空氣凈化器適配型濾芯顆粒物凈化性能研究

孟凡超，張珺穜，肖 軍，劉兵兵

(河北省環保產品質量監督檢驗研究院，河北 石家莊 050091)

1 引言

近年來，我國北方地區頻發嚴重的霧霾污染天氣。尤其是在進入供暖期后, 空氣中的PM2.5濃度過高，人們的生活和工作受到了很大的影響。據有關研究表明，人體長時間處于霧霾環境中, 空氣中懸浮顆粒物及其攜帶的細菌、病毒等都可能會引發人整個身體范圍內的疾病，威脅到人體健康。在安全和健康的意識已深植人心的今天，室內空氣污染治理呈現出巨大的社會需求，將空氣凈化器產業推向了高峰[1]。

濾芯作為空氣凈化器的核心部件之一，通過采用直接攔截、慣性碰撞、擴散吸附等物理作用，將各種大小的顆粒物分別截留在濾網表面或吸附在內部，以達到凈化空氣的目的。其品質的優劣在很大程度上決定著空氣凈化器的凈化效果。從結構上來說，主要采用分層和復合結構(見圖1)。作為主體部分的HEPA高效濾芯大都是由不規則排列的化學纖維或玻璃纖維制成。

圖1 分層濾芯和復合濾芯

空氣凈化器的濾芯在使用過程中隨著污染物的不斷積累，過濾性能逐漸下降，在使用一段時間后，要根據周期及時更換。目前市場上普遍存在的濾芯類型分為官方原裝濾芯和第三方適配濾芯，種類琳瑯滿目，標稱功能各異，其中不乏一些粗制濫造、虛假宣傳，給消費者帶來了極大的困擾。

為了反映適配型濾芯的整體質量，本研究依據國家標準《空氣凈化器》 (GB/T 18801-2015)，對市面上7種空氣凈化器機型的原廠濾芯與3個品牌21批次適配型濾芯的顆粒物潔凈空氣量進行了測試，并對檢測結果進行了分析，為消費者的選購提供參考。

2 實驗方法

2.1 試驗樣品

選取了7種不同品牌型號空氣凈化器的原廠濾芯與3個品牌21批次適配型濾芯共28個樣品，涵蓋銷售量大，結構種類不同的濾芯，如表1所示。

表1 濾芯樣本情況

2.2 儀器設備

(1)環境試驗艙，體積分別為30 m3、1.5 m3，空氣泄漏量0.04 m3/h，配有氣態污染物發生器和高效凈化系統。整個實驗艙位于溫濕度可調節的恒溫恒濕室內。

(2)激光粒子計數器：濃度示值誤差為-1.3 %，流量誤差為-1.0 %，重復性為0.9 %FS。

(3)稀釋器：只提供顆粒物分流，不提供數據。

(4)顆粒物發生器：燃燒香煙釋放顆粒物，不提供數據。

2.3 實驗步驟

(1)顆粒物潔凈空氣量(CADR)的檢測在30 m3試驗艙內進行，測試在環境溫度(25±2)℃，相對濕度(50±10)%RH下進行，測試前開啟高效凈化系統，使顆粒物粒徑在0.3 μm以上的粒子背景濃度小于1000個/L。關閉凈化系統和濕度控制裝置將香煙煙霧輸入試驗艙，同時開啟攪拌風扇不斷攪拌10 min，使試驗艙內顆粒物分布均勻，關閉攪拌風扇，試驗過程中循環風扇一直開啟。

(2)自然衰減試驗，在空氣凈化器關閉狀態下，用激光粒子計數器測定顆粒物的初始濃度C0，除C0外的第一個取樣點開始時刻為t=0 min，連續測定20 min。

(3)總衰減，自然衰減測完后，開啟待檢驗的凈化器至規定狀態，開啟時刻t=0 min，每2 min測定并記錄一次顆粒物濃度，連續測定20 min。

2.4 計算方法

根據GB/T 18801-2015規定的分析方法，進行顆粒物潔凈空氣量測定，顆粒物濃度可直接由激光粒子計數器讀出測量值。

(1)

(2)

Q=60×(ke-kn)×V

(3)

式(1)、(2)、(3)中，ct為 在時間t時的顆粒物濃度，單位為個/L；t為時間，單位為min。lncti為第i個取樣點對應的污染物濃度的自然對數；ti為第i個取樣點對應的時間，i=1,2,3…n，單位為min；n為采樣次數；kn為自然衰減常數，單位為每分鐘；ke為總衰減常數，單位為每分鐘；Q為潔凈空氣量，單位為m3/h；V為環境試驗艙體積，30 m3。

3 結果分析

濾芯檢測結果與濾網均價見表2。

圖2 濾網凈化性能與價格比較

從價格上來看，各品牌空氣凈化器官方替換濾網平均價格要高于其他第三方適配型濾網。從顆粒物潔凈空氣量檢測結果來看，空氣凈化器原廠濾芯合格率為100%，而適配型濾芯的整體合格率不足70%，存在很大的質量風險。從整體來說，空氣凈化器廠家生產的原廠濾芯顆粒物凈化效果明顯優于第三方濾芯廠家的產品。同時，結合表1和表2可以得出采用復合結構的濾芯的顆粒物潔凈空氣量明顯大于采用分層結構的濾芯，同時價格也相對較高。分析原因如下。

傳統的組合濾網包括前置濾網、HEPA過濾網、活性炭濾網等。復合濾網是廠商在技術和工藝上做出相關改進，將前置濾網、HEPA過濾網、活性炭濾網等濾網結構整合到一個濾網中。前置濾網：可以有效清除掉大顆的灰塵，動物毛發，并且起到保護其它過濾網的作用。 HEPA集塵濾網：HEPA由非常細小的有機纖維交織而成，對微粒的捕捉能力較強，孔徑微小，吸附容量大，凈化效率高，并具備吸水性，針對0.3 μm的粒子凈化率很高。活性炭濾網：活性炭濾網能夠去除溶解性有機物質，并能夠脫色、除臭。

與原廠濾芯相比，適配型濾芯的濾網材質較為粗糙，分布不均勻，縫隙相對較大，纖維材質較長，細密感較差。過濾網的延展面積也相對較小，無法和原廠濾芯媲美。同時，適配型濾芯活性炭用料相對較少，通常采用破碎碳來增加碳顆粒與空氣的接觸面積來提升凈化效果，從而節省使用的數量來達到控制成本的目的。這樣的濾芯活性碳飽和的速度較快，壽命相對比較短。另外，一些適配型濾芯無法做到與凈化器完美的匹配，從而不能保證很好的密封性能，無法產生有效的過濾風速和風量，所以凈化效果不佳。

相對于復合結構的濾芯，分層結構的濾芯結構不夠致密，造成顆粒物在濾芯的附著幾率不高。同時，分層結構濾芯雖然體積較大，但實際展開面積卻不如復合結構濾芯。另外，組合結構濾芯的風阻一般都大于復合結構濾芯，這些原因都導致分層結構濾芯的顆粒物潔凈空氣量低于復合結構濾芯。

4 結語

濾芯作為空氣凈化器的核心部件之一，它的質量好壞直接決定著凈化器的凈化效果。從本次研究結果來看，適配型濾芯存在著一定的質量問題。消費者在選購濾芯時不應只貪圖價錢便宜，而要從結構和材質等方面進行綜合考慮，選擇合適的濾芯。同時，監管部門要加大監管力度，出臺相應的標準和制度，規范適配型濾芯的生產，保障消費者的權益，促進空氣凈化器行業持久、良好的發展。