空气净化器核心组件的性能对比研究

周静茹

(广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院)，广东 佛山 528311)

1 空气净化器核心组件的性能测试实验

1.1 实验目的

1)测试A产品(型号:T120)对PM2.5、甲醛/VOC的净化情况;2)测试L空气净化器核心组件替换成A核心组件后对PM2.5、甲醛/VOC的净化情况;3)对比L空气净化器核心组件和A产品性能的优劣。

1.2 实验器材

1)实验场地。面积20 m2左右(体积：82.53 m3左右)，配备空调一台。2)实验仪器。颗粒物质量浓度测试仪，甲醛/VOC浓度检测仪，得力温湿度仪，搅拌风扇，计时器。3)实验材料。香烟烟雾。甲醛/VOC发生源：油漆稀释剂。

1.3 实验方法

1)PM2.5净化测试方法参考GB/T 18001-2015 附录B 颗粒物的洁净空气量试验方法[1]。

2)甲醛/VOC净化测试方法参考GB/T 18001-2015 附录C气态污染物的洁净空气量试验方法[2]。

1.4 实验步骤

1.4.1 PM2.5净化性能测试

1)自然衰减试验。①将待检验的空气净化器(桌面型)放置于室中央距离地板高 700 mm 处。②选择合适的检测点(避开进出风口)，离墙壁距离大于 0.5 m，相对试验室地面高度 0.5～1.5 m。③准备数据记录表。④开启高效空气过滤器(可用实验室其它空气净化器替代)，净化试验室内的空气，使悬浮颗粒物浓度降低至测尘仪的检测下限，同时启动温湿控制器，控制室内温度为(25±2)℃，相对湿度为(50±10)%，记录该值。⑤关闭高效空气过滤器和温湿度控制器，启动搅拌风扇。点燃香烟，此过程中保持搅拌风扇处于开启状态，待悬浮颗粒物浓度达到(1.5±0.3) mg/m3后关闭搅拌风扇。⑥用颗粒物质量浓度测试仪测定颗粒物的初始浓度c0，同时开启待检验的净化器至额定状态(选用低档风速，设定外置电压 4.2 kV)。将该测试点的数值作为试验室内的初始浓度。计算时对应t=0 min。⑦在试验室内的初始质量浓度(自然衰减的第一次检测点)测定后，每 2 min 测定并记录一次颗粒物的浓度，第二个检测点开始的时刻为t=0 min,连续测定 20 min。

2)总衰减试验。①按1.4.1项1)中①～⑥的规定进行试验；②在试验室内的初始浓度(总衰减的第一个取样点)测定后，开启待检验的净化器至额定状态，开启的时刻为t=0 min,同时开始取样进行测定，每 2 min 测定并记录一次PM2.5的浓度，连续测定 20 min 后，关闭净化器。

3)洁净空气量Q的计算。根据试验1)自然衰减试验和2)总衰减试验，计算出自然衰减常数kn和总衰减常数ke(计算依据：ct=c0e-kt)，再计算出洁净空气量Q。

Q=60×(ke-kn)×V

(1)

式中：Q为洁净空气量，m3/h；ke为总衰减常数，min-1；kn为自然衰减常数，min-1；V为实验室容积，m3。

1.4.2 甲醛/VOC净化性能测试

1)自然衰减实验。①净化器置于 2.8 m3实验仓内，空气净化器调到额定状态，运行 1 h 以上，检验运转正常，关闭净化器，并确定记录文件。②开启空气过滤器(空调)大约 1 h，使得室内气体中的有机物和颗粒物浓度尽量低，以达到标准值以下[3]。调节室温和相对湿度使其达到GB/T18883的规定(国标规定的室温为22～28 ℃、相对湿度为40%～80%)[4]。③通过风扇加速甲苯扩散，20 min 后停止输送。开启搅拌风扇搅拌 10 min 后，使气态污染物(甲苯)在室内混合均匀[5]。④停止搅拌风扇，用有机物浓度检测仪记录此时TVOC检测值，并将此数据作为气态污染物(甲苯)的初始质量浓度值c0(计算时对应t=0 min，采集3个试验点取平均值)。(注：初始质量浓度选择GB/T18883浓度的(10±2)倍，例如，甲苯为 2±0.4 mg/m3)。⑤开始试验,以最后一次采集初始质量浓度c0的位置作为实验的固定点，每隔 1 min 采集一次，每次采集1个位置的数据。第二次的时间同样也记为t=0 min，采集过程为 60 min。

2)总衰减实验。①按照气态污染物的自然衰减实验中的①～④的实验方法，进行操作。② 开启净化器，开启时刻的时间记为t=0 min，同时开始取样并进行测定，每隔 1 min 采集一次，每次采集1个位置的数据。第二次的时间同样也记为t=0 min，采集过程为 60 min。 (注：质量浓度低于GB/T18883规定(0.20 mg/m3)的样点视为无效数据。)

3)气态污染物(CADR)的计算。按公式(1)计算。

2 数据记录与处理

2.1 PM2.5净化情况

1)阴极线为铜线。通过测定自然衰减试验条件下PM2.5质量浓度得出自然衰减常数kn，通过总衰减试验分别测定A品牌产品原装滤芯、L品牌空气净化器核心组件(3根铜线)、L品牌空气净化器核心组件(6根铜线)的总衰减常数ke，再计算出洁净空气量并进行对比。测试数据如表1，拟合情况如图1。

表1 PM2.5的洁净空气量试验

图1 PM2.5的洁净空气量试验浓度变化曲线

原装滤芯洁净空气量：Q1=60×(ke1-kn)×V=110.44 m3/h；替换滤芯(3铜线)洁净空气量：Q2=60×(ke2-kn)×V=17.41 m3/h;替换滤芯(6铜线)洁净空气量：Q3=60×(ke3-kn)×V=42.70 m3/h。

2)阴极线为钼丝的情况。把L品牌空气净化器核心组件的6根铜丝替换为6根钼丝后，再次测试PM2.5的质量浓度变化，计算总衰减常数和洁净空气量。测试数据如表2，拟合情况如图2。

表2 PM2.5的洁净空气量试验

图2 PM2.5的洁净空气量试验浓度变化曲线

原装滤芯洁净空气量：Q1=60×(ke1-kn)×V=110.44 m3/h;替换滤芯(6钼丝)洁净空气量：Q2=60×(ke2-kn)×V=77.07 m3/h。

2.2 HCHO/VOC去除情况

与测试PM2.5的方法类似，分别测试A品牌产品原装滤芯、L空气净化器核心组件(6根铜线)、L空气净化器核心组件(6根钼丝)的 HCHO/VOC浓度变化，计算出洁净空气量并进行对比。测试数据如表3，拟合情况如图3。

表3 HCHO的洁净空气量试验

图3 HCHO的洁净空气量试验浓度变化曲线

原装滤芯洁净空气量：Q1=60×(ke1-kn)×V=3.53 m3/h；替换滤芯(6铜丝)洁净空气量：Q2=60×(ke2-kn)×V=2.95 m3/h；替换滤芯(6钼丝)洁净空气量：Q3=60×(ke3-kn)×V=73.29 m3/h。

3 结论

A产品(T120)对固体PM2.5的洁净空气量均值为 110.44 m3/h，L空气净化器核心组件原始滤芯(3根铜线)没有明显的除尘效果；L产品减小铜丝和塑料板之间的间距后(6根铜线)，除尘效果显现，再经过改进，将6根铜线换成6根钼丝后，除尘效果更加明显，几乎能与A原装滤芯相媲美。

原装滤芯对甲醛净化能力只有 3.53 m3/h，几乎没有吸附能力，可能是由于原装滤芯经过多次测试损耗需要更换耗材了。同样替换滤芯在安装6根铜线的情况下对甲醛也没有明显的吸附功能，两者均与自然衰减效果类似，但在替换滤芯安装了6根钼丝的情况下，对甲醛的吸附情况极为显著，达到 73.29 m3/h，是原装滤芯的20倍。

4 优化建议

从测试情况来看，L产品替换滤芯经过初步改进后已体现了除尘效果，如在结构上进一步优化，除尘效果将可与A品牌媲美。建议如下：

1)测试中阴极线选用的是φ0.15 mm 的铜丝，考虑用钼丝(规格φ0.15 mm)作为替换材料，使阴极线具备良好的放电能力；

2)现有结构连接铜丝的出线端(阴极线)和塑料板端面(阳极端)离得很近，发现有击穿现象，应分开走线，防止高压击穿；

3)现有结构没有固定阴极线的设计，接线操作困难，需要进行手工制作工作，因此还需做结构优化；

4)现有结构电离区阳极板和阴极线的间距为7～10 mm，集尘区阴阳板间距为 5 mm，可适当减小间距，同时适当减小板材厚度，通过增大密度增加放电场对数；

5)现有结构塑料板强度和硬度较差，应在集尘器中应设计一种支撑结构使得板间保持一致的距离。