其他國(guó)家空氣凈化器適用面積計(jì)算方法解讀

文中國(guó)家用電器研究院 張曉

文美的生活電器制造有限公司 曾濤

文飛利浦（中國(guó)）投資有限公司 王蔚然

美國(guó)&IEC篇

1 方法出處

ANSI/AHAM AC-1-2006 Method for Measuring Performance of Portable Household Electric Room Air Cleaners

IEC/PAS 62587-2008 Method for measuring performance of portable household electric room air cleaners

上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的適用面積計(jì)算方法相同。其計(jì)算基礎(chǔ)基于房間建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，并以香煙香霧作為測(cè)試污染物（0.1μm-1.0μm）。

注：美國(guó)家用電器制造商協(xié)會(huì)Association of Home Appliance Manufacturers，簡(jiǎn)稱(chēng)AHAM。

國(guó)際電工委員會(huì)International Electrotechnical Commission，簡(jiǎn)稱(chēng)IEC。

2 潔凈空氣量

計(jì)算空氣凈化器的適用面積，必須首先講潔凈空氣量（clean air delivery rate，CADR），這是凈化器的核心性能參數(shù)，不隨測(cè)試條件的變化而變化，代表了凈化器單位時(shí)間產(chǎn)生的潔凈空氣的量。CADR是在密閉試驗(yàn)艙（見(jiàn)圖1）內(nèi)，用多點(diǎn)采樣獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合出來(lái)的。試驗(yàn)分兩部分，一是不開(kāi)啟凈化器時(shí)污染物的自然衰減試驗(yàn)，二是開(kāi)啟凈化器時(shí)污染物的總衰減試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中污染物濃度的變化符合指數(shù)規(guī)律，即可以用式（1）表示。

式中: Ct—— 在時(shí)間t時(shí)的濃度；

C0—— 在t=0時(shí)的初始濃度；

k —— 衰減常數(shù)，單位min-1；

t —— 時(shí)間，單位min。

對(duì)自然衰減和總衰減試驗(yàn)過(guò)程，分別計(jì)算衰減系數(shù)，即可求出CADR。

式中：Q——潔凈空氣量；

ke——總衰減常數(shù)，單位min-1；

kn——自然衰減常數(shù)，單位min-1；

V——試驗(yàn)艙體積。

式（2）中，可以通過(guò)改變各參數(shù)的單位，獲得不同國(guó)家習(xí)慣性的CADR表示方法，比如美國(guó)用cfm（立方英尺每分鐘），我國(guó)習(xí)慣用m3/h。

3 顆粒物適用面積的計(jì)算模型

室內(nèi)空氣的顆粒物濃度是動(dòng)態(tài)變化的，是各種顆粒物發(fā)生源和去除作用相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。當(dāng)發(fā)生源和去除作用都沒(méi)有快速變化的時(shí)候，此時(shí)室內(nèi)空氣顆粒物濃度是一個(gè)相對(duì)的常數(shù)，即認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在這種情況下：

如果沒(méi)有空氣凈化過(guò)程，顆粒物的去除主要通過(guò)空氣流通和沉降。重排上述項(xiàng)目，用字母取代公式（3）中的衰減參數(shù)：

式中，

kV是空氣流通導(dǎo)致的去除速率，單位min-1；

Kdep是沉降導(dǎo)致的去除速率，單位min-1；

當(dāng)在下述式（5）中使用時(shí)，KAC是空氣凈化導(dǎo)致的去除速率，單位min-1。

AHAM空氣凈化器委員會(huì)定義的空氣凈化的穩(wěn)定狀態(tài)，是室內(nèi)的顆粒物初始濃度減少至其20%或更少，換句話(huà)說(shuō)，至少要達(dá)到80%的持續(xù)去除效果。在空氣凈化器作用的情況下，需要定義一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)的顆粒物濃度，CAC，即0.2×C。同樣適用式（4）：

僅使用一臺(tái)空氣凈化器的時(shí)候，因?yàn)榘l(fā)生量不變化，式（4）和（5）的計(jì)算結(jié)果是相同的，兩個(gè)公式合并，如下：

式（6）中公式兩邊消掉C，重排公式，空氣凈化器的去除速率計(jì)算公式如下：

實(shí)際上，

式（8）和（9）中的衰減系數(shù)的不同是kAC，因此

本方法的目的是計(jì)算在空氣凈化器發(fā)揮最小凈化性能的基礎(chǔ)上，還能保證室內(nèi)顆粒物去除80%（達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)濃度）相對(duì)應(yīng)的房間尺寸。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，假設(shè)天花板高度是8ft（英尺），式（8）中的房間體積參數(shù)，可以替換為房間面積A，后者比前者更通俗。

注：8ft=2.44m

圖1 密閉試驗(yàn)艙（3.2m×3.7m×2.4m,28.5m3）

兩個(gè)衰減參數(shù)都有對(duì)應(yīng)的一般可接受值。在美國(guó)，典型的室內(nèi)空氣流通速率是1次/h，或者kV=1/60=0.01667min-1。對(duì)于香煙，AHAM根據(jù)一個(gè)獨(dú)立第三方試驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)，其平均沉降速率是0.0034min-1（約5小時(shí)完全沉降1次），替換公式（11）中的相關(guān)值：

式中，A的單位是ft2（平方英尺），CADR的單位是cfm（立方英尺每分鐘）。

注：1ft2=0.093m2；1cfm=1.7m3/h。

為了簡(jiǎn)化，AHAM空氣凈化器委員會(huì)會(huì)議上把1.557圓整為1.55，因此最終的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式為：

平方英尺＝1.55×立方英尺每分鐘

注： 經(jīng)過(guò)換算還可以用其他公式表述，

A(ft2)=1.55CADR(cfm)

A(ft2)=1.55CADR(ft3/min)

基于上述公式，對(duì)于CADR=50cfm的凈化器可用于78ft2的房間。CADR=100的凈化器可以用于156ft2（約10ft×15ft）。同樣地，公式也可用于計(jì)算一個(gè)給定大小的房間或室內(nèi)空間所需的CADR。例如，對(duì)于100ft2的房間所需的CADR至少是64cfm。

日本篇

文美的生活電器制造有限公司 曾濤

1 方法出處

JEM 1467-2013 Air cleaners of household and similar use家用及類(lèi)似用途空氣凈化器

注：日本電機(jī)工業(yè)會(huì)Japanese Electrical Manufacture's Association，簡(jiǎn)稱(chēng)JEMA。

2 試驗(yàn)條件

2.1 測(cè)試對(duì)象

測(cè)試對(duì)象粉塵為香煙的煙（品牌 MILD SEVEN ORIGINAL)

注：MILD SEVEN ORIGINAL為日本煙草產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社提供的產(chǎn)品商標(biāo)名。此信息是為了方便該基準(zhǔn)的利用者而記載的，并不是要推薦該產(chǎn)品。若能獲得相同效果，可以使用同等的其它香煙。

這個(gè)我很有體會(huì)。上周因?yàn)橹夤苎纵斠?，我插著針管還在用平板敲字，旁人看來(lái)一定覺(jué)得這個(gè)人真是自律啊，帶病還堅(jiān)持工作。其實(shí)，我能堅(jiān)持很大部分原因是寫(xiě)作真的是我非?？释浅釔?ài)做的事。相比而言，我在減肥上的自控力就差很多了，剛剛發(fā)完毒誓要戒甜食，轉(zhuǎn)身就安慰自己，算了，吃飽了才有力氣減……

2.2 測(cè)量器

測(cè)量器使用能夠測(cè)量粒徑0.3μm的粉塵光散射式或壓電天平式，再者，靈敏度要在0.02mg/m3以上。

2.3 試驗(yàn)室

試驗(yàn)室由為計(jì)算集塵效率的集塵能力測(cè)量室及計(jì)算過(guò)濾網(wǎng)耐久性的測(cè)量箱構(gòu)成。

集塵能力測(cè)試室為（20-32）m3。測(cè)量室的密封度必須確保30min過(guò)后的粉塵濃度在初期粉塵濃度的80%以上。

空氣凈化器的設(shè)置位置為使用說(shuō)明書(shū)上的指定位置。若使用說(shuō)明書(shū)沒(méi)有記載的情況下，如圖1所示設(shè)置。臺(tái)式型及臺(tái)式壁掛兼用型需置于靠墻的高約70cm臺(tái)面上，且要在圖1進(jìn)深方向的中央。落地式專(zhuān)用的需在靠墻的地面上。壁掛式專(zhuān)用的，下面需距離地面180cm。無(wú)論哪一個(gè)都是放置在圖1的進(jìn)深方向中央。測(cè)量粉塵濃度的位置采用距離室內(nèi)中央部地面120cm的一點(diǎn)。

3 粉塵試驗(yàn)

粉塵衰減試驗(yàn)在集塵能力試驗(yàn)室進(jìn)行。

（a）自然衰減試驗(yàn)使用圖2規(guī)定的吸煙機(jī)使5根香煙同時(shí)在（6-8）min內(nèi)燃燒。在使用攪拌扇達(dá)到規(guī)定的濃度（1-2）mg/m3后，停止攪拌扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量初始濃度C01，連續(xù)測(cè)試30min（圖3）。

（b）粉塵濃度衰減（開(kāi)啟凈化器）與自然衰減試驗(yàn)相同，使用圖2規(guī)定的吸煙機(jī)以（1-5）mg/m3冒煙后，停止攪拌扇，初始濃度為C02。測(cè)量時(shí)間t為達(dá)到初期濃度（C02）的1/3所需的時(shí)間（圖4）。

4 集塵能力的計(jì)算

集塵能力通過(guò)下面公式計(jì)算：

式中，

P，集塵能力（m3/min）；

C01，自然衰減的測(cè)量開(kāi)始時(shí)粉塵濃度（mg/m3）；

C02，空氣凈化器運(yùn)轉(zhuǎn)的測(cè)量開(kāi)始時(shí)的粉塵濃度（mg/m3）；

C1，自然衰減的t min后的粉塵濃度（mg/m3）；

C2，空氣凈化器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的t min后的粉塵濃度（mg/m3）；

V，集塵性能測(cè)量室容積(m3)；

t，測(cè)試時(shí)間（min）。

注：集塵能力P這個(gè)參數(shù)本質(zhì)上與潔凈空氣量（CADR）是相同的，不同的是，前者是兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出來(lái)的值，后者是多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出來(lái)的值。

5 適用面積的計(jì)算

凈化器的實(shí)際使用環(huán)境與密閉試驗(yàn)艙差異較大，需要考慮房間的實(shí)際情況，來(lái)計(jì)算適用面積。日本國(guó)內(nèi)，一般情況下，自然換氣次數(shù)1次/h（0.0167次/min），日本衛(wèi)生管理法規(guī)定粉塵濃度從1.25mg/m3在30min內(nèi)降低到0.15mg/m3，房間高度為2.4m。

由于實(shí)際使用房間不是密閉狀態(tài)，不存在自然衰減試驗(yàn)，只有自然通風(fēng)這種換氣方式，因此式（1）要進(jìn)行變化。

式（2）表示，凈化器除塵效果+自然通風(fēng)除塵效果=房間內(nèi)污染物濃度的總減少情況。其中自然通風(fēng)的效果與換氣次數(shù)直接相關(guān)，

式中，

a，為自然換氣次數(shù)（次/min）；

V×a，為房間的自然換氣量（m3/min）；

把上文中的相關(guān)參數(shù)帶入式（3），可得，

式（5）中帶入房間高度，即可計(jì)算面積。

式中，

A,適用面積（m2）；式（6）進(jìn)行簡(jiǎn)化為，

注：

1由于日本國(guó)內(nèi)習(xí)慣用榻榻米表示面積，式（7）也可以換算為榻榻米，1榻榻米=1.65m2，計(jì)算公式為A' (榻榻米)=4.7P(m3/min) 。

2若改變集塵能力P的單位，式（7）也可以換算成A(m2)=0.13P'(m3/h)。

加拿大篇

文飛利浦（中國(guó)）投資有限公司 王蔚然

1 方法出處

NRCC-54013-2011 Method for Testing Portable Air Cleaners

注：加拿大國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)National Research Council of Canada，簡(jiǎn)稱(chēng)NRCC。

加拿大國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)在2011年3月發(fā)布的“可移動(dòng)空氣凈化器的測(cè)試方法”中提出的適用面積算法，和ANSI/AHAM AC-1-2006類(lèi)似的假設(shè)前提，即顆粒物污染物來(lái)源在室內(nèi)，室外為干凈空氣。但NRCC-54013在參數(shù)選擇上較之以前的一些算法做了較大更新。

測(cè)試試驗(yàn)艙：5.0m×4.0m×2.75m（55m3）。

污染物：氯化鉀或氯化鈉氣溶膠（0.05μm-5μm）。

2 顆粒物適用面積的計(jì)算模型

雖然潔凈空氣量CADR可以用于評(píng)價(jià)凈化器對(duì)顆粒物的去除效果，但是仍需要在真實(shí)的使用環(huán)境中來(lái)評(píng)價(jià)凈化器的效用。對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)測(cè)試出具體的粗細(xì)顆粒物CADR數(shù)值的凈化器，它怎樣才能在加拿大居民住宅中發(fā)揮作用呢？例如，凈化器的顆粒物去除速率必須能夠與室內(nèi)環(huán)境中的其他去除效果相抗衡，這些去除機(jī)制包括自然沉降和通風(fēng)。

凈化器的有效性，這個(gè)概念可以用來(lái)檢驗(yàn)CADR值。Miller-Leiden等人在1996年定義空氣凈化器的有效性（ε）為：室內(nèi)污染物濃度在無(wú)空氣凈化器時(shí)和開(kāi)啟空氣凈化器時(shí)的差值(C-CPAC)與無(wú)空氣凈化器時(shí)濃度(C)的比。

當(dāng)該值越接近1時(shí)，表明空氣凈化器對(duì)污染物的去除性能就越理想。本測(cè)試方法建議在典型的加拿大房間內(nèi)，空氣凈化器應(yīng)當(dāng)具有將顆粒物穩(wěn)態(tài)濃度下降80%的能力。

為了達(dá)到80%的凈化效果，將相關(guān)公式整理后，可以得到以下的等式：

其中，kdep和kv分別是自然沉降和通風(fēng)帶來(lái)的凈化速率。上述公式要求空氣凈化器在使用時(shí)，CADR能達(dá)到4倍于自然沉降和通風(fēng)共同帶來(lái)的效果。

為確定空氣凈化器可以達(dá)到80%凈化效果的房間面積，我們假設(shè)房間層高為2.4m，通風(fēng)率為0.3h-1及自然沉降率為0.1h-1。把這些值代入公式（2）：

整理后可得：

應(yīng)用上述公式，可知一臺(tái)對(duì)于細(xì)粗顆粒物（0.1μm以上）總CADR為400m3/h的空氣凈化器可以?xún)艋?04m2面積的區(qū)域。同樣的，該公式也可以用來(lái)在已知房間面積的情況下確定空氣凈化器所需CADR的大小。譬如，對(duì)于一間面積為50m2的房間，所要求的空氣凈化器CADR應(yīng)當(dāng)不低于192m3/h?！?/p>