CN104777006B - 测试粉尘发生装置以及用于评价净化效果的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测试粉尘发生装置以及用于评价净化效果的装置与方法，测试粉尘发生装置包括：依次连接的洁净压缩空气源、喷雾箱以及干燥混合段。用于评价净化效果的装置包括连接于测试管道内的测试粉尘发生装置、采样检测系统以及安装于测试管道内的被测通风净化装置。其中，测试粉尘发生装置能够生成反映大气粉尘实际分布特性的气溶胶，用于评价净化效果的装置与方法操作简便，且能够在实际建筑物种测试时有效区分颗粒物来源，测试结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，特别涉及一种测试粉尘发生装置以及用于评价净化效果的装置与方法。
背景：
随着我国当前阶段雾霾问题的日益突出，空气中细颗粒物(PM2.5)的污染问题得到了人们越来越多的关注。相比于室外大气环境治理的长期性与困难性，通过在居室内使用便携式、移动式空气净化设备，或者在现有的通风空调系统上加装净化装置，可以迅速有效的解决建筑物室内环境中的PM2.5污染问题。因此，近年来各种类型的空气净化设备得到了越来越多的应用。但在当前，缺乏有效的测试方法与手段对各类型空气净化设备去除大气中PM2.5的效果进行评价与比较，这种测试方法与手段的欠缺主要体现在：
1、所发生气溶胶不反映大气粉尘实际分布特性；
2、测试PM2.5的手段基本为通过撞击器筛选出小于等于2.5μm的粒子，再采用各种手段进行测试，其中，标准测试手段为滤膜称重采样(参见我国环境空气质量标准)，但该方法需要长时间对滤膜进行恒温条件下的恒重，所以难以实时的给出测试结果，同时操作比较麻烦。现场测试仪器应用较多的是基于光散射原理的测试仪器(如美国TSI公司的DustTrack系列(http://www.tsi.com/DUSTTRAK-DRX-Aerosol-Monitor-8534/)，但光散射仪器的缺点在于不直接测试颗粒物的重量，同时测试结果与颗粒物自身物性(如光散射系数)相关。由于大气环境中的颗粒污染物成分往往随着季节的变迁而变化，因此，因所测颗粒物自身物性不同而导致的测量结果偏差难以通过对仪器进行标定等手段得到纠正与弥补。；
3、现有测试方法因为在实际建筑物环境下进行测试时无法区分颗粒物来源(通风净化系统或环境本身的背景值)，因此难以对安装于实际建筑物种的装置效果进行评价。
有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明人基于相关领域的研发，并经过不断测试及改良，进而有本发明的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试粉尘发生装置以及用于评价净化效果的装置与方法，其中测试粉尘发生装置能够生成反应大气粉尘实际分布特性、同时在大气中本底含量低、因此易于区分、并对人体无害的特定固体气溶胶，操作简便，且测试方法能够有效区分颗粒物来源，测试结果准确。
为达上述目的，本发明提供一种测试粉尘发生装置，其包括：依次连接的洁净压缩空气源、喷雾箱以及干燥混合段；
所述的洁净压缩空气源，提供过滤后的压缩空气；
所述的喷雾箱的数量超过一个，每一喷雾箱内具有NaCl溶液以及一个由洁净压缩空气源驱动的气溶胶喷嘴；每一喷雾箱内的NaCl溶液浓度相同或不同；每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴与洁净压缩空气源之间设有压力及流量调节装置或每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴工作压力可以独立调节；
所述的干燥混合段，对洁净压缩空气源提供的空气与来自喷雾箱含有NaCl液滴的气体混合并干燥。所述的测试粉尘发生装置，其中，每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴与洁净压缩空气源之间设有压力及流量调节装置。
本发明还提供一种用于评价净化效果的装置，其包括上述的测试粉尘发生装置、一套采样检测系统以及安装于测试管道内的被测通风净化装置；
测试管道进气口连接有实验风机及高效预过滤器，测试粉尘发生装置连接至被测通风净化装置上游测试管道；
所述的采样检测系统通过切换阀而分别连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧。
本发明又提供一种用于评价净化效果的装置，其包括上述的测试粉尘发生装置、两套采样检测系统以及安装于测试管道内的被测通风净化装置；
测试管道进气口连接有实验风机及高效预过滤器，测试粉尘发生装置连接至被测通风净化装置上游测试管道；
两套所述的采样检测系统分别连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧。
所述的用于评价净化效果的装置，其中，所述的采样检测系统为负压采样检测系统，所述的负压采样检测系统包括：采样泵、撞击器及测试装置；所述的撞击器连接至被测通风净化装置的上游侧和/或下游侧，所述的撞击器对被测通风净化装置上游及下游空气筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；所述的测试装置安装于两台撞击器的下游，用于测量NaCl测试粉尘在空气中的质量浓度；测试装置的下游连接有采样泵。
所述的用于评价净化效果的装置，其中，所述的采样检测系统为正压采样检测系统，所述的正压采样检测系统包括：撞击器、测试装置以及依次连接的洁净压缩空气源、文丘里采样管、正压采样缓冲箱和调节阀，所述的洁净压缩空气源安装在文丘里采样管的上游，使用无尘洁净空气在文丘里采样管内形成负压，所述的文丘里采样管的采样空气入口连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧，文丘里采样管内的采样空气能够进入正压采样缓冲箱，正压采样缓冲箱下游安装有调节阀，正压采样缓冲箱还与撞击器相连接，测试装置安装于撞击器的下游，所述的撞击器对被测通风净化装置上游及下游空气筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；所述的测试装置用于测量NaCl测试粉尘在空气中的质量浓度。
本发明另提供一种用于评价净化效果的方法，其包括以下步骤：
1)发生测试粉尘：
采用由多个喷雾箱组成的喷雾单元组合的形式产生所需NaCl测试粉尘，洁净压缩空气源提供过滤后的压缩空气，每一喷雾箱内具有NaCl溶液以及一个由洁净压缩空气源驱动的气溶胶喷嘴；每一喷雾箱内的NaCl溶液浓度相同或不同；每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴与洁净压缩空气源之间设有压力及流量调节装置或每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴工作压力可以独立调节；
2)干燥测试粉尘：
采用干燥混合段，对洁净压缩空气源提供的空气与来自喷雾箱含有NaCl液滴的气体混合并干燥；
3)将所产生的干燥NaCl气溶胶注入被测通风净化装置的上游测试管道，被测通风净化装置净化；
4)测量被测通风净化装置上游测(净化前)的空气中NaCl测试粉尘质量浓度；
首先，通过撞击器筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；
其次，通过测试装置对所筛选出的NaCl气溶胶质量浓度进行测试；
5)测量被测通风净化装置下游测(净化后)的空气中NaCl测试粉尘质量浓度；
6)将两个测试结果进行比对，并进行评价。
所述的用于评价净化效果的方法，其中，所述的测试装置选用火焰光度计、质谱仪、原子吸收仪或原子荧光仪。
所述的用于评价净化效果的方法，其中，所述方法能够用于建造标准试验风道在实验室对通风净化设备的净化效果进行评价，也能够用于对安装于建筑物内的通风净化设备的净化效果进行评价。
本发明的有益效果是：本发明的测试粉尘发生装置能够生成反映大气粉尘实际分布特性的固体气溶胶，所选用的NaCl气溶胶在自然大气中含量很低，因此，通过使用可直接测量空气中NaCl质量浓度的测试装置进行测试时，能够有效区分颗粒物来源，测试结果准确。同时，NaCl气溶胶易于识别，并且对人体安全无害，因此测试方法不仅适用于建造标准风道系统对净化装置进行测试评价，还适用于对安装于既有建筑物内的通风净化设备进行测试评价。
附图说明
图1为本发明的测试粉尘发生装置的结构框图；
图2为采用不同喷雾箱或其组合产生任意所需粒径分布的NaCl气溶胶的示意图；
图3为采用1套采样检测系统的交替采样装置结构框图；
图4为采用2套采样检测系统的同时采样装置结构框图；
图5为本发明对安装于既有建筑物内的通风净化系统进行测试评价的装置结构框图；
图6为本发明的负压采样检测系统结构框图；
图7为本发明的正压采样检测系统结构框图。
附图标记说明：1-洁净压缩空气源；2-喷雾箱；3-干燥混合段；4-实验风机；5-高效预过滤器；6-被测通风净化装置；7-切换阀；8-撞击器；9-测试装置；10-采样泵；11-第一流量计；12-文丘里采样管；13-正压采样缓冲箱；14-第二流量计；15-调节阀。
具体实施方式
有关本发明为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下：
首先如图1和图2所示，分别为本发明的测试粉尘发生装置的结构框图和为采用不同喷雾箱或其组合产生任意所需粒径分布的NaCl气溶胶的示意图。本发明的测试粉尘发生装置，用于发生浓度可调、粒径分布与大气粉尘足够接近的固体NaCl气溶胶，其主要包括依次连接的洁净压缩空气源1、喷雾箱2以及干燥混合段3。
需要说明的是，NaCl是在大气本底含量很低，同时对人体无害的物质，因此选定NaCl作为测试尘源物质。
所述的洁净压缩空气源1，包括一个空气压缩机以及空气过滤系统，或者外接压缩空气源配合空气过滤系统，以产生洁净压缩的空气。
所述的喷雾箱2的数量为至少一个，每一喷雾箱内有NaCl溶液以及一个由洁净压缩空气源的压缩空气源驱动的气溶胶喷嘴(如collision喷嘴、Laskin喷嘴等，图中未详示)。
每一喷雾箱2内的NaCl浓度相同或不同；每一喷雾箱2内的气溶胶喷嘴与洁净压缩空气源1之间设有压力及流量调节装置(如电动或手动调节阀等)；每一喷雾箱2内的气溶胶喷嘴工作压力可以独立调节。根据图2所示，可知不同的喷雾箱2由于NaCl浓度相同或不同，以及喷雾压力的不同，因此可以产生不同粒径分布的NaCl气溶胶，而将不同的喷雾箱组合，即可获得任意所需粒径分布的NaCl气溶胶，以接近大气粉尘多峰分布的特点。
所述的干燥混合段3内，经干燥过滤处理的干燥洁净空气与来自喷雾箱含有NaCl液滴的气体混合，使得NaCl液滴最终干燥为粒径分布稳定的NaCl固体气溶胶，即形成了所需的测试粉尘。
本发明还提供一种用于评价通风净化装置的净化效果的装置与方法。首先如图3和图4所示，其中图3为采用1套采样检测系统的交替采样装置结构框图；图4为采用2套采样检测系统的同时采样装置结构框图。所述的用于评价通风净化装置的净化效果的装置包括：连接于测试管道内的测试粉尘发生装置、采样检测系统(包括采样系统、撞击器及测试装置)以及安装于测试管道内的被测通风净化装置6。
被测通风净化装置6安装于测试管道内，对测试管道中的NaCl测试粉尘进行净化。测试管道进气口连接有实验风机4及高效预过滤器5，以保证测试所需的洁净空气量。测试粉尘发生装置连接至被测通风净化装置6上游测试管道，将所发生的测试粉尘注入测试管道。请见图3，采样检测系统分别通过切换阀7而连接至被测通风净化装置6的上游侧和下游侧，对通风净化装置6净化前、后的空气进行采样检测并作对比，以评价被测通风净化装置6的净化效果。具体而言，撞击器8通过切换阀7而分别连接至被测通风净化装置6的上游侧和下游侧，所述的撞击器8对被测通风净化装置6的上游(净化前)及下游(净化后)空气筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶，以供所述的测试装置进行测试；所述的测试装置9安装于撞击器8的下游，用于测量NaCl测试粉尘在空气中的质量浓度，测试装置9的下游连接有采样泵10。
此外，还可以省略切换阀7，而在被测通风净化装置6的上游侧和下游侧分别连接一套采样检测系统(图4)，即两台撞击器8分别连接至被测通风净化装置6的上游侧和下游侧，每台撞击器8的下游安装有测试装置9，每台测试装置9的下游连接有采样泵10。
因此，采用一套采样检测系统，需要使用切换阀7，交替进行被测通风净化装置6的上下游的采样检测，而使用两套采样检测系统，则可以对被测通风净化装置6的上下游同时进行采样检测。
采样检测系统所包括的所述的测试装置9可选用火焰光度计、质谱仪、原子吸收仪、原子荧光仪等可直接测量空气中NaCl质量浓度的测试装置，由于可采用的测试手段为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述。该测试手段只针对空气中的固体NaCl颗粒物进行测试，测试其经撞击器8筛分出来的空气动力学直径小于2等于2.5μm的颗粒物(PM2.5)质量浓度(火焰光度计及原子吸收等手段均直接测试所采集NaCl的质量)，从而实现了对于颗粒物来源的区分，同时避免了颗粒物自身物性对测试结果的影响。
再如图5所示，为本发明对安装于既有建筑物内的通风净化系统进行测试评价的装置结构框图；被测建筑物内部设有安装好的通风管道，室外新风设于通风管道的入口处，被测通风净化装置6安装于通风管道内，测试粉尘发生装置连接至被测通风净化装置6上游通风管道，且被测通风净化装置6与测试粉尘发生装置之间的通风管道连接有一套采样检测系统，经过被测通风净化装置6净化的空气送入被测建筑物内部，被测建筑物内部还设有一套采样检测系统，用于对室内空气进行采样检测，从而评价被测通风净化装置6的净化效果。
本发明所述的采样检测系统包括负压采样检测系统和正压采样检测系统，请见图6和图7，分别为负压采样检测系统结构框图和正压采样检测系统结构框图。
如图6所示，负压采样检测系统即为上述的采样检测系统，由依次连接的撞击器8、测试装置9以及采样泵10所组成。所述的负压采样系统通过安装于所述的测试装置下游的真空采样泵10自测试管道内抽取采样空气。
再如图7所示，所述的正压采样检测系统包括依次连接的洁净压缩空气源1、文丘里采样管12、正压采样缓冲箱13、调节阀15、撞击器以及测试装置。所述的洁净压缩空气源1安装在文丘里采样管12的上游，使用无尘洁净空气在文丘里采样管12内形成负压，从测试管道中抽取采样空气混合后进入正压采样缓冲箱13。正压采样缓冲箱13依靠安装在其下游的调节阀15调节流量以获得所需要的正压，并依靠该正压保证进入所述的撞击器8以及所述的测试装置9的采样空气流量。此外，在洁净压缩空气源1与文丘里采样管12之间，以及正压采样缓冲箱13与调节阀15之间分别安装有第一流量计11和第二流量计14，用以得到采样空气被无尘洁净空气所稀释的倍数。
本发明还提供一种用于评价通风净化装置的净化效果的方法，如下：
1)发生测试粉尘：
针对大气粉尘多峰分布的特点，采用由多个喷雾箱组成的喷雾单元组合的形式产生所需NaCl测试粉尘，其中，每一喷雾单元组合均可按照独立的喷雾参数(溶液浓度以及喷雾压力)进行工作，因此，喷雾箱可通过不同的单元组合方式产生任意所需粒径分布的NaCl气溶胶。见图2所示。
2、干燥测试粉尘：
所产生NaCl气溶胶应经充分干燥以最终形成固体的测试粉尘，干燥方式可以通过加热或者与经过干燥以及过滤预处理的干燥洁净空气相混合以实现。
3、将所产生的干燥NaCl气溶胶注入被测通风净化装置的上游测试管道，并被测通风净化装置净化
4、测量被测通风净化装置上游测(净化前)的空气中NaCl测试粉尘质量浓度，其包括两个步骤：
首先，通过撞击器8筛选出空气动力学粒径小于2.5微米(PM2.5)的NaCl气溶胶，而通过选择不同的撞击器9，也可以分别筛选出空气动力学粒径小于1.0微米(PM1.0)或10.0微米(PM10)的NaCl气溶胶。
其次，通过测试装置9对所筛选出的NaCl气溶胶(PM2.5)质量浓度进行测试。
5、测量被测通风净化装置下游测(净化后)的空气中NaCl测试粉尘质量浓度。
6、将两个测试结果进行比对，并进行评价。
综上所述，本发明采用对人体无害的NaCl气溶胶测试尘源物质，通过喷雾箱、干燥混合段制出干燥的、并反应大气粉尘粒径分布特性的测试粉尘，注入被测通风净化装置6的上游，并通过采样系统定量采取被测通风净化装置6上、下游(净化前后)空气，经过撞击器8筛选出采样空气中符合动力学粒径范围(PM2.5)的NaCl气溶胶，并通过测试装置9进行检测，从而实现对被测通风净化装置6的净化效果的评价。本发明的测试粉尘发生装置能够生成反应大气粉尘实际分布特性的气溶胶，对撞击器筛选出空气动力学粒径小于2.5微米(PM2.5)的NaCl气溶胶的过程容易操作。此外由于本发明选择大气中含量很低的NaCl作为发尘物质，并针对性的确定检测手段，因此能够有效区分颗粒物来源，保证被测通风净化装置6的测试结果准确，同时测试评价方法不仅适于应用在使用标准风道所建立的实验室测试装置上，还适用于对不具备标准检测条件的，安装于各类型既有建筑物内的通风净化装置(系统)的实际净化效果进行测试评价。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种测试粉尘发生装置，其特征在于，包括：依次连接的洁净压缩空气源、喷雾箱以及干燥混合段；
所述的洁净压缩空气源，提供过滤后的压缩空气；
所述的喷雾箱的数量超过一个，每一喷雾箱内具有NaCl溶液以及一个由洁净压缩空气源驱动的气溶胶喷嘴；每一喷雾箱内的NaCl溶液浓度相同或不同；每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴与洁净压缩空气源之间设有压力及流量调节装置或每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴工作压力可以独立调节；
所述的干燥混合段，对洁净压缩空气源提供的空气与来自喷雾箱含有NaCl液滴的气体混合并干燥。
2.一种用于评价净化效果的装置，其特征在于，包括根据权利要求1所述的测试粉尘发生装置、一套采样检测系统以及安装于测试管道内的被测通风净化装置；
测试管道进气口连接有实验风机及高效预过滤器，测试粉尘发生装置连接至被测通风净化装置上游测试管道；
所述的采样检测系统通过切换阀而分别连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧；
所述的采样检测系统为正压采样检测系统，所述的正压采样检测系统包括：撞击器、测试装置以及依次连接的洁净压缩空气源、文丘里采样管、正压采样缓冲箱和调节阀，所述的洁净压缩空气源安装在文丘里采样管的上游，使用无尘洁净空气在文丘里采样管内形成负压，所述的文丘里采样管的采样空气入口连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧，文丘里采样管内的采样空气能够进入正压采样缓冲箱，正压采样缓冲箱下游安装有调节阀，正压采样缓冲箱还与撞击器相连接，测试装置安装于撞击器的下游，所述的撞击器对被测通风净化装置上游及下游空气筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；所述的测试装置用于测量NaCl测试粉尘在空气中的质量浓度。
3.一种用于评价净化效果的装置，其特征在于，包括根据权利要求1所述的测试粉尘发生装置、两套采样检测系统以及安装于测试管道内的被测通风净化装置；
测试管道进气口连接有实验风机及高效预过滤器，测试粉尘发生装置连接至被测通风净化装置上游测试管道；
两套所述的采样检测系统分别连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧；
所述的采样检测系统为正压采样检测系统，所述的正压采样检测系统包括：撞击器、测试装置以及依次连接的洁净压缩空气源、文丘里采样管、正压采样缓冲箱和调节阀，所述的洁净压缩空气源安装在文丘里采样管的上游，使用无尘洁净空气在文丘里采样管内形成负压，所述的文丘里采样管的采样空气入口连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧，文丘里采样管内的采样空气能够进入正压采样缓冲箱，正压采样缓冲箱下游安装有调节阀，正压采样缓冲箱还与撞击器相连接，测试装置安装于撞击器的下游，所述的撞击器对被测通风净化装置上游及下游空气筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；所述的测试装置用于测量NaCl测试粉尘在空气中的质量浓度。
4.根据权利要求2或3所述的用于评价净化效果的装置，其特征在于，所述的采样检测系统为负压采样检测系统，所述的负压采样检测系统包括：采样泵、撞击器及测试装置；所述的撞击器连接至被测通风净化装置的上游侧和下游侧，所述的撞击器对被测通风净化装置上游及下游空气筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；所述的测试装置安装于两台撞击器的下游，用于测量NaCl测试粉尘在空气中的质量浓度；测试装置的下游连接有采样泵。
5.一种用于评价净化效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)发生测试粉尘：
采用由多个喷雾箱组成的喷雾单元组合的形式产生所需NaCl测试粉尘；洁净压缩空气源提供过滤后的压缩空气，每一喷雾箱内具有NaCl溶液以及一个由洁净压缩空气源驱动的气溶胶喷嘴；每一喷雾箱内的NaCl溶液浓度相同或不同；每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴与洁净压缩空气源之间设有压力及流量调节装置或每一喷雾箱内的气溶胶喷嘴工作压力可以独立调节；2)干燥测试粉尘：
采用干燥混合段，对洁净压缩空气源提供的空气与来自喷雾箱含有NaCl液滴的气体混合并干燥；
3)将所产生的干燥NaCl气溶胶注入被测通风净化装置的上游测试管道，被测通风净化装置净化；
4)测量被测通风净化装置上游测的空气中NaCl测试粉尘质量浓度；
首先，通过撞击器筛选出空气动力学粒径小于2.5微米的NaCl气溶胶；
其次，通过测试装置对所筛选出的NaCl气溶胶质量浓度进行测试；
5)测量被测通风净化装置下游测的空气中NaCl测试粉尘质量浓度；
6)将两个测试结果进行比对，并进行评价。
6.根据权利要求5所述的用于评价净化效果的方法，其特征在于，所述的测试装置选用火焰光度计、质谱仪、原子吸收仪或原子荧光仪。
7.根据权利要求5或6所述的用于评价净化效果的方法，其特征在于，所述方法能够用于建造标准试验风道在实验室对通风净化设备的净化效果进行评价，也能够用于对安装于建筑物内的通风净化设备的净化效果进行评价。
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