空气净化器适配型滤芯颗粒物净化性能研究

孟凡超，张珺穜，肖 军，刘兵兵

(河北省环保产品质量监督检验研究院，河北 石家庄 050091)

1 引言

近年来，我国北方地区频发严重的雾霾污染天气。尤其是在进入供暖期后, 空气中的PM2.5浓度过高，人们的生活和工作受到了很大的影响。据有关研究表明，人体长时间处于雾霾环境中, 空气中悬浮颗粒物及其携带的细菌、病毒等都可能会引发人整个身体范围内的疾病，威胁到人体健康。在安全和健康的意识已深植人心的今天，室内空气污染治理呈现出巨大的社会需求，将空气净化器产业推向了高峰[1]。

滤芯作为空气净化器的核心部件之一，通过采用直接拦截、惯性碰撞、扩散吸附等物理作用，将各种大小的颗粒物分别截留在滤网表面或吸附在内部，以达到净化空气的目的。其品质的优劣在很大程度上决定着空气净化器的净化效果。从结构上来说，主要采用分层和复合结构(见图1)。作为主体部分的HEPA高效滤芯大都是由不规则排列的化学纤维或玻璃纤维制成。

图1 分层滤芯和复合滤芯

空气净化器的滤芯在使用过程中随着污染物的不断积累，过滤性能逐渐下降，在使用一段时间后，要根据周期及时更换。目前市场上普遍存在的滤芯类型分为官方原装滤芯和第三方适配滤芯，种类琳琅满目，标称功能各异，其中不乏一些粗制滥造、虚假宣传，给消费者带来了极大的困扰。

为了反映适配型滤芯的整体质量，本研究依据国家标准《空气净化器》 (GB/T 18801-2015)，对市面上7种空气净化器机型的原厂滤芯与3个品牌21批次适配型滤芯的颗粒物洁净空气量进行了测试，并对检测结果进行了分析，为消费者的选购提供参考。

2 实验方法

2.1 试验样品

选取了7种不同品牌型号空气净化器的原厂滤芯与3个品牌21批次适配型滤芯共28个样品，涵盖销售量大，结构种类不同的滤芯，如表1所示。

表1 滤芯样本情况

2.2 仪器设备

(1)环境试验舱，体积分别为30 m3、1.5 m3，空气泄漏量0.04 m3/h，配有气态污染物发生器和高效净化系统。整个实验舱位于温湿度可调节的恒温恒湿室内。

(2)激光粒子计数器：浓度示值误差为-1.3 %，流量误差为-1.0 %，重复性为0.9 %FS。

(3)稀释器：只提供颗粒物分流，不提供数据。

(4)颗粒物发生器：燃烧香烟释放颗粒物，不提供数据。

2.3 实验步骤

(1)颗粒物洁净空气量(CADR)的检测在30 m3试验舱内进行，测试在环境温度(25±2)℃，相对湿度(50±10)%RH下进行，测试前开启高效净化系统，使颗粒物粒径在0.3 μm以上的粒子背景浓度小于1000个/L。关闭净化系统和湿度控制装置将香烟烟雾输入试验舱，同时开启搅拌风扇不断搅拌10 min，使试验舱内颗粒物分布均匀，关闭搅拌风扇，试验过程中循环风扇一直开启。

(2)自然衰减试验，在空气净化器关闭状态下，用激光粒子计数器测定颗粒物的初始浓度C0，除C0外的第一个取样点开始时刻为t=0 min，连续测定20 min。

(3)总衰减，自然衰减测完后，开启待检验的净化器至规定状态，开启时刻t=0 min，每2 min测定并记录一次颗粒物浓度，连续测定20 min。

2.4 计算方法

根据GB/T 18801-2015规定的分析方法，进行颗粒物洁净空气量测定，颗粒物浓度可直接由激光粒子计数器读出测量值。

(1)

(2)

Q=60×(ke-kn)×V

(3)

式(1)、(2)、(3)中，ct为 在时间t时的颗粒物浓度，单位为个/L；t为时间，单位为min。lncti为第i个取样点对应的污染物浓度的自然对数；ti为第i个取样点对应的时间，i=1,2,3…n，单位为min；n为采样次数；kn为自然衰减常数，单位为每分钟；ke为总衰减常数，单位为每分钟；Q为洁净空气量，单位为m3/h；V为环境试验舱体积，30 m3。

3 结果分析

滤芯检测结果与滤网均价见表2。

图2 滤网净化性能与价格比较

从价格上来看，各品牌空气净化器官方替换滤网平均价格要高于其他第三方适配型滤网。从颗粒物洁净空气量检测结果来看，空气净化器原厂滤芯合格率为100%，而适配型滤芯的整体合格率不足70%，存在很大的质量风险。从整体来说，空气净化器厂家生产的原厂滤芯颗粒物净化效果明显优于第三方滤芯厂家的产品。同时，结合表1和表2可以得出采用复合结构的滤芯的颗粒物洁净空气量明显大于采用分层结构的滤芯，同时价格也相对较高。分析原因如下。

传统的组合滤网包括前置滤网、HEPA过滤网、活性炭滤网等。复合滤网是厂商在技术和工艺上做出相关改进，将前置滤网、HEPA过滤网、活性炭滤网等滤网结构整合到一个滤网中。前置滤网：可以有效清除掉大颗的灰尘，动物毛发，并且起到保护其它过滤网的作用。 HEPA集尘滤网：HEPA由非常细小的有机纤维交织而成，对微粒的捕捉能力较强，孔径微小，吸附容量大，净化效率高，并具备吸水性，针对0.3 μm的粒子净化率很高。活性炭滤网：活性炭滤网能够去除溶解性有机物质，并能够脱色、除臭。

与原厂滤芯相比，适配型滤芯的滤网材质较为粗糙，分布不均匀，缝隙相对较大，纤维材质较长，细密感较差。过滤网的延展面积也相对较小，无法和原厂滤芯媲美。同时，适配型滤芯活性炭用料相对较少，通常采用破碎碳来增加碳颗粒与空气的接触面积来提升净化效果，从而节省使用的数量来达到控制成本的目的。这样的滤芯活性碳饱和的速度较快，寿命相对比较短。另外，一些适配型滤芯无法做到与净化器完美的匹配，从而不能保证很好的密封性能，无法产生有效的过滤风速和风量，所以净化效果不佳。

相对于复合结构的滤芯，分层结构的滤芯结构不够致密，造成颗粒物在滤芯的附着几率不高。同时，分层结构滤芯虽然体积较大，但实际展开面积却不如复合结构滤芯。另外，组合结构滤芯的风阻一般都大于复合结构滤芯，这些原因都导致分层结构滤芯的颗粒物洁净空气量低于复合结构滤芯。

4 结语

滤芯作为空气净化器的核心部件之一，它的质量好坏直接决定着净化器的净化效果。从本次研究结果来看，适配型滤芯存在着一定的质量问题。消费者在选购滤芯时不应只贪图价钱便宜，而要从结构和材质等方面进行综合考虑，选择合适的滤芯。同时，监管部门要加大监管力度，出台相应的标准和制度，规范适配型滤芯的生产，保障消费者的权益，促进空气净化器行业持久、良好的发展。