葉智堅(jiān) 馬向東 魏洪昭 莫嘉樂

廣州中科檢測技術(shù)服務(wù)有限公司

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，空氣質(zhì)量已成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶铌P(guān)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(huán)境的改善投入了大量的精力[1]。曾經(jīng)大家談霾色變，家用空氣凈化器被推向了風(fēng)口浪尖。如今隨著大氣環(huán)境改善人們對空氣質(zhì)量的關(guān)注點(diǎn)也發(fā)生了改變，從霧霾等顆粒物污染物向氣態(tài)污染物、病原微生物以及保持室內(nèi)空氣清新等方向發(fā)展。而隨著關(guān)注點(diǎn)的變化，曾經(jīng)風(fēng)光無限的空氣凈化器開始驟然降溫，取而代之的是新風(fēng)凈化設(shè)備[2]。新風(fēng)凈化設(shè)備以其能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外通風(fēng)換氣保持室內(nèi)空氣清新，這一空氣凈化器所沒有的特點(diǎn)[3]，契合了人們對室內(nèi)空氣的需求。本文試從用于新風(fēng)凈化設(shè)備的各種主流空氣過濾器入手，對其性能進(jìn)行分析，以期為新風(fēng)凈化設(shè)備的設(shè)計(jì)和選購提出建議和意見。

1 試驗(yàn)方法

本文從用于新風(fēng)凈化設(shè)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(tài)污染物、微生物的過濾效率進(jìn)行對比分析。其中，顆粒物過濾效率測試使用計(jì)數(shù)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(tài)污染物則根據(jù)新風(fēng)凈化設(shè)備室內(nèi)外換氣的特點(diǎn)，以及目前大氣環(huán)境中以二氧化硫?yàn)橹饕獨(dú)鈶B(tài)污染物的現(xiàn)狀[3]，選擇二氧化硫（SO2）作為代表物質(zhì)[4]。微生物過濾效率實(shí)驗(yàn)選擇白色葡萄球菌作為代表物質(zhì)。

為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比性，本次實(shí)驗(yàn)選擇規(guī)格相同（328 mm×235 mm×65 mm），展開面積相同（1.8 m2），額定風(fēng)量相同（340 m3/h）的HEPA 與夾碳布濾網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。靜電過濾器也選擇額定風(fēng)量為340 m3/h 的產(chǎn)品。

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)所使用的試驗(yàn)系統(tǒng)滿足《GB/T 14295-2008空氣過濾器》[5]以及《GB/T 34012-2017 通風(fēng)系統(tǒng)用空氣凈化裝置》[6]其中所規(guī)定的要求。主要包括：風(fēng)道系統(tǒng)、污染物發(fā)生裝置、測量儀器設(shè)備三部分。試驗(yàn)風(fēng)道系統(tǒng)的構(gòu)造見圖1。

圖1 試驗(yàn)風(fēng)道系統(tǒng)示意圖

1.2 阻力測試試驗(yàn)

1.2.1 檢測設(shè)備

智能壓差變送器（ROSEMOUNT 3051）。

1.2.2 試驗(yàn)步驟

1）調(diào)節(jié)試驗(yàn)風(fēng)道內(nèi)外環(huán)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(fēng)道系統(tǒng)的被試過濾器安裝段，確保受試過濾器安裝邊框處不發(fā)生泄漏。

3）啟動風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)機(jī)，將風(fēng)量調(diào)節(jié)至被試過濾器的額定風(fēng)量，并保持穩(wěn)定。

4）使用智能壓差變送器測出待測過濾器額定風(fēng)量下的阻力。

1.3 顆粒物過濾效率試驗(yàn)

1.3.1 檢測設(shè)備

塵埃粒子計(jì)數(shù)器（SX-L301N）。

1.3.2 污染物發(fā)生裝置

氣溶膠發(fā)生器（TSI 8108）。

1.3.3 試驗(yàn)步驟

1）調(diào)節(jié)試驗(yàn)風(fēng)道內(nèi)外環(huán)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(fēng)道系統(tǒng)的被試過濾器安裝段，確保受試過濾器安裝邊框處不發(fā)生泄漏。

3）啟動風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)機(jī)，將風(fēng)量調(diào)節(jié)至被試過濾器的額定風(fēng)量，并保持穩(wěn)定。

4）進(jìn)行背景濃度測試，至少連續(xù)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(fā)生濃度的1%。

5）開啟氣溶膠發(fā)生器，待所發(fā)生的顆粒物濃度穩(wěn)定后，上下游同時用粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行采樣，各取連續(xù)3次讀數(shù)的平均值，計(jì)算顆粒物的過濾效率。

1.4 微生物過濾效率試驗(yàn)

1.4.1 檢測設(shè)備

包括：六級篩孔撞擊式微生物采樣器（FA-1）、恒溫培養(yǎng)箱。

1.4.2 污染物發(fā)生裝置

微生物氣溶膠發(fā)生器（TK-3）。

1.4.3 試驗(yàn)菌種

白色葡萄球菌8032。

1.4.4 試驗(yàn)步驟

1）將第4～7 代37 ℃培養(yǎng)24 h 的白色葡萄球菌斜面培養(yǎng)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(fā)生器并連接至風(fēng)道系統(tǒng)。

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

4）試驗(yàn)組試驗(yàn)：將待測過濾器安裝至風(fēng)道系統(tǒng)上，風(fēng)道系統(tǒng)調(diào)整至測試風(fēng)量并空吹5～10 min，開啟氣溶膠發(fā)生器，使空氣菌濃度在2500～25000 CFU/m3范圍內(nèi)，上下游同時采樣。

5）試驗(yàn)組重復(fù)3 次，取平均值計(jì)算出待測過濾器的微生物過濾效率。

1.5 氣態(tài)污染物過濾效率

1.5.1 檢測設(shè)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(jì)（752N）。

1.5.2 污染物發(fā)生裝置

二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)氣體及氣瓶。

1.5.3 試驗(yàn)步驟

1）調(diào)節(jié)風(fēng)道系統(tǒng)內(nèi)外環(huán)境溫度為23±2 ℃，相對濕度為50±10%。

2）將待測過濾器安裝至風(fēng)道系統(tǒng)上，調(diào)節(jié)風(fēng)量至測試狀態(tài)并穩(wěn)定運(yùn)行。

3）向被試過濾器前風(fēng)管注入污染物，待濃度穩(wěn)定后，于上下游同時采樣，采樣次數(shù)不應(yīng)少于3 次，取平均值計(jì)算待測過濾器的氣態(tài)污染物過濾效率。

2 結(jié)果

2.1 阻力測試結(jié)果

對三種過濾器的結(jié)果進(jìn)行比較，HEPA 濾網(wǎng)的阻力最高，夾碳布濾網(wǎng)的阻力稍低于HEPA 濾網(wǎng)，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(jié)果

2.2 顆粒物過濾效率試驗(yàn)結(jié)果

HEPA 濾網(wǎng)與夾碳布濾網(wǎng)的過濾效率均超過99%，夾碳布濾網(wǎng)的效率稍低于HEPA 濾網(wǎng)。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(jié)果

2.3 微生物過濾效率試驗(yàn)結(jié)果

HEPA 濾網(wǎng)與夾碳布濾網(wǎng)的效率均超過99%，HEPA 濾網(wǎng)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(wǎng)效率接近。

表3 微生物過濾效率測試結(jié)果

2.4 氣態(tài)污染物過濾效率試驗(yàn)結(jié)果

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

表4 氣態(tài)污染物（SO2）過濾效率測試結(jié)果

3 分析與討論

1）HEPA 濾網(wǎng)，夾碳布濾網(wǎng)和靜電過濾器對顆粒物的過濾效率都很高。HEPA 濾網(wǎng)與夾碳布濾網(wǎng)的微生物過濾效率均稍優(yōu)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(wǎng)對氣態(tài)污染物有過濾效果，且效率不高。由此可見，目前用于新風(fēng)凈化設(shè)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(tài)污染物有一定效果。

2）根據(jù)阻力測試的結(jié)果，可以看出HEPA 濾網(wǎng)與夾碳布濾網(wǎng)的阻力顯著高于靜電過濾器的阻力。根據(jù)前述各種濾網(wǎng)過濾效率的測試結(jié)果，結(jié)合目前大氣環(huán)境中顆粒物污染問題持續(xù)改善的背景，不難看出靜電過濾器在節(jié)能降耗方面的優(yōu)勢明顯[7]，但其使用過程中產(chǎn)生臭氧的風(fēng)險也不容忽視[8]。

4 結(jié)論

綜上所述，不同種類的過濾器具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，若盲目疊加，只會大大增加新風(fēng)凈化設(shè)備的運(yùn)行阻力，導(dǎo)致風(fēng)量小、噪聲大、能耗高、效果差。消費(fèi)者在選擇新風(fēng)凈化設(shè)備時應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的過濾器組合，而設(shè)備制造商則可以針對使用環(huán)境推出不同的產(chǎn)品[9]，使新風(fēng)凈化設(shè)備的使用達(dá)到效果與能耗的最優(yōu)配置，實(shí)現(xiàn)舒適節(jié)能的目的。