馮曉宏

（中潔環(huán)境科技有限公司，西安 710061）

光熱凝聚技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化裝置中的應(yīng)用

馮曉宏

（中潔環(huán)境科技有限公司，西安 710061）

SINOCLEAN光熱凝聚技術(shù)應(yīng)用在新風(fēng)系統(tǒng)及空氣凈化裝置中是一種新的嘗試。以具體產(chǎn)品為例進(jìn)行實驗，測試了SINOCLEAN凝聚技術(shù)對PM2.5凈化效率的增強(qiáng)效益；研究了在不同風(fēng)速時，凝聚單元所提高的效率值；通過對比SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后顆粒物的計數(shù)濃度和質(zhì)量濃度，研究了SINOCLEAN凝聚現(xiàn)象對顆粒物作用的粒徑范圍。

微顆粒物；SINOCLEAN凝聚技術(shù)；空氣凈化

1 引言

在傳統(tǒng)除塵器前增設(shè)凝聚裝置，使超細(xì)顆粒物通過化學(xué)或物理方法凝聚成較大顆粒，是現(xiàn)代除塵技術(shù)發(fā)展的趨勢[1，2]。按凝聚機(jī)理的不同，超細(xì)顆粒物的凝聚技術(shù)可分為電凝聚、聲凝聚、磁凝聚、熱凝聚、光凝聚、湍流凝聚、化學(xué)凝聚及雙荷電流體混合凝聚等，許多研究表明[3-5]，凝聚對超細(xì)顆粒物有較好的效果，因此，研究凝聚技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用，對去除空氣中PM2.5具有重要意義。

熱凝聚是由布朗運(yùn)動（擴(kuò)散）導(dǎo)致氣溶膠粒子互相接觸而凝聚的過程，是最常見的一種凝聚方式，研究指出[6]：當(dāng)粒子直徑dp≤1μm時，熱凝聚作用較為明顯；而光凝聚是指在光波輻射情況下超細(xì)顆粒發(fā)生的團(tuán)聚現(xiàn)象，Lushnikov[7]研究了超細(xì)顆粒物在光輻射下的凝聚過程。馮曉宏提出的SINOCLEAN光熱凝聚技術(shù)[8，9]（以下簡稱“SINOCLEAN技術(shù)”），首次將光凝聚和熱凝聚效應(yīng)相結(jié)合，通過促使超細(xì)微顆粒物凝聚，被過濾系統(tǒng)更有效地攔截，從而達(dá)到提高凈化效率的目的。

本文對SINOCLEAN技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化中的應(yīng)用進(jìn)行了測試研究，分析了SINOCLEAN技術(shù)對顆粒物凈化效率的影響，為室內(nèi)空氣凈化行業(yè)提供了技術(shù)參考。

2 實驗儀器及方法

2.1 測試產(chǎn)品

選擇SINOCLEAN空氣新風(fēng)凈化裝置進(jìn)行測試。該凈化裝置的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。室外機(jī)的作用是將室外新風(fēng)送入室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)機(jī)內(nèi)部依次安裝均流板、自潔單元、SINOCLEAN凝聚單元、初效過濾器和高效過濾器。SINOCLEAN凝聚單元設(shè)置于初效過濾器的進(jìn)口側(cè)，其由光源模塊和加熱模塊組成，光源模塊為紅光波段LED，加熱模塊為紅外光燈或電加熱絲。同時，該新風(fēng)系統(tǒng)及空氣凈化裝置將新風(fēng)引入室內(nèi)，避免了現(xiàn)有家用凈化器將室內(nèi)空氣自循環(huán)所帶來的臭氧、TVOC、氡、CO2等有害物不斷累積，以及氧氣量減少的問題。

2.2 實驗儀器

采用德國Grimm公司1.109便攜式氣溶膠光譜儀分別測試大氣及凈化器出口的顆粒物濃度，采用美國TSI公司8386型號智能多參數(shù)風(fēng)速儀測試凈化器不同檔位的出口風(fēng)速。

2.3 測試方法

將新風(fēng)系統(tǒng)的過濾裝置卸掉，采用兩臺氣溶膠光譜儀同時對新風(fēng)系統(tǒng)出口以及新風(fēng)系統(tǒng)室外機(jī)進(jìn)口的顆粒物濃度進(jìn)行測試，每種工況測試時間為5min，并取5min內(nèi)的平均值作為該種工況的實驗值。新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)出口的測試點均為出風(fēng)口的幾何中心點。新風(fēng)系統(tǒng)出口風(fēng)速取五個測試點的平均值，測點的布置情況如圖2所示。

圖2 出風(fēng)口風(fēng)速測點位置示意

3 結(jié)果與討論

3.1 SINOCLEAN凝聚單元開關(guān)前后凈化效率的對比

中國建筑科學(xué)研究院針對SINOCLEAN空氣新風(fēng)系統(tǒng)SINOCLEAN凝聚單元效果進(jìn)行了測試。測試針對凝聚單元開關(guān)前后，不同檔位（風(fēng)速）條件下，凈化PM2.5的計重效率。測試結(jié)果見下表。測試時的空氣溫度為20℃，相對濕度為42.4%。

凝聚單元開關(guān)前后，新風(fēng)系統(tǒng)對PM2.5的凈化效率對比表

由上表可知，當(dāng)開SINOCLEAN凝聚單元時，新風(fēng)系統(tǒng)對PM2.5的凈化效率得到了一定幅度的提升，提升幅度在2%～3%，而且檔位（風(fēng)速）越低，提升的效率越高，分析其原因，一方面可能是由于空氣流速越高，氣溶膠粒子受到的光輻射以及被加熱的時間越短，即氣溶膠粒子發(fā)生凝聚的時間越短，削弱了凝聚的效果；另一方面可能是由于在較大的風(fēng)速情況下，氣溶膠粒子的布朗運(yùn)動或在光輻射下成核的過程受到影響的程度變大，破壞了部分氣溶膠粒子的凝聚。

同時可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開SINOCLEAN凝聚單元時，在上游測點PM2.5濃度嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，新風(fēng)系統(tǒng)檔位1與檔位3出口的PM2.5濃度低于我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[10]年均值一級標(biāo)準(zhǔn)15μg/m3，而且，檔位2時出口的PM2.5濃度也接近該標(biāo)準(zhǔn)值，由此表明，SINOCLEAN凝聚單元對PM2.5有一定的凈化增強(qiáng)能力。

3.2 SINOCLEAN凝聚單元對不同粒徑顆粒物凝聚效果分析

通過測試SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后，新風(fēng)系統(tǒng)檔位（風(fēng)速）為2時，進(jìn)出口不同粒徑顆粒物的計數(shù)濃度，以及PM10、PM2.5和PM1.0的計重濃度，通過計算各粒徑顆粒物的減少率，分析SINOCLEAN凝聚單元對不同粒徑顆粒物的凝聚效果。測試時，空氣溫度為21℃，相對濕度為45.8%。

圖3給出了對SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后，不同粒徑顆粒物計數(shù)濃度的減少率情況。

由圖3可知，關(guān)閉SINOCLEAN凝聚單元時，粒徑在0.25～0.7μm范圍內(nèi)的顆粒物基本保持不變，而粒徑在0.7～12.5μm范圍內(nèi)的顆粒物，其減少率基本呈波動上升趨勢，分析其原因是由于較大顆粒的慣性作用，再加上新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部有彎道和較多的元部件，空氣流經(jīng)其內(nèi)部時，較大的顆粒物由于慣性作用，脫離氣流，從而被阻留在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)壁或元部件上，造成其濃度的減少。

圖3 凝聚單元開、關(guān)前后不同粒徑顆粒物計數(shù)濃度減少率對比

開啟SINOCLEAN凝聚單元時，粒徑在0.25～0.45μm范圍內(nèi)的顆粒物基本保持不變，粒徑在0.45～1.0μm范圍內(nèi)的顆粒物，其減少率逐步變大而后變小，減少率的峰值出現(xiàn)在0.65～0.8μm粒徑范圍內(nèi)，而粒徑在1.0～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物的減少率為負(fù)增長趨勢，也即經(jīng)過凝聚單元后，該粒徑范圍內(nèi)的顆粒物數(shù)量濃度增大，其中，粒徑在6.5～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物增加的最多。由此說明，經(jīng)過SINOCLEAN凝聚器后，0.5～1.0μm范圍內(nèi)顆粒物發(fā)生較為明顯的凝聚現(xiàn)象，造成1.0～8.5μm范圍內(nèi)顆粒物數(shù)量濃度的明顯增多。此外，粒徑在8.5～12.5μm范圍內(nèi)的顆粒物的減少率突然變?yōu)檎?，這同樣是因為較大顆粒物的慣性較大，脫離氣流而留在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部的緣故。

3.3 SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后顆粒物質(zhì)量濃度的變化

SINOCLEAN凝聚單元開關(guān)前后，PM10、PM2.5和PM1.0的質(zhì)量濃度變化情況如圖4所示。

圖4顯示，凝聚單元啟用前，大顆粒物由于慣性碰撞等原因，會在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部壁面得到一定的捕集，凝聚單元出口的大顆粒物濃度有較明顯的降低；當(dāng)凝聚單元開啟后，PM2.5的作用顆粒物濃度明顯增多，而隨著顆粒物粒徑的減小，顆粒物濃度減小的程度在增大，說明凝聚現(xiàn)象對小顆粒物更為顯著，而且粒徑越小，凝聚現(xiàn)象就越明顯。

圖4 凝聚單元開關(guān)前后顆粒物質(zhì)量濃度減少率對比

4 結(jié)論

（1）SINOCLEAN凝聚單元能夠提高對PM2.5的凈化效率，并且風(fēng)速越低，效果越好。

（2）光源模塊為LED紅燈光源的SINOCLEAN凝聚單元的作用粒徑范圍是0.45～1.0μm，對0.65～0.8μm粒徑范圍內(nèi)的顆粒物凝聚效果最好，其中，粒徑在6.5～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物增加最多。

（3）凝聚只對粒徑較小的顆粒物起作用，而且在一定粒徑范圍內(nèi)，粒徑越小，凝聚現(xiàn)象越明顯。

[1] 酈建國，劉含笑，郭峰，等. PM2.5凝聚技術(shù)研究進(jìn)展及工程應(yīng)用[C].貴陽：第十五屆中國科協(xié)年會第9分會場：火電廠煙氣凈化與節(jié)能技術(shù)研討會論文集，2013：1-6.

[2] 徐小峰，酈建國，郭峰. 可吸入顆粒物脫除技術(shù)及應(yīng)用前景[C].青島：第13屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2009.

[3] 張光學(xué)，劉建忠，周俊虎，岑可法.燃煤飛灰低頻下聲波團(tuán)聚的實驗研究[J].化工學(xué)報，2009，60（4）：1001-1006.

[4] 柯小民，張麗麗，王彥斌.凝聚器在提高電除塵效率上的試驗研究[J].電力科技與環(huán)保，2010，26（5）：21-22.

[5] 柯小民，張麗麗.有效減少PM2.5排放的凝聚型靜電除塵技術(shù)的試驗研究[C].重慶：第14屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2011：69-72.

[6] 許世森.細(xì)微塵粒的預(yù)團(tuán)聚對旋風(fēng)分離器高溫除塵性能影響的實驗研究[J].動力工程， 1999，19（4）：309-314.

[7] Lushnlkov A A．Laecr Induced Aerosols[J].Journal of Aerosol Science，l996， 133：377-378.

[8] 馮曉宏.一種顆粒凝聚處理裝置及其處理方法：中國，201310660638. 3[P].2013-12-10.

[9] 馮曉宏.一種顆粒凝聚處理裝置：中國，201320798548.6 [P].2013-12-09.

[10] GB3095-2012，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].2012.

Application of Light & Heat Agglomerating Technology in Purifying Device of Fresh Wind Air

FENG Xiao-hong

X701

A

1006-5377（2015）03-0032-03