馮曉宏

（中潔環(huán)境科技有限公司，西安 710061）

光熱凝聚技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化裝置中的應(yīng)用

馮曉宏

（中潔環(huán)境科技有限公司，西安 710061）

SINOCLEAN光熱凝聚技術(shù)應(yīng)用在新風(fēng)系統(tǒng)及空氣凈化裝置中是一種新的嘗試。以具體產(chǎn)品為例進行實驗，測試了SINOCLEAN凝聚技術(shù)對PM2.5凈化效率的增強效益；研究了在不同風(fēng)速時，凝聚單元所提高的效率值；通過對比SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后顆粒物的計數(shù)濃度和質(zhì)量濃度，研究了SINOCLEAN凝聚現(xiàn)象對顆粒物作用的粒徑范圍。

微顆粒物；SINOCLEAN凝聚技術(shù)；空氣凈化

1 引言

在傳統(tǒng)除塵器前增設(shè)凝聚裝置，使超細(xì)顆粒物通過化學(xué)或物理方法凝聚成較大顆粒，是現(xiàn)代除塵技術(shù)發(fā)展的趨勢[1，2]。按凝聚機理的不同，超細(xì)顆粒物的凝聚技術(shù)可分為電凝聚、聲凝聚、磁凝聚、熱凝聚、光凝聚、湍流凝聚、化學(xué)凝聚及雙荷電流體混合凝聚等，許多研究表明[3-5]，凝聚對超細(xì)顆粒物有較好的效果，因此，研究凝聚技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用，對去除空氣中PM2.5具有重要意義。

熱凝聚是由布朗運動（擴散）導(dǎo)致氣溶膠粒子互相接觸而凝聚的過程，是最常見的一種凝聚方式，研究指出[6]：當(dāng)粒子直徑dp≤1μm時，熱凝聚作用較為明顯；而光凝聚是指在光波輻射情況下超細(xì)顆粒發(fā)生的團聚現(xiàn)象，Lushnikov[7]研究了超細(xì)顆粒物在光輻射下的凝聚過程。馮曉宏提出的SINOCLEAN光熱凝聚技術(shù)[8，9]（以下簡稱“SINOCLEAN技術(shù)”），首次將光凝聚和熱凝聚效應(yīng)相結(jié)合，通過促使超細(xì)微顆粒物凝聚，被過濾系統(tǒng)更有效地攔截，從而達到提高凈化效率的目的。

本文對SINOCLEAN技術(shù)在新風(fēng)空氣凈化中的應(yīng)用進行了測試研究，分析了SINOCLEAN技術(shù)對顆粒物凈化效率的影響，為室內(nèi)空氣凈化行業(yè)提供了技術(shù)參考。

2 實驗儀器及方法

2.1 測試產(chǎn)品

選擇SINOCLEAN空氣新風(fēng)凈化裝置進行測試。該凈化裝置的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。室外機的作用是將室外新風(fēng)送入室內(nèi)機，室內(nèi)機內(nèi)部依次安裝均流板、自潔單元、SINOCLEAN凝聚單元、初效過濾器和高效過濾器。SINOCLEAN凝聚單元設(shè)置于初效過濾器的進口側(cè)，其由光源模塊和加熱模塊組成，光源模塊為紅光波段LED，加熱模塊為紅外光燈或電加熱絲。同時，該新風(fēng)系統(tǒng)及空氣凈化裝置將新風(fēng)引入室內(nèi)，避免了現(xiàn)有家用凈化器將室內(nèi)空氣自循環(huán)所帶來的臭氧、TVOC、氡、CO2等有害物不斷累積，以及氧氣量減少的問題。

2.2 實驗儀器

采用德國Grimm公司1.109便攜式氣溶膠光譜儀分別測試大氣及凈化器出口的顆粒物濃度，采用美國TSI公司8386型號智能多參數(shù)風(fēng)速儀測試凈化器不同檔位的出口風(fēng)速。

2.3 測試方法

將新風(fēng)系統(tǒng)的過濾裝置卸掉，采用兩臺氣溶膠光譜儀同時對新風(fēng)系統(tǒng)出口以及新風(fēng)系統(tǒng)室外機進口的顆粒物濃度進行測試，每種工況測試時間為5min，并取5min內(nèi)的平均值作為該種工況的實驗值。新風(fēng)系統(tǒng)進出口的測試點均為出風(fēng)口的幾何中心點。新風(fēng)系統(tǒng)出口風(fēng)速取五個測試點的平均值，測點的布置情況如圖2所示。

圖2 出風(fēng)口風(fēng)速測點位置示意

3 結(jié)果與討論

3.1 SINOCLEAN凝聚單元開關(guān)前后凈化效率的對比

中國建筑科學(xué)研究院針對SINOCLEAN空氣新風(fēng)系統(tǒng)SINOCLEAN凝聚單元效果進行了測試。測試針對凝聚單元開關(guān)前后，不同檔位（風(fēng)速）條件下，凈化PM2.5的計重效率。測試結(jié)果見下表。測試時的空氣溫度為20℃，相對濕度為42.4%。

凝聚單元開關(guān)前后，新風(fēng)系統(tǒng)對PM2.5的凈化效率對比表

由上表可知，當(dāng)開SINOCLEAN凝聚單元時，新風(fēng)系統(tǒng)對PM2.5的凈化效率得到了一定幅度的提升，提升幅度在2%～3%，而且檔位（風(fēng)速）越低，提升的效率越高，分析其原因，一方面可能是由于空氣流速越高，氣溶膠粒子受到的光輻射以及被加熱的時間越短，即氣溶膠粒子發(fā)生凝聚的時間越短，削弱了凝聚的效果；另一方面可能是由于在較大的風(fēng)速情況下，氣溶膠粒子的布朗運動或在光輻射下成核的過程受到影響的程度變大，破壞了部分氣溶膠粒子的凝聚。

同時可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開SINOCLEAN凝聚單元時，在上游測點PM2.5濃度嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，新風(fēng)系統(tǒng)檔位1與檔位3出口的PM2.5濃度低于我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[10]年均值一級標(biāo)準(zhǔn)15μg/m3，而且，檔位2時出口的PM2.5濃度也接近該標(biāo)準(zhǔn)值，由此表明，SINOCLEAN凝聚單元對PM2.5有一定的凈化增強能力。

3.2 SINOCLEAN凝聚單元對不同粒徑顆粒物凝聚效果分析

通過測試SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后，新風(fēng)系統(tǒng)檔位（風(fēng)速）為2時，進出口不同粒徑顆粒物的計數(shù)濃度，以及PM10、PM2.5和PM1.0的計重濃度，通過計算各粒徑顆粒物的減少率，分析SINOCLEAN凝聚單元對不同粒徑顆粒物的凝聚效果。測試時，空氣溫度為21℃，相對濕度為45.8%。

圖3給出了對SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后，不同粒徑顆粒物計數(shù)濃度的減少率情況。

由圖3可知，關(guān)閉SINOCLEAN凝聚單元時，粒徑在0.25～0.7μm范圍內(nèi)的顆粒物基本保持不變，而粒徑在0.7～12.5μm范圍內(nèi)的顆粒物，其減少率基本呈波動上升趨勢，分析其原因是由于較大顆粒的慣性作用，再加上新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部有彎道和較多的元部件，空氣流經(jīng)其內(nèi)部時，較大的顆粒物由于慣性作用，脫離氣流，從而被阻留在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)壁或元部件上，造成其濃度的減少。

圖3 凝聚單元開、關(guān)前后不同粒徑顆粒物計數(shù)濃度減少率對比

開啟SINOCLEAN凝聚單元時，粒徑在0.25～0.45μm范圍內(nèi)的顆粒物基本保持不變，粒徑在0.45～1.0μm范圍內(nèi)的顆粒物，其減少率逐步變大而后變小，減少率的峰值出現(xiàn)在0.65～0.8μm粒徑范圍內(nèi)，而粒徑在1.0～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物的減少率為負(fù)增長趨勢，也即經(jīng)過凝聚單元后，該粒徑范圍內(nèi)的顆粒物數(shù)量濃度增大，其中，粒徑在6.5～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物增加的最多。由此說明，經(jīng)過SINOCLEAN凝聚器后，0.5～1.0μm范圍內(nèi)顆粒物發(fā)生較為明顯的凝聚現(xiàn)象，造成1.0～8.5μm范圍內(nèi)顆粒物數(shù)量濃度的明顯增多。此外，粒徑在8.5～12.5μm范圍內(nèi)的顆粒物的減少率突然變?yōu)檎?，這同樣是因為較大顆粒物的慣性較大，脫離氣流而留在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部的緣故。

3.3 SINOCLEAN凝聚單元開、關(guān)前后顆粒物質(zhì)量濃度的變化

SINOCLEAN凝聚單元開關(guān)前后，PM10、PM2.5和PM1.0的質(zhì)量濃度變化情況如圖4所示。

圖4顯示，凝聚單元啟用前，大顆粒物由于慣性碰撞等原因，會在新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部壁面得到一定的捕集，凝聚單元出口的大顆粒物濃度有較明顯的降低；當(dāng)凝聚單元開啟后，PM2.5的作用顆粒物濃度明顯增多，而隨著顆粒物粒徑的減小，顆粒物濃度減小的程度在增大，說明凝聚現(xiàn)象對小顆粒物更為顯著，而且粒徑越小，凝聚現(xiàn)象就越明顯。

圖4 凝聚單元開關(guān)前后顆粒物質(zhì)量濃度減少率對比

4 結(jié)論

（1）SINOCLEAN凝聚單元能夠提高對PM2.5的凈化效率，并且風(fēng)速越低，效果越好。

（2）光源模塊為LED紅燈光源的SINOCLEAN凝聚單元的作用粒徑范圍是0.45～1.0μm，對0.65～0.8μm粒徑范圍內(nèi)的顆粒物凝聚效果最好，其中，粒徑在6.5～8.5μm范圍內(nèi)的顆粒物增加最多。

（3）凝聚只對粒徑較小的顆粒物起作用，而且在一定粒徑范圍內(nèi)，粒徑越小，凝聚現(xiàn)象越明顯。

[1] 酈建國，劉含笑，郭峰，等. PM2.5凝聚技術(shù)研究進展及工程應(yīng)用[C].貴陽：第十五屆中國科協(xié)年會第9分會場：火電廠煙氣凈化與節(jié)能技術(shù)研討會論文集，2013：1-6.

[2] 徐小峰，酈建國，郭峰. 可吸入顆粒物脫除技術(shù)及應(yīng)用前景[C].青島：第13屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2009.

[3] 張光學(xué)，劉建忠，周俊虎，岑可法.燃煤飛灰低頻下聲波團聚的實驗研究[J].化工學(xué)報，2009，60（4）：1001-1006.

[4] 柯小民，張麗麗，王彥斌.凝聚器在提高電除塵效率上的試驗研究[J].電力科技與環(huán)保，2010，26（5）：21-22.

[5] 柯小民，張麗麗.有效減少PM2.5排放的凝聚型靜電除塵技術(shù)的試驗研究[C].重慶：第14屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2011：69-72.

[6] 許世森.細(xì)微塵粒的預(yù)團聚對旋風(fēng)分離器高溫除塵性能影響的實驗研究[J].動力工程， 1999，19（4）：309-314.

[7] Lushnlkov A A．Laecr Induced Aerosols[J].Journal of Aerosol Science，l996， 133：377-378.

[8] 馮曉宏.一種顆粒凝聚處理裝置及其處理方法：中國，201310660638. 3[P].2013-12-10.

[9] 馮曉宏.一種顆粒凝聚處理裝置：中國，201320798548.6 [P].2013-12-09.

[10] GB3095-2012，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].2012.

Application of Light & Heat Agglomerating Technology in Purifying Device of Fresh Wind Air

FENG Xiao-hong

X701

A

1006-5377（2015）03-0032-03