空氣過濾器阻力對空調(diào)凈化系統(tǒng)的影響

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1.2.2過濾器阻力對空調(diào)凈化系統(tǒng)的影響

高效率低阻力一直是過濾器行業(yè)追求的目標，過濾器阻力越大系統(tǒng)所選風機的壓頭越高，風機的軸功率就相應越大，運行費用越高。如圖?2.4?所示，對兩個不同阻力特性的系統(tǒng)R2>R1，要求滿足相同的風量?Q0，風機?2?的工況點落在與?R1?的交點上，風機1的工況點落在與R1的交點上，圖中1234所包圍的矩形為2號風機較1號風機少消耗的能量。所以過濾器阻力對系統(tǒng)的影響也是很可觀的。

由上述空氣過濾器性能對空調(diào)凈化系統(tǒng)的影響可知，對過濾器性能準確、科學的評定是至關重要了，下面就過濾器 性能檢測方面的問題作一介紹。

1.3過濾器性能檢測

1.3.1空氣過濾器檢測標準的發(fā)展與演進過濾器的檢測標準及方法是隨著過濾器及其它相關檢測技術的進步而逐步 發(fā)展和演變的。各國制定的檢測標準及檢測方法，大體都分為一般通風用空氣 過濾器檢測標準和 HEPA/ULPA性能檢測標準。

1.3.1.1一般通風用空氣過濾器檢測標準及方法的演變

早在?1938年美國國家標準局（NBS——NationalBureau ofStandard）就制定了針對中效空氣過濾器的比色效率檢測法，此方法按塵源又分為人工塵比色效率法和大氣塵比色效率法，通常大氣塵比色效率法使用更普遍，后來AFI和ASHRAE?也制定了與?NBS?相一致的比色效率法。1952?年美國過濾器研究所制定 的AFI人工塵計重法，主要針對粗效過濾器，1968?年美國采暖制冷與空調(diào)工程 師協(xié)會（ASHRAE）根據(jù)上述基本方法制定的，1972、1976?年陸續(xù)修定的?ASHRAE人工塵計重法和比色法[4]，即?ASHRAE52-76標準被長期沿用，影響很大。直到1992年被美國國家標準ANSI／ASHRAE52.1-1992取代，但效率檢測仍采用計重法和比色法。盡管英、法德等國上世紀五六十年代都有各自的過濾器檢測方法，但?1979?年歐洲通風協(xié)會在?ASHRAE52-76?標準的基礎上制定了?Eurovent4/5標準，效率檢測與ASHRAE52-76標準相同[14][15]，其與美國標準的不同之處在于所用人工塵的不同，如英國采用燒結氧化鋁粉末（計重法）與亞甲基蘭（比色法），法國采用熒光素鈉粉末等[2]。

隨著新技術的發(fā)展及過濾器要求的不斷提高，1992年歐洲通風協(xié)會提出了Eurovent4/9標準，用以取代Eurovent4/5，Eurovent4/9?標準的效率檢測方法開始采用計徑計數(shù)法。1995?年?ASHRAE?開始沿 著歐洲的計徑計數(shù)效率法的思路制定了?ANSI／ASHRAE52.2-95?計徑計數(shù)法，并 在?1999年推出了更新的美國國家標準?ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999[14][16]。 上世紀?70-80年代國內(nèi)一些科研院所，如中國建筑科學研究院空氣調(diào)節(jié)研究所。

天津大學建筑設備系、冶金部建筑科學研究院等，曾先后研制過人工試驗 粉塵，但終因無穩(wěn)定可靠的人工試驗塵供應，人工塵計重法在國內(nèi)從未能正式列為測試標準[4]。另外，由于儀器設備等技術方面的原因及習慣，比色效率法也未能推廣。上世紀八十年代初，涂光備教授依據(jù)科研實踐，提出了采用大氣塵 計徑計數(shù)法作為一般通風用過濾器的檢測方法及分類依據(jù)的思想，后來被國內(nèi)同行所認同，并以此為基礎制定了我國的相應標準，即?GB12218-89標準，單就?注意到采用大氣塵計徑計數(shù)法測定過濾器效率更適合潔凈技術需要的觀點來看，國內(nèi)的先于國外約十年之久。1993年在GB12218-89維持基本方法不變的前提下修訂為GB14295-93標準，并一直沿用至今。

1.3.1.2高效空氣過濾器檢測標準及方法的演變

1956年美國軍事委員會制定了最早最完備的高效空氣過濾器檢測標準US MIL-STD282[17]，此標準未作大的變更一直沿用至今，其效率檢測采用?DOP法， 即用光散射式光度計（Light-scattering photometer）檢測過濾器前后氣樣的濁度比來計算過濾器的過濾效率。1965年英國制定了英國標準BS3928，效率檢測采用鈉焰法。1973年歐洲通風協(xié)會制定了EUROVENT 4/4標準，沿用了鈉焰檢測 法。后來美國環(huán)境科學學會（IEST）制定頒發(fā)了一系列推薦檢測方法的類似版本，如IES-RP-CC007.1-1992和?IES-RP-CC001.3-1993，均采用?DOP計徑計數(shù)法檢測過濾器效率。1994年德國機械工業(yè)標準協(xié)會制定了DIN 24183標準，效率 檢測仍采用DOP計徑計數(shù)法[18]。隨著潔凈要求的不斷提高，歐洲在1999年制 定了?BS?EN1822?標準，采用最易透過粒徑法（MPPS）檢測過濾器的過濾效率[19]。

我國高效空氣過濾器的性能檢測標準是在參照國外相關標準的基礎上制定的，如國家標準（GB6165-85）及其修訂版（GB13554-92），標準中規(guī)定的檢測方法為鈉焰法和油霧法。目前國內(nèi)普遍采用鈉焰法，某些軍工單位沿用與前蘇聯(lián)標準相一致的油霧法。

1.3.2一般通風用空氣過濾器性能檢測方法

過濾器的檢測方法是與過濾器檢測標準相一致的，從其檢測方法的發(fā)展過程來看是一個不斷完善的過程。

2.3.2.1人工塵計重法[4]

人工塵計重法適用于粗效過濾器或某些效率較低的中效過濾器。人工塵計 重法是以人工塵為塵源，通過檢測被測過濾器前后人工塵質(zhì)量變化來確定過濾 器的過濾效率。具體方法是將過濾器裝在標準實驗風洞內(nèi)，上風段連續(xù)發(fā)塵。 每隔一段時間，測量穿過過濾器的粉塵重量或過濾器上的積塵量，由此得到過 濾器在該階段按粉塵重量計算的過濾效率。最終的計數(shù)效率是各測試階段的加 權平均值。國際上有影響的人工塵計重法有 1952年美國過濾器研究所（AFI）制定的人工塵計重法和 1968年美國采暖與空調(diào)工程師協(xié)會（ASHRAE）人工塵 計重法。

AFI與ASHRAE?人工塵計重法在試驗裝置和采樣細節(jié)上基本一致，只是人工塵的組成有細微差別。AFI人工塵采用重量百分比為72?％的亞利桑那州道路塵（細灰-Fine），25％的碳黑，3％的棉纖維；ASHRAE?人工塵采用?72％的亞利 桑那州道路塵（細灰-Fine），23％的碳黑（摩洛哥），5％的棉纖維。測試結果可 認為相同，即效率值可比較。

日本工業(yè)標準JISB9908與日本空氣凈化協(xié)會（JACA-JapanAir CleaningAssociation）制定的?JACA?No10?C標準相一致，都采用?JIS Z8901標準所規(guī)定的 第?8?種塵源（關東亞粘土）作為測試塵，第?8?種塵源與?AFI、ASHRAE?人工塵 中的細灰一致。但由于AFI、ASHRAE人工塵平均粒徑更小，所以日、美人工 塵計重效率值不可比[4]。

國內(nèi)曾規(guī)定使用陜西黃土高原上某村落的塵土作為塵源，但終因無穩(wěn)定的 人工試驗塵供應，人工塵計重法至今未列入正式測試標準。

2.3.2.2比色效率法

比色效率法用于測量效率較高的一般通風用空氣過濾器。美國國家標準局（NBS）最早制定了比色效率法[8]，后來 AFI 和 ASHRAE 也制定了與 NBS 一致 的比色效率法，塵源通常為大氣塵。測試方法是根據(jù)采樣前后由于積塵使濾紙 的光通量或色度發(fā)生變化，采用比色計來判別其差異，從而得出過濾器的效率。 測試結果按下式計算[4]：

比色效率法曾在國外通行，然而國內(nèi)由于儀器設備等技術方面的原因和習 慣，比色法未能推廣。

2.3.2.3大氣塵計徑計數(shù)法

大氣塵計徑計數(shù)法適用于測量一般通風用空氣過濾器。測試方法是通過白 熾光源或激光光源的粒子計數(shù)器測量被測過濾器前后大于某粒徑的累計粒子數(shù) 目，確定大于某粒徑的累計計數(shù)效率，如 GB 12218-89 中規(guī)定的≥0.5μm、≥1.0μm、≥2.0μm、≥5.0μm等的累計效率。大氣塵計徑計數(shù)法是目前中國法定測試方法,測試塵源為大氣塵。

大氣塵計徑計數(shù)法具有以下特點，既然空氣凈化的主要對象是室內(nèi)外空氣， 以大氣塵作塵源測得的過濾器效率與實際應用相一致；二是采用過濾器前后不 同粒徑檔的計數(shù)濃度所確定的計數(shù)效率值，恰好是潔凈室計數(shù)含塵濃度理論計 算分析所需要的，而其它測試方法，如計重法、比色法的測試結果不可能直接 應用；三是采用計徑計數(shù)法適于大部分過濾器。對于粗效過濾器，其主要用來阻留大顆粒，可以依據(jù)其對≥5.0μm粒徑的過濾效率判斷其優(yōu)劣，對于中效過濾 器可以用≥2.0μm為判斷依據(jù)，對高中效可以依據(jù)≥1.0μm 為判斷依據(jù)，對亞高效可以依據(jù)≥0.5μm為判斷依據(jù)，如表 2.5所示[4]。

2.3.2.4計徑計數(shù)法

歐美等國家的計徑計數(shù)法比中國的晚。 1992 年歐洲通風協(xié)會制定了 Eurovent4/9 標準，效率檢測方法開始采用計徑計數(shù)法。1995 年 ASHRAE 制定了 ANSI／ASHRAE52.2-95 計徑計數(shù)法，并在 1999 年推出了更新的美國國家標準 ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999[14]。歐美等國家的計徑計數(shù)法所用的測試臺與 計重計數(shù)法和比色法類似。測試方法是試驗過程中，在每次發(fā)塵試驗的前后， 進行計數(shù)測量并計算過濾器對各粒徑顆粒物的過濾效率。當達到終止試驗的條 件時停止測試。過濾器的典型效率值是在規(guī)定粒徑范圍內(nèi)各階段瞬時效率依發(fā)塵量的加權平均值。 與中國計徑計數(shù)法不同在于以下兩方面，一是測試塵源不同，中國采用大氣塵，歐洲標準規(guī)定使用特定的多分散相液滴，如用 Laskin噴管吹出的 DOS、 DEHS 等噴霧，或使用與標定計數(shù)器所用標準顆粒物相同的聚苯乙烯乳膠球 (Latex)，美國規(guī)定使用漂白粉。二是測試結果表示不同，中國采用大于某粒徑粒 子的效率，歐美采用某粒徑段的過濾效率，如 0.3μm-0.5μm 段的過濾效率、 0.5μm-1.0μm段的過濾效率等等。

計徑計數(shù)法給出的效率值不再是一個單一的效率值，而是一條沿著不同粒 徑的過濾效率曲線，能夠更全面的反應過濾器的性能。完整的計數(shù)效率測試是 破壞性的試驗，不能用于產(chǎn)品的日常檢驗。但平時，制造廠可以省去發(fā)塵過程， 僅測量過濾器的初始計數(shù)效率，以檢查產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性[2]。

2.3.3高效空氣過濾器性能檢測方法

2.3.3.1 DOP法

高效空氣過濾器（HPEA）一般指對 0.3μm的微粒過濾效率≥99.97%的空氣 過濾器。1956年美國軍事委員會制定了最早最完備的高效空氣過濾器檢測標準 US MIL-STD282，后來日本也將 DOP法作為其高效過濾器檢測標準。就檢測所 用塵源來說，美國和日本相同，均為 0.3μm(熱發(fā)生)或 0.8μm（冷發(fā)生）單分散 相鄰苯二甲酸二辛酯（DOP—Di-Octyl-Phthalate）。然而，檢測效率的方法日本和美國略有不同。美國用光散射式光度計（Light-scattering photometer），檢測時 以過濾器前后氣樣的濁度比計算過濾器的過濾效率；日本用光散射式粒子計數(shù)器，檢測時以過濾器前后氣樣的粒子數(shù)計算過濾器的過濾效率。DOP法有熱發(fā) 生和冷發(fā)生[4][7]，熱發(fā)生是將 DOP加熱成蒸汽，并在特定條件下冷凝成液滴， 去掉過大或過小的液滴剩下 0.3μm左右的微粒。冷發(fā)生應用引射原理用壓縮空 氣將 DOP溶液從 Laskin噴管發(fā)生 0.8μm人工塵。

2.3.3.2鈉焰法

鈉焰法是英國人發(fā)明，歐洲通風協(xié)會推薦的一種高效過濾器檢測方法，中 國對高效過濾器的效率檢測普遍執(zhí)行國家標準(GB 6165-85)[12]及其修訂版(GB 13554-92)[13]中規(guī)定的鈉焰法和油霧法。鈉焰法的試驗塵源為一定濃度的 NaCl 鹽溶液噴霧并蒸發(fā)其水分后形成的鹽結晶粒子。國家標準規(guī)定的鹽霧顆粒平均直徑為 0.4μm，英國等歐洲國家為 0.65μm，法國為 0.17μm。鈉焰法檢測高效空 氣過濾器的過程為：用潔凈的壓縮空氣將氯化鈉水溶液霧化形成鹽霧滴氣溶膠， 與來自風機的潔凈熱空氣混合并在混合干燥段將水分蒸發(fā)，并形成均勻的多分散固態(tài)氣溶膠；在被測過濾器前后通過閥門切換進行采樣，采樣氣樣用經(jīng)過本 底過濾器過濾的潔凈空氣稀釋后進入燃燒器，氣溶膠在燃燒器中鈉原子被氫氣火焰激發(fā)，發(fā)出波長為 589nm的特征光，其強度與氣溶膠質(zhì)量濃度成比例；鈉 光強值通過光電轉換器變?yōu)楣怆娏髦?，由光電測量儀檢測。過濾器透過率為過濾后氣溶膠濃度與原始濃度之比。

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2.3.3.3最易穿透粒徑法(MPPS)[19]

最易穿透粒徑法也稱為計數(shù)掃描法，歐洲通行，美國類似，其他國家也在 著手修訂標準，目前國內(nèi)還沒有使用此方法。此方法與其他計徑計數(shù)法的主要不同在于測試塵源不同，它采用最易穿透粒徑（The Most Penetrating Particle Size） 的粒子作為測試塵源，簡稱“MPPS”。在額定風速下，高效過濾器對某粒徑的 微粒捕獲效率最低，此粒徑稱為最易穿透粒徑。產(chǎn)生最低過濾效率的現(xiàn)象可用 過濾機理說明，大粒徑粒子在慣性效應作用下有較高的過濾效率，小粒徑粒子 在擴散效應作用下也有較高的過濾效率，因此就會產(chǎn)生最易穿透粒徑的粒 子[2][4][7][19]，如圖 2.5 示。

掃描法的主要測量儀器為大流量 激光粒子計數(shù)器或凝結核計數(shù)器（CNC）。試驗時用計數(shù)器對過濾器的 整個出風面進行掃描，計數(shù)器能給出 每一點上粉塵的個數(shù)和粒徑。這種方法不僅能測量過濾器的平均效率，還可以比較各點的局部效率，過濾器的 任何微小漏點都逃不過掃描法。

歐洲標準 BS EN 1822詳細規(guī)定了此種檢測方法的檢測過程，共分三步，每 一步又可以看成獨立的檢測過程。第一步為濾紙效率檢測，通過對濾紙的檢測 得到效率粒徑曲線。根據(jù)曲線最易穿透粒徑就可以確定了。第二步為過濾器滲 漏的檢測，在額定風量下用平均粒徑與最易穿透粒徑相同的氣溶膠進行檢測。 第三步為過濾器全效率檢測，用與第二步相同的氣溶膠在額定風量下檢測過濾器全效率。

2.3.3.4光度計掃描法

有些廠家認為只要濾紙的質(zhì)量嚴格控制，過濾器的效率就確定了，基于這 種觀點他們認為僅進行檢漏為目的的掃描就可以保證過濾器質(zhì)量。光度計掃描 法的塵源一般為多分散相液滴，如 Laskin 噴管產(chǎn)生的 DOP 煙霧。使用光度計對過濾器的全平面進行掃描檢漏，這種掃描方法能快速、準確的找出過濾器的漏 點。由于塵源為多分散相，而光度計不能確定粉塵粒徑，所以這種掃描法給出 的“過濾效率”沒實際意義。光度計掃描法很容易改成計數(shù)掃描法，只需要裝 一臺激光粒子計數(shù)器就可以了。

2.3.3.5油霧法

前聯(lián)邦德國和前蘇聯(lián)采用油霧法檢測高效空氣過濾器效率，我國某些軍工 單位也采用油霧法。油霧法的測試塵源為油霧，是在規(guī)定的檢測條件下，將經(jīng) 過充分混合均勻的油霧氣溶膠通過被測過濾器，采用濁度計法測量過濾器前后 的油霧濃度，兩者比值的百分數(shù)為被測過濾器的透過率，目前在德國油霧法以成為歷史，德國于 1993 年率先頒布了以計數(shù)掃描法為 檢測方法的國家標準，歐洲標準 EN1822 就是在德國標準的基礎上制定的。

2.3.3.6熒光法

熒光法只有法國使用，熒光法的測試塵源為噴霧器產(chǎn)生的熒光素鈉粉塵。 測試方法是首先在過濾器前后采樣，然后用水溶解采樣濾紙上的熒光素鈉，再 測量含熒光素鈉水溶液在特定條件下的熒光亮度，亮度反應粉塵的重量，由此 計算出過濾器的過濾效率。在法國也早已不用熒光法了，他們也將歐洲標準化 協(xié)會的計數(shù)掃描法定為國家標準。

3.1 全系列空氣過濾器性能檢測系統(tǒng)概述

基于國內(nèi)過濾器生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)狀，提出一套操作簡便、檢測周期短、測試 精度高、性能穩(wěn)定可靠的過濾器檢測系統(tǒng)是很有必要的。目前國內(nèi)許多過濾器 生產(chǎn)企業(yè)的檢測設備不完善，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。本課題開發(fā)的“全系列空氣 過濾器性能檢測系統(tǒng)”能較好地實現(xiàn)上述目的。

本檢測臺的測試范圍包括一般通風用空氣過濾器和高效空氣過濾器。其中 一般通風用空氣過濾器包括粗、中、高中效和亞高效空氣過濾器；高效過濾器 包括高效 A、B、C 三類。GB13554-92 規(guī)定的高效 D 類不在本檢測臺的檢測范 圍。過濾器尺寸規(guī)格有三種，分別是 610*610、592*592、480*480(mm*mm)。 檢測內(nèi)容主要是過濾器的阻力和效率兩部分，容塵量試驗因暫無標準試驗塵和 發(fā)塵裝置，暫未納入，只要有相關的標準出臺，即可相應補充與增添。

從國際空氣過濾器檢測標準的發(fā)展與演變可以看出，一般通風用空氣過濾 器的效率檢測已從計重法、比色法轉變?yōu)橛嫃接嫈?shù)法，高效過濾器的效率檢測 也普遍傾向計徑計數(shù)法，即計徑計數(shù)法已成為高效過濾器和一般通風用過濾器 性能檢測的通用方法，差別僅在于實驗塵源[20]。由此，本課題以國內(nèi)外過濾器 檢測標準為依據(jù)，將這兩大類過濾器檢測系統(tǒng)合二為一，并采用計徑計數(shù)法來 檢測過濾效率的設想既符合國際潮流同時也是可行的。

本檢測系統(tǒng)在檢測亞高效、高效過濾器時，塵源采用人工塵；檢測粗、中 效過濾器時，塵源采用大氣塵。對高效過濾器來說，將兩套檢測系統(tǒng)合二為一 可能存在的問題是在從粗、中效過濾器檢測轉到高效過濾器檢測時，管道內(nèi)壁 積塵對檢測結果的影響，此問題只要在操作管理方面采取擦洗等必要措施即可 解決，而并非不可克服的技術障礙，系統(tǒng)建成后的檢測實踐也證明了這一點。

本檢測系統(tǒng)采用計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)風量控制、過濾器阻力測試、 溫濕度測試；采用 RS-232 串行通訊功能實現(xiàn)粒子計數(shù)器與計算機的數(shù)據(jù)通訊， 進而計算出過濾器效率；采用計算機自動控制技術實現(xiàn)檢測全過程的自動運行； 采用可視化編程工具 Visual Basic 實現(xiàn)友好的人機交互過程，操作人員只需根據(jù) 軟件系統(tǒng)的提示進行操作就可以完成過濾器性能檢測工作。

3.1.1 本系統(tǒng)對高效空氣過濾器的檢測

本系統(tǒng)對高效過濾器的檢測范圍是國家標準（GB6165-85）及其修訂版（GB13554-92）中規(guī)定的高效 A、B、C 三類過濾器。

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