新風凈化設備用空氣過濾器的性能比較

葉智堅 馬向東 魏洪昭 莫嘉樂

廣州中科檢測技術服務有限公司

隨著人們環保意識的不斷增強，空氣質量已成為人們日常生活中最關注的問題之一。近年來，無論是個人還是政府層面都為大氣環境的改善投入了大量的精力[1]。曾經大家談霾色變，家用空氣凈化器被推向了風口浪尖。如今隨著大氣環境改善人們對空氣質量的關注點也發生了改變，從霧霾等顆粒物污染物向氣態污染物、病原微生物以及保持室內空氣清新等方向發展。而隨著關注點的變化，曾經風光無限的空氣凈化器開始驟然降溫，取而代之的是新風凈化設備[2]。新風凈化設備以其能實現室內外通風換氣保持室內空氣清新，這一空氣凈化器所沒有的特點[3]，契合了人們對室內空氣的需求。本文試從用于新風凈化設備的各種主流空氣過濾器入手，對其性能進行分析，以期為新風凈化設備的設計和選購提出建議和意見。

1 試驗方法

本文從用于新風凈化設備的各種主流空氣過濾器中，選擇具有代表性的HEPA、夾碳布和靜電三種類型的空氣過濾器，對其阻力及其對顆粒物、氣態污染物、微生物的過濾效率進行對比分析。其中，顆粒物過濾效率測試使用計數法，測試過濾器對粒徑范圍大于等于0.3 μm 的顆粒物的過濾效率。氣態污染物則根據新風凈化設備室內外換氣的特點，以及目前大氣環境中以二氧化硫為主要氣態污染物的現狀[3]，選擇二氧化硫（SO2）作為代表物質[4]。微生物過濾效率實驗選擇白色葡萄球菌作為代表物質。

為了使實驗結果具有可比性，本次實驗選擇規格相同（328 mm×235 mm×65 mm），展開面積相同（1.8 m2），額定風量相同（340 m3/h）的HEPA 與夾碳布濾網進行實驗。靜電過濾器也選擇額定風量為340 m3/h 的產品。

1.1 試驗設備

本試驗所使用的試驗系統滿足《GB/T 14295-2008空氣過濾器》[5]以及《GB/T 34012-2017 通風系統用空氣凈化裝置》[6]其中所規定的要求。主要包括：風道系統、污染物發生裝置、測量儀器設備三部分。試驗風道系統的構造見圖1。

圖1 試驗風道系統示意圖

1.2 阻力測試試驗

1.2.1 檢測設備

智能壓差變送器（ROSEMOUNT 3051）。

1.2.2 試驗步驟

1）調節試驗風道內外環境空氣溫度為10～30 ℃，相對濕度為30%～70%。

2）將待測過濾裝置安裝于風道系統的被試過濾器安裝段，確保受試過濾器安裝邊框處不發生泄漏。

3）啟動風道系統風機，將風量調節至被試過濾器的額定風量，并保持穩定。

4）使用智能壓差變送器測出待測過濾器額定風量下的阻力。

1.3 顆粒物過濾效率試驗

1.3.1 檢測設備

塵埃粒子計數器（SX-L301N）。

1.3.2 污染物發生裝置

氣溶膠發生器（TSI 8108）。

1.3.3 試驗步驟

1）調節試驗風道內外環境空氣溫度為10～30 ℃，相對濕度為30%～70%。

2）將待測過濾裝置安裝于風道系統的被試過濾器安裝段，確保受試過濾器安裝邊框處不發生泄漏。

3）啟動風道系統風機，將風量調節至被試過濾器的額定風量，并保持穩定。

4）進行背景濃度測試，至少連續采樣5 次，每次采樣時間為1 min，每次采樣的粒子濃度不超過氣溶膠發生濃度的1%。

5）開啟氣溶膠發生器，待所發生的顆粒物濃度穩定后，上下游同時用粒子計數器進行采樣，各取連續3次讀數的平均值，計算顆粒物的過濾效率。

1.4 微生物過濾效率試驗

1.4.1 檢測設備

包括：六級篩孔撞擊式微生物采樣器（FA-1）、恒溫培養箱。

1.4.2 污染物發生裝置

微生物氣溶膠發生器（TK-3）。

1.4.3 試驗菌種

白色葡萄球菌8032。

1.4.4 試驗步驟

1）將第4～7 代37 ℃培養24 h 的白色葡萄球菌斜面培養物取出，稀釋至所需濃度，制成菌懸液。

2）將上述菌懸液注入微生物氣溶膠發生器并連接至風道系統。

3）對照組試驗：不安裝待測過濾器，風道系統調整至測試風量并空吹5～10 min，開啟氣溶膠發生器，使空氣菌濃度在2500 CFU/m3～25000 CFU/m3范圍內，上下游同時采樣，測試自然消亡率。

4）試驗組試驗：將待測過濾器安裝至風道系統上，風道系統調整至測試風量并空吹5～10 min，開啟氣溶膠發生器，使空氣菌濃度在2500～25000 CFU/m3范圍內，上下游同時采樣。

5）試驗組重復3 次，取平均值計算出待測過濾器的微生物過濾效率。

1.5 氣態污染物過濾效率

1.5.1 檢測設備

多孔玻板吸收管、智能恒流大氣采樣器（2020）、紫外可見分光光度計（752N）。

1.5.2 污染物發生裝置

二氧化硫標準氣體及氣瓶。

1.5.3 試驗步驟

1）調節風道系統內外環境溫度為23±2 ℃，相對濕度為50±10%。

2）將待測過濾器安裝至風道系統上，調節風量至測試狀態并穩定運行。

3）向被試過濾器前風管注入污染物，待濃度穩定后，于上下游同時采樣，采樣次數不應少于3 次，取平均值計算待測過濾器的氣態污染物過濾效率。

2 結果

2.1 阻力測試結果

對三種過濾器的結果進行比較，HEPA 濾網的阻力最高，夾碳布濾網的阻力稍低于HEPA 濾網，靜電過濾器的阻力明顯低于其他兩種過濾器。

表1 阻力測試結果

2.2 顆粒物過濾效率試驗結果

HEPA 濾網與夾碳布濾網的過濾效率均超過99%，夾碳布濾網的效率稍低于HEPA 濾網。靜電過濾器在三種過濾器中效果最低，但效率也在94%以上。

表2 顆粒物過濾效率測試結果

2.3 微生物過濾效率試驗結果

HEPA 濾網與夾碳布濾網的效率均超過99%，HEPA 濾網的效率甚至大于99.9%。靜電過濾器的效率大于98%，與夾碳布濾網效率接近。

表3 微生物過濾效率測試結果

2.4 氣態污染物過濾效率試驗結果

除夾碳布濾網外，HEPA 濾網與靜電過濾器對氣態污染物（SO2）基本沒有過濾效果。夾碳布濾網對SO2的一次過濾效率也不足50%。

表4 氣態污染物（SO2）過濾效率測試結果

3 分析與討論

1）HEPA 濾網，夾碳布濾網和靜電過濾器對顆粒物的過濾效率都很高。HEPA 濾網與夾碳布濾網的微生物過濾效率均稍優于其顆粒物過濾效率。靜電過濾器的微生物過濾效率明顯高于其顆粒物過濾效率。三種過濾器中只有夾碳布濾網對氣態污染物有過濾效果，且效率不高。由此可見，目前用于新風凈化設備的過濾器其顆粒物與微生物過濾性能均滿足使用需求，但只有夾碳布這種吸附類型的過濾器對氣態污染物有一定效果。

2）根據阻力測試的結果，可以看出HEPA 濾網與夾碳布濾網的阻力顯著高于靜電過濾器的阻力。根據前述各種濾網過濾效率的測試結果，結合目前大氣環境中顆粒物污染問題持續改善的背景，不難看出靜電過濾器在節能降耗方面的優勢明顯[7]，但其使用過程中產生臭氧的風險也不容忽視[8]。

4 結論

綜上所述，不同種類的過濾器具有各自的優缺點，若盲目疊加，只會大大增加新風凈化設備的運行阻力，導致風量小、噪聲大、能耗高、效果差。消費者在選擇新風凈化設備時應根據需要選擇合適的過濾器組合，而設備制造商則可以針對使用環境推出不同的產品[9]，使新風凈化設備的使用達到效果與能耗的最優配置，實現舒適節能的目的。