空氣過濾器壽命實(shí)驗(yàn)研究及經(jīng)濟(jì)性分析

摘要 對過濾器試樣的阻力與計(jì)重效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，探究了過濾器容塵阻力、容塵效率的變化規(guī)律，并依據(jù)Eurovent 4/11提出的能效計(jì)算方法對過濾器的能耗進(jìn)行了計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)，過濾器產(chǎn)生的電費(fèi)隨使用時長的增加及阻力的增大而增大?；谶^濾器更換費(fèi)用、運(yùn)行電費(fèi)和綜合費(fèi)用的分析，提出了確定過濾器更換時間的方法，計(jì)算結(jié)果表明，過濾器的實(shí)際使用壽命高于GB/T 14295-2008中規(guī)定的使用壽命。對于一般民用建筑的空氣過濾器，應(yīng)當(dāng)綜合考慮單位風(fēng)量的更換成本和運(yùn)行電耗成本來確定過濾器的更換時間。

關(guān)鍵詞：空氣過濾器　壽命　容塵阻力　計(jì)重效率　電耗　更換成本

引言

空氣質(zhì)量對人體健康的影響成為社會普遍關(guān)注的重要問題之一。現(xiàn)階段我國以細(xì)顆粒物PM2.5為代表的室外空氣污染非常嚴(yán)重，因此空氣凈化行業(yè)發(fā)展較快，新風(fēng)凈化設(shè)備、空氣凈化器等已得到較廣泛的使用。2017年我國新風(fēng)機(jī)銷量達(dá)到86萬臺左右，凈化器銷量達(dá)700萬臺。隨著人們對PM2.5認(rèn)知的提高，凈化設(shè)備使用率會進(jìn)一步增大，將成為家庭生活中的必備設(shè)備。由于該類設(shè)備購置成本和使用成本會直接影響其普及程度，因此研究其經(jīng)濟(jì)性具有較大意義。

過濾器的主要參數(shù)有壓力降和顆粒收集量及收集效率和運(yùn)行時間。目前新風(fēng)凈化器行業(yè)的過濾器更換時間一般采用３種判斷方式：一是根據(jù)壓力傳感裝置測量過濾器前后阻力變化；二是根據(jù)顆粒物傳感裝置測量出口顆粒物濃度；三是根據(jù)運(yùn)行時間，即計(jì)量機(jī)器運(yùn)行時間。

過濾器更換傳統(tǒng)理論是在滿足效率的基礎(chǔ)上，平衡考慮購置成本和使用成本，如圖1所示，也就是阻力提高導(dǎo)致能耗的增加與購置成本增加的平衡。

圖1 過濾器阻力和費(fèi)用關(guān)系曲線

本文目的是通過分析在小風(fēng)量運(yùn)行工況下過濾器阻力增加產(chǎn)生的運(yùn)行能耗費(fèi)用和更換過濾器產(chǎn)生的購置費(fèi)用之間的平衡關(guān)系，從而探索未來住宅等小風(fēng)量建筑中過濾器更換的頻率及對于該類設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。

1、過濾器效率和阻力測試

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

過濾器測試平臺主要由以下部分構(gòu)成：風(fēng)道系統(tǒng)、人工塵發(fā)塵裝置、測量設(shè)備等，如圖2所示。利用實(shí)驗(yàn)室風(fēng)道系統(tǒng)中的變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)過濾器的工作風(fēng)量，用來測試不同風(fēng)量下過濾器的性能。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，選用3個同一廠家生產(chǎn)的空氣過濾器，由于市場應(yīng)用較多的是H11，H12，H13過濾器，本次實(shí)驗(yàn)選用H11級過濾器，其尺寸為560mm×560mm×60mm，化纖V型密褶式，如圖3所示。

圖3 過濾器樣品

1.3 實(shí)驗(yàn)要求

按照GB/T 14295-2008《空氣過濾器》相關(guān)規(guī)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，除了測試標(biāo)準(zhǔn)中要求的試驗(yàn)條件外，還要保證滿足以下幾個條件：

1）所有樣品的測試過程中，送入風(fēng)道系統(tǒng)的潔凈空氣的溫濕度相近；

2）所有樣品的測試所用的塵源保持相同；

3）每一樣品測試前，要用毛刷清理風(fēng)道系統(tǒng)中沉積的塵埃粒子；

4）記錄過濾器測試階段的工作時長，包括發(fā)塵時刻和停止發(fā)塵時刻。

依據(jù)GB/T 14295-2008《空氣過濾器》對每個受試樣品發(fā)塵量（每個發(fā)塵9次）、末級過濾器、顆粒物沉積量及過濾器阻力進(jìn)行記錄，并依據(jù)規(guī)范要求計(jì)算任意發(fā)塵過程結(jié)束時的計(jì)重效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算平均計(jì)重效率和容塵量。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 初阻力隨風(fēng)量的變化

分別在80，140，220，300，380，460，540，600，711，948m3/h風(fēng)量下進(jìn)行初阻力測試實(shí)驗(yàn)，初阻力隨風(fēng)量的變化如圖4所示。

分別在80，140，220，300，380，460，540，600，711，948m3/h風(fēng)量下進(jìn)行初阻力測試實(shí)驗(yàn)，初阻力隨風(fēng)量的變化如圖4所示。

圖4 不同風(fēng)量下過濾器初阻力的變化

2.2 計(jì)重效率隨積塵量的變化

本文主要研究PM2.5過濾效率，根據(jù)過濾器廠家出廠測試標(biāo)準(zhǔn)要求，過濾器額定風(fēng)量為508m3/h。3個過濾器不同積塵量下的計(jì)重效率測試值如表1所示。

表1 計(jì)重效率隨積塵量的變化

2.3 阻力與積塵量之間的關(guān)系

每個過濾器進(jìn)行9次發(fā)塵，控制前7次單次發(fā)塵量在15.0g左右，后2次單次發(fā)塵量為30.0g左右。圖5顯示了額定風(fēng)量下3個過濾器容塵阻力隨積塵量的變化。

圖5 額定風(fēng)量（508m3/h）下過濾器容塵阻力隨積塵量的變化

3、過濾器使用經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 額定使用壽命

GB/T 14295-2008《空氣過濾器》規(guī)定，過濾器額定風(fēng)量下運(yùn)行，終阻力達(dá)到初阻力的２倍時即認(rèn)為達(dá)到過濾器使用壽命，應(yīng)當(dāng)更換過濾器。計(jì)算本次實(shí)驗(yàn)中過濾器額定工況下的使用壽命，估算得到3個過濾器使用時長分別為1674，1650，1518h，折算下來過濾器使用壽命分別為3.4，3.3，1個月。

3.2 電耗分析

前文重復(fù)性試驗(yàn)表明３個過濾器性能具有一致性，因此以過濾器１為例進(jìn)行能耗分析。

以上海為例，目前實(shí)行峰谷、階梯電價，計(jì)算相對復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，假設(shè)電價為0.6元／（kW·h），可以計(jì)算得到過濾器1產(chǎn)生的電費(fèi)隨使用天數(shù)的變化關(guān)系曲線，如圖6所示。

圖6 過濾器電費(fèi)與使用天數(shù)的關(guān)系（風(fēng)量508m3/h）

由于單位風(fēng)量的更換成本發(fā)生了較大變化，那么更換過濾器成本和由于使用過濾器導(dǎo)致的運(yùn)行電耗成本之和發(fā)生了較大變化，更換時間也會發(fā)生較大變化，如圖7所示，圖中綜合費(fèi)用＝運(yùn)行電費(fèi)＋單位風(fēng)量更換費(fèi)用。

圖7 基于經(jīng)濟(jì)性考慮的過濾器更換示意圖

4、結(jié)論

1）一般小風(fēng)量民用建筑中過濾器的實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)高于GB/T 14295-2008《空氣過濾器》規(guī)定的使用壽命和目前廠家推薦的使用壽命。實(shí)際使用中可以基于過濾器電耗費(fèi)用變化規(guī)律及過濾器更換成本綜合考量過濾器的實(shí)際使用壽命。

2）提出了基于經(jīng)濟(jì)性考慮的過濾器更換評價方法，即應(yīng)綜合考慮單位風(fēng)量的更換成本和運(yùn)行電耗成本來確定過濾器的更換時間。