嚴。GB/T 32085.1-2015由于參數規定的范圍很窄，因此試驗過程控制程度好，減少了試驗參數對試驗結果的影響，也減少不同試驗室試驗結果的偏差。

表2 GB/T 32085.1-2015和ISO/TS 11155-1-2001主要參數差別

3 影響試驗結果的因素分析

3.1 粉塵種類

分級過濾效率常用的粉塵是A2粉塵和氯化鉀氣溶膠，它們的粒徑分布不同。在同一風量300 m3/h和大于等于0.3 μm的顆粒濃度在5 000 個/cm3左右，測試上游顆粒分布見表3。在0.3～0.5 μm粒徑段，氯化鉀氣溶膠的顆粒數是A2粉塵數量的1.26倍。在0.5～1.0 μm粒徑段，氯化鉀氣溶膠的顆粒數是A2粉塵數量的0.85倍。在1.0～3.0 μm粒徑段，氯化鉀氣溶膠的顆粒數是A2粉塵數量的0.79倍。在3.0～5.0 μm粒徑段，氯化鉀氣溶膠的顆粒數是A2粉塵數量的0.62倍。在5.0～10.0 μm粒徑段，氯化鉀氣溶膠的顆粒數是A2粉塵數量的0.27倍。在大于等于10.0 μm的粒徑段，氯化鉀氣溶膠的顆粒數是A2粉塵數量的0.03倍。也就是說，A2粉塵和氯化鉀氣溶膠在0.3～3 μm粒徑段比較接近。3 μm以后的粒徑段，氯化鉀氣溶膠的粒子數量明顯減少。因此，A2粉塵比氯化鉀氣溶膠更容易達到標準要求覆蓋到0.3～10 μm粒徑段的要求。大于等于10.0 μm的粒子數量都比較少，效率應該會增大。

表3 粉塵粒徑分布

用同型號和同批次的空調過濾器樣品，在300 m3/h流量條件下，分別添加A2粉塵和氯化鉀氣溶膠，進行分級過濾效率試驗。其結果見表4，可看出使用A2粉塵的分級過濾效率比使用氯化鉀氣溶膠的分級過濾效率高。特別在小粒徑段0.3～1 μm，效率差異明顯。這種差異是由于試驗樣品過濾的原理造成的。大部分空調過濾器是靠靜電吸附來截獲微小粒子，而大粒徑粒子主要通過濾材的微小孔隙來截獲。由于A2粉塵通過空調過濾器時，會產生靜電。這樣A2粉塵使得樣品更容易截獲微小顆粒，因此其分級過濾效率比氯化鉀氣溶膠高。

表4 A2粉塵和氯化鉀氣溶膠的分級過濾效率對比

3.2 粉塵濃度

用和上組試驗樣品同型號和同批次的空濾濾清器，在300 m3/h風量條件下，使用A2粉塵來發塵。但是發塵濃度比上一組的要減少一半，大于等于0.3 μm的顆粒濃度在2 500個左右。其分級過濾效率結果見表5。低濃度的效率比高濃度的效率要低一些，但是總體一致。說明粉塵濃度對分級過濾效率的影響不大。

表5 低濃度A2粉塵的分級過濾效率結果

4 結論

介紹了車用空調過濾器分級過濾效率檢測方法，包括試驗原理、測試設備結構和尺寸以及檢測方法。對GB/T 32085.1-2015、ISO/TS 11155-1-2001和QC/T 998-2015作對比分析，得出GB/T 32085.1-2015的指標比ISO/TS 11155-1-2001要高，要求要更嚴。最后對影響分級過濾效率結果的因素做分析，得出A2粉塵和氯化鉀氣溶膠在0.3～3 μm粒徑段比較接近；3 μm以后的粒徑段，氯化鉀氣溶膠的粒子數量明顯減少；A2粉塵的分級過濾效率比氯化鉀氣溶膠的高；粉塵濃度對分級過濾效率的影響不大。