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空气过滤器阻力对空调净化系统的影响

文章来源:http://www.iguolvqi.com/  2016年08月11日  点击数:2064

空气过滤器阻力对空调净化系统的影响

 

1.2.2过滤器阻力对空调净化系统的影响

     高效率低阻力一直是过滤器行业追求的目标,过滤器阻力越大系统所选风机的压头越高,风机的轴功率就相应越大,运行费用越高。如图 2.4 所示,对两个不同阻力特性的系统R2>R1,要求满足相同的风量 Q0,风机 2 的工况点落在与 R1 的交点上,风机1的工况点落在与R1的交点上,图中1234所包围的矩形为2号风机较1号风机少消耗的能量。所以过滤器阻力对系统的影响也是很可观的。

空气过滤器阻力对空调净化系统的影响 

    由上述空气过滤器性能对空调净化系统的影响可知,对过滤器性能准确、科学的评定是至关重要了,下面就过滤器 性能检测方面的问题作一介绍。


1.3过滤器性能检测

    1.3.1空气过滤器检测标准的发展与演进过滤器的检测标准及方法是随着过滤器及其它相关检测技术的进步而逐步 发展和演变的。各国制定的检测标准及检测方法,大体都分为一般通风用空气 过滤器检测标准和 HEPA/ULPA性能检测标准。


1.3.1.1一般通风用空气过滤器检测标准及方法的演变

    早在 1938年美国国家标准局(NBS——NationalBureau ofStandard)就制定了针对中效空气过滤器的比色效率检测法,此方法按尘源又分为人工尘比色效率法和大气尘比色效率法,通常大气尘比色效率法使用更普遍,后来AFI和ASHRAE 也制定了与 NBS 相一致的比色效率法。1952 年美国过滤器研究所制定 的AFI人工尘计重法,主要针对粗效过滤器,1968 年美国采暖制冷与空调工程 师协会(ASHRAE)根据上述基本方法制定的,1972、1976 年陆续修定的 ASHRAE人工尘计重法和比色法[4],即 ASHRAE52-76标准被长期沿用,影响很大。直到1992年被美国国家标准ANSI/ASHRAE52.1-1992取代,但效率检测仍采用计重法和比色法。尽管英、法德等国上世纪五六十年代都有各自的过滤器检测方法,但 1979 年欧洲通风协会在 ASHRAE52-76 标准的基础上制定了 Eurovent4/5标准,效率检测与ASHRAE52-76标准相同[14][15],其与美国标准的不同之处在于所用人工尘的不同,如英国采用烧结氧化铝粉末(计重法)与亚甲基兰(比色法),法国采用荧光素钠粉末等[2]。


    随着新技术的发展及过滤器要求的不断提高,1992年欧洲通风协会提出了Eurovent4/9标准,用以取代Eurovent4/5,Eurovent4/9 标准的效率检测方法开始采用计径计数法。1995 年 ASHRAE 开始沿 着欧洲的计径计数效率法的思路制定了 ANSI/ASHRAE52.2-95 计径计数法,并 在 1999年推出了更新的美国国家标准 ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999[14][16]。 上世纪 70-80年代国内一些科研院所,如中国建筑科学研究院空气调节研究所。


    天津大学建筑设备系、冶金部建筑科学研究院等,曾先后研制过人工试验 粉尘,但终因无稳定可靠的人工试验尘供应,人工尘计重法在国内从未能正式列为测试标准[4]。另外,由于仪器设备等技术方面的原因及习惯,比色效率法也未能推广。上世纪八十年代初,涂光备教授依据科研实践,提出了采用大气尘 计径计数法作为一般通风用过滤器的检测方法及分类依据的思想,后来被国内同行所认同,并以此为基础制定了我国的相应标准,即 GB12218-89标准,单就 注意到采用大气尘计径计数法测定过滤器效率更适合洁净技术需要的观点来看,国内的先于国外约十年之久。1993年在GB12218-89维持基本方法不变的前提下修订为GB14295-93标准,并一直沿用至今。


1.3.1.2高效空气过滤器检测标准及方法的演变

    1956年美国军事委员会制定了最早最完备的高效空气过滤器检测标准US MIL-STD282[17],此标准未作大的变更一直沿用至今,其效率检测采用 DOP法, 即用光散射式光度计(Light-scattering photometer)检测过滤器前后气样的浊度比来计算过滤器的过滤效率。1965年英国制定了英国标准BS3928,效率检测采用钠焰法。1973年欧洲通风协会制定了EUROVENT 4/4标准,沿用了钠焰检测 法。后来美国环境科学学会(IEST)制定颁发了一系列推荐检测方法的类似版本,如IES-RP-CC007.1-1992和 IES-RP-CC001.3-1993,均采用 DOP计径计数法检测过滤器效率。1994年德国机械工业标准协会制定了DIN 24183标准,效率 检测仍采用DOP计径计数法[18]。随着洁净要求的不断提高,欧洲在1999年制 定了 BS EN1822 标准,采用最易透过粒径法(MPPS)检测过滤器的过滤效率[19]。


    我国高效空气过滤器的性能检测标准是在参照国外相关标准的基础上制定的,如国家标准(GB6165-85)及其修订版(GB13554-92),标准中规定的检测方法为钠焰法和油雾法。目前国内普遍采用钠焰法,某些军工单位沿用与前苏联标准相一致的油雾法。


1.3.2一般通风用空气过滤器性能检测方法

    过滤器的检测方法是与过滤器检测标准相一致的,从其检测方法的发展过程来看是一个不断完善的过程。


2.3.2.1人工尘计重法[4]

    人工尘计重法适用于粗效过滤器或某些效率较低的中效过滤器。人工尘计 重法是以人工尘为尘源,通过检测被测过滤器前后人工尘质量变化来确定过滤 器的过滤效率。具体方法是将过滤器装在标准实验风洞内,上风段连续发尘。 每隔一段时间,测量穿过过滤器的粉尘重量或过滤器上的积尘量,由此得到过 滤器在该阶段按粉尘重量计算的过滤效率。最终的计数效率是各测试阶段的加 权平均值。国际上有影响的人工尘计重法有 1952年美国过滤器研究所(AFI)制定的人工尘计重法和 1968年美国采暖与空调工程师协会(ASHRAE)人工尘 计重法。


    AFI与ASHRAE 人工尘计重法在试验装置和采样细节上基本一致,只是人工尘的组成有细微差别。AFI人工尘采用重量百分比为72 %的亚利桑那州道路尘(细灰-Fine),25%的碳黑,3%的棉纤维;ASHRAE 人工尘采用 72%的亚利 桑那州道路尘(细灰-Fine),23%的碳黑(摩洛哥),5%的棉纤维。测试结果可 认为相同,即效率值可比较。


    日本工业标准JISB9908与日本空气净化协会(JACA-JapanAir CleaningAssociation)制定的 JACA No10 C标准相一致,都采用 JIS Z8901标准所规定的 第 8 种尘源(关东亚粘土)作为测试尘,第 8 种尘源与 AFI、ASHRAE 人工尘 中的细灰一致。但由于AFI、ASHRAE人工尘平均粒径更小,所以日、美人工 尘计重效率值不可比[4]。

国内曾规定使用陕西黄土高原上某村落的尘土作为尘源,但终因无稳定的 人工试验尘供应,人工尘计重法至今未列入正式测试标准。


2.3.2.2比色效率法

    比色效率法用于测量效率较高的一般通风用空气过滤器。美国国家标准局(NBS)最早制定了比色效率法[8],后来 AFI 和 ASHRAE 也制定了与 NBS 一致 的比色效率法,尘源通常为大气尘。测试方法是根据采样前后由于积尘使滤纸 的光通量或色度发生变化,采用比色计来判别其差异,从而得出过滤器的效率。 测试结果按下式计算[4]:

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比色效率法曾在国外通行,然而国内由于仪器设备等技术方面的原因和习 惯,比色法未能推广。


2.3.2.3大气尘计径计数法

    大气尘计径计数法适用于测量一般通风用空气过滤器。测试方法是通过白 炽光源或激光光源的粒子计数器测量被测过滤器前后大于某粒径的累计粒子数 目,确定大于某粒径的累计计数效率,如 GB 12218-89 中规定的≥0.5μm、≥1.0μm、≥2.0μm、≥5.0μm等的累计效率。大气尘计径计数法是目前中国法定测试方法,测试尘源为大气尘。


    大气尘计径计数法具有以下特点,既然空气净化的主要对象是室内外空气, 以大气尘作尘源测得的过滤器效率与实际应用相一致;二是采用过滤器前后不 同粒径档的计数浓度所确定的计数效率值,恰好是洁净室计数含尘浓度理论计 算分析所需要的,而其它测试方法,如计重法、比色法的测试结果不可能直接 应用;三是采用计径计数法适于大部分过滤器。对于粗效过滤器,其主要用来阻留大颗粒,可以依据其对≥5.0μm粒径的过滤效率判断其优劣,对于中效过滤 器可以用≥2.0μm为判断依据,对高中效可以依据≥1.0μm 为判断依据,对亚高效可以依据≥0.5μm为判断依据,如表 2.5所示[4]。

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2.3.2.4计径计数法

    欧美等国家的计径计数法比中国的晚。 1992 年欧洲通风协会制定了 Eurovent4/9 标准,效率检测方法开始采用计径计数法。1995 年 ASHRAE 制定了 ANSI/ASHRAE52.2-95 计径计数法,并在 1999 年推出了更新的美国国家标准 ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999[14]。欧美等国家的计径计数法所用的测试台与 计重计数法和比色法类似。测试方法是试验过程中,在每次发尘试验的前后, 进行计数测量并计算过滤器对各粒径颗粒物的过滤效率。当达到终止试验的条 件时停止测试。过滤器的典型效率值是在规定粒径范围内各阶段瞬时效率依发尘量的加权平均值。 与中国计径计数法不同在于以下两方面,一是测试尘源不同,中国采用大气尘,欧洲标准规定使用特定的多分散相液滴,如用 Laskin喷管吹出的 DOS、 DEHS 等喷雾,或使用与标定计数器所用标准颗粒物相同的聚苯乙烯乳胶球 (Latex),美国规定使用漂白粉。二是测试结果表示不同,中国采用大于某粒径粒 子的效率,欧美采用某粒径段的过滤效率,如 0.3μm-0.5μm 段的过滤效率、 0.5μm-1.0μm段的过滤效率等等。


    计径计数法给出的效率值不再是一个单一的效率值,而是一条沿着不同粒 径的过滤效率曲线,能够更全面的反应过滤器的性能。完整的计数效率测试是 破坏性的试验,不能用于产品的日常检验。但平时,制造厂可以省去发尘过程, 仅测量过滤器的初始计数效率,以检查产品性能的稳定性[2]。


2.3.3高效空气过滤器性能检测方法

2.3.3.1 DOP法

    高效空气过滤器(HPEA)一般指对 0.3μm的微粒过滤效率≥99.97%的空气 过滤器。1956年美国军事委员会制定了最早最完备的高效空气过滤器检测标准 US MIL-STD282,后来日本也将 DOP法作为其高效过滤器检测标准。就检测所 用尘源来说,美国和日本相同,均为 0.3μm(热发生)或 0.8μm(冷发生)单分散 相邻苯二甲酸二辛酯(DOP—Di-Octyl-Phthalate)。然而,检测效率的方法日本和美国略有不同。美国用光散射式光度计(Light-scattering photometer),检测时 以过滤器前后气样的浊度比计算过滤器的过滤效率;日本用光散射式粒子计数器,检测时以过滤器前后气样的粒子数计算过滤器的过滤效率。DOP法有热发 生和冷发生[4][7],热发生是将 DOP加热成蒸汽,并在特定条件下冷凝成液滴, 去掉过大或过小的液滴剩下 0.3μm左右的微粒。冷发生应用引射原理用压缩空 气将 DOP溶液从 Laskin喷管发生 0.8μm人工尘。


2.3.3.2钠焰法

    钠焰法是英国人发明,欧洲通风协会推荐的一种高效过滤器检测方法,中 国对高效过滤器的效率检测普遍执行国家标准(GB 6165-85)[12]及其修订版(GB 13554-92)[13]中规定的钠焰法和油雾法。钠焰法的试验尘源为一定浓度的 NaCl 盐溶液喷雾并蒸发其水分后形成的盐结晶粒子。国家标准规定的盐雾颗粒平均直径为 0.4μm,英国等欧洲国家为 0.65μm,法国为 0.17μm。钠焰法检测高效空 气过滤器的过程为:用洁净的压缩空气将氯化钠水溶液雾化形成盐雾滴气溶胶, 与来自风机的洁净热空气混合并在混合干燥段将水分蒸发,并形成均匀的多分散固态气溶胶;在被测过滤器前后通过阀门切换进行采样,采样气样用经过本 底过滤器过滤的洁净空气稀释后进入燃烧器,气溶胶在燃烧器中钠原子被氢气火焰激发,发出波长为 589nm的特征光,其强度与气溶胶质量浓度成比例;钠 光强值通过光电转换器变为光电流值,由光电测量仪检测。过滤器透过率为过滤后气溶胶浓度与原始浓度之比。

 

2.3.3.3最易穿透粒径法(MPPS)[19]

    最易穿透粒径法也称为计数扫描法,欧洲通行,美国类似,其他国家也在 着手修订标准,目前国内还没有使用此方法。此方法与其他计径计数法的主要不同在于测试尘源不同,它采用最易穿透粒径(The Most Penetrating Particle Size) 的粒子作为测试尘源,简称“MPPS”。在额定风速下,高效过滤器对某粒径的 微粒捕获效率最低,此粒径称为最易穿透粒径。产生最低过滤效率的现象可用 过滤机理说明,大粒径粒子在惯性效应作用下有较高的过滤效率,小粒径粒子 在扩散效应作用下也有较高的过滤效率,因此就会产生最易穿透粒径的粒 子[2][4][7][19],如图 2.5 示。

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    扫描法的主要测量仪器为大流量 激光粒子计数器或凝结核计数器(CNC)。试验时用计数器对过滤器的 整个出风面进行扫描,计数器能给出 每一点上粉尘的个数和粒径。这种方法不仅能测量过滤器的平均效率,还可以比较各点的局部效率,过滤器的 任何微小漏点都逃不过扫描法。


    欧洲标准 BS EN 1822详细规定了此种检测方法的检测过程,共分三步,每 一步又可以看成独立的检测过程。第一步为滤纸效率检测,通过对滤纸的检测 得到效率粒径曲线。根据曲线最易穿透粒径就可以确定了。第二步为过滤器渗 漏的检测,在额定风量下用平均粒径与最易穿透粒径相同的气溶胶进行检测。 第三步为过滤器全效率检测,用与第二步相同的气溶胶在额定风量下检测过滤器全效率。


2.3.3.4光度计扫描法

    有些厂家认为只要滤纸的质量严格控制,过滤器的效率就确定了,基于这 种观点他们认为仅进行检漏为目的的扫描就可以保证过滤器质量。光度计扫描 法的尘源一般为多分散相液滴,如 Laskin 喷管产生的 DOP 烟雾。使用光度计对过滤器的全平面进行扫描检漏,这种扫描方法能快速、准确的找出过滤器的漏 点。由于尘源为多分散相,而光度计不能确定粉尘粒径,所以这种扫描法给出 的“过滤效率”没实际意义。光度计扫描法很容易改成计数扫描法,只需要装 一台激光粒子计数器就可以了。


2.3.3.5油雾法

    前联邦德国和前苏联采用油雾法检测高效空气过滤器效率,我国某些军工 单位也采用油雾法。油雾法的测试尘源为油雾,是在规定的检测条件下,将经 过充分混合均匀的油雾气溶胶通过被测过滤器,采用浊度计法测量过滤器前后 的油雾浓度,两者比值的百分数为被测过滤器的透过率,目前在德国油雾法以成为历史,德国于 1993 年率先颁布了以计数扫描法为 检测方法的国家标准,欧洲标准 EN1822 就是在德国标准的基础上制定的。


2.3.3.6荧光法

    荧光法只有法国使用,荧光法的测试尘源为喷雾器产生的荧光素钠粉尘。 测试方法是首先在过滤器前后采样,然后用水溶解采样滤纸上的荧光素钠,再 测量含荧光素钠水溶液在特定条件下的荧光亮度,亮度反应粉尘的重量,由此 计算出过滤器的过滤效率。在法国也早已不用荧光法了,他们也将欧洲标准化 协会的计数扫描法定为国家标准。


3.1 全系列空气过滤器性能检测系统概述

    基于国内过滤器生产企业的现状,提出一套操作简便、检测周期短、测试 精度高、性能稳定可靠的过滤器检测系统是很有必要的。目前国内许多过滤器 生产企业的检测设备不完善,产品质量无法保证。本课题开发的“全系列空气 过滤器性能检测系统”能较好地实现上述目的。


    本检测台的测试范围包括一般通风用空气过滤器和高效空气过滤器。其中 一般通风用空气过滤器包括粗、中、高中效和亚高效空气过滤器;高效过滤器 包括高效 A、B、C 三类。GB13554-92 规定的高效 D 类不在本检测台的检测范 围。过滤器尺寸规格有三种,分别是 610*610、592*592、480*480(mm*mm)。 检测内容主要是过滤器的阻力和效率两部分,容尘量试验因暂无标准试验尘和 发尘装置,暂未纳入,只要有相关的标准出台,即可相应补充与增添。


    从国际空气过滤器检测标准的发展与演变可以看出,一般通风用空气过滤 器的效率检测已从计重法、比色法转变为计径计数法,高效过滤器的效率检测 也普遍倾向计径计数法,即计径计数法已成为高效过滤器和一般通风用过滤器 性能检测的通用方法,差别仅在于实验尘源[20]。由此,本课题以国内外过滤器 检测标准为依据,将这两大类过滤器检测系统合二为一,并采用计径计数法来 检测过滤效率的设想既符合国际潮流同时也是可行的。


    本检测系统在检测亚高效、高效过滤器时,尘源采用人工尘;检测粗、中 效过滤器时,尘源采用大气尘。对高效过滤器来说,将两套检测系统合二为一 可能存在的问题是在从粗、中效过滤器检测转到高效过滤器检测时,管道内壁 积尘对检测结果的影响,此问题只要在操作管理方面采取擦洗等必要措施即可 解决,而并非不可克服的技术障碍,系统建成后的检测实践也证明了这一点。


    本检测系统采用计算机数据采集系统实现系统风量控制、过滤器阻力测试、 温湿度测试;采用 RS-232 串行通讯功能实现粒子计数器与计算机的数据通讯, 进而计算出过滤器效率;采用计算机自动控制技术实现检测全过程的自动运行; 采用可视化编程工具 Visual Basic 实现友好的人机交互过程,操作人员只需根据 软件系统的提示进行操作就可以完成过滤器性能检测工作。


3.1.1 本系统对高效空气过滤器的检测

    本系统对高效过滤器的检测范围是国家标准(GB6165-85)及其修订版(GB13554-92)中规定的高效 A、B、C 三类过滤器。


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