影响空气净化器颗粒物洁净空气量因素研究

杨焯靖 周梦然 贺 雷 焦 鹏 施清清

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519000）

引言

近年来全国多城市雾霾天气愈发严重，室内空气质量也严重下降，室内环境颗粒物污染与人体健康息息相关[1]，且绝大多数人超过 80 % 以上的时间在室内度过[2]，空气净化器作为可有效去除室内颗粒物，保证室内空气质量的环境电器，备受人们青睐。目前，空气净化器发展迅速，导致市场上净化器品种繁多，质量参差不齐，给市场监管和消费者选择都增加了很大的难度。洁净空气量（CADR）是指单位时间对污染物净化能力的参数，表示空气净化器提供洁净空气的速率。洁净空气量是判别空气净化器净化效果的重要指标之一，也是消费者选择空气净化器的重要参考指标[3]。本文通过测量空气净化器在不同进风口尺寸、滤网阻力、电机转速、风道密封性因素影响下空气净化器去除颗粒物的效果，论证这四种因素对空气净化器洁净空气量的影响，为前端开发高性能空气净化器提供一定参考依据。

1 实验原理

1.1 实验材料

1.1.1 实验用某品牌空气净化器

1）不同的滤网装配间隙：同一空气净化器匹配不同滤网装配间隙；

2）不同阻力的过滤网：同一空气净化器匹配不同阻力的HEPA材质过滤网；

3）调节不同转速的电机：同一空气净化器匹配不同的电机转速；

4）不同进风口面积的组件：同一空气净化器匹配不同面积的进风口组件。

1.1.2 实验仪器

尘埃粒子计数器采用美国TSI公司生产的DUSTTRAK5832粉尘测定仪，可测量浓度范围为0.001～150 mg/m3，粒径范围为 0.1～10 μm，可调流量范围是 1.4～3 L/min。

1.1.3 实验场所

根据国标GB /T 18801-2015[4]规定采用长、宽、高分别为：3.5 m、3.4 m、2.4 m，体积为30 m3的封闭式实验室，其墙壁采用0.8 mm的浮法平面玻璃，经过抗静电剂清洗，减少舱内颗粒物在壁面的吸附。舱内1 个搅拌风扇、1 个循环扇，保证舱内空气混合均匀。环境温度为（25±2） ℃环境湿度为相对湿度（50±10） %。密闭性：换气次数不大于0.05 h-1，无外界气流、强烈阳光和其他辐射作用的室内进行。

1.2 洁净空气量的测试方法

根据国准 GB/T 18801-2015《空气净化器》规定执行，将空气净化器放在实验室地面中心位置上，采样点避开进出风口布置，离地1.2 mm，离墙1 mm；循环扇离地1.5 mm，离后墙0.4 mm；发烟器置于被测环境舱中。在实验室密闭情况下，打开高效空气过滤器，使0.3 μm粒径以上的颗粒物背景浓度小于1 000个/L；待颗粒物浓度稳定并降低到适当水平，关闭高效空气过滤器，开启循环扇和搅拌风扇，同时将标准香烟放入烟雾发生装置后启动装置，当0.3 μm以上颗粒物浓度达到2×106～2×107个/L时，关闭烟雾发生装置，在搅拌10 min后关闭搅拌风扇，循环风扇一直保持开启状态；此时记为初始浓度，对应时间为t=0 min，开启空气净化器后，每2 min测定一次颗粒物浓度，连续测定20 min。

1.3 洁净空气量的计算方法

洁净空气量CDAR为：

式中：

CDAR—洁净空气量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Ke—开空气净化器后的总衰减常数，单位为每分（min-1）；

Kn—开空气净化器前的自然衰减常数，单位为每分（min-1）；

V—实验室容积，单位为立方米（m3）。

污染物的总衰减常数Kn和自然衰减常数Ke可由式（3）计算得到，开空气净化器前自然衰减工况浓度变化计算的污染物衰减常数K即为自然衰减常数Ke；开空气净化器后总衰减工况下污染物浓度变化计算的污染物衰减常数K即为总衰减常数Kn。

式中：

Ct—开空气净化器后时间t的颗粒物浓度，单位为个每升（个/L）；

C0—开空气净化器前的初始颗粒物浓度，单位为个每升（个/L）；

ti—第i各取样点对应的时间，单位为每分（min-1）；

t—时间，单位为分（min）；

n—采样次数。

2 试验方案验证及结果

2.1 滤网装配密封性对洁净空气量的影响情况

同一空气净化器分别匹配5组不同滤网装配间隙，其装配关系见图1，并同步更换同型号新过滤网，均使用高档运行20 min；测试结果见表1，不同滤网装配间隙所对应测得的洁净空气量数值变化趋势见图2。

图1 滤网与风道纵向装配示意图

表1测试数据表明，装配间隙由0 mm增加到8 mm时，CDAR由282 m3/h减小到251 m3/h，CDAR会随滤网装配间隙变大而减小，其变化趋势如图2 所示。分析原因为滤网与风道装配存在间隙时，一部分空气从装配间隙直接到达出风口吹出，未经过过滤网过滤，减小了有效过滤的空气量，从而使CDAR降低。若滤网与风道装配无间隙，则CDAR不会受到影响。

图2 不同过滤网装配间隙所测的洁净空气量变化趋势

表1 不同滤网风道纵向装配间隙测试结果

2.2 滤网阻力对洁净空气量的影响情况

同一空气净化器分别匹配5组不同阻力的滤网，滤网阻力值根据国标GB/T 14295-2019空气过滤器[5]测试得出，均使用高档运行20 min；测试结果见表2，不同滤网阻力所对应测得的洁净空气量数值变化趋势见图3。

表2测试数据表明，当匹配滤网阻力在41.5 Pa时，测试CADR为295 m3/h，当匹配滤网阻力57.8 Pa时，测试CADR为241 m3/h，CADR会随滤网阻力变大而逐渐变小，其变化趋势如图3所示。分析为滤网阻力变大，单位时间内过滤的空气量减小，从而导致洁净空气量减少。

图3 不同阻力滤网所测的洁净空气量变化趋势

表2 匹配不同阻力的滤网搭配测试结果

2.3 电机转速对洁净空气量的影响情况

同一空气净化器分别匹配10 组不同电机转速，并同步更换同型号新过滤网，均运行20 min；测试结果见表3，不同电机转速所对应测得的洁净空气量数值变化趋势见图4 。

由表3 数据表明：电机转速从 1 000 r/min提升到1 400 r/min时，CADR从181 m3/h增大到267 m3/h，此阶段CDAR随着转速的增大而快速的增大；转速由1 400 r/min提升到1 600 r/min过程中，CADR从267 m3/h增大到293 m3/h，此阶段CDAR随着转速的增大而缓慢的增大；当转速从1 700 r/min提升到1 900 r/min时，CADR基本在307 m3/h左右，不再增大。综上：当转速较小的时候CADR随着转速的提高而快速增大，当转速进一步增大时，CADR增大的速率减缓直至稳定不变，其变化趋势如图4 所示。分析为电机转速低，进风风量小，净化效率低，洁净空气量小；转速上升达到一定值时，受滤网过滤能力的限制，净化效率逐渐稳定，洁净空气同步趋于稳定。

图4 不同电机转速为所测的洁净空气量变化趋势

表3 匹配不同电机转速测试结果

2.4 进风口面积对洁净空气量的影响情况

同一空气净化器分别匹配10 组不同面积的进风口（见图5），并同步更换同型号新过滤网，均使用高档运行20 min；测试结果见表4，不同面积进风口所对应测得的洁净空气量数值变化趋势见图6 。

图5 百叶窗进风口结构示意图

由表4 数据表明，当进风口面积从2 280 mm2增加到3 591 mm2时，洁净空气量从249 m3/h增大到268 m3/h，此阶段CADR随着进风口面板增大而增大；当进风口面积从3 780 mm2增加到5 163 mm2过程中，洁净空气量逐渐稳定到270 m3/h左右，此阶段CADR逐渐稳定不增大。综上：当进风口面积较小的时候，CADR会随着进风口面积增大而增大，当进风口面积进一步增大时，CADR逐渐趋于稳定不再增大，其变化趋势如图6 所示。分析为进风口面积过小时进风风量小，空气净化器净化效率低，进风口面积变大，进风风量随之增加，净化效率因此也逐渐提高，洁净空气量随之上升；当进风面积达到一定量时，受空气净化器电机转速及过滤网过滤能力的限制，净化效率不再提高，因此洁净空气量逐渐趋于稳定。

表4 匹配不同面积进风口测试结果

图6 不同面积进风口所测的洁净空气量变化趋势

3 结论

在研究进风口面积、滤网阻力、电机转速、滤网装配间隙对空气净化器洁净空气量的测试试验中，洁净空气量随滤网阻力、滤网装装配间隙的变大而减小；随进风口面积和电机转速的变大而减小，但当进风口面积和电机转速增大到一定值时，洁净空气量逐渐趋于稳定。因此在空气净化器开发阶段，尽可能的降低滤网阻力、消除滤网装配间隙，防止影响洁净空气量降低，同时匹配最优的进风口尺寸和电机转速，获得最佳洁净空气量参数，提高产品竞争力和用户使用满意度。