CN105092272B - 高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气净化技术领域，涉及一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法及其应用。所述方法包括：(1)根据所述空气过滤器使用场所的环境粉尘的粒径大小、分布，选择试验用粉尘，并将试验粉尘按粒径大小分为n段区域，其中，各段区域的粉尘粒径为[a_i，b_i]；(2)在所述空气过滤器设定风速下，在测试室用尘埃粒子计数器测定各段区域中粉尘的滤前数量N_i和滤后数量A_i，得出计数效率P_i％＝(N_i－A_i)/N_i；(3)测定各段区域中粉尘的计重效率W_i％＝M_i×P_i％，其中，M_i是各段区域中粉尘的质量占比；(4)将各段区域中粉尘的计重效率W_i％累加，得到所述高中效和亚高效空气过滤器在此风速下的计重效率W％＝∑W_i％。

Description

高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法及其应用

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，涉及一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法及其应用。

技术背景

工业化的快速发展加速了环境的污染，特别是近几年工业废气的肆意排放，导致空气中粉尘含量尤其是PM2.5粉尘浓度的急剧上升。高中效和亚高效空气过滤器是过滤净化空气粉尘尤其是PM2.5粉尘的重要手段，但高中效及亚高效空气过滤器一般寿命较短、且成本较高，因此如何合理地评价、测定，并据此设计空气过滤器以获得所需使用寿命显得尤为重要。

空气过滤器的使用寿命与其容尘量、环境粉尘量、以及与环境粉尘相对应的计重效率(即集尘效率)相关。空气过滤器容尘量可按照GB/T14295-2008《空气过滤器》标准，使用与环境粉尘相对应的人工试验粉尘直接测定。按标准可以测定C3、C4等级粗效空气过滤器的计重效率，但由于高中效和亚高效空气过滤器所面对的环境粉尘相对较细，导致测试仪器通道吸附、截留的粉尘较多，因此很难直接测出高中效以上空气过滤器的计重效率，因而无法准确地设计、评价高中效和亚高效空气过滤器在某种粉尘环境下的使用寿命。而按标准测定的计数效率虽比较准确，却对评价高中效和亚高效空气过滤器的使用寿命并无直接帮助。

因而，本领域急需一种能有效的测定和评价高中效和亚高效空气过滤器计重效率的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法及其应用，主要解决现有技术中高中效和亚高效空气过滤器计重效率难以准确测量、导致空气过滤器使用寿命无法准确评估、设计、管理等问题。

在本发明中，发明人提供了一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法，所述方法包括：

(1)根据所述空气过滤器使用场所的环境粉尘的粒径大小、粒度分布和浓度，选择试验用粉尘；

(2)将试验粉尘按粒径大小分为n段区域，其中，各段区域的粉尘粒径为[a_i，b_i]；

(3)在所述空气过滤器设定风速下，用尘埃粒子计数器测定各段区域中粉尘的滤前数量N_i和滤后数量A_i，得出计数效率P_i％＝(N_i－A_i)/N_i；

(4)测定各段区域中粉尘的计重效率W_i％＝M_i×P_i％，其中，M_i是各段区域中粉尘的质量占比；

(5)将各段区域中粉尘的计重效率W_i％累加，得到所述高中效和亚高效空气过滤器在此风速下的计重效率W％＝∑W_i％。

在本发明的具体实施方式中，在所述各段区域中选取基准区域j，其粉尘粒径范围为[a_j，b_j]；所述各段区域中粉尘的质量占比M_i通过各段区域中粉尘的质量当量T_i除以各段区域中粉尘的质量当量之和∑T_i来测定，其中，

T_i＝t_i×N_i/W，

式中，W＝粉尘的滤前总数量W＝∑N_i，

t_i＝质量当量系数，

t_i＝ρ_iV_i/ρ_jV_j；

其中，ρ_i和V_i分别是各段区域i中粉尘颗粒的密度和体积，

ρ_j和V_j分别是基准区域j[a_j，b_j]中粉尘颗粒的密度和体积；

其中，V_i＝k×r_i ^v；V_j＝k×r_j ^v；

式中，r_i和r_j分别是各段区域i中粉尘颗粒的平均粒径r_i＝(a_i+b_i)/2和基准区域j中粉尘颗粒的平均粒径r_j＝(a_j+b_j)/2；

修正因子k＝π～4/3π，修正因子v的取值范围是2或3。

在本发明的具体实施方式中，针对各段区域i和基准区域j的修正因子k相同。

在本发明的具体实施方式中，针对各段区域i和基准区域j的修正因子v相同。

在本发明的具体实施方式中，针对各段区域i和基准区域j的修正因子v＝2或v＝3。

在本发明的具体实施方式中，基准区域j落在试验粉尘的粒径分布的中部，或者落在试验粉尘粒径分布的峰值附近。

在本发明一个实施方式中，所述粉尘环境包括环境空气中颗粒物粉尘的粒径大小、粒径分布和浓度等参数。

在一个具体实施方式中，根据环境空气中颗粒物粉尘的粒径大小、粒径分布和浓度等参数，使用与环境粉尘相似的试验用人工粉尘在实验室内对空气过滤器样机进行测定。

在一个具体实施方式中，使用的试验用人工粉尘主要有二种，一种是按ISO12103-1标准生产的ISO A2精细粉尘。一种是按GB/T646-2011标准生产的氯化钾气溶胶。与后者比较前者的粒径大、粒径分布范围广和浓度大。

在本发明一个实施方式中，按照GB/T14295-2008测定各段区域i中粉尘的滤前数量N_i、滤后数量A_i，获得计数效率P_i％。

具体来说，本发明提供一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法，其具体操作步骤如下:

1、根据环境空气中颗粒物粉尘的粒径大小、分布及特点，选择与之相近的ISO A2精细粉尘或氯化钾气溶胶试验粉尘；

2、将试验粉尘按粒径的大小分为n段区域，每段区域粉尘的粒径为[a_i，b_i]；

3、按GB/T14295-2008《空气过滤器》标准用尘埃粒子计数器等测试设备测出各段粒径粉尘的滤前数量N_i、滤后数量A_i，并得出计数效率P_i％；

4、计算各分段粒径粉尘的计重效率W_i％

(1)每段区域粉尘的粒径为[a_i，b_i]，则平均粒径r_i＝(a_i+b_i)/2，其密度为ρ_i，所以i区域粉尘颗粒的平均质量M_i＝ρ_i×V_i，其中粉尘颗粒的体积通过公式V_i＝k×r_i ^v计算。

在实际测定过程中，考虑到粉尘的形态和大小各异，统一把粉尘看做立体球形或平面圆形得到的粉尘颗粒体积误差较大。因此，本发明中，发明人引入修正因子k和v进行修正。为了简化计算过程，将[a_j，b_j]区域(即，基准区域)粉尘颗粒的平均质量m_j＝ρ_j×V_j作为基准1，则[a_i，b_i]区域粉尘颗粒的平均质量当量系数t_i＝ρ_iV_i/ρ_jV_j＝ρ_ir_i ^v/ρ_jr_j ^v。根据ISOA2粉尘的体积以及数量分布，发明人发现把ISO A2粉尘当作平面圆形计算其体积更符合其实际分布，根据圆形面积计算公式S＝πR²≈V，并且因各段区域的粉尘密度相差很小(ρ_i/ρ_j≈1)，因此，本发明质量当量系数t_i＝r_i ²/r_j ²；

(2)根据[a_i，b_i]粒径区域滤前粉尘的数量N_i，得到滤前粉尘颗粒的总数量W＝∑N_i，因此[a_i，b_i]区域粉尘的数量占比为N_i/W，质量当量T_i为质量当量系数t_i与数量占比N_i/W的乘积，即T_i＝t_i×N_i/W；

(3)根据上述(2)计算得到[a_i，b_i]区域粉尘的质量当量T_i，进而得到各段区域粉尘的质量占比M_i＝T_i/∑T_i；

(4)将上述(3)所得的各级粉尘的质量占比M_i与对应测试所得的各段区域粉尘的计数过滤效率P_i％相乘，便可得到各段区域粉尘的计重过滤效率W_i％＝M_i×P_i％。

5、计算空气过滤器的计重效率W％

将各级粉尘的计重效率W_i％累加计算即得到所试空气过滤器在设计风速下的计重过滤效率W％，W％＝∑W_i％。

另一方面，本发明提供所述高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法的应用：

(1)通过测得的计重效率评估高中效和亚高效空气过滤器的设计使用寿命，由此设计符合实际使用要求的高中效和亚高效空气过滤器；

(2)评估所选高中效和亚高效空气过滤器是否适用于使用地粉尘环境。

在本发明中，所述高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法具有以下优势和/或效益：

(1)通过本发明提供的一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法，解决了高中效和亚高效空气过滤器计重效率难以准确测量、空气过滤器使用寿命无法确定等问题并解决了现有技术中无法确定何时可以更换所述空气过滤器的问题；和

(2)同时，本发明提供的高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法为空气过滤器研发技术领域的人员面对空气过滤器不同环境来设计和开发不同使用寿命的空气过滤器提供了一种可行且实用方法。

具体实施方式

定义：

在本文中，术语“高中效空气过滤器”是指：按照GB/T14295-2008《空气过滤器》标准，其计数过滤效率范围为大于70％小于95％(风速为1.5m/s时)的过滤器。

术语“亚高效空气过滤器”是指：按照GB/T14295-2008《空气过滤器》标准，其计数过滤效率范围为大于95％小于99.9％(风速为1.0m/s时)的过滤器。

术语“C3等级粗效空气过滤器”是指：按照GB/T14295-2008《空气过滤器》标准，其计重过滤效率范围为大于50％(风速为2.5m/s时)的过滤器。

术语“C4等级粗效空气过滤器”是指：按照GB/T14295-2008《空气过滤器》标准，其计重过滤效率范围为大于10％小于50％(风速为2.5m/s时)的过滤器。

实施例1

某研究单位拟设计和开发一种寿命为三个月的高中效空气过滤器，其具体使用条件和技术指标为：

(1)环境空气的粉尘浓度为150μg/m³，粉尘分布与ISO A2精细粉尘相当，要求空气过滤器净化后环境空气的粉尘浓度≤30μg/m³；

(2)空气过滤器运行风量为1900m³/h；

(3)三个月的运行时间为700h，终阻力120Pa；

(4)根据上述要求设计的空气过滤器的净尺寸为590mm*590mm*45mm，设计风速为1.5m/s。

根据本发明所述高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法，进行以下的测定，并确认所设计的高中效空气过滤器是否符合寿命为三个月的性能要求。

在本实施例中，选用的测试粉尘是ISO A2精细粉尘(生产厂家为：粉末技术有限公司(Powder Technology Inc，简称PTI)，执行标准为：ISO12103-1)。试验用过滤器净尺寸为295mm*295mm*45mm，测试风速为1.5m/s。具体的测定过程如下：

(1)利用本发明提供的计重效率测定方法计算该空气过滤器在1.5m/s风速下的计重效率

a.将ISO A2粉尘按粒径大小分为[0.3，0.5]、[0.5，1.0]、[1.0，3.0]、[3.0，5.0]、[5.0，10]、[10，30]、[30，50]、[50，80]八个区域，粒径单位为微米；

b.按GB/T14295-2008《空气过滤器》标准测出各段区域(粒径)粉尘的滤前数量N_i、滤后数量A_i，并得出计数效率P_i％，见表1；

c.根据本发明提供的高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法准确计算该空气过滤器的各段区域粒径分段粉尘的计重效率W_i％，见表1；

d.计算过滤器的计重效率W％：W％＝∑W_i％，见表1；

表1

注：这里选用[1，3]μm区域作为基准区域，该区域的粉尘颗粒的平均质量当量系数t_i作为基准1，粉尘平均粒径r_i＝2μm。

据此，[a_i，b_i]区域粉尘颗粒的平均质量当量系数t_i＝ρ_iV_i/ρ_jV_j＝ρ_ir_i ^v/ρ_j2^v。因粉尘各级区域的密度相差很小，为了简化计算过程，这里ρ_i/ρ_j≈1，且根据ISO A2尘各粒径粉尘的体积以及数量分布，发现把粉尘当作平面的圆形计算其体积更符合其实际分布，根据圆形面积计算公式S＝πR²≈V(即，修正因子v＝2)。因此，在本实施例中，平均质量当量系数t_i＝r_i ²/2²。

(2)在风速为1.5m/s下持续散发ISO A2尘，直至受试过滤器达到终阻力120Pa，停止发尘。测得受试空气过滤器的增加重量(即容尘量)为53.18g，因为拟设计的高中效空气过滤器的设计净尺寸590mm*590mm*45mm是受试过滤器尺寸295mm*295mm*45mm的4倍，所以其最大容尘量是受试过滤器集尘量53.18g的4倍，为212.72g。

(3)根据计重效率计算该空气过滤器使用三个月的集尘量为：150μg/m³÷10⁶×1900m³/h×700h×88.63％＝176.82g。

显然，本实施例中空气过滤器的容尘量大于三个月的集尘量，说明该过滤器的使用寿命大于三个月，符合设计要求。

实施例2

某公司需要设计和开发一种新型的容尘量大、风阻低、寿命长的亚高效空气过滤器，将其应用于中央空调。具体使用条件和技术指标为：

(1)环境空气的粉尘浓度为110μg/m³，环境粉尘分布与氯化钾气溶胶相当；

(2)空气过滤器净化后空气的环境粉尘浓度≤5μg/m³；

(3)空气过滤器运行风量为1750m³/h，使用寿命要求1年，年运行时间2500h，终阻力≤150Pa；

(4)根据上述要求设计空气过滤器的净尺寸为600mm*600mm*75mm，设计风速为1.35m/s。

根据本发明所述高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法，进行以下的测定，并确认所设计的亚高效空气过滤器是否符合寿命为一年的性能要求

在本实施例中，所选用的测试尘源为氯化钾气溶胶(生产厂家为：天津市永大化学试剂有限公司，执行标准为：GB/T646-2011)，试验用空气过滤器净尺寸为200mm*300mm*75mm，测试风速为1.35m/s，具体的验证过程如下：

(1)利用本发明提供的计重效率测定方法计算该空气过滤器在1.35m/s风速下的计重效率

a.将氯化钾气溶胶试验尘按粒径大小分为[0.25，0.3]、[0.3，0.5]、[0.5，1.0]、[1.0，3.0]、[3.0，5.0]、[5.0，10.0]六个区域，粒径单位为微米；

b.按GB/T14295-2008《空气过滤器》标准测出各段区域(粒径)粉尘的滤前数量N_i、滤后数量A_i，并得出计数效率P_i％，见表2；

c.根据本发明提供的高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法准确计算该空气过滤器的各段区域粉尘的计重效率W_i％，见表2；

d.计算空气过滤器的计重效率W％：W％＝∑W_i％，见表2；

表2

注：这里选用[1，3]μm区域作为基准区域，该区域的粉尘颗粒的平均质量当量系数t作为基准1，粉尘平均粒径r_i＝2μm。

据此，[a_i，b_i]区域粉尘颗粒的平均质量当量系数t_i＝ρ_iV_i/ρ_jV_j＝ρ_ir_i ^v/ρ_j2^v。因粉尘各级区域的密度相差很小，为了简化计算过程，这里ρ_i/ρ_j≈1，且根据氯化钾气溶胶各粒径粉尘的体积以及数量分布，发现把粉尘当做是三维的球形计算其体积更符合其实际分布，所以根据球形体积计算公式V＝4πR³/3(即，修正因子v＝3)。因此，在本实施例中，平均质量当量系数t_i＝r_i ³/2³。

(2)在风速为1.35m/s下持续散发氯化钾气溶胶，直至受试空气过滤器达到终阻力150Pa，停止发尘。测得受试空气过滤器的增加重量(即容尘量)为88.52g，因为拟设计的亚高效空气过滤器的净尺寸600mm*600mm*75mm是受试过滤器尺寸200mm*300mm*75mm的6倍，所以其最大容尘量是受试过滤器集尘量88.52g的6倍，为531.12g。

(3)根据计重效率计算该空气过滤器使用一年的集尘量为：110μg/m³÷10⁶×1750m³/h×2500h×98.36％＝473.36g。

显然，本实施例中空气过滤器的容尘量高于一年的集尘量，说明该过滤器的使用寿命大于一年，符合设计要求。

Claims (7)

1.一种高中效和亚高效空气过滤器计重效率的测定方法，所述方法包括：

(1)根据所述空气过滤器使用场所的环境粉尘的粒径大小、粒径分布和浓度，选择试验用粉尘；

(2)将试验粉尘按粒径大小分为n段区域，其中，各段区域的粉尘粒径为[a_i，b_i]；

(3)在所述空气过滤器设定风速下，用尘埃粒子计数器测定各段区域中粉尘的滤前数量N_i和滤后数量A_i，得出计数效率P_i％：

P_i％＝(N_i－A_i)/N_i；

(4)测定各段区域中粉尘的计重效率W_i％：

W_i％＝M_i×P_i％，

其中，M_i是各段区域中粉尘的质量占比；

(5)将各段区域中粉尘的计重效率W_i％累加，得到所述高中效和亚高效空气过滤器在设定风速下的计重效率W％＝∑W_i％；

其中，在所述各段区域中选取基准区域j，其粉尘粒径范围为[a_j，b_j]；所述各段区域中粉尘的质量占比M_i通过各段区域中粉尘的质量当量T_i除以各段区域中粉尘的质量当量之和∑T_i来测定；

其中，

T_i＝t_i×N_i/W，

上式中，

W＝粉尘的滤前总数量W＝∑N_i，

t_i＝质量当量系数，

t_i＝ρ_iV_i/ρ_jV_j；

其中，

ρ_i和V_i分别是各段区域i中粉尘颗粒的密度和体积，

ρ_j和V_j分别是基准区域j[a_j，b_j]中粉尘颗粒的密度和体积；

其中，

V_i＝k×r_i ^v；

V_j＝k×r_j ^v；

上式中，

r_i是各段区域i中粉尘颗粒的平均粒径r_i＝(a_i+b_i)/2；

r_j是基准区域j中粉尘颗粒的平均粒径r_j＝(a_j+b_j)/2；

修正因子k＝π～4/3π；和

修正因子v＝2或3。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对各段区域i和基准区域j的修正因子k相同。

3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，针对各段区域i和基准区域j的修正因子v相同。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准区域j落在环境粉尘的粒径分布的中部，或者落在环境粉尘粒径分布的峰值附近。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据环境空气中颗粒物粉尘的粒径大小、粒径分布和浓度参数，使用与环境粉尘相似的试验用粉尘在实验室内对空气过滤器样机进行测定，

其中，试验用粉尘选自按ISO 12103-1标准生产的ISO A2精细粉尘和按GB/T646-2011标准生产的氯化钾气溶胶。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照GB/T14295-2008测定各段区域i中粉尘的滤前数量N_i、滤后数量A_i，获得计数效率P_i％。

7.权利要求1-6任一项所述测定方法在以下中的应用：

(1)通过测得的计重效率评估高中效和亚高效空气过滤器的设计使用寿命，由此设计符合实际使用要求的高中效和亚高效空气过滤器；

(2)评估所选高中效和亚高效空气过滤器是否适用于使用地的粉尘环境。