CN103394247A

CN103394247A - 一种控制室内aqi数值的复合空气净化过滤器及其性能测试方法

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Publication number: CN103394247A
Application number: CN2013103152961A
Authority: CN
Inventors: 王宝柱; 沈浩; 赵海山; 闻真; 赵建洪; 吴金生; 向丰华
Original assignee: YUJIE NEW MATERIAL CO Ltd DONGGUAN CITY
Current assignee: YUJIE NEW MATERIAL CO Ltd DONGGUAN CITY
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103394247B

Abstract

本发明涉及室内空气净化产品及测试技术领域，特指一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器的性能测试方法，该过滤器包括：壳体，于所述壳体的进风口与壳体的出风口之间层叠设置有以下过滤层：用于吸附室内细微颗粒物的PM2.5微粒过滤层；用于吸附室内二氧化硫、二氧化氮的化学过滤层；用于催化分解有机污染物的第一催化过滤层；用于去除臭氧的第二催化过滤层；以及，用于吸附残留的吸附过滤层。该过滤器可以对PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧等污染有害体进行净化过滤的过滤器，同时提出该过滤器的性能测试计算方法，以对该过滤器的性能、寿命等指标设立检测标准。

Description

一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器及其性能测试方法

技术领域：

本发明涉及室内空气净化产品及测试技术领域，特指一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器的性能测试方法，该过滤器可以对PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧等污染有害体进行净化过滤的过滤器，同时提出该过滤器的性能测试计算方法。

背景技术：

大气灰霾污染导致的PM2.5颗粒物和所带来的危害，已经被证实。按照民用建筑设计规范要求，室内空气每小时平均应当与室外空气交换一次。即便是在晚上卧室，关闭门窗，拉上窗帘，换气次数也达到0.4～0.6次/小时，交换过程必将引入室外的污染有害成分。模拟测试表明，在关闭门窗的条件下，民用建筑的室内PM2.5浓度约为室外的0.6～08倍，例如：当室外的PM2.5浓度为300ug/m³时，室内约为200ug/m³，远超出了规定的日均值35ug/m³的基本标准。

室外污染有害体通过空气交换构成了新的室内污染源，包括二氧化硫、二氧化氮、臭氧、PM2.5可吸入颗粒物等，大量的文献介绍了这些气态和固态污染物的危害，特别是针对婴幼儿、老人、孕期妇女、高危、脆弱人群的危害。例如，哮喘儿童在呼吸道感染后，哮喘症状加重的危险性随二氧化氮（NO₂）水平升高而升高，当NO₂的水平高于28ug/m³时，在感染的7天内哮喘发作的相对危险性几乎翻倍。婴儿猝死也与NO₂浓度过高有关。

我国的HJ633-2012标准《环境空气质量指数（AQI）技术规定》中区分了不同污染源的浓度区间和AQI区间的对应关系，并给出了相应的算法。在AQI<50时，定义空气质量为优，是使用的标准为WHO（世界卫生组织）提出的入门级标准。

为了就减少空气污染对健康的影响提供全球性指导，世界卫生组织于2005年发布了《空气质量准则》AQG，其中包括了对颗粒物浓度的限制：

由于开展相关监测和研究起步较晚，我国大陆从2012年起在各主要城市开

展PM2.5监测的试验工作，并定于2016年1月1日起在全区范围内实施与世界卫生组织“过渡时期目标IT-1等同的GB 3095-2012《环境空气质量标准》。

	PM10（一级/二级）	PM2.5（一级/二级）
			年平均浓度限值	40/70μg/m³	15/35μg/m³
24小时平均浓度限值	50/150μg/m³	35/75μg/m³

在室内环境下，使用HEPA（高效过滤器）将颗粒物（PM10、PM2.5）净化到AQI<50并不困难，但这时二氧化硫、二氧化氮、臭氧其中之一可能变成主要的污染物，依据AQI规定的最大值取值原则，室内的空气质量依旧不能达到AQI<50的要求，所以要求空气过滤净化器同时具备净化其余污染物的能力。

另外，在对空气净化过滤器的性能检测时，会引入一个标准，即洁净空气量(clean air delivery rate，缩写为CADR)。CADR是一项涉及空气净化过滤器产品使用特征、并能够反映出其净化能力的性能指标。CADR这项性能指标适用于评价采用任何已知原理制作的空气过滤净化器，包括内装有送风机的和不装配送风机的空气过滤净化器。不仅适用于评价空气过滤净化器去除悬浮颗粒物的能力，也适用于评价去除其他空气污染物的能力。空气过滤净化器可去除的每一种空气污染物都有一个相应的洁净空气量数值。所以说，CADR为比较和评价各种型号的空气过滤净化器提供了一种科学方法，也为用户选购空气过滤净化器提供方便。

CADR是一项涉及室内空气过滤净化器产品使用特征并能反映出其净化能力的性能指标，单位为m³/h。要使室内空气质量达到一定的洁净标准，有两个必要条件。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。CADR就是能定量表征净化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，可以评估空气过滤净化器在运行一定时间后，去除室内空气污染物的效果。

空气过滤净化器的CADR按照GB/T18801《空气过滤净化器》的计算方法为：

Q=V(ke-kn)

式中Q——洁净空气量，m³/min；

V——试验室容积，m³；

ke——总衰减常数，min-1；

kn——自然衰减常数，min-1。

空气过滤净化器CADR在不考虑自然衰减下的计算方法：

在一定容积V的室内，测量室内空气过滤净化器可吸入颗粒物的浓度，记录浓度降低90％时的运行时间t，按下式计算CADR：

CADR=2.3V/t

式中V——房间容积，m³，t——时间，h。

反之，可以上述的利用方程式估算空气过滤净化器适用多大的房间。设一台室内空气过滤净化器的CADR值为100m³/min，如要在1h内净化90％的可吸入颗粒物，它只能适用在容积为42m³的房间内使用。假如房间高度是m³，则适用在使用面积为14m³的房间内使用。

另外，目前室内空气净化过滤器并没有对二氧化硫、二氧化氮、臭氧进行过滤净化的功能。见中国专利号为ZL200820047557.0，专利名称为：灰霾和臭氧空气净化过滤器中公开了一种可以净化PM2.5和臭氧的过滤器方法，但是其也没有针对二氧化硫、二氧化氮污染及室内空气污染有害体进行综合净化的净化方法以及适合的性能测试和表述方法。

由上所述，目前的室内空气净化过滤器与现实的需求存在一定的差距，同时也缺乏规范的检测标准方法，针对于此，本申请人提出本发明专利，以解决上述问题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就是现有产品所存在的不足，提出一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器。

本发明所要解决的另一技术问题就是提出一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器的性能测试方法，以建立该过滤器的相应标准，利于后续质量监控。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用了如下的技术方案：该控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器包括：壳体，于所述壳体的进风口与壳体的出风口之间层叠设置有以下过滤层：用于吸附室内细微颗粒物的PM2.5微粒过滤层；用于吸附室内二氧化硫、二氧化氮的化学过滤层；用于催化分解有机污染物的第一催化过滤层；用于去除臭氧的第二催化过滤层；以及，用于吸附残留的吸附过滤层。

进一步而言，上述技术方案中，所述的PM2.5微粒过滤层采用以下任意一种：玻璃纤维滤纸、聚丙烯熔喷静电驻极滤纸、聚丙烯熔喷静电驻极复合滤纸、可用吸尘器清洁的复合滤纸、可以使用水洗的聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯微孔膜过滤滤纸或HEPA过滤纸、静电集尘方式的过滤板、静电凝并集尘方式的过滤板。或者，所述的PM2.5微粒过滤层采用平板式静电集尘式过滤板，所述的平板式静电集尘式过滤板为全密闭结构、并且具有阵列孔洞的塑料孔板式的静电过滤板，供电电极隐藏于过滤板的层间内部，供电高压电源被封装在过滤板内或至于其外部；该过滤板在为风速1米/秒状态下，其阻力小于15Pa。

进一步而言，上述技术方案中，所述的化学过滤层使用多孔材料为载体，定量吸附化学反应物，所述的多孔材料为以下材料的任意一种：活性炭、分子筛、沸石、活性氧化铝，或者为开孔泡棉、膨胶棉、无纺布类多孔材料；该化学过滤层中化学物质为以下材料中的任意一种或者组合：碳酸钠、氢氧化钠、铵盐、及碱性易于同酸性气体反应且反应过程不产生气体的物质。

进一步而言，上述技术方案中，所述的第一催化过滤层具有网状结构的载体，于该网状结构载体上承载有催化剂；所述的网状结构载体采用金属蜂窝、泡沫金属、陶瓷蜂窝结构；所述的催化剂采用：以活性炭为载体，浸渍锰的硝酸盐或醋酸盐、硝酸钯、硝酸银类过度金属可溶性盐和贵金属盐，在惰性气体保护下进行烧结，形成活性炭孔径内部的纳米催化剂颗粒物；所述的第二催化过滤层具有网状结构的载体，于该网状结构载体上承载有催化剂；所述的网状结构载体采用金属蜂窝、泡沫金属、陶瓷蜂窝结构；所述的催化剂为表面修饰的锰氧八面体分子筛；所述的吸附过滤层使用的吸附材料为改性的颗粒状活性炭、分子筛，所述的吸附材料为不规则颗粒状、柱状或球状，其装填于六边形或圆柱形蜂巢结构内部构成吸附过滤层；所述吸附过滤层中吸附材料的装填量为30—100%。

进一步而言，上述技术方案中，所述的PM2.5微粒过滤层与化学过滤层相邻叠加，其中二者间具有间隙，该间隙的距离为：5～100mm。

进一步而言，上述技术方案中，于所述壳体的进风口处设置有初效过滤层，于所述的初效过滤层与壳体的出风口之间还设置有抗菌层、负离子发生层、光催化辅助层中的任意一种或其组合。

本发明采用上述技术方案后，该空气净化过滤器中设置了PM2.5微粒过滤层、化学过滤层、第一催化过滤层、第二催化过滤层、吸附过滤层，将上述过滤层进行组合形成净化过滤组件，可以制成适用于空气净化器的过滤净化装置，其可以有效控制室内空气中的PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧等污染有害体含量，令室内的空气AQI值小于50,达到空气质量优良的目的。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用了如下的技术方案：该控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器的性能测试方法中，用于测试的空气净化过滤器为按照如权利要求1-7中任意一项所述的过滤器，该性能测试方法为使用标准的CADR测试方法和一定浓度的污染有害体的净化能力测试方法，建立数学模型，计算出过滤器对细微颗粒物PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧污染有害体的单次拦截净化效率，并通推算该过滤器的使用寿命，进而建立评价过滤器对污染有害体净化能力的性能测试方法。

进一步而言，上述技术方案中，所述的过滤器对细微颗粒物PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧的单次拦截净化效率的测试方法为：

首先，按照标准的CADR测试方法在标准测试舱内开启过滤器后，其t时刻各有害物在空气中的浓度值为：

C_{t} = C_{0} {(1 - k)}^{n_{t} m}

C_t:任意时刻测试舱内浓度，

C₀:起始测试浓度，取值AQI=500时，各污染有害体的浓度，

K：过滤器单次过滤效率，

m:测试过滤器与测试舱的实际空气交换比率，

n_t:任一时刻过滤器空气循环次数，n_t的计算公式为：

n_{t} = \frac{Q}{V} \times \frac{t}{60}

Q：空气过滤器风量，m³/h，

V：测试舱容积，30m³，

t:测试时间，min，

其次，m值的确定，当进行CADR测试时，已知过滤器的过滤效率K值为固定值，计算任一时刻实际空气交换比率m_t，其计算公式为：

m_{t} = \frac{\ln (\frac{C_{t}}{C_{0}})}{n_{t} \times \ln (1 - k)}

从n_t>1始计算，到CADR取样测试点结束，取所得到的系列值的平均值，即为：

m=AVG(m_t)

最后，根据上述的测试方式得到的数值，计算该过滤器对污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃的单次通过净化效率，将所述的过滤器保持与上述测试过程中相同的状态，即相同的位置、高度、方向，开启测试舱内的吊扇并在测试舱内发生上述的污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃，发生的浓度在AQI300～AQI500之间，关闭吊扇并静置2分钟，开启空气所述的过滤器，对测试舱内污染物的衰减值进行测试并记录，计算任一时刻的污染体的单次过滤效率Kt的公式为：

K_{t} = 1 - e^{\frac{\frac{c_{t}}{c_{0}}}{n_{t} m}}

取值从n_t>1开始，直到测试舱内的测试污染气体的AQI值小于50结束，对应气体的单次净化效率：

K=AVG(k_t)

即上述任一时刻的污染气体的单次过滤效率Kt的平均值。

进一步而言，上述技术方案中，所述的过滤器的寿命的推算方法为：首先，设置推算方法的标准，本方法以当平均AQI污染有害体浓度指数为150时，将AQI规定的污染有害体降低到AQI指数值为50，过滤器使用寿命为120天为标准，以此标准来计算过滤器中所需净化材料的数量；其次，建立基本参数取值，包括：空气过滤净化器适用面积：A=0.1×CADR，以PM10为标准，

室内外空气交换速率：I=1次/小时，

室内高度：H=2.5m，

室内外空气交换量：Qr=H×A×I，

室外污染有害体对室内空气的影响率：R=0.6～0.8，

空气过滤净化器日均工作时间：Td，取值10小时，

二氧化硫净化材料净化能力：Ps，单位mg/g，

二氧化氮净化材料净化能力：Pn，单位mg/g，

臭氧净化材料净化能力：Po，单位mg/g，

AQI=150时二氧化硫浓度：Cs150，单位ug/m³，

AQI=50时二氧化硫浓度：Cs50，单位ug/m³，

AQI=150时二氧化氮浓度：Cn150，单位ug/m³，

AQI=50时二氧化氮浓度：Cn50，单位ug/m³，

AQI=150时臭氧浓度：Co150，单位ug/m³，

AQI=50时臭氧浓度：Co50，单位ug/m³，

以过滤器使用寿命为120天计算所需净化材料的数量。

二氧化硫净化材料使用量(g)：

G_{S 120} = \frac{(C_{s 150} \times RI C_{s 50}) \times Q_{T} \times T_{d} \times 120}{P_{s} \times 1000}

二氧化氮净化材料使用量(g)：

G_{N 120} = \frac{(C_{N 150} \times RI C_{N 50}) \times Q_{T} \times T_{d} \times 120}{P_{N} \times 1000}

臭氧净化材料使用量(g)：

G_{O 120} = \frac{(C_{O 150} \times RI C_{O 50}) \times Q_{T} \times T_{d} \times 120}{P_{O} \times 1000}

依据计算结果，在过滤器中使用对应数量的净化材料，

过滤器的使用寿命为：

L_{AQI} = \frac{150 \times 120}{AQI}

其中AQI:空气质量指数在50≤AQI≤500区间范围内。

上述技术方案是针对本发明所提出的空气净化过滤器，提出一种标准化的性能测试方法，利用该测试方法进行所述过滤器对PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧的单次拦截净化效率、使用寿命等相关性能进行测试。该方法以AQI指数为评价依据，量化空气净化器的性能指标,为该过滤器提供全面的空气净化效能指标。

另外，本发明中对污染有害物的净化过滤中并未涉及AQI所规定的一氧化碳的净化方法，但是这并不影响本发明中净化过滤器的净化功效，这是因为一氧化碳的危害方式单一，主要以血红蛋白的结合导致中毒反应，浓度大于50ppm时，健康成年人可以承受8小时；达到200ppm时，健康成年人2-3小时后，轻微头痛、乏力。AQI为500时，其对应的最大一氧化碳浓度150ppm，这样就不便界定适合的安全浓度控制范围。另外，本发明的净化过滤器不能净化因室内污染源突发（煤气泄露、缺氧燃烧等）而导致的中毒浓度的一氧化碳激增。再者，监测表明，室外大气一氧化碳的最高值低于室内一氧化碳浓度。

附图说明：

图1是本发明中所采用的AQI指数对应的污染物浓度限值表；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是对本发明实施例1与现有同类产品的测试数据汇总表；

图4是本发明实施例1对污染有害物的净化效率曲线图；

图5是本发明实施例1对PM10的测试数据计算表；

图6是本发明实施例1对PM2.5的测试数据计算表；

图7是本发明实施例1对SO₂的测试数据计算表；

图8是本发明实施例1对NO₂的测试数据计算表；

图9是本发明实施例1对O₃的测试数据计算表；

图10是本发明实施例1依据测试数据对应的AQI数值取值分布表；

图11是AQI指数与实施例1的过滤器设计寿命对照表寿命计算表；

图12是本发明实施例2的结构示意图；

图13是对本发明实施例2与现有同类产品的测试数据汇总表；

图14是本发明实施例1对污染有害物的净化效率曲线图；

图15是本发明实施例1对PM10的测试数据计算表；

图16是本发明实施例1对PM2.5的测试数据计算表；

图17是本发明实施例1对SO₂的测试数据计算表；

图18是本发明实施例1对NO₂的测试数据计算表；

图19是本发明实施例1对O₃的测试数据计算表；

图20是本发明实施例1依据测试数据对应的AQI数值取值分布表；

图21是AQI指数与实施例1的过滤器设计寿命对照表寿命计算表。

图22是AQI指数与本发明过滤器设计寿命对照表寿命曲线图。

具体实施方式：

见图2所示，这是本发明实施例1的结构示意图，该实施例1为一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其包括：壳体1，于所述壳体1的进风口与壳体1的出风口之间层叠设置有以下过滤层，下面所述的过滤层可以根据需要自行排列叠加，本实施例1采用如下的排列顺序金顶叠加：用于吸附室内细微颗粒物的PM2.5微粒过滤层3、用于吸附室内二氧化硫、二氧化氮的化学过滤层4、用于催化分解有机污染物的第一催化过滤层5、用于去除臭氧的第二催化过滤层6、以及，用于吸附残留的吸附过滤层7。

本实施例中，所述的PM2.5微粒过滤层3与化学过滤层4相邻叠加，其中二者间具有间隙8，该间隙8的距离为：5～100mm。

所述的PM2.5微粒过滤层3可以采用以下任意一种：玻璃纤维滤纸、聚丙烯熔喷静电驻极滤纸、聚丙烯熔喷静电驻极复合滤纸、可用吸尘器清洁的复合滤纸、可以使用水洗的聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯微孔膜过滤滤纸或HEPA过滤纸、静电集尘方式的过滤板、静电凝并集尘方式的过滤板。通常，该PM2.5微粒过滤层3对0.3um的颗粒物的过滤效率大于70%，优选的，大于90%。进一步的，使用效率>99%的PM2.5微粒过滤层3。如果采用滤纸作为PM2.5微粒过滤层3，该滤纸需要折叠成具有一定高度和折距的过滤层。折叠后的固定方式可以采用包括：打胶、间歇打胶、不打胶、梳妆齿固定、隔板固定等工艺方式。折叠好的过滤层在与壳体1的边框的固定密封方式可以采取包括但不限于：AB胶固定、热熔胶固定、热熔胶平面刮胶固定、不干胶固定方式。

所述的化学过滤层4使用多孔材料为载体，定量吸附化学反应物，所述的多孔材料为以下材料的任意一种：活性炭、分子筛、沸石、活性氧化铝，或者为开孔泡棉、膨胶棉、无纺布类多孔材料；该化学过滤层4中化学物质为以下材料中的任意一种或者组合：碳酸钠、氢氧化钠、铵盐、及碱性易于同酸性气体反应且反应过程不产生气体的物质。制作时，将多孔材料放入一定浓度的处理剂中浸渍一定时间，然后充分烘干，合成的反应剂使用“击穿”法测试，计算饱和吸附浓度。每克反应剂的处理能力为：

二氧化硫：90～200毫克

二氧化氮：70～160毫克

依据使用预期寿命，计算反应剂的使用量，并按使用量混合加入到本发明的过滤器中。

所述的第一催化过滤层5具有网状结构的载体，于该网状结构载体上承载有催化剂；所述的网状结构载体采用金属蜂窝、泡沫金属、陶瓷蜂窝结构；所述的催化剂采用：以活性炭为载体，浸渍锰的硝酸盐或醋酸盐、硝酸钯、硝酸银类过度金属可溶性盐和贵金属盐，在惰性气体保护下进行烧结，形成活性炭孔径内部的纳米催化剂颗粒物。该第一催化过滤层5用于催化分解有机污染物如甲醛、VOCs等，同时吸附上一层的化学过滤层4残留的二氧化氮、二氧化硫等气态污染物。

所述的第二催化过滤层6同样具有网状结构的载体，于该网状结构载体上承载有催化剂；所述的网状结构载体采用金属蜂窝、泡沫金属、陶瓷蜂窝结构；所述的催化剂为表面修饰的锰氧八面体分子筛。第二层催化过滤层6将用于催化分解臭氧。臭氧在分解过程中，其中间过程包括暂态的原子氧，其阳极氧化电位仅次于氟元素和羟基自由基，可以迅速分解和矿化表面吸附的有机污染物。

所述的吸附过滤层7使用的吸附材料为改性的颗粒状活性炭、分子筛，所述的吸附材料为不规则颗粒状、柱状或球状，其装填于六边形或圆柱形蜂巢结构内部构成吸附过滤层7。吸附过滤层60将用于吸附净化残留的甲醛、VOCs以及室内装修导致的其它复杂污染气体，如苯类、酮类、酯类等有机污染物。吸附过滤层使用改性的颗粒状活性炭、分子筛，改性方法包括空隙扩容、表面氧化剂涂装等。吸附材料为不规则颗粒状、柱状或球状，装填于六边形或圆柱形蜂巢结构内部，装填量为30～100%，优选的，为40～80%。

另外，在实际中生产中，可根据需要于所述的壳体1的进风口与壳体1的出风口之间还设置有抗菌层、负离子发生层、光催化辅助层中的任意一种或其组合。

见下面所述，这是本实施例1中于初效过滤层2与壳体1的出风口之间所设置的过滤层的具体构成：

第一层：银离子抗菌层，采用无纺布经金属银磁控溅射，规格为18g/平方米，厚度为0.15毫米，其用于抗菌、抑制菌。

第二层：PM2.5微粒过滤层3，其采用HEPA滤纸，将滤纸折叠形成，其对PM10、PM2.5的净化效率为99.5%以上。

第三层：化学过滤层4，其采用改性的活性碳，及采用Na2CO3+KOH改性，多孔材料为载体采用膨胶棉。厚度为3.5毫米。

第四层：第一催化过滤层5采用网状载体，其载体上采用催化剂为活性炭孔内催化剂，采用过度金属氧化物浸渍、烧结。其中颗粒度为40～60目，用于净化甲醛、VOC催化分解。该层厚度为3毫米。

第五层：第二催化过滤层6采用泡绵作为载体，催化材料为OMS-2分子筛，用于臭氧分解。该层厚度为1毫米。

第六层：吸附过滤层7采用改性活性碳，具体为FeCL3改性活性炭，其厚度为9毫米。

第七层：为负离子发生层，其采用托玛琳石，将其粉碎后通过无纺布粘接，作为天然负离子发生器。其厚度为0.5毫米。

下面将对上述实施例进行性能测试，该性能测试方法为使用标准的CADR测试方法和一定浓度的污染有害体的净化能力测试方法，建立数学模型，计算出过滤器对细微颗粒物PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧污染有害体的单次拦截净化效率，并通推算该过滤器的使用寿命，进而建立评价过滤器对污染有害体净化能力的性能测试方法。

见图1所示，为了便于对测试进行说明，本发明提供了AQI指数对应的污染物浓度限值表。

测试设备、仪器包括：

带有背景控制功能（温湿度调节和背景颗粒物、臭氧浓度控制）的30m3标准测试舱；

TSI8533四通道颗粒物计重分析仪，包括PM2.5检测通道；

API400E 臭氧分析仪；

API100E 二氧化硫分析仪；

API200E 二氧化氮分析仪；

COSMOS 甲醛分析仪；

RAE VOC 测试分析仪；

变频稳压电源；

压差平衡式风量测试装置；

烟雾发生器；

甲醛发生器；

VOC（甲苯）发生器；

臭氧发生器；

二氧化硫钢瓶、减压器、流量控制阀；

二氧化氮钢瓶、减压器、流量控制阀；

被测试的产品为使用市售适用面积为24平方米的空气净化器，内部过滤器结构为HEPA过滤器和活性炭过滤器，获得原配置的CADR值、1小时甲醛去除率、VOCs去除率数值。然后，将其中的普通滤芯更换成本发明实施例1所述的过滤器即可。

首先对一些基本的参数进行测试，包括：

1、风量测试：使用压力平衡法测试空气净化器的最大出风风量，单位为m3/h。

2、甲醛去除率测试：在30m3测试舱内，发生甲醛浓度约为1mg/m3,开启空气净化器，测试1小时的甲醛去除效率。测试效率值应不低于原净化机标定的数值。

3、VOCs去除率测试：同甲醛测试条件，污染物以甲苯代替，初始浓度为10mg/m3，测试一小时去除率。测试效率值应不低于原净化机标定的数值。

4、洁净空气量CADR测试：依据NASI AHAM AC-1规定测试方法，测试CADR值，但直到测试舱内PM2.5颗粒物浓度小于35ug/m3时终止测试(PM2.5AQI指数小于50)，同时记录PM10、PM2.5的浓度衰减，每分钟记录一次。以PM10的数据计算CADR值，其CADR值应不低于原净化机标定的数值。

5、二氧化硫去除率测试：保持净化器CADR测试时在测试舱内的位置、高度、出风口方向不变，在测试舱内发生AQI为400～500时的二氧化硫浓度，关闭发生器和均流吊扇3分钟后，开始测试，每5分钟记录一次浓度衰减数值，测试75分钟。

6、二氧化氮去除率测试：测试条件同5，测试75分钟。

7、臭氧去除率测试：测试条件同5，测试75分钟。

8、将测试数据填入测试表中，计算60分钟的净化效率、单次净化效率、此时舱内AQI的变化值。

上述过滤器对细微颗粒物PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧的单次拦截净化效率的测试方法为：

C_{t} = C_{0} {(1 - k)}^{n_{t} m}

C_t:任意时刻测试舱内浓度，

C₀:起始测试浓度，取值AQI=500时，各污染有害体的浓度，

K：过滤器单次过滤效率，

m:测试过滤器与测试舱的实际空气交换比率，

n_t:任一时刻过滤器空气循环次数，n_t的计算公式为：

n_{t} = \frac{Q}{V} \times \frac{t}{60}

Q：空气过滤器风量，m³/h，

V：测试舱容积，30m³，

t:测试时间，min，

m_{t} = \frac{\ln (\frac{C_{t}}{C_{0}})}{n_{t} \times \ln (1 - k)}

m=AVG(m_t)

K_{t} = 1 - e^{\frac{\frac{c_{t}}{c_{0}}}{n_{t} m}}

K=AVG(k_t)

即上述任一时刻的污染气体的单次过滤效率Kt的平均值。

上述测试过程中，对污染有害物体的IAQI分量计算方式为：

污染有害体P（包括：PM2.5、SO₂、NO₂、O₃等）的空气质量分指数计算：

{IAQI}_{p} = \frac{{IAQI}_{Hi} - {IAQI}_{Lo}}{{BP}_{Hi} - {BP}_{Lo}} (C_{p} - {BP}_{Lo}) + {IAQI}_{Lo}

IAQIp:污染有害体P的空气质量分指数；

Cp:污染有害体的质量浓度值；

BPHi:按照图1与Cp相近的污染物浓度限值的高位值；

BPLo:按照图1与Cp相近的污染物浓度限值的低位值；

IAQIHi:按照图1与BPHi对应的空气质量分指数；

IAQILo:按照图1与BPLo对应的空气质量分指数；

依据测试记录数任一时刻的浓度值，根据图1提供的表格计算对应的IAQI分指数数值。

根据上述的结果，可以对室内空气质量指数进行确定：

AQI=max(IAQI₁，IAQI₂，IAQI₃，…，IAQI_n)

IAQI:空气质量分指数

n:污染有害体的种类。

AQI大于50时，AQI最大污染物为首要污染物，AQI大于100的污染物为超标污染物。

将上述的结果进行汇总，得到如图3所示的对本发明实施例1与现有同类产品的测试数据汇总表。

图4是本发明实施例1对污染有害物污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃的净化效率曲线图，该图根据图5-9中分别对污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃的测试数据计算表。

由上述表格可以看出，通过本实施例，室内污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃的浓度下降非常快。

结合图1，并见图10所示，建立AQI数值取值分布列表，由于AQI规定的最大值取值原则，可以看到使用本实施例后，室内空气的AQI数值最低可以降低到7，已经实现室内环境优良的效果。

所述的过滤器的寿命的推算方法为：

首先，设置推算方法的标准，本方法以当平均AQI污染有害体浓度指数为150时，将AQI规定的污染有害体降低到AQI指数值为50，过滤器使用寿命为120天为标准，以此标准来计算过滤器中所需净化材料的数量；

其次，建立基本参数取值，包括：

空气过滤净化器适用面积：A=0.1×CADR，以PM10为标准，

室内外空气交换速率：I=1次/小时，

室内高度：H=2.5m，

室内外空气交换量：Qr=H×A×I，

室外污染有害体对室内空气的影响率：R=0.6～0.8，

空气过滤净化器日均工作时间：Td，取值10小时，

二氧化硫净化材料净化能力：Ps，单位mg/g，

二氧化氮净化材料净化能力：Pn，单位mg/g，

臭氧净化材料净化能力：Po，单位mg/g，

AQI=150时二氧化硫浓度：Cs150，单位ug/m³，

AQI=50时二氧化硫浓度：Cs50，单位ug/m³，

AQI=150时二氧化氮浓度：Cn150，单位ug/m³，

AQI=50时二氧化氮浓度：Cn50，单位ug/m³，

AQI=150时臭氧浓度：Co150，单位ug/m³，

AQI=50时臭氧浓度：Co50，单位ug/m³，

以过滤器使用寿命为120天计算所需净化材料的数量。

二氧化硫净化材料使用量(g)：

G_{S 120} = \frac{(C_{s 150} \times RI C_{s 50}) \times Q_{T} \times T_{d} \times 120}{P_{s} \times 1000}

二氧化氮净化材料使用量(g)：

G_{N 120} = \frac{(C_{N 150} \times RI C_{N 50}) \times Q_{T} \times T_{d} \times 120}{P_{N} \times 1000}

臭氧净化材料使用量(g)：

G_{O 120} = \frac{(C_{O 150} \times RI C_{O 50}) \times Q_{T} \times T_{d} \times 120}{P_{O} \times 1000}

依据计算结果，在过滤器中使用对应数量的净化材料，

过滤器的使用寿命为：

L_{AQI} = \frac{150 \times 120}{AQI}

其中AQI:空气质量指数在50≤AQI≤500区间范围内。

根据上述测试方法，依据上述的测量数据，建立AQI指数与实施例1的过滤器设计寿命对照表，见图11所示。

见图12所示，这是本发明实施例2的结构示意图，

见下面所述，这是本实施例2，本实施例2中于壳体1的进风口处设置有初效过滤层2，另外，为进一步降低空气阻力和整机能耗、噪音，本实施例2中所述的PM2.5微粒过滤层3采用平板式静电集尘式过滤板，所述的平板式静电集尘式过滤板为全密闭结构、并且具有阵列孔洞的塑料孔板式的静电过滤板，供电电极隐藏于过滤板的层间内部，供电高压电源被封装在过滤板内或至于其外部；该过滤板在为风速1米/秒状态下，其阻力小于15Pa。

具体的过滤层的具体构成：

第一层：初效过滤层2，其采用尼龙网，通过塑料边框成型固定，其中网孔的密度为40目，其敌后读为0.15毫米，通过初效过滤层2可以有效拦截较大的颗粒。

第二层：PM2.5微粒过滤层3，其采用平板式静电集尘式过滤板，其厚度为38毫米，，其对PM10、PM2.5的净化效率为99.5%以上。

第六层：吸附过滤层7采用改性活性碳，具体为高锰酸钾改性活性炭，其厚度为9毫米。

第七层：为负离子发生层，其采用二氧化钛，将其粉碎后通过无纺布粘接，作为天然负离子发生器。其厚度为0.5毫米。

实施例2采用的被测试的产品为使用市售适用面积为21平方米的空气净化器，内部过滤器结构为HEPA过滤器和活性炭过滤器，获得原配置的CADR值、1小时甲醛去除率、VOCs去除率数值。然后，将其中的普通滤芯更换成本发明实施例2所述的过滤器即可。

测试的方法和过程与上述实施例1相同，这里不再赘述，将测量的结果进行汇总，得到如图13所示的对本发明实施例1与现有同类产品的测试数据汇总表。

图14是本发明实施例1对污染有害物污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃的净化效率曲线图，该图根据图15-19中分别对污染有害体PM2.5、SO₂、NO₂、O₃的测试数据计算表。

结合图1，并见图20所示，建立实施例2的AQI数值取值分布列表，可以看到使用本实施例后，室内空气的AQI数值最低可以降低到8，已经实现室内环境优良的效果。

对本实施例2的使用寿命进行推算，其测试方法与上述实施例1仙童，依据上述的测量数据，建立AQI指数与实施例2的过滤器设计寿命对照表，见图21所示。根据图21可以建立本发明过滤器设计寿命对照曲线图。

当然，以上所述仅仅为本发明的实施例而已，并非来限制本发明范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims

1.一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，包括：壳体（1），于所述壳体（1）的进风口与壳体（1）的出风口之间层叠设置有以下过滤层：

用于吸附室内细微颗粒物的PM2.5微粒过滤层（3）；用于吸附室内二氧化硫、二氧化氮的化学过滤层（4）；用于催化分解有机污染物的第一催化过滤层（5）；用于去除臭氧的第二催化过滤层（6）；以及，用于吸附残留的吸附过滤层（7）。

2.根据权利要求1所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其特征在于：所述的PM2.5微粒过滤层（3）采用以下任意一种：玻璃纤维滤纸、聚丙烯熔喷静电驻极滤纸、聚丙烯熔喷静电驻极复合滤纸、可用吸尘器清洁的复合滤纸、可以使用水洗的聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯微孔膜过滤滤纸或HEPA过滤纸、静电集尘方式的过滤板、静电凝并集尘方式的过滤板。

3.根据权利要求1所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其特征在于：所述的PM2.5微粒过滤层（3）采用平板式静电集尘式过滤板，所述的平板式静电集尘式过滤板为全密闭结构、并且具有阵列孔洞的塑料孔板式的静电过滤板，供电电极隐藏于过滤板的层间内部，供电高压电源被封装在过滤板内或至于其外部；该过滤板在为风速1米/秒状态下，其阻力小于15Pa。

4.根据权利要求1所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其特征在于：所述的化学过滤层（4）使用多孔材料为载体，定量吸附化学反应物，所述的多孔材料为以下材料的任意一种：活性炭、分子筛、沸石、活性氧化铝，或者为开孔泡棉、膨胶棉、无纺布类多孔材料；该化学过滤层（4）中化学物质为以下材料中的任意一种或者组合：碳酸钠、氢氧化钠、铵盐、及碱性易于同酸性气体反应且反应过程不产生气体的物质。

5.根据权利要求1所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其特征在于：所述的第一催化过滤层（5）具有网状结构的载体，于该网状结构载体上承载有催化剂；所述的网状结构载体采用金属蜂窝、泡沫金属、陶瓷蜂窝结构；所述的催化剂采用：以活性炭为载体，浸渍锰的硝酸盐或醋酸盐、硝酸钯、硝酸银类过度金属可溶性盐和贵金属盐，在惰性气体保护下进行烧结，形成活性炭孔径内部的纳米催化剂颗粒物；所述的第二催化过滤层（6）具有网状结构的载体，于该网状结构载体上承载有催化剂；所述的网状结构载体采用金属蜂窝、泡沫金属、陶瓷蜂窝结构；所述的催化剂为表面修饰的锰氧八面体分子筛；所述的吸附过滤层（7）使用的吸附材料为改性的颗粒状活性炭、分子筛，所述的吸附材料为不规则颗粒状、柱状或球状，其装填于六边形或圆柱形蜂巢结构内部构成吸附过滤层（7）；所述吸附过滤层（7）中吸附材料的装填量为30—100%。

6.根据权利要求1所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其特征在于：所述的PM2.5微粒过滤层（3）与化学过滤层（4）相邻叠加，其中二者间具有间隙（8），该间隙（8）的距离为：5～100mm。

7.根据权利要求1所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器，其特征在于：壳体（1）的进风口处设置有初效过滤层（2），于所述的初效过滤层（2）与壳体（1）的出风口之间还设置有抗菌层、负离子发生层、光催化辅助层中的任意一种或其组合。

8.一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器的性能测试方法，其特征在于：用于测试的空气净化过滤器为按照如权利要求1-7中任意一项所述的过滤器，该性能测试方法为使用标准的CADR测试方法和一定浓度的污染有害体的净化能力测试方法，建立数学模型，计算出过滤器对细微颗粒物PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧污染有害体的单次拦截净化效率，并通推算该过滤器的使用寿命，进而建立评价过滤器对污染有害体净化能力的性能测试方法。

9.根据权利要求8所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤器的性能测试方法，其特征在于：所述的过滤器对细微颗粒物PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、臭氧的单次拦截净化效率的测试方法为：

C_{t} = C_{0} {(1 - k)}^{n_{t} m}

C_t：任意时刻测试舱内浓度，

C₀:起始测试浓度，取值AQI=500时，各污染有害体的浓度，

K：过滤器单次过滤效率，

m:测试过滤器与测试舱的实际空气交换比率，

n_t:任一时刻过滤器空气循环次数，n_t的计算公式为：

n_{t} = \frac{Q}{V} \times \frac{t}{60}

Q：空气过滤器风量，m³/h，

V：测试舱容积，30m³，

t:测试时间，min，

m_{t} = \frac{\ln (\frac{C_{t}}{C_{0}})}{n_{t} \times \ln (1 - k)}

m＝AVG(m_t)

K_{t} = 1 - e^{\frac{\frac{C_{t}}{C_{0}}}{n_{t} m}}

K＝AVG(k_t)

即上述任一时刻的污染气体的单次过滤效率Kt的平均值。

10.根据权利要求9所述的一种控制室内AQI数值的复合空气净化过滤的器性能测试方法，其特征在于：所述的过滤器的寿命的推算方法为：

其次，建立基本参数取值，包括：

空气过滤净化器适用面积：A=0.1×CADR，以PM10为标准，

室内外空气交换速率：I=1次/小时，

室内高度：H=2.5m，

室内外空气交换量：Qr=H×A×I，

室外污染有害体对室内空气的影响率：R=0.6～0.8，

空气过滤净化器日均工作时间：Td，取值10小时，

二氧化硫净化材料净化能力：Ps，单位mg/g，

二氧化氮净化材料净化能力：Pn，单位mg/g，

臭氧净化材料净化能力：Po，单位mg/g，

AQI=150时二氧化硫浓度：Cs150，单位ug/m³，

AQI=50时二氧化硫浓度：Cs50，单位ug/m³，

AQI=150时二氧化氮浓度：Cn150，单位ug/m³，

AQI=50时二氧化氮浓度：Cn50，单位ug/m³，

AQI=150时臭氧浓度：Co150，单位ug/m³，

AQI=50时臭氧浓度：Co50，单位ug/m³，

以过滤器使用寿命为120天计算所需净化材料的数量。

二氧化硫净化材料使用量(g)：

G_{S 120} = \frac{(C_{S 150} \times RI C_{S 50}) \times Q_{r} \times T_{d} \times 120}{P_{S} \times 1000}

二氧化氮净化材料使用量(g)：

G_{N 120} = \frac{(C_{N 150} \times RI C_{N 50}) \times Q_{r} \times T_{d} \times 120}{P_{N} \times 1000}

臭氧净化材料使用量(g)：

G_{O 120} = \frac{(C_{O 150} \times RI C_{O 50}) \times Q_{r} \times T_{d} \times 120}{P_{O} \times 1000}

依据计算结果，在过滤器中使用对应数量的净化材料，

过滤器的使用寿命为：

L_{AQI} = \frac{150 \times 120}{AQI}

其中AQI:空气质量指数在50≤AQI≤500区间范围内。