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多种空气净化器性能测试研究
时间:2019-11-21   作者:中国空气网   来源:《中国新风·净化》

邓高峰1、2   李剑东2  王志勇2  李增和1

1北京化工大学,100029    2中国建筑科学研究院,100013

 

摘要:统一检测29种空气净化产品,包括11种单体式空气净化产品和18种模块式空气净化产品。测试结果表明:在29种空气净化产品中,臭氧浓度增加量、电气安全(泄漏电流、电气强度、接地电阻)、包装、外观、试运行合格率100%,标志合格率93.1%。在11种单体式空气净化器产品中,PM2.5净化效能在1.73~7.46m3/(h·W),平均净化效能为4.02m3/(h·W);在18种模块式空气净化器产品中,PM2.5一次通过净化效率在64.3%~100%,平均净化效率可达80.53%。


关键词:空气净化器  单体式  模块式  PM2.5

 

0 引言

随着生活水平的迅速提高,人们对生活和工作的室内空气环境质量的要求和期望也不断提高。同时,建筑节能的要求却在现代科技的支持下,使室内建筑的密闭性越来越好,室内空气与室外空气的交换越来越少,极易导致室内污染物的积累,引发室内空气污染[1]。


根据相关统计表明,人们大约超过80%的时间都是在室内度过,长期生活在空气质量不高的室内环境下,容易引发人类多种疾病,并且发病率逐年上升[2]。随着节能和温度舒适要求的提高,建筑物密闭程度不断增大,室内与室外的空气交换量有限,室内外的空气质量差异明显。研究表明,室内空气污染程度大多高于室外,同时有专家认为,继“煤烟型污染”和“汽车尾气污染”之后,人类已经进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期[3]。


目前,改善室内空气质量的现行方法分为三种:源控制、通风和空气净化。源控制是改善空气质量最明显的方式,这在室外环境中使用得非常成功,也是发达国家很多城市室外空气质量明显改善的主要原因;通风可减少室内污染物的浓度,这种方式使各种污染物的减少程度并无差别,但通风空调装置与系统功能的改进和提高则是这项工程中必不可少的部分;空气净化器作为一种治理手段与通风相似,都是在空气被污染后去减少污染物,新风净化系统可以用来控制及降低空气中各种气体污染物和颗粒物,新风净化系统具有着不可比拟的有效性和可靠性[4]。


空气净化器是实现室内空气净化的最直接、便捷的仪器,随着室内空气污染性质的不断变化与污染程度地加大,空气净化器技术也得到了快速发展。目前市售的空气净化产品种类繁多,净化效果差别也很大,针对这一点,本研究对市场上部分空气净化产品进行了PM2.5净化效能、功率、臭氧浓度增加量、噪声、电气安全、标志、包装、外观、试运行等方面的性能检测,为空气净化产品功能评价提供参考依据。


1  测试设备与方法


1.1 测试设备


测试用仪器、装置:30m3环境测试舱、风道法检测装置、半消声室、粉尘测试仪、功率表、臭氧分析仪、声级计和安全性能综合测试仪等。


测试依据:GB/T 18801-2008 《空气净化器》、GB 21551.3-2010 《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能 空气净化器特殊要求》、JG/T 294-2010 《空气净化器污染物净化性能测定》。


检验项目:PM2.5净化效能、PM2.5一次通过净化效率、功率、臭氧浓度增加量、噪声、风量阻力曲线、电气安全(泄漏电流、电气强度、接地电阻)、标志、包装、外观、试运行。


测试条件:环境温度:25±2℃;环境湿度:50±10%。


由于除PM2.5净化效能和一次通过净化效率没有国家标准规定的测试方法,其他测试项目都可以按照国家标准进行测试,以下介绍两种非标的测试方法。


1.2  PM2.5净化效能测试方法


单体式空气净化器的PM2.5净化效能测试尘源采用香烟烟雾,颗粒物浓度以mg/m3表示。具体测试方法按照1.2.1和1.2.2进行。


1.2.1 自然衰减测试


(1)将待测空气净化器放置于环境舱内测试台上,调整其至测试状态,检验运转正:,关闭空气净化器,关闭内外舱舱门;


(2)开启粉尘测试仪,“自净”处理后,连接环境测试舱采样口和粉尘测试仪进样口,监测舱内颗粒物浓度;


(3)开启内外舱风阀,启动空调净化设备,使舱内温湿度达到测试要求,内舱空气中PM2.5浓度小于0.050 mg/m3,然后关闭内舱风阀和空调净化设备;


(4)开启舱顶风扇,在舱内产生香烟烟雾,等舱内PM2.5浓度达到1.000mg/m3(±20%)左右时,停止发烟雾,5min后,关闭风扇,静置10min后开始测试;


(5)待舱内PM2.5浓度稳定后,测试舱内PM2.5初始浓度,然后开始测试,每2min测试一次,持续20min。PM2.5颗粒物自然衰减系数参照GB/T 18801-2008 附录B计算得出。


1.2.2  总衰减测试


(1)按照1.2.1中(1-4)项进行;


(2)待舱内PM2.5浓度稳定后,测试舱内PM2.5初始浓度,然后开启空气净化器,同时开始测试,每2min测试一次,持续20min。PM2.5颗粒物总衰减系数参照GB/T 18801-2008 附录B计算得出;


(3)关闭空气净化器,记录舱内温湿度和待测样机功率。


1.3  PM2.5一次通过净化效率


模块式空气净化器测试尘源使用大颗粒KCl气溶胶,颗粒物浓度以mg/m3表示。


在风道法检测装置上对该样品进行检测。将样品安装在实验台上,开启风机,调整实验台风量至运行状况。整个测试过程确保安装密封严密,不存在泄漏。


该样品在运行条件下,开启大颗粒KCl固态气溶胶发生器,待发尘稳定后,分别在装置前后采样处用粉尘测试仪检测PM2.5的浓度。


1.4  分析方法


1.4.1 空气净化器去除PM2.5洁净空气量计算


空气净化器去除PM2.5洁净空气量依据公式(1)计算:

111.jpg………………………………(1

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-环境舱体积,m3。

 空气净化器对PM2.5净化效能依据公式(2)计算:

  

112.jpg……………………………  2

式中:η-净化效能,m3/(h·W);Q-洁净空气量,m3/h;W-样机功率,W。

1.4.2  PM2.5一次通过净化效率

空气净化器的PM2.5的净化效率123.jpg依据公式(3)计算:

113.jpg ……………………………… 3

式中:123.jpg样品对PM2.5的净化效率,%;C1装置前PM2.5的平均质量浓度,mg/m3;C2装置后PM2.5的平均质量浓度,mg/m3。

2  结果与分析

2.1 测试结果

本研究共测试了29种空气净化器产品,包括11种单体式空气净化器产品和18种模块式空气净化器产品。在11种单体式空气净化器产品中,PM2.5净化效能在1.73~7.46m3/(h·W),平均净化效能为4.02m3/(h·W);产品运行噪声在56~64.9dB,平均运行噪声为60.55dB;在18种模块式空气净化器产品中,PM2.5一次通过净化效率在64.3%~100%,平均净化效率可达80.53%。

如图1所示,在29种空气净化器产品中,臭氧浓度增加量、电气安全(泄漏电流、电气强度、接地电阻)、包装、外观、试运行合格率100%,标志合格率93.1%,部分产品标志存在标识不全、标识错误的问题。

114.jpg

 

115.jpg

图1  空气净化器产品检测合格率

 

《产品标识标注规定》[5]第五条提出,除产品使用说明外,产品标识应当标注在产品或者产品的销售包装上。产品或者产品销售包装的最大表面的面积小于10平方厘米的,在产品或者产品销售包装上可以仅标注产品名称、生产者名称;限期使用的产品,在产品或者产品的包装上还应当标注生产日期和安全使用期或者失效日期。第七条提出,产品标识应当清晰、牢固,易于识别。市场上销售的各种空气净化器产品标志包装等标识应该严格遵守《产品标识标注规定》。

2.2  单体式空气净化器性能评价

2.2.1 PM2.5净化效能

所检测的11种单体式空气净化器,测试时间均为20min,如图2所示,结果表明11种抽检产品的PM2.5净化效能在1.73~7.46m3/(h·W),平均净化效能为4.02m3/(h·W),中值净化效能为3.86m3/(h·W)。

115.jpg

图2  单体式空气净化器产品PM2.5净化效能检测结果

 

空气净化器按原理可分为过滤型、静电型、吸附型、光触媒型、复合型[6~10]。过滤型空气净化器是指利用多孔性过滤材料,如无纺布、滤纸、活性炭纤维、空气过滤材料等过滤空气中的悬浮颗粒物;静电除尘型空气净化器通过静电场使空气中悬浮颗粒物带电,然后用集尘装置捕集带电粒子;吸附型空气净化器是指采用滤料或化学物质对污染气体进行吸附并发送化学反应;光触媒型空气净化器是利用光触媒催化空气中的污染物,使之变成其它物质以达到去除的目的;复合型空气净化器则是同时利用两种或两种以上方法净化空气。

单体式空气净化器净化效能受滤料性质、风量、处理工艺、净化时间、净化空间影响。所检测的11种产品均在最高档风量下检测,其中第2种、4~10种产品检测同时开启了紫外、负离子、静电等复合功能。第10种产品开启了“负离子”和“紫外线”功能,PM2.5净化效能最高为7.46m3/(h·W);第9种产品开启了“静电”、“负离子”和“催化器”功能,PM2.5净化效能为2.92m3/(h·W),说明净化效能受处理工艺影响非线性,可能在开启多功能的同时会产生副产物污染气体。第8种产品开启“负离子”和“净烟”功能,并选择“大空间”模式,可是PM2.5净化效能只有1.73m3/(h·W),净化效能并不高。

2.2.2 产品运行噪声

如图3所示,检测的11种单体式空气净化器,产品运行噪声在56~64.9dB,平均运行噪声为60.55dB。

噪声级为30~40dB是比较安静的正;肪;超过50dB就会影响睡眠和休息。由于休息不足,疲劳不能消除,正常生理功能会受到一定的影响;70dB以上干扰谈话,造成心烦意乱,精神不集中,影响工作效率,甚至发生事故;长期工作或生活在90dB以上的噪声环境,会严重影响听力和导致其他疾病的发生。所检测的11种单体式空气净化器运行噪声都会影响居民正常睡眠和休息,在产品运行减噪方面需要做更多的改善。

如图4所示,单体式空气净化器产品运行噪声总体与运行功率呈类似正比关系,产品运行功率高,运行噪声相应有所增加,因此在产品减噪方面既要考虑产品运行功率对净化效能的影响,也要考虑运行功率对设备产噪的影响。

116.jpg

图3  单体式空气净化器产品运行噪声检测结果

 

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图4  单体式空气净化器产品运行噪声与运行功率关系曲线

2.2.3 产品功率

如图5,图6所示,检测的11种单体式空气净化器,产品运行功率在33.6~162.8W。27.27%的单体式空气净化器运行功率控制在50W以下,具备节能功效。

 

118.jpg

图4  单体式空气净化器产品运行功率检测结果

 

119.jpg

图5  单体式空气净化器产品运行功率与PM2.5净化效能关系曲线

2.3 模块式空气净化器性能评价

如图6所示,检测的18种模块式空气净化器产品中,PM2.5一次通过净化效率在64.3%~100%,平均净化效率可达80.53%。18种模块式空气净化器产品中只有22.22%的PM2.5一次通过净化效率达到95%以上,结果见表1。

 

表1  模块式空气净化器PM2.5一次通过净化效率检测结果

序号

PM2.5一次通过净化效率(%)

风量(m3/h)

阻力(Pa)

产品1

100

850

179.8

产品2

76.7

3400

126.9

产品3

95.3

1000

25.5

产品4

98.7

400

25.4

产品5

84.5

2800

35.0

产品6

65.7

2754

47.6

产品7

85.8

2704

39.3

产品8

85.4

2659

34.0

产品9

64.3

2754

52.0

产品10

70.5

2704

23.5

产品11

78.0

940

24.3

产品12

80.3

1215

21.1

产品13

75.9

2708

43.1

产品14

72.1

1215

50.9

产品15

80.2

1215

132.6

产品16

96.0

3309

35.0

产品17

68.1

839

20.4

产品18

72.1

2823

34.8

 

119.jpg

图6  模块式空气净化器产品PM2.5一次通过净化效率检测结果

 

模块式空气净化器PM2.5一次通过净化效率受风阻、风速、进风面积影响。

120.jpg

图7  模块式空气净化器产品PM2.5一次通过净化效率与风量阻力关系曲线

3  结语

(1)净化效率与滤料的性质有关。常用滤料存在种种局限。例如无纺布、滤纸等既要保证很好的通透性,又要能有效过滤空气中的有害物质,二者很难兼顾;活性炭虽有很强的吸附能力,却很容易饱和,随着污染物沉积量逐渐增多,净化效果会明显下降。

(2)净化效率与风机风量有关。无论何种净化方式,都需要流通的空气经过净化装置,因此要求净化器具有良好的空气循环能力。风机作为空气循环源,由于受噪音指标的限制,多数净化器只能采用功率较底的风机,从而影响了净化效果。

(3)净化空气的同时产生其它污染气体。如用强紫外光照射空气,氧化空气中的污染气体效果很好,但同时会产生副产物高浓度的臭氧,而臭氧也是一种污染气体,继而产生其它污染。

(4)净化效果与净化的时间与空间有关。当上述三种影响因素相同时,净化器净化的时间与空间对净化效果起决定性作用。当空间小而净化时间长时,则净化效果较好。

(5)净化效果还与被净化空间密闭程度、污染程度等有关。

 

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012[S],中国建筑工业出版社,2012.

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[4] 王智超,王宏恩,唐冬芬.住宅的通风问题及对策[J].住宅科技,2006,10:51-56.

[5] 国家质量监督检验检疫总局,技监局监发〔1997〕172 号《产品标识标注规定》.

[6] [25]Peter P. Tsai,柯勤飞. 过滤材料全球技术发展趋势 [J].产业用纺织品,2003,1:8-11.

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