張紅麗 樊越勝 張鑫 王歡

西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院

0 引言

粗效過濾器大量使用在家用空調(diào)系統(tǒng)和家用新風(fēng)中。近年來國內(nèi)外學(xué)者著重于對空氣過濾器的機(jī)理以及應(yīng)用場合研究[1-4]，但對粗效過濾材料的效率界定以及同級過濾材料的研究仍顯不足。本文針對這一問題，分別對G3、G 4級別濾料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)分別選用了4種G3、G4級別粗效過濾材料，具體參數(shù)如表1所示。

表1 濾料參數(shù)

1.2 試驗(yàn)儀器

1）顆粒物采用德國 GRIMM1.109 便攜式氣溶膠粒徑譜儀。測量范圍：0.1～100.000 μg/m3。計(jì)數(shù)范圍：2000000 P/L。在0.25～32μm 間分為31個粒徑通道。

2）過濾阻力采用 HD2114P.0 壓差計(jì)。測量精度（皮托管）風(fēng)速：讀數(shù)的2%+0.1 m/s。差壓：0.4%FS。

3）采 用HD37AB1347 對管道內(nèi)速度進(jìn)行測量，精度：± 3 %。

1.3 試驗(yàn)臺

依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇罱ㄔ囼?yàn)臺[5-6]，并進(jìn)行布點(diǎn)測試[7]，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺

1.4 效率公式

實(shí)驗(yàn)中設(shè)定濾速范圍為0.8～1.2 m/s[6]。

式中：C1為過濾前空氣中顆粒物的質(zhì)量濃度，μ g/m3；C2為過濾后空氣中顆粒物的質(zhì)量濃度，μg/m3。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

測試粉塵直接采用室外大氣塵，以接近實(shí)際運(yùn)行工況。

2.1 G3濾料的綜合比較

1）G3濾料對PM10的過濾效果

如圖2所示，隨著濾速的增加，濾料效率越來越高，說明粗效過濾器對大顆粒物的捕集主要是慣性效應(yīng)和攔截效應(yīng)。樣品1對PM10的過濾效率在15.4%～31.2%之間，樣品 2 對PM10的過濾效率在17.5%～27.4%之間，當(dāng)濾速為1.2m/s 時(shí)，樣品1和樣品 2 的過濾效率達(dá)到最高，樣品1對大顆粒物污染物具有相對較好地過濾效果，但整體上效果均不理想。

圖2 G3濾料的PM10過濾效率

2）G3濾料的過濾阻力

從圖3中可以看出G3濾料的阻力與速度呈現(xiàn)遞增趨勢。當(dāng)濾速為0.8～1.2 m/s 時(shí)，樣品 1 的阻力在33.5～69 Pa之間，樣品 2的阻力在19.5～39.5 Pa 之間。當(dāng)濾速達(dá)到1.2 m/s時(shí)，樣品 1和樣品2的阻力都達(dá)到最大，分別為69 Pa和39.5 Pa。

圖3 G3濾料的過濾阻力

由上分析可以看出，綜 合過濾效率和阻力差值來看，樣 品 1對PM10過濾相對效果好。原因是樣品1的纖維直徑僅為樣品2 的2/3，且樣品 1的孔隙率小于 2號樣品，使其結(jié)構(gòu)更加致密，大大提高了濾料對粉塵的過濾作用。但同時(shí)樣品1的阻力也比樣品2大，除了纖維直徑和孔隙率的關(guān)系，樣品 1的厚度遠(yuǎn)大于樣品2，這也是阻力較大的原因之一。

2.2 G4濾料的綜合比較

1）G4濾料對PM10的過濾效果

為了驗(yàn)證不同級別粗效濾料在1.2 m/s 時(shí)過濾效果是否最好以及濾料規(guī)范建議濾速范圍（0.8～1.2 m/s），本 文又選取了G4級別的2種濾料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

從圖4可以看出隨著濾速的增加，濾料的效率先增加后降低。在0.8～1.2m/s之間，G 4的2種濾料與同濾速范圍下G3濾料測試結(jié)果趨勢相一致，樣品3對PM10的過濾效率在24.5%～33.5%之間，樣品4對PM10的過濾效率在20.5%～24.1%之間，兩者相比，樣品3的效果較明顯，比樣品4 提高0.4%～13%。在1.2 m/s 時(shí)兩種濾材分別達(dá)到峰值，與文獻(xiàn)[6]中給出的建議最佳濾速值1.2m/s一致。

圖4 G4濾料的PM10過濾效率

2）G4濾料的過濾阻力

從圖5中可以看出G4濾料的阻力隨濾速增大而增加，在濾速為0.8～1.2 m/s 時(shí)，樣品 3 的阻力范圍為29～52 Pa，樣品4的阻力范圍為5～44.5 Pa，在濾速達(dá)到1.2 m/s時(shí)，樣品3 的過濾阻力為52 Pa，樣品4 的過濾阻力為44.5 Pa，樣品 3 與樣品4 相差 7.5Pa，兩種濾材的阻力相差不大。樣品 3的纖維直徑、孔隙率均小于4號樣品這使得樣品3對PM10有較好的過濾效果。

圖5 G4濾料的過濾阻力

由上可以分析出，濾速是影響過濾效率和阻力的重要因素。隨著濾速的增大，對PM10慣性效應(yīng)和攔截效應(yīng)的效果增強(qiáng)，當(dāng)濾速達(dá)到 1.2 m/s 時(shí)，過濾效果達(dá)到最好。之后繼續(xù)增大濾速，使一部分顆粒物穿透濾料，導(dǎo)致了效率的降低[9]。此外，較大的濾速將附著在濾料上的粉塵再次吹掉導(dǎo)致效率下降。

同時(shí)根據(jù)對初阻力的規(guī)定不得大于50 Pa[6]，相應(yīng)的濾速不得高于 1.2 m/s，驗(yàn) 證了粗效濾料濾速為1.2 m/s時(shí)最佳的結(jié)論。

3 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)分析，可得如下結(jié)論：

1）同級粗效濾料由于孔隙率、纖維直徑和厚度的不同，過濾效濾與阻力有著明顯的差異。

2）粗效濾器的最佳濾速為1.2 m/s。

3）濾料的纖維直徑和孔隙率是影響濾料過濾效果的主要因素。孔隙率越小，纖維直徑越小，結(jié)構(gòu)越致密，過濾阻力越大，過濾效率越高。

4）濾料的厚度是影響過濾阻力的重要因素。