空气净化器技术讲座

1、第一讲大气污染与室内空气污染的定义吴教授环境健康工作室由于现代建筑的密闭性越来越好，室内与室外的空气已经成为两个独立的主体。一般把室外空气称为火气”，而把室内空气称为空气”。以下为一般意义上大气污染与室内空气污染的定义。一、大气污染的定义大气污染，通常系指由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康、福利或危害了环境。造成空气污染的原因主要是人类活动和自然过程。人类活动和自然过程主要包括了以下一些内容：人类活动：生活、生产活动与交通运输以及军事活动和战争。自然过程：火山爆发、森林火灾、土壤和岩石风化以及大气圈的变化。现代的很多大

2、气污染现象看似自然过程，例如，全球气候变暖、臭氧层发生空洞以及沙尘暴等自然气候的反常现象，究其根本也是人类的活动造成的后果。二、室内空气污染的定义室内空气的污染可以从污染的定义引申而来。所谓污染，就是作为研究对象的物体或物质由于某种其他物质的作用，而使它所具有的功能或性能受到不良影响或者不良影响所导致的非常状态，引起污染的物质称为污染物，而产生污染物质的根源叫做污染源。对象物是否处于污染状态取决于对象物是否受到不良影响。室内空气污染的对象物是人。人是否处于被污染状态，主要取决于人是否受到不良影响。由于生物多样性的缘故，即使处于同样状态的空气中，有的人会产生不良影响，有的人却不会产生不良影响。所

3、以,究竟有没有受到室内空气污染的影响关键是取决于人本身。室内的空气环境，从容积量来说，与浩瀚的大气圈相比，可以说是沧海一粟，但是，现代人有80%的时间是在室内渡过的，从这个意义上说，室内的空气环境与人类朝夕相处、息息相关。室内环境空气污染是指由于人类的活动造成住宅、学校、办公室、商场、宾旅馆、各类饭店、咖啡馆、酒吧、公共建筑物（含各种现代办公大楼）以及各种公众聚集场所（影剧院等）内化学和生物等因素的影响，引起对人体的不舒适或对人体健康产生了伤害（如急性伤害、慢性伤害以及潜在的伤害）。室内环境也有被称为有限环境，其定义为相对密闭的空间环境。人们习惯根据季节用打开窗户的方法引进外面的新鲜空气。也有

4、人比较绝对地认为，只要通风就能解决室内空气净化的问题。如果通风，或者开窗，那么此时的室内环境已不是相对密闭的空间环境了。事实上，对于现代化的建筑、现代化的工业以及现代化的科学研究，这种相对密闭的有限环境越来越多，有时候甚至不能容忍一点点缝隙。现代的人们必须接受这样一个事实：那就是你必须常常地意识到生活在隔绝自然通风的人工环境中。以下，罗列了许多相对密闭的有限环境的实例，你一定会有人工环境的亲身体验。以下为一些典型的室内环境名称：医院与医疗卫生机构工矿企业的车间与作业场所公共场所科研、实验机构现代化企业与政府的办公室住宅现代化交通工具。第二讲空气净化器的定义与分类吴教授环境健康工作室人类使用空气

5、净化技术来净化室内空气已经有一百多年的历史。我们现在所说的空气净化器是指家用或类似用途的空气净化器，包括办公室与公共场所,但是不包括汽车、工业以及医疗用途等特殊环境使用的空气净化器。、空气净化器的定义我国2002年颁布了第一个空气净化器国家标准，标准号为GB/T18801-2002。2009年又进行了修订。修改后标准对空气净化器的定义为：对室内空气中的固态污染物、气态污染物等具有一定去除能力的电气装置。美国对同类空气净化器的定义为:可以从一个房间移动到另一个房间、并且把电源线连接在其上、具有去除空气中颗粒物质功能的器具或装置。(PortableHouseholdElectricCord-Con

6、nectedRoomAirCleanerAnelectriccord-connectedappliancewiththefunctionofremovingparticulatematterfromtheairandwhichcanbemovedfromroomtoroom)美国的研究认为：空气中对人体危害最大的是细颗粒物，他们视细颗粒物为无形的杀手,有时候环境中容不得一点点的尘埃粒子，就像眼睛里容不得沙一样。我国由于存在装修产生的甲醛等气态污染物，因此，要求空气净化器有去除甲醛等气态污染物的功能。网上发布的某些企业的空气净化器定义显得有些随意。【山寨版】空气净化器是一种新型家用电器，它具有调

7、节温度、自动检测烟雾、滤去尘埃、消除异味及有害气体、双重灭菌、释放负离子等功能。空气净化器通常由高压产生电路负离子发生器、微风扇、空气过滤器等系统组成。上述表述不是定义，而是某个企业的产品介绍。空气净化器的定义应该参照有关标准或学术上的叙述。企业与个人也不要动辙对具有行业共性的技术或产品下定义。意引用那些山寨版的所谓定义，让消费者看了一头雾水，让业内人士贻笑大方。媒体也不要随中国与美国的两个标准对空气净化器的定义差不多,从定义出发，空气净化器产品的进对于琳琅满目入市场的门槛很低。所有的市场上销售的空气净化器都符合标准规定的定义。的空气净化器商品，消费者如何选择成了问题。因此，需要进一步了解空气

8、净化器分类、性能与目标市场。二、空气净化器的分类空气净化器有许多分类的方法。例如，按照型式分类，有：柜式、壁挂式、天花板式、台式等等。分类方法中最重要的是按用户的使用目的分类与按净化技术分类。1,按用户的使用目的分类按用户的使用目的分类，空气净化器大致分为三种类型，即:(1)第一类是围绕保护人体健康为中心的空气净化产品，主要服务的对象为室内人员,使用的目的是为人与人的活动提供一个达到舒适、健康要求的室内空气环境。(2)第二类以工业生产为目的的空气净化，目的是为研究、生产、医疗或检验等过程提供一个有特殊要求的室内环境。(3)第三类没有具体的舒适、健康的指标要求，有时仅仅为了改善一下自己或家人的呼

9、吸。很显然前两类空气净化器要求能够去除室内空气种污染物，达到并维持某一室内空气质量规定的污染物的限值。表1列出了上述三类空气净化器的分类及其相关的说明。表1空气净化器的分类及其相关的说明空气净化分类使用目的按要求达到的标准分类以保护人体健康为中心的空气净化器为人与人的活动提供一个达到舒适、健康要求的室内空气环境。去除污染，达到并维持国家标准提高空气品质，达到于维持国际先进标准以符合工业生产要求为中心的空气净化器为研究、生产、医疗或检验等过程提供一个有特殊要求的室内环境，同时满足室内人员的舒适要求电子、航空航天、制药、精密机械、食品、原子能、印刷、医疗、动物实验、P3实验室以及计算机房、微生物实

10、验室等行业相关标准一般概念上的空气净化器改善呼吸没有大多数消费者需要的空气净化器是指第二类。即围绕保护人体健康为中心的空气净化产品。第二类空气净化器可以分成两种不同的性质。一种为去除污染型，另一种为提高空气品质型。前一种要求去除室内空气中的污染物，达到和维持国家室内空气质量规定的限值指标。后一种不仅仅满足于达到国内的标准，希望进一步提高室内空气品质，达到并维持国际先进的室内空气质量标准。表2列出了以保护人体健康为中心的空气净化器要求达到的不同的标准要求。表2以保护人体健康为中心的空气净化器要求达到的不同的标准要求污染物名称国家标准国际先进标准可吸入颗粒物PM10,mg/m30.150.02,3

11、PM2.5,mg/m暂无0.01细菌总数，mg/m32500500二氧化硫，mg/m30.50.02二氧化氮，mg/m30.240.2甲醛，mg/m30.100.03臭氧，mg/m30.160.1异味(臭气强度)，无量纲101要求达到室内空气质量要求的空气净化器，无论是达到国内标准，还是达到国际先进标准，我们在使用空气净化器前，必须了解该空气净化器的主要净化原理。2.按用户的使用目的分类按目前常见的空气净化器的净化工作原理，空气净化器可以分为以下十类，见表3。表3按净化原理分类的空气净化器代号主要净化部件名称净化原理G过滤采用具有很多细孔的纤维状或海绵状物质组成，当含有固体污染物的气流通过这些

12、细孔时，固体污染物就与细孔周围的物质相碰撞或扩散到四周壁上被孔壁吸附，与气流分离。X吸附使用内部充满微孔，每一个微孔的容积与内部表面积都很大的材料作为吸附齐L选择性地将气流中的某一种或多种气体成份浓缩固定在吸附剂的表面微孔上。L络合螯合物又称内络合物，是螯合物形成体（中心离子）和某些合乎一定条件的螯合剂（配位体）配合而成具有环状结构的配合物。“螯合”即成环的意思，犹如螃蟹的两个螯把形成体（中心离子）钳住似的，故叫螯合物。H化学催化催化剂：可以改变其他物质的反应速率，而本身的质量及化学性质在化学变化前后并不改变。催化剂作用下的化学反应可以加速或者减慢化学反应的速度P光催化利用在一定波长的光线照射

13、下具有很高活性的光催化剂，可以直接杀灭细菌与分解有机物生成二氧化碳与水。J静电利用电晕放电原理产生高浓度的离子（室内环境使用，一般为正离子）使气流中的固体污染物带电，然后借助库伦力的作用将带电的固体污染物捕集到收尘板上，达到除尘的目的。N负离子负离子是由于电晕放电，空气被电离而产生的。D等离子采用电子辐照或高能放电，可以使空气中的正负离子及大量的自由电子处于激发状态，从而获得巨大的能量。等离子体就是这种高能量激发状态离子群的统称。高能离子与周围的气体相碰撞，将气体分子激活，产生多种自由基。这些活性自由基能对有害气体产生催化氧化、分解等化学反应。上述过程是一个复杂的离子反应过程，完全不同于机械过

14、滤与静电除尘。F复合由两种或两种净化部件集成组合形成，同时发挥净化功能，取得更好的净化效果Q其他无法与上述9种空气净化技术界定的新出现的空气净化技术，如采用化学吸收、液体洗涤以及生物等技术的空气净化技术注：表3中的代号摘自国家标准空气净化器（GB/T18801-2008）上世纪的70年代起，由于建筑内大量使用空调引起的室内空气品质下降的问题引起广泛关注，空气净化器产品应运而生。近十年来，随着人们室内环境意识的空前提高，空气净化器产品的市场需求量越来越大。空气净化器成为“空调伴侣”进入了千百万家庭与办公室。随着空器净化器市场的不断拓展，空器净化器的技术与品种也在不断提高与增加。许多具有工业空气净

15、化的经典技术被小型化后用于空气净化器，例如过滤除尘、静电除尘、湿式除尘与吸收、吸附技术等等。还有一些尚在工业应用中进行试验的技术，例如光催化、等离子、生物净化等也已开始用于空前净化器开发的尝试。这样，空气净化器的种类繁多，使用的场合与目的也各有不同。因此，在学习该设备的维护技术前，有必要了解空前净化器产品的分类，以便进一步了解其结构，掌握其维护保养的要点。第三讲空气净化器的CADR等性能指标吴教授环境健康工作室本文讲述了空气净化器的洁净空气量CADR、一次通过净化效率与净化寿命等性能指标的定义与评价方法。市场上空气净化器品种繁多，价格从几百元到一万多元不等。消费者在购置空气净化器时，有的看其外

16、形是否新潮，有的看其噪声是否足够小，有的看其用电是否节省，更多的是看其说明书或宣传单上表述的神奇的净化效果，比如净化效率能够达到99%、净化面积可以达到80平方米。那么，怎么通过区分与评价不同空气净化器的性能指标来确定其真正的使用价值呢？本文将从空气净化器的洁净空气量CADR、一次通过净化效率与净化寿命等三个方面的性能指标来说明空气净化器的评价方法。一、洁净空气量CADR空气净化器有一个国际公认的净化性能指标洁净空气量(cleanairdeliveryrate,缩写为CADR)。CADR是一项反映出其净化能力的性能指标，单位为m3/h。空气净化器CADR不同于净化效率，他实际上是一项反映空气净

17、化器达到目标效率的速率的指标。比如：对于一个特定的房间，不需要知道它的空间体积的大小，我们设定一个净化效率，比如90%,那么CADR就可以反映该空气净化器达到90%净化效率需要的时间。国际上一般认为，空气净化器在一小时内去除90%目标污染物的性能十分重要。因为当室内污染物浓度超标510倍的时候，去除90%就可以达标了。一小时达标的指标也很重要，因为，如果达标的时间过长，污染物对人体损害的风险会明显增加。当然，希望更短时间能够达标，即CADR足够大，但是，空气净化器的体积、噪声、耗材、电费也会相应增加。因此，采用一小时去除目标污染物达到90%的指标是评判空气净化器性能的一个重要指标。有了CADR

18、指标，我们就可以知道该空气净化器用于多大空间的房间，可以在一小时内去除90%的污染物。洁净空气量CADR的计算方法为：CADR=60X(ke-kn)XV式中：CADR洁净空气量，m3/h；V试验室容积，m3；ke总衰减常数，min-1;kn自然衰减常数，min-1。衰减常数可以从试验室中对净化器工作前后的空气中的污染物的浓度变化的测试值，经过以下公式计算获得：Ct/Co=e-kt式中：Ct净化器工作t时间后的污染物浓度，mg/m3;C0净化器工作前本底的污染物浓度，mg/m3;k衰减常数，min-1;(忽略自然衰减常数)t净化器工作的时间，min0忽略自然衰减常数，上两式可以合并为：CADR=

19、-ln(Ct-Co)V/t按国际空气净化器质量要求，在适用的空间内，当污染物浓度超过标准限值的510倍的条件下，开启空气净化器60分钟，要求室内空气中白污染物去除90%。这样，上式中，ln(Ct-C0)的值就为-ln10,约等于2.3。上式简化为：CADR=2.3V例如：对于CADR为300m3/h的空气净化器，当用于面积为46m2、层高为2.8m的空间时，开启1小时，污染物能去除90%。又如：当要求在100m2,层高2.8m的室内使用空气净化器，如要求使用1小时后，室内空气污染物要求去除90%,则，选用的空气净化器的CADR值应该达到644m3/h。要使室内空气质量达到一定的洁净标准，有两个

20、必要条件。第一，必须保证室内空气达到一定的换气次数，即要求净化器内置的风机有一定的风量。第二，净化器的一次净化效率必须比较高。洁净空气量(CADR)就是能定量表征洁净器以上两个必要条件的物理量。CADR值越大，净化器的净化效率越高。利用CADR值，可以评估空气净化器在运行一定时间后，去除室内空气污染物的效果。对于消费者来说，不管是什么品牌，不管制造商宣传采用什么技术，也不用管净化器内置风机的风量大小，只要知道空气净化器的CADR与所需净化场所的空间容积，就可以方便地选择空气净化器了。CADR是针对空气中的某项污染物而言的。发达国家比较注重室内空气中的颗粒物，包括灰尘、香烟烟雾与花粉。表1为美国

21、ANSI/AHAM(AC-1-2002)标准对CADR的规定。表1美国ANSI/AHAM(AC-1-2002)CADR标准标准灰尘CADR香烟烟雾CADR花粉CADRANSI/AHAM(AC-1-2002)10400ft3/min10400ft3/min25450ft3/min17680m3/h17680m3/h42765ft3/m3/h可惜的是，目前市场上销售的空气净化器绝大多数都没有CADR的指标。以专业的要求审视市场上销售的小型的房间使用的空气净化器的CADR值，大多在100m3/h以下，按上式计算，只能有效地用于44m3的空间，如房间的层高为2.8m,那么，这种空气净化器的实际有效使用

22、面积只为16m2。实际上，厂家在宣传其空气净化器产品质量指标时，不按CADR值计算，而是任意夸大有效使用面积，对消费者造成误导。从表1可以看到，发达国家有适合高端市场使用的空气净化器，CADR值可以达到680765m3/ho这种空气净化器的售价很贵，其净化的能力与质量是目前我国空气净化器市场上的产品完全不能比拟的。我们认识了CADR的性能指标，才算真正了解了空气净化器。测试CADR有严格的规定要求，必须在统一的标准测试方法下测试得到的CADR值才有可比性。严格测试的方法的要点为：1 .必须有标准的30立方米的环境测试舱，一个为实验舱，另一个为对照舱；2 .实验舱对空气净化器效率测试的数值要减去

23、对照舱同时间衰减的数值；3 .本底浓度应当有一个规定值，比如为标准的510倍。各检测单位在本底浓度设置时不统一，会造成CADR的不可比性。本底浓度越高，测得的CADR则越高，反之则相反。例如，我国规定PM10的标准值为0.15mg/m3,测试时的本底浓度可以设置为0.751.5mg/m3。这样高的浓度必须采用点香烟等人工发尘的方法来达至IJ。世界卫生组织规定的PM10的标准值为0.02mg/m3,测试时的本底浓度应当设置为0.10.2mg/m3。这个本底值基本上就是我国目前我国大多数中心城市的大气环境的本底值，因此在测试CADR时，不必要采用点香烟等人工发尘的方法来制造本底浓度。是否点吸烟，点

24、几根吸烟，测得的CADR值可以相差一倍左右。本人建议在目前状况下，直接采用大气本底浓度测试CADR,更加符合用户使用的条件二、空气净化器一次通过净化效率指标在工业净化专业中，除尘效率是这样定义的：单位时间内净化器所收集的粉尘的重量除以同一时间内进入净化器的粉尘总重量的百分数。公式为：4=(Ct-C0)/CtX100%式中：Ct在单位时间内通过净化器进口的收集的粉尘的重量，克/小时；C0在单位时间内通过净化器出口的收集的粉尘的重量，克/小时；“一一除尘器平均效率，%。不少厂家用在试验室中1小时循环多次的净化效率来表示产品的净化效率，实际并不能说明什么问题的。循环次数越多，净化效率就越高。因此，在

25、一些标准中，规定了净化器一次通过的净化效率。在制订一次通过净化效率指标时，还要锁定气流的速度、系统的阻力、设备的长度等，对于静电式空气净化器还要锁定净化器出口的臭氧的浓度。用户可以采用便携式的粒子测试仪测量空气净化器的一次通过净化效率指标。先用仪器测试空气净化器所在位置的粒子浓度，测试结果如表2所示。然后，打开空气净化器，将仪器对准空气净化器的出风口，测试出风口的粒子浓度。表2显示了空气净化器出风口的粒子浓度，并显示了该空气净化器一次通过的净化效率。表2一次通过效率测试报告粒子直径，微米0.32.5进风口浓度，个/升1324051701出风口浓度，个/升9870效率，%99.25100一次通过

26、的净化效率表征了空气净化器的一个重要特征指标。比较两个空气净化器，该指标相对差，那么该空气净化器肯定差，但是，该指标好，并不说明它一定就好，还要测试它工作1小时后室内粒子去除的情况。同样采用上述仪器，测试1小时后室内空气的粒子浓度，如果0.3微米的达到30000个升，2.5微米的达到100个升，即相当于PM2.5达到了10微克/立方米，那么，这样的空气净化器净化PM2.5的性能就是好的。上述方法还可以用于检验空气净化器的净化寿命，即检查空气净化器的滤料什么时候需要更换。三、空气净化器的净化寿命当空气净化器运行到去除某一种空气污染物的洁净空气量降低至初始值的50%时，累计使用的时间即为空气净化器

27、去除该污染物的净化寿命，用天或月表示。对于过滤式或者静电-滤材并用的空气净化器而言，净化PM2.5的净化寿命一般用容尘量来表示。容尘量关系到滤材的更换次数，因此在评价净化器连续使用寿命与维护管理方面相当重要。容尘量的试验方法和普通的过滤器完全相同。对于大多数过滤式的空气净化器，一般采用达到终阻力与否来判断容尘量，此时，容尘量多少与终阻力大小密切相关，试验终阻力定的越高，得到的容尘量数值就越大。终阻力的确定主要有两种情况：1）初阻力的2倍；2）由生产厂家推荐。过滤器由于其构造和种类不同，有的初阻力很低，此时若以2倍的初阻力作为终阻力，对于这些过滤器显然是不公平；若是仅由生产厂家推荐终阻力，很可能

28、造成不同生产厂家同一级别的过滤器的终阻力不相同，这样各个产家的容尘量就没有可比性，从而会给消费者在选择过滤器时带来麻烦。因此，为了使过滤器的容尘量指标更为合理和规范，可以考虑将终阻力值统一化，一种级别的过滤器对应一个或者一定范围终阻力值。例如，有规定一种高效过滤器的终阻力值为500Pa。对于静电式空气净化器，无论是双区还是单电场形式的，终阻力值不可能达到500Pa,而且远小于该值。静电型空气净化器的净化效率几乎于阻力的变化无关，而且在整个有效工作期间，其净化效率几乎是相差无几。无论对于何种空气净化器，用户也可以使用图1、图2的仪器来自测空气净化器的净化寿命。当采用上述方法测试空气净化器的1小时

29、净化效率达到有效使用效率的50%时，则表明，该空气净化器的净化寿命已经终了，需要更换或清洗其中的净化部件。空气净化器还有功率、噪声、外型体积等指标，但是与上述的CADR、一次通过净化效率与净化寿命相比都是辅助指标。表2是编者对逸新空气净化器的现场测试的报告，在以下的讲座中，编者还将对逸新等优质空气净化器的性能、结构做进一步的评价。Whenyouareoldandgreyandfullofsleep,Andnoddingbythefire,takedownthisbook,Andslowlyread,anddreamofthesoftlookYoureyeshadonce,andoftheirshadowsdeep;Howmanylovedyourmomentsofgladgrace,Andlovedyourbeautywithlovefalseortrue,Butonemanlovedthepilgrimsoulinyou,Andlovedthesorrowsofyourchangingf