空气净化器检测用环境测试舱开发与应用

姜耀鹏，滕振飞(. 上海新能源科技成果转化与产业促进中心，上海 006 ；. 上海产业技术研究院，上海006)

空气净化器检测用环境测试舱开发与应用

Development and Application of Environmental Test Chamber for Air Cleaner

姜耀鹏1，滕振飞2(1. 上海新能源科技成果转化与产业促进中心，上海 201206 ；2. 上海产业技术研究院，上海201206)

介绍了研制开发空气净化器检测用环境测试舱的原理，说明测试环境控制模式与主要参数指标。以颗粒物洁净空气量为例，讨论空气净化器测试方法和测试过程。最后通过案例介绍环境测试舱的实用性。

环境测试舱； 测评； 控制参数 ；洁净空气量

空气净化器是降低室内颗粒物和化学气体污染物的有效手段[1]。在大气灰霾和室内人为活动等原因的共同影响下，导致了严重的室内空气颗粒物污染[2]，从而引起对空气净化器的需求显著升高。空气净化器市场日益活跃，对其净化性能的有效测评和验证是产品规范的主要手段[3-4]。

为实现对空气净化器产品的净化性能检测，2016 年由上海产业技术研究院主持联合多家相关科研单位研制开发了空气净化器检测用环境测试舱，用于空气净化器性能检测服务，并致力于对空气净化器市场有效评测和规范[5]。

1 环境测试舱原理

环境测试舱可以模拟受污染的室内环境，是一种检测和研究空气净化器净化性能的重要设备。环境测试舱主要由舱体、空调净化系统、电控系统、污染物发生和检测系统组成。首先，通过空调净化系统在测试舱内形成温湿度和洁净度满足实验要求的环境，然后在舱内释放一定量的污染物(颗粒物、微生物或化学污染物)，开启舱内空气净化产品，检测舱内污染物浓度随着时间变化趋势，通过计算推演得出空气净化产品的净化性能效果。

环境测试舱的研制主要参照美国 ANSI/AHAM AC-1 2006《Method for Measuring Performance of Portable Household Electric Room Air Cleaners》、GB/T 18801—2015《空气净化器》、GB 21551.3—2010《家用和类似用途电器抗菌、除菌功能 空气净化器特殊要求》和 JG/T 294—2010《空气净化器污染物净化性能测定》等标准设计建造，主要用于检测空气净化器及相关室内空气净化产品等。检测项目主要包括：颗粒物及甲醛、苯等化学气体的洁净空气量(CADR)、净化能效、累积净化量、净化效率、臭氧等有害物质释放量等。

2 控制模式与参数

2.1 风阀控制

开启风机前，需要首先选择风阀模式。风阀状态共有三种模式：密闭模式(测试状态)、内循环模式(实验前调试)和排风模式(试验后排气)。试验前，需要使环境测试舱内环境满足一定的温湿度和洁净度要求，需采用内循环模式；当舱内温湿度达到设定要求，采用密闭模式；当完成发烟发尘、化学气体发生试验后，需采用排气模式，排气前经过过滤吸附采集系统净化。

2.2 温湿调控

选择风阀模式后，在电加热和电加湿的控制界面输入需要达到的温度和相关湿度(23 ℃ 和 50%)，在风机控制界面，输入风机运行频率(25Hz)，然后开启风机。根据舱内实际环境状况(温湿度)，选择电加热、电加湿或室外机(制冷)。电加热为 3 根加热器组成，其中 1 根加热器可通过软件实现微调控，而另外 2 根加热器则需要人为开启或关闭。如果舱内温度较低，则需要 3 根同时开启，等接近控制温度时，则可关闭 2 根，只保留可以控制的那根。电加湿和电加热原理相同。如果温度和湿度不是太低，则只需要开启“电加热(可调)”和“电加湿(可调)”即可。

制冷通过开启空调室外机实现。当温度超过试验要求温度，开启室外机，持续工作，直到温度满足试验要求。

2.3 环境测试舱主要技术指标

为满足空气净化器检测需要，同时研制开发了 30 m3大型环境测试舱和 3 m3中型环境测试舱，2 个舱体的主要环境控制参数及性能如下：

(1) 温度：

调节范围：(20～30)℃

调节精度：±2K

测量精度：±0.1K

(2) 相对湿度。

调节范围：(40～60)%RH

调节精度：±5%RH

测量精度：±1%RH

(3) 大型环境测试舱体尺寸：3.5 m×3.4 m×2.5 m(长×宽×高)；小型环境测试舱体尺寸：1.4 m×1.4 m×1.5 m(长×宽×高)。

(4) 舱体内壁材质为 304 不锈钢镜面板，外壁为彩钢板，中间填充 100 mm 厚聚氨酯保温材料。

(5) 气密性：换气次数小于 0.05 h-1。

3 洁净空气量测试(CADR)

由于环境测试舱内颗粒物发尘、化学气体发生试验过程中，环境测试舱本体存在对特征污染物的吸附自衰减现象，这部分舱内本体衰减应在对空气净化器性能测评中排除，因此需要自然衰减测试、空气净化器的总体衰减测试，通过 2次试验完成对空气净化器净化效率测试。以下以颗粒物洁净空气量测评为例，进行说明。

3.1 测试过程

测试过程用香烟烟雾作为颗粒物污染物的尘源，以粒径在 0.3μm 以上的颗粒物总数表示。

在环境测试舱内测试颗粒物浓度前，首先选择采集时间间隔步长，单位可为秒、分钟和小时，比如，2 min。测评空气净化器步骤如下：

3.1.1 颗粒物的自衰减试验

(1) 根据待测空气净化器的标称颗粒物洁净空气量、类型及外观尺寸选择相应的测试舱，并将其放置于测试舱的中心位置。把空气净化器调节到试验的额定状态，检验运转正常，然后关闭空气净化器，关闭测试舱的舱门。

(2) 开启激光粒子计数器，用硅胶管连接采样口、稀释装置及激光粒子计数器进样口，监测舱内颗粒物浓度。

(3) 开启空调净化系统，净化测试舱内空气，使粒径在0.3 μm 以上的粒子背景浓度＜ 1 000 个/L，使舱内温度和相对湿度达到规定状态。

(4) 待舱内颗粒物背景浓度降低到适合水平，记录颗粒物背景浓度，关闭空调净化系统，启动搅拌风扇和循环风扇。

(5) 将标准香烟放入香烟发生器内，开启香烟发生器，向舱内释放香烟烟雾，达到一定的量后，关闭香烟发生器，搅拌风扇再搅拌 10 min，使颗粒物污染物混合均匀后关闭搅拌风扇。试验过程中，循环风扇一直保持开启状态。

(6) 待搅拌风扇停止转动后，用激光粒子计数器测定颗粒物的初始浓度。试验开始时0.3μm以上颗粒物的粒子浓度应为 2×106～2×107个/L，计算时对应 t=0 min。

(7) 测试舱内的初始浓度测定后，每 2 min 测定并记录一次颗粒物的浓度，连续测定 20 min。

(8) 记录试验时舱内的温度、相对湿度和大气压。

3.1.2 颗粒物的总衰减试验

(1) 按照颗粒物自衰减试验中步骤 ①～⑥ 的规定进行试验。

(2) 测试舱内的初始浓度测定后，开启待测空气净化器至额定状态，开启的时刻为 t=0 min，同时开始取样进行测定，每 2 min 测定并记录一次颗粒物的浓度，连续测定 20 min。

(3) 关闭空气净化器，记录试验时舱内的温度、相对湿度和大气压。

3.2 测试数据处理方法

自衰减和总衰减数据采集完毕后，用下列公式计算出自衰减常数、总衰减常数、洁净空气量和净化效能等数据。

(1) 空气净化器颗粒物衰减常数根据式(1)、(2)、(3)计算。测试舱内污染物的浓度随时间的变化符合指数函数的变化趋势，用式 (1) 表示：

式中：ct——在时间 t 时的颗粒物浓度，个/L；

c0——在 t=0 时初始颗粒物浓度，个/L；

k ——衰减常数，min-1；

t ——时间，min。

kn和 ke通过不运行和运行空气净化器试验，即自然衰减实验和总衰减试验前提下，按照式 (2) 做 lncti和 t 的线性回归，可求得自衰减系数 kn和 ke总衰减系数 ：

式中：k——衰减常数，min-1；

ti——第 i 个取样点对应的时间，min；

lwcti——第i个取样点对应的污染物浓度自然对数；

n ——采样次数。

颗粒物洁净空气量测试中，要求衰减函数的相关系数R2应当不小于 0.98，按照式 (3) 计算：

其中：xi=ti

yi=lncti

式中：R2——相关系数的平方；

ti——第 i 个取样点对应的时间，i=1，2，3，…n，min；

lwcti——第i个取样点对应的污染物浓度自然对数；

n ——采样次数。

(2) 空气净化器颗粒物洁净空气量根据式(4)计算：

式中：Q——洁净空气量，m3/h；

ke——总衰减系数，min-1；

kn——自衰减系数，min-1；

V—环境测试舱体积，m3。

(3) 空气净化器对颗粒物的净化能效根据式(5)计算：

式中：η ——净化能效，m3/(W·h)；

Q ——目标污染物洁净空气量实验值，m3/h；

P ——输入功率实测值，W。

4 应用案例

某品牌 X 型号空气净化器铭牌标识颗粒物洁净空气量值为 650 m3/h，在 30 m3测试舱(图 1)中进行测评。测试过程中用 TSI 3340 粒子计数设备(图 2)测试颗粒物浓度。

图1 30 m3大型环境测试舱

图2 TSI 3340 粒子计数器

(1) 洁净空气量测试过程中测试舱内温湿度变化情况。颗粒物洁净空气量测试过程持续时间按约为 60 min，每间隔 10 min 选取一个点记录温度、相对湿度。GB/T 18801—2015 要求测试过程中温度控制在 (25±2)℃，相对湿度控制在 (50±10)%。如图 3、图 4 所示，温度、相对湿度都满足国标要求。

图3 测试过程中温度随时间变化图

图4 测试过程中相对湿度随时间变化图

(2) 洁净空气量测试过程自衰减和总衰减拟合曲线。初始浓度测定后，颗粒物洁净空气量自衰减和总衰减数据采集时间都为 20 min，采样间隔 2 min。测试数据拟合曲线见图 5。

图5 自衰减拟合曲线图

(3) 颗粒物洁净空气量计算。根据拟合曲线可以得到自衰减系数=0.007 0 和总衰减系数 =0.346 4。由式 (4) 计算得出空气净化器样机的颗粒物洁净空气量 Q=611 m3/h。该空气净化器样机实测功率为 138 W，根据公式 (5) 计算此空气净化器对颗粒物的净化能效η=4.43 m3/(W·h)。

此品牌空气净化器的实测颗粒物洁净空气量为标称颗粒物洁净空气量的 94%，稍小于标称颗粒物洁净空气量值。根据 GB/T 18801—2015 颗粒物净化能效分级指标，可判定这台空气净化器样机的颗粒物净化能效等级为合格级。

5 结 语

环境测试舱通过营造可控可调节的人工环境，并结合颗粒物、化学污染物检测设备，可实现对空气净化器类净化产品性能测评。本文介绍了 30 m3环境测试舱的原理和环境控制模式，并对空气净化器的关键性能指标洁净空气量(CADR)测试具体说明。

[1] 张寅平,邓启红,钱华,等. 中国室内环境与健康研究进展报告2012[C].北京:中国建筑工业出版社,2012:242-261.

[2] 姜耀鹏,滕振飞. 我国室内空气污染特点及空气净化技术研究统计分析[J].绿色建筑,2016(6):52-56.

[3] 朱春,李景广.室内PM2.5气态污染物实验舱测试研究—以蚊香散发源为例[J].绿色建筑,2014(1): 27-30.

[4] 高立新,陆亚俊.室内空气净化器的现状及改进措施[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36 (2):199-201.

[5] 邓高峰,李增和,王志勇.大型环境测试舱研制与应用[J].洁净与空调技术,2011(3):21-23.

TU50

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1674-814X(2017)02-0055-04

2016-12-28

姜耀鹏，现供职于上海新能源科技成果转化与产业促进中心；滕振飞，现供职于上海产业技术研究院。作者通信地址：上海市浦东新区金苏路200号F幢211室，邮编：201206。