駐極體過濾材料過濾性能測定評價方法的研究*

(中國建筑科學(xué)研究院，北京，100013)

駐極體過濾材料由于具有高效、低阻和抗菌等性能，在防護(hù)口罩、家用分體式空調(diào)中過濾器、商用中央空調(diào)中的過濾器以及醫(yī)院潔凈手術(shù)室專用空調(diào)機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用[1-4]。盡管駐極體過濾材料已經(jīng)在暖通空調(diào)行業(yè)中應(yīng)用很多，但大多數(shù)研究僅在于駐極體過濾材料的駐極方法和制造工藝方面[5-7]，而對駐極體過濾材料以及駐極體過濾器過濾性能方面的研究較少。

最新頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 404—2013《空氣過濾器用過濾材料》[8]和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 779：2012[9]中均涉及到了駐極體過濾材料。同時，各國空氣過濾器性能測試標(biāo)準(zhǔn)中所采用的塵源存在較大差異，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 779：2012采用DEHS液態(tài)氣溶膠作為塵源，而國標(biāo)GB/T 14295—2008[10]和美國標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE 52.2—2007[11]均采用KCl固態(tài)氣溶膠作為塵源。因此，本研究采用DEHS和KCl兩種氣溶膠作為塵源來研究駐極體過濾材料阻力特性和過濾性能的變化特性，以期為駐極體過濾材料及過濾器的測試提供更加科學(xué)合理的測試方法。

1 試驗(yàn)描述

本試驗(yàn)選擇4片不同過濾級別的駐極體空氣過濾材料作為研究對象，在中國建筑科學(xué)研究院空氣過濾器性能檢測裝置上進(jìn)行了試驗(yàn)。1號和3號過濾材料材質(zhì)采用聚丙烯熔噴材料，2號和4號過濾材料材質(zhì)采用聚丙烯熔噴非織造布和丙綸的復(fù)合材料。試驗(yàn)過程中采用Laskin噴嘴發(fā)生DEHS液態(tài)氣溶膠(粒徑分布范圍為0.2～3.0 μm)，以及采用KCl大顆粒氣溶膠發(fā)生器發(fā)生KCl固態(tài)氣溶膠(粒徑分布范圍為0.3～10.0 μm)。試驗(yàn)方法分別參照EN 779：2012和GB/T 14295—2008中過濾器的測試方法，測試項(xiàng)目包括阻力、DEHS計(jì)數(shù)效率、KCl計(jì)數(shù)效率、PM2.5凈化效率和PM10凈化效率等。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 阻力特性

表1是在清潔狀態(tài)下，不同駐極體過濾材料的阻力隨濾速的變化數(shù)據(jù)。由表1可見，過濾材料阻力隨著濾速的增大而增加，且不同特性過濾材料的阻力相差較大。

表1 不同濾速下駐極體過濾材料阻力測試值(單位：Pa)

在不同試驗(yàn)狀態(tài)下，即在做完DEHS效率試驗(yàn)(采用DEHS液態(tài)氣溶膠作為測試塵源)后和做完KCl效率、PM10效率和PM2.5效率試驗(yàn)(三種效率試驗(yàn)均采用KCl固態(tài)氣溶膠作為測試塵源)后，對不同過濾材料的阻力進(jìn)行了測試。測試結(jié)果見表2。

DEHS效率的試驗(yàn)時間約為1 h，試驗(yàn)后1號～

表2 不同試驗(yàn)狀態(tài)時駐極體過濾材料的阻力(單位：Pa)

注：試驗(yàn)濾速0.4 m/s。

4號過濾材料的阻力分別增加了14.0、0、6.2和0.4 Pa，增加比率分別為3.2%、0%、3.4%和0.3%?？梢哉J(rèn)為，試驗(yàn)后阻力的增加是由于試驗(yàn)時風(fēng)量的偏差以及儀器讀數(shù)測量誤差所帶來的，說明使用DEHS氣溶膠作為塵源進(jìn)行效率試驗(yàn)對過濾材料阻力的影響幾乎可以忽略不計(jì)。

KCl效率、PM10效率和PM2.5效率試驗(yàn)的時間總共為2～3 h，試驗(yàn)后1號～4號過濾材料的阻力相對于進(jìn)行DEHS效率試驗(yàn)后的阻力分別增加了215.6、10.2、68.4和52.6 Pa，增加比率分別為47.9%、38.2%、35.9%和42.4%。盡管KCl效率、PM10效率和PM2.5效率三個試驗(yàn)時間相對較長，但也說明了使用KCl固態(tài)氣溶膠作為塵源進(jìn)行效率試驗(yàn)將使過濾材料的阻力大大增加。

DEHS氣溶膠作為一種液態(tài)物質(zhì)，被過濾材料攔截后主要是滲入過濾材料纖維內(nèi)部，使纖維有一定的膨脹，直徑增大，但由于試驗(yàn)過程中過濾材料一直處于風(fēng)吹狀態(tài)，纖維直徑增加有限，因此阻力增加很小。而KCl氣溶膠作為一種固態(tài)物質(zhì)，主要被吸附在纖維表面或纖維的間隙中，從而使得阻力增加較大。

2.2 過濾效率特性

2.2.1 不同過濾效率評價指標(biāo)比較

在0.4 m/s濾速條件下，分別對駐極體過濾材料的DEHS計(jì)數(shù)效率、KCl計(jì)數(shù)效率、PM2.5凈化效率和PM10凈化效率四個過濾效率性能評價指標(biāo)進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見表3。

表3 駐極體過濾材料的過濾效率特性比較

由表3可知，在相同濾速條件下，相同過濾材料的DEHS計(jì)數(shù)效率要小于KCl計(jì)數(shù)效率。這主要與兩個因素有關(guān)：一是測試粒子性質(zhì)不同，DEHS為油狀氣溶膠，KCl為固體氣溶膠；二是由于駐極體過濾材料本身帶有靜電，而DEHS氣溶膠本身對靜電有一定的消除作用。由表3還可看出：對于小粒徑粒子而言，DEHS計(jì)數(shù)效率小于KCl計(jì)數(shù)效率的幅度更大，這與駐極體材料對小粒子的靜電效應(yīng)更強(qiáng)有關(guān)；PM2.5凈化效率和PM10凈化效率隨著計(jì)數(shù)效率的增加而增大，表明計(jì)重效率和計(jì)數(shù)效率之間存在一定的相關(guān)性。

2.2.2 計(jì)數(shù)效率隨濾速的變化曲線

選取3號駐極體過濾材料，分別采用DEHS塵源和KCl塵源在不同濾速下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 駐極體過濾材料計(jì)數(shù)效率隨濾速的變化曲線(DEHS塵源)

圖2 駐極體過濾材料計(jì)數(shù)效率隨濾速的變化曲線(KCl塵源)

由圖1可見：0.4和0.6 m/s濾速下，≥0.3 μm粒子和≥0.5 μm粒子的DEHS計(jì)數(shù)效率隨著濾速的增加下降幅度較大；而對于≥1.0μm粒子，兩種濾速下的計(jì)數(shù)效率基本接近。這是因?yàn)殡S著濾速的增加，駐極體對粒子的靜電力要小于濾速帶來的穿透力，使得部分粒子擺脫過濾材料纖維的束縛而二次揚(yáng)塵；而對于≥1.0 μm大粒子，在如此大的濾速條件下，過濾材料的過濾機(jī)理主要是慣性效應(yīng)，靜電效應(yīng)的作用較小。

由圖2可見，采用KCl塵源分別在0.2、0.4和0.6 m/s濾速下試驗(yàn)時，隨著濾速的增大，不同粒徑粒子計(jì)數(shù)效率下降的幅度很小，均在5%以內(nèi)，表明濾速的大小對該駐極體材料的KCl計(jì)數(shù)效率影響不大。

3 結(jié)論

隨著國家對建筑領(lǐng)域節(jié)能與環(huán)保的日益重視，高效低阻的駐極體過濾器的應(yīng)用將會越來越多，如何評價和測試駐極體過濾材料的性能非常重要。本文從測試塵源類型和濾速等方面著手研究了駐極體過濾材料的阻力特性和過濾性能特性，得出以下結(jié)論：

(1)相對于DEHS液態(tài)氣溶膠而言，KCl固態(tài)氣溶膠粒徑分布以及氣溶膠特性與大氣塵更加接近，采用KCl氣溶膠作為測試塵源更能反映過濾材料在實(shí)際使用過程中的過濾性能。

(2)由于駐極體過濾材料在實(shí)際使用過程中會存在靜電消失或靜電衰減的現(xiàn)象，因此有必要對駐極體過濾材料靜電消除方法以及靜電消除后駐極體過濾材料的性能測定和評價作進(jìn)一步的研究。

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