基于美标 ASHRAE 52.2 的静电过滤器性能实验研究

侯银燕 王志勇 郜津慧 徐昭炜 李剑东 王智超

中国建筑科学研究院

0 引言

空气中的颗粒物，特别是可吸入颗粒物 （PM10）和细颗粒物 （PM2.5） 可以通过呼吸道、 消化道、 皮肤等途径进入人体。其中， 呼吸道吸入是最主要也是危害最大的途径之一。如何控制和改善建筑室内环境对人们的健康至关重要。

过滤器是获得良好的室内空气品质的有效设备，现在的过滤器用的较多的是纤维型过滤器。一般提高过滤效率， 可以通过增加纤维的厚度， 减小纤维直径或是增加纤维填充率来提高它的过滤效率， 但随之阻力也会相应的增加。 阻力的增加会导致系统能耗增加。人们通过多年的研究找到了一种新的方法—— —静电过滤器。静电过滤器是借助静电力从气流中分离悬浮粒子的一种装置[1]， 与传统过滤器相比， 静电过滤器具有效率稳定、 阻力低的显著特点。美国标准 ASHRAE 52.2规定了一般通风用空气过滤器的测试方法，其计数效率尘源为KCl固态气溶胶， 计重效率试验用负荷尘为 ASHRAE 尘 [2] 。对于静电过滤器， ASHRAE尘中的主要成份炭黑具有导电性能， 通过附着在短棉绒上可能造成过滤器电板短路的现象， 同时由于炭黑的电特性， 附着在极板上的炭黑会导致静电过滤器大大减少对其它颗粒的静电吸引力， 造成过滤效率偏低。因此为了评价静电过滤器的性能， 本研究基于美国标准ASHRAE 52.2， 对其实验方法和性能进行研究。

1 实验描述

本实验选用细线平板式静电过滤器， 进风面安装有粗效金属滤网， 在空气过滤器试验系统上 （见图 1）进行实验， 实验用气溶胶为 KCl 固态气溶胶， 用于测试过滤器的过滤效率。实验用负荷尘由标准中的ASHRAE尘更换为ISO-12103-A2尘， 用于不同容尘阶段的发尘。因为静电过滤器的阻力随发尘量变化很小， 因此不能依据阻力作为实验的终止条件， 本实验将每次的发尘过程终止条件更换为每次发一定质量的A2尘。测试的性能参数包括阻力， 过滤效率和臭氧浓度增加量。

图1 空气过滤器试验系统

实验方案如下：

1）调 节辅助风机至检测风速，发 生 KCl固态气溶胶，测试洁净状态下被测样机的分组粒径计数效率。在上游采样处和下游采样处用粒子计数器进行取样测试，并 计算出对不同粒径段颗粒物（ 0.3 μm ≤d1＜ 1.0 μm ，1.0 μm ≤d2＜ 3.0 μm ，3.0 μm ≤d3＜ 10.0 μm ）的 初始计数效率E0i， 计 算公式如下：

式中：E0i为分组粒径 （0.3 μm ≤d1＜ 1.0 μm 、1.0 μm ≤d2＜3.0 μm 、3.0μm ≤d3＜10.0 μm ）初 始计数效率，% ；N1i为上游采样处某粒径段粒子计数浓度的平均值，粒 /升；N2i为下游采样处某粒径段粒子计数浓度的平均值，粒 /升。

取 10 次测量结果的平均值为计数效率的最终检验结果。

2）关 闭KCl气溶胶发生器。称量一定质量的负荷尘 （ISO-12103-A2）， 在静电过滤器上风侧进行初次发尘。 发尘结束后， 按照2） 中的方法， 测试并计算出第一次发尘后被测样机的计数效率E1i。

3） 重复2） 中的发尘试验， 测试并计算出每个发尘阶段后被测样机的计数效率。

4） 在测试各个阶段计数效率的过程中， 记录每次发尘后被测样机的阻力。

实验使用的主要仪器如表1所示。

表1 实验使用的主要仪器

2 实验结果及分析

检验风速为2.5m/s。

2.1 阻力实验结果

静电过滤器的阻力与风速结果如图2所示。可以看出， 静电过滤器的阻力随风速的增加变化很小， 阻力测试值也较小， 仅与传统过滤器的粗效过滤器阻力类同， 用于民用建筑的空调通风系统中， 可使空调箱风机的压头降低很多， 从而降低能耗， 满足节能环保要求。

图2 静电过滤器阻力与风速关系

2.2 过滤效率实验结果

静电过滤器的过滤效率， 阻力与发尘量结果如图3和图4所示。可以看出， 静电过滤器过滤大颗粒的效率优于小粒径的效率。同时可以看出，随着发尘量的增加， 过滤效率有降低的趋势， 但降低幅度仅在 3%之内， 阻力增加仅为2.8 Pa， 这说明不同程度的容尘对其效率和阻力均影响不大， 静电过滤器的特点就是捕集力直接作用在粒子上， 由于捕集原理和结构的不同使得静电过滤器在不同容尘量下的阻力远远小于传统的纤维过滤器。

图3 静电过滤器的过滤效率结果

图4 静电过滤器阻力与发尘量关系

静电过滤器的电压与过滤效率见表2 和图5。可以看出， 在电压增加时， 过滤效率有较大幅度的增加，同时臭氧浓度的释放量也在增加。

表2 静电过滤器的过滤效率，阻力与发尘量结果

图5 静电过滤器电压与过滤效率关系

3 结论

本研究对基于美国标准 ASHRAE 52.2 测试静电过滤器的性能实验方法和静电过滤器的阻力， 过滤效率， 臭氧浓度增加量等性能进行研究。美标 ASHRAE 52.2中的容尘量试验方法不适用于静电过滤器，容尘阶段负荷尘由ASHRAE尘更换为ISO-12103-A2尘。

实验结果得到：

1）静电过滤器的阻力随风速的增加变化很小， 用于民用建筑的空调通风系统中， 可使空调箱风机的压头降低很多， 从而降低能耗。

2） 不同程度的容尘对其过滤效率和阻力均则影响不大。

3） 提高电压， 可使过滤效率有较大幅度的提高， 但同时臭氧浓度的释放量也在增加。

为了使静电过滤器的应用能够更加可靠， 静电过滤器在日常维护中， 需要加强运行、 维护稳定性、 清洗方法等的研究， 同时由于静电过滤器会产生臭氧， 臭氧对人体有一定的危害作用， 因此如何降低臭氧浓度的发生量也需要进一步的研究。

参考文献

[1] 马广大.除尘器性能计算[M]. 北京: 中国环境科学出版社,1990

[2] ASHRAE.Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size(ANSI/ASHRAE 52.2-2012)[S].Atlanta:ASHRAE,2012