CN113758853B - 一种准确测算过滤器性能及寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种准确测算过滤器性能及寿命的方法，包括如下步骤：统计在规定时间内的运行风量；选择需要设置过滤器的地区，并测得该地区的实时环境空气质量数据；根据实时空气质量数据测算出该地区空气的初始粉尘浓度；收集该地区的历史环境空气质量数据，并模拟一组该地区的粉尘粒径的曲线，进而得出不同粒径的粉尘占比率；基于得出的粉尘占比率，并统计各段过滤器效率等级及种类，在自然风经过过滤器进行粉尘过滤后测算过滤后下游粉尘浓度，并重新模拟过滤后的粉尘粒径曲线，然后测算得出理论过滤效率；基于得出的过滤效率，确定过滤器的容尘量；基于得出的过滤器容尘量，预测过滤器的寿命。本发明能准确测算过滤器组合的过滤效率和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及预测使用于空调箱等通风系统内的空气过滤器性能技术领域，尤其涉及一种准确测算过滤器性能及寿命的方法。
背景技术
空气过滤器是通过多孔过滤材料的作用从气固两相流中捕集粉尘，并使气体得以净化的设备。它把含尘量低的空气净化处理后送入室内，以保证洁净房间的工艺要求和一般空调房间内的空气洁净度。
过滤器在使用时，通常需要计算过滤器的性能，以便在使用过程中及时更换过滤器，保证洁净室的正常工作，也避免由于过滤器尚未达到最大容尘量而提前替换导致的资源浪费。
但是目前过滤器计算性能的方式存在如下缺陷：
1、由于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。空气过滤器容尘量通常按照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。但是通过试验数据结合经验值推算得出各性能指标的方式，准确性不高。
2、不能准确推算一组由2片或以上的过滤器组合而成的过滤器组合性能。
另外，过滤器组合使用性能因地方差异而异，现有技术的计算性能的方式，不能准确推算过滤器组合在某个地区的性能及使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种准确测算过滤器性能及寿命的方法，包括如下步骤：
S1：统计出在设定时间内的运行风量；
S2：选择需要设置过滤器的地区，并测得该地区的实时环境空气质量数据；
S3：根据S2步骤中实时空气质量数据、以及S1步骤中得到的设定时间和统计出的在设定时间内的运行风量，测算出该地区空气的初始粉尘浓度；
S4：收集该地区的历史环境空气质量数据，并模拟一组该地区的基础的粉尘粒径的曲线，进而得出不同粒径的粉尘占比率；
S5：基于得出的粉尘占比率及初始粉尘浓度，并统计各段过滤器效率等级及种类，在自然风经过过滤器进行粉尘过滤后测算过滤后下游粉尘浓度，并重新模拟过滤后的粉尘粒径曲线，然后测算得出理论过滤效率；
S6：基于S5步骤中得出的过滤效率，确定过滤器的容尘量；
S7：基于S6步骤中得出的过滤器容尘量，预测过滤器的寿命。
优选地，在S3步骤中，初始粉尘浓度的计算公式为：Ci＝Q×t×Cr；其中Ci＝初始粉尘浓度，Q＝风量，t＝规定的运行时长，Cr＝实时环境空气质量数据。
优选地，在S5步骤中，过滤效率的计算公式为：Cf＝Ci×Ef,i；其中，Cf＝下游粉尘浓度，Ci＝初始粉尘浓度，Ef＝过滤效率，i＝粒径段。
优选地，过滤器分为至少三段，Ef为每段过滤器的效率，Cf为每段过滤器下游粉尘浓度，前一段过滤器的下游粉尘浓度作为后一段过滤器的上游粉尘浓度重新参与计算，直至算出最后一段过滤器的下游粉尘浓度。
优选地，根据最终的下游粉尘浓度与最开始的空气的初始粉尘浓度计算得出理论过滤效率；具体计算公式为：理论过滤效率＝(Ci-Cf)/Ci。
优选地，在S6步骤中，过滤器容尘量的计算公式为：DHCf＝Ci×EA,i；其中，DHCf＝过滤器容尘量，Ci＝初始粉尘浓度，EA,i＝过滤器计重效率。
优选地，所述实时环境空气质量数据根据过滤器设置的地区的变化而变化。
优选地，提取多个在预定历史时间内的该地区的实时环境空气质量数据，并对每个季节、气候的数据进行数据处理，以生成季节特征数据样本，从而确定该地区相应的季节性粉尘粒径曲线，进而能测算出当季的过滤器寿命。
优选地，所述准确测算过滤器性能及寿命的方法还包括过过滤器功耗的评估，具体是根据过滤器配置、过滤器段数以及风机的功率，预测过滤器组合的功耗，并最终给出降低功耗的过滤器组合配置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：能够结合不同地区的实时环境空气质量数据，准确测算过滤器组合的粉尘过滤效率；且能通过粉尘过滤效率快速计算过滤器组合的寿命，提高工作效率，避免过滤器资源浪费，也避免由于过滤器失效而导致工作环境被污染；另外，根据地区粉尘粒径曲线，并分析不同过滤器组合的性能，能选出最佳过滤器组合；能按不同季节的环境空气质量数据测算在当季最合适的过滤器组合。
附图说明
图1为本发明的一种准确测算过滤器性能及寿命的方法的整体流程示意图。
图2为一种准确测算过滤器性能及寿命的方法的模拟的粉尘粒径曲线示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请结合参照图1和图2，本发明提供了一种准确测算过滤器性能及寿命的方法，包括如下步骤：
S1：统计出在设定时间内的运行风量；过滤器的入口处设置监测模块，实时监测过滤器入口处的运行风量，并统计在设定时间内的运行风量，此时即能得到设定的时间这一确定数值，也能测得在设定的时间内的风量的确定数值；
S2：选择需要设置过滤器的地区，并测得该地区的实时环境空气质量数据；本发明所指的实时环境空气质量数据指的是颗粒物PM2.5/PM10的浓度；在具体实施时使用空气质量探测器能够直接探测得到实时环境空气质量数据；
S3：根据S2步骤中实时空气质量数据、以及S1步骤中得到的设定时间和统计出的在设定时间内的运行风量，测算出该地区空气的初始粉尘浓度；
S4：收集该地区的历史环境空气质量数据，并根据空气质量探测器弹出的各种粒径段的粉尘的含量并输入计算机，计算机直接模拟一组该地区的基础的粉尘粒径的曲线，进而得出不同粒径的粉尘占比率；所谓粉尘粒径占比率即为各个粒径段的粉尘的含量占总粉尘含量的比例，模拟粉尘粒径曲线及粉尘占比率，能够准确分析出该地区的各粒径的粉尘的占比，从而合理规划过滤器组合，保证过滤器过滤效果及使用寿命，避免过滤器组合内设置无用配置(即起不到过滤效果的过滤段)。
S5：基于得出的粉尘占比率及初始粉尘浓度，并统计各段过滤器效率等级及种类，在自然风经过过滤器进行粉尘过滤后测算过滤后下游粉尘浓度，并重新模拟过滤后的粉尘粒径曲线，然后测算得出理论过滤效率；此处，由于各段过滤器的种类及效率等级已知，对应各段过滤器的理论效率即为过滤器出厂时标注的实验数据，为已知数据；因此在初始粉尘浓度已知的情况下，即可计算经过过滤器过滤后的下游粉尘浓度；
S6：基于S5步骤中得出的过滤效率，确定过滤器的容尘量；
S7：基于S6步骤中得出的过滤器容尘量，预测过滤器的寿命。
在一实施例中，监测模块电性连接有计算机单元，计算机单元内搭载有评估模型，通过将监测即统计的数据输入到评估模型内实现数据的快速统计和计算。
本发明通过获得相应地区的实时环境空气质量数据，并结合过滤器效率等级及种类等信息，即能简单快速准确的测算出过滤器组合的粉尘过滤效率；并通过计算过滤器组合的容尘量快速计算出过滤器组合的寿命，简单高效。
本发明，根据选择安装的地区不同，实时环境空气质量数据不同，因此同一过滤器组合的过滤效率也会不同，因此，能够根据不同地区的实时环境空气质量数据来灵活判断过滤器组合在该地区的过滤效率以及过滤寿命。
优选地，在S3步骤中，初始粉尘浓度的计算公式为：Ci＝Q×t×Cr；其中Ci＝初始粉尘浓度，Q＝风量，t＝规定的运行时长，Cr＝实时环境空气质量数据。在本公式中，Q、t以及Cr均为已知数据或通过工具能够直接测得的已知量，因此，能够直接推算出相应地区的初始粉尘浓度。
优选地，在S5步骤中，过滤效率的计算公式为：Cf＝Ci×Ef,i；其中，Cf＝下游粉尘浓度，Ci＝初始粉尘浓度，Ef＝过滤效率，i＝粒径段。此处的过滤器效率采用过滤器出厂时标注的过滤效率(实验数据)，如此再结合已经测算出的初始粉尘浓度，即可轻松测算出下游粉尘浓度。
优选地，过滤器分为至少三段，Ef为每段过滤器的效率，Cf为每段过滤器下游粉尘浓度，前一段过滤器的下游粉尘浓度作为后一段过滤器的上游粉尘浓度重新参与计算，直至算出最后一段过滤器的下游粉尘浓度。每段过滤器单独计算，能够保证计算数据更加准确。
优选地，根据最终的下游粉尘浓度与最开始的空气的初始粉尘浓度计算得出理论过滤效率；具体计算公式为：理论过滤效率＝(Ci-Cf)/Ci。
另外，根据粉尘粒径曲线和粉尘占比率的信息，以及根据每段过滤器对相应粒径段的粉尘的过滤效率(实验数据)，能够直接测算出相应粒径段经过过滤器过滤后的下游粉尘浓度，通过几段过滤器过滤后，得到该粒径段的粉尘的下游粉尘浓度，从而也能测算得出过滤器组合对该粒径段的过滤效率。
优选地，在S6步骤中，过滤器容尘量的计算公式为：DHCf＝Ci×EA,i；其中，DHCf＝过滤器容尘量，Ci＝初始粉尘浓度，EA,i＝过滤器计重效率。依据该公式，以及之前计算得出的过滤效率，能够直接确定过滤器组合所能承载的粉尘量。
过滤器在该地区的容尘量除以过滤器本身在出厂时会有实验容尘量，得到的倍数，再乘以过滤器组合的试验寿命，即可得到过滤器在该地区使用时的过滤寿命。由于过滤器的实验容尘量是在试验环境下得到的，和实际环境有差异，因此借用实际环境下的容尘量与试验容尘量的比值来调整过滤器的寿命值，得到更准确的过滤器寿命。
优选地，所述实时环境空气质量数据根据过滤器设置的地区的变化而变化。由于不同地区的实时环境空气质量数据不同，其粉尘初始浓度就不同，从而导致过滤器的过滤效率以及过滤器的寿命均有不同，因此，采用根据不同地区的实时环境空气质量数据，对应测算出相应的过滤效率和过滤寿命，如此能够更准确的评估过滤器的功能和寿命，便于及时更换过滤器，保证过滤效果。
优选地，提取多个在预定历史时间内的该地区的实时环境空气质量数据，并对每个季节、气候的数据进行数据处理，以生成季节特征数据样本，从而能确定该地区相应的季节性粉尘粒径曲线，进而能测算出当季的过滤器寿命。
优选地，所述一种准确测算过滤器性能及寿命的方法还包括处理器功耗的评估，具体是根据过滤器配置、过滤器段数以及风机的功率，预测过滤器组合的功耗，并最终给出降低功耗的过滤器组合配置。过滤器功耗主要是参考过滤器的阻力，不同型号的过滤器对应具有不同的理论阻力(出厂时的试验数据)，进而利用阻力来评估过滤器组合的功耗，阻力大则功耗大，阻力小则功耗小。在过滤器这组合满足过滤要求的前提下，通过计算出最低阻力的配置，可以建议该地区用户使用该最低阻力的配置，进而降低过滤器组合的功耗，降低了通过反复试验及计算的时间。
以空气过滤器安装在南京市江宁区郊区为例，具体实施如下：
参照表1，首先采集初始该地区实施环境空气质量数据、测量运行风量、运行时间：
表1：江苏省南京市江宁区郊区的空气质量数据及设备运行风量和时间信息
再统计过滤器信息，具体参照表2、表3、表4和表5：
表2：过滤器信息
| 过滤器段数 | 3 | 段 |
| 行数 | 4 | /段 |
| 排数 | 4 | /段 |
| 过滤器数量 | 16 | /段 |
表3：第一段过滤器的基本信息
表4：第二段过滤器的基本信息
表5：第三段过滤器基本信息
通过获得以上信息后，通过上述评估方法测算得到过滤器的各项性能，最终推算过滤器的寿命、从而确定更换频次，然后通过参照过滤器组合的阻力值，在满足组过滤条件下进行阻力值核算，能够算出最小阻力的过滤器组合，从而给出降低功耗的过滤器组合配置，具体参照表6。
表6：过滤器性能
由上所述，本发明的一种准确测算过滤器性能及寿命的方法，能够结合不同地区的实时环境空气质量数据，准确测算过滤器组合的粉尘过滤效率；且能通过粉尘过滤效率快速计算过滤器组合的寿命，提高工作效率，避免过滤器资源浪费，也避免由于过滤器失效而导致工作环境被污染；另外，根据地区粉尘粒径曲线，并分析不同过滤器组合的性能，能选出最佳过滤器组合；能按不同季节的环境空气质量数据测算在当季最合适的过滤器组合。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：统计出在设定时间内的运行风量；
S2：选择需要设置过滤器的地区，并测得该地区的实时环境空气质量数据；
S3：根据S2步骤中实时空气质量数据、以及S1步骤中得到的设定时间和统计出的在设定时间内的运行风量，测算出该地区空气的初始粉尘浓度；
S4：收集该地区的历史环境空气质量数据，并模拟一组该地区的基础的粉尘粒径的曲线，进而得出不同粒径的粉尘占比率；
S5：基于得出的粉尘占比率及初始粉尘浓度，并统计各段过滤器效率等级及种类，在自然风经过过滤器进行粉尘过滤后测算过滤后下游粉尘浓度，并重新模拟过滤后的粉尘粒径曲线，然后测算得出理论过滤效率；
S6：基于S5步骤中得出的理论过滤效率，确定过滤器的容尘量；
S7：基于S6步骤中得出的过滤器的容尘量，预测过滤器的寿命。
2.如权利要求1所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：在S3步骤中，初始粉尘浓度的计算公式为：Ci＝Q×t×Cr；其中Ci＝初始粉尘浓度，Q＝运行风量，t＝设定时间，Cr＝实时环境空气质量数据。
3.如权利要求1所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：在S5步骤中，过滤效率的计算公式为：Cf＝Ci×Ef,i；其中，Cf＝下游粉尘浓度，Ci＝初始粉尘浓度，Ef＝过滤效率，i＝粒径段。
4.如权利要求3所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：过滤器分为至少三段，Ef为每段过滤器的效率，Cf为每段过滤器下游粉尘浓度，前一段过滤器的下游粉尘浓度作为后一段过滤器的上游粉尘浓度重新参与计算，直至算出最后一段过滤器的下游粉尘浓度。
5.如权利要求4所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：根据最终的下游粉尘浓度与最开始的空气的初始粉尘浓度计算得出理论过滤效率；具体计算公式为：理论过滤效率＝(Ci-Cf)/Ci。
6.如权利要求1所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：在S6步骤中，过滤器容尘量的计算公式为：DHCf＝Ci×EA,i；其中，DHCf＝过滤器容尘量，Ci＝初始粉尘浓度，EA,i＝过滤器计重效率。
7.如权利要求1所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：所述实时环境空气质量数据根据过滤器设置的地区的变化而变化。
8.如权利要求7所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：提取多个在预定历史时间内的该地区的实时环境空气质量数据，并对每个季节、气候的数据进行数据处理，以生成季节特征数据样本，从而确定该地区相应的季节性粉尘粒径曲线，进而能测算出当季的过滤器寿命。
9.如权利要求1所述的准确测算过滤器性能及寿命的方法，其特征在于：所述准确测算过滤器性能及寿命的方法还包括过滤器功耗的评估，具体是根据过滤器配置、过滤器段数以及风机的功率，预测过滤器组合的功耗，并最终给出降低功耗的过滤器组合配置。
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Non-Patent Citations (1)
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