CN107389526A - 一种空气过滤装置效率测评方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种空气过滤装置效率测评方法，具体指一种对空气过滤器/滤材/相关过滤装置的空气过滤性能在不同粒径范围计数效率的测评方法，涉及空气过滤性能测评技术领域。本方法采用空气过滤测试平台测量过滤器或过滤装置样品的大尺度颗粒物粒径段的多通道计数浓度，基于人工尘呈单模态颗粒物对数正态分布特征模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径的数浓度谱分布，通过曲线拟合，根据函数解析，然后测评过滤器或过滤装置在全粒径段的计数效率概率密度，通过对计数效率概率密度模型积分测评过滤器或过滤装置样品在任意粒径段范围的计数效率和得到一次过滤效率性能曲线，从而全面分析过滤器的过滤性能水平。
Description
技术领域
本发明涉及空气过滤装置性能测评技术领域，具体指一种对空气过滤器/滤材/相关过滤装置的空气过滤性能在不同粒径范围计数效率的测评方法。
背景技术
细颗粒物污染是当前室内、室外环境健康的重要威胁。对建筑室内，使用空气过滤净化设备可有效降低室内颗粒物浓度，提高室内空气质量。目前对室内空气过滤器及相关部品的过滤性能评测，由于测量仪器发展水平的限制，一般仅能对0.3μm以上粒径段的颗粒物浓度的测量，对更细微颗粒物的过滤性能效果没有测评手段。如所周知 “一次通过效率测评方法”（即对空气过滤器通用的测评方法），其根据是GB14295-2008《空气过滤器》标准的测试方法，该方法仅用于测试 ≥0.5μm及以上粒径级别的一次通过计数/计重效率。由此可见，现有的空气过滤装置性能测评技术，只能比较不同空气过滤器在人工尘条件下的过滤性能，无法满足实际环境空气条件下过滤装置性能测评要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种空气过滤装置效率测评方法，利用一般空气过滤器性能测试平台，解决空气过滤全粒径范围（0.01μm~10μm）的测评方法。
本发明基于人工尘颗粒满足对数正态分布的基本特征，利用曲线拟合技术，使用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品的过滤效率曲线，从而测评空气过滤部品的全粒径范围的过滤性能水平。并可根据实际环境空气粒径分布条件，通过计数效率密度曲线积分，得出实际运行工况下对不同粒径段的计数效率，计重效率（包括PM2.5计重效率）。
所述颗粒物过滤净化测试平台，包括送风段、过滤段、热湿处理段、喷嘴段、发尘段、过滤样品测试段、出风过滤段等，进行测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径段（0.3μm~10μm）的数浓度谱分布，而后利用曲线拟合技术，按对数正态分布曲线。
所述人工尘呈单模态颗粒物对数正态分布特征模型，采用空气过滤测试平台，测量过滤器或过滤装置样品的大尺度颗粒物粒径段(≥0.3μm）多通道计数浓度（6个粒径段及以上），应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径段（0.01μm~10μm）的数浓度谱分布，然后测评过滤器或过滤装置在全粒径段的计数效率概率密度，通过对计数效率概率密度模型积分测评过滤器或过滤装置样品在任意粒径段范围的计数效率。
其中，所述大尺度颗粒物粒径段：≥0.3μm；
所述全粒径段：0.01μm~10μm；
所述任意粒径段：0.01~10μm之间的某个粒径段；
其包括以下步骤：
A.在空气过滤测试平台安装测试空气过滤器或过滤装置样品, 使用粒子计数器，含6个粒径段通道及以上，测量样品测试段前、后的分级计数浓度；
B.根据单模态对数正态分布曲线特征模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径段的数浓度谱分布，拟合公式如下：
式中，D p 为颗粒物迁移粒径； p 为单模态的峰值粒径；不同模态下对数正态分布的分散度，或称几何标准差(GSD)；N是模态粒径下的数浓度分布密度；
C.通过曲线拟合，确定样品测试段上、下游的对数正态分布函数和，即确定上、下游两个函数的特征参数模态峰值粒径 p 、分散度和模态粒径下的数浓度N；
D.根据函数解析的测试段上、下游模型曲线模态参数，得出过滤数浓度分布曲线；
E.对过滤效率数浓度分布函数曲线在任意粒径段积分，用积分该粒径段的计数浓度N 1 和N 2 ，测评过滤器或过滤装置样品测评粒径段的计数效率η=（1- N 2 / N 1 )×100%。
如上所述，本发明通过使用该拟合粒径分布曲线函数等，不仅可以得到任意粒径段的过滤效率，也可以得到一次过滤效率性能曲线，从而为全面分析过滤器的过滤性能水平，提供坚实的技术物质基础。
附图说明
图1为通过实验测试滤品上游、下游0.3μm~10μm粒径散点图；
图2为利用曲线拟合滤品上游、下游1nm~10μm粒径曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述
本发明一种空气过滤装置效率测评方法，采用空气过滤测试平台测量过滤器或过滤装置样品的大尺度颗粒物粒径段的多通道计数浓度，基于人工尘呈单模态颗粒物对数正态分布特征模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径的数浓度谱分布，通过曲线拟合，根据函数解析，然后测评过滤器或过滤装置在全粒径段的计数效率概率密度，通过对计数效率概率密度模型积分测评过滤器或过滤装置样品在任意粒径段范围的计数效率。
其中，所述空气颗粒物过滤净化测试平台，包括送风段、过滤段、热湿处理段、喷嘴段、发尘段、过滤样品测试段、出风过滤段等。
所述大尺度颗粒物粒径段：≥0.3μm；
所述全粒径段：0.01μm~10μm；
所述任意粒径段：0.01~10μm之间的某个粒径段；
本发明所述方法包括以下步骤：
（1）在空气过滤测试平台测试安装空气过滤器或过滤装置样品, 使用粒子计数器（含6个粒径段通道及以上），测量样品测试段前、后的分级计数浓度（如附图1所示）；
（2）根据单模态对数正态分布曲线模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径段（0.01μm~10μm）的数浓度谱分布，拟合公式如下：
式中，D p 为颗粒物迁移粒径； p 为单模态的峰值粒径；不同模态下对数正态分布的分散度，或称几何标准差(GSD)；N是模态粒径下的数浓度分布密度。
（3）通过曲线拟合，确定样品测试段上、下游的对数正态分布函数和，即确定上、下游两个函数的特征参数模态峰值粒径 p 、分散度和模态粒径下的数浓度N；
（4）根据函数解析的测试段上、下游模型曲线模态参数，得出过滤数浓度分布曲线；
（5）对过滤效率数浓度分布函数曲线在任意粒径段积分（0.01~01μm粒径范围），用积分该粒径段的计数浓度N 1 和N 2 ，测评过滤器或过滤装置样品测评粒径段的计数效率η=（1- N 2 / N 1 )×100%。
回归上游发尘浓度函数曲线，和过滤样品下游函数曲线，通过计算过滤器或过滤装置在全粒径段的计数效率概率密度，通过对计数效率概率密度模型积分测评过滤器或过滤装置样品在任意粒径段范围的计数效率。
实施例，为得到过滤样品在任意粒径段，取Dp=0.1μm~2.5μm的一次过滤效率，根据拟合的上游、下游数浓度分布曲线，分别在100nm~2.5μm粒径范围取积分浓度N 1 ，和N 2 ，则在该粒径段的过滤效率为η=（1- N 2 / N 1 )×100%。
实现曲线拟合过滤样品上游、下游在15nm~10μm全粒径段的数浓度分布图，（如附图2所示）。
进一步，所述步骤（2）根据单模态对数正态分布曲线特征模型，包括适用于对空气过滤器及相关装置测评全粒径范围,或部分粒径段范围的一次通过效率测评方法。
所述一次通过效率为计数效率，包括适用于粒子面积、粒子体积、粒子质量等函数拓展的计面积效率、计体积效率、计重效率。
其中，一次通过效率，一般指一次通过计数效率，表示在测试平台上受试过滤器的上游发尘浓度N1、下游浓度N2，该计数效率计算为（1-N2/N1)*100%. 在使用过程中，有些场合可能会用到粒子面积效率、体积效率、计重效率，即粒子浓度相应乘以粒子表面积、粒子体积、以及粒子重量，以此表现一次通过效率的表示方法。
综上所述，一种空气过滤装置效率测评方法，采用空气过滤测试平台测量过滤器或过滤装置样品的大尺度颗粒物粒径段的多通道计数浓度，基于人工尘呈单模态颗粒物对数正态分布特征模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径的数浓度谱分布，通过曲线拟合，根据函数解析，然后测评过滤器或过滤装置在全粒径段的计数效率概率密度，通过对计数效率概率密度模型积分测评过滤器或过滤装置样品在任意粒径段范围的计数效率。不仅可以得到任意粒径段的过滤效率，也可以得到一次过滤效率性能曲线，从而为全面分析过滤器的过滤性能水平，提供坚实的技术物质基础。
Claims (3)
1.一种空气过滤装置效率测评方法，其特征在于，采用空气过滤测试平台测量过滤器或过滤装置样品的大尺度颗粒物粒径段的多通道计数浓度，基于人工尘呈单模态颗粒物对数正态分布特征模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径的数浓度谱分布，通过曲线拟合，根据函数解析，然后测评过滤器或过滤装置在全粒径段的计数效率概率密度，通过对计数效率概率密度模型积分测评过滤器或过滤装置样品在任意粒径段范围的计数效率：
其中，所述大尺度颗粒物粒径段：≥0.3μm；
所述全粒径段：0.01μm~10μm；
所述任意粒径段：0.01~10μm之间的某个粒径段；
其由以下步骤：
A.在空气过滤测试平台安装测试空气过滤器或过滤装置样品, 使用粒子计数器，含6个粒径段通道及以上，测量样品测试段前、后的分级计数浓度；
B.根据单模态对数正态分布曲线特征模型，应用最小二乘法拟合过滤器或过滤装置样品测试段前、后过滤器或过滤装置全粒径段的数浓度谱分布，拟合公式如下：
式中，D p 为颗粒物迁移粒径； p 为单模态的峰值粒径；
所述D p 为颗粒物迁移粒径, 为函数中的自变量，对应函数的横坐标x；
所述 p 为函数中一个固定值，对应对数正态分布纵坐标y的最大值ymax下的x值；
其中，不同模态下对数正态分布的分散度，或称几何标准差(GSD)；N是模态粒径下的数浓度分布密度；
C.通过曲线拟合，确定样品测试段上、下游的对数正态分布函数和，即确定上、下游两个函数的特征参数模态峰值粒径 p 、分散度和模态粒径下的数浓度N；
D.根据函数解析的测试段上、下游模型曲线模态参数，得出过滤数浓度分布曲线；
E.对过滤效率数浓度分布函数曲线在任意粒径段积分，用积分该粒径段的计数浓度N 1 和N 2 ，测评过滤器或过滤装置样品测评粒径段的计数效率η=（1- N 2 / N 1 )×100%。
2.如权利要求1所述的一种空气过滤装置效率测评方法，其特征在于，所述步骤B.根据单模态对数正态分布曲线特征模型，包括适用于对空气过滤器及相关装置测评全粒径范围,或部分粒径段范围的一次通过效率测评方法。
3.如权利要求2所述的一种空气过滤装置效率测评方法，其特征在于，所述一次通过效率为计数效率，包括适用于粒子面积、粒子体积、粒子质量等函数拓展的计面积效率、计体积效率、计重效率。
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