空氣過濾器壽命實驗研究及經(jīng)濟性分析

摘要 對過濾器試樣的阻力與計重效率進行了實驗測試，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提出的能效計算方法對過濾器的能耗進行了計算。研究發(fā)現(xiàn)，過濾器產(chǎn)生的電費隨使用時長的增加及阻力的增大而增大。基于過濾器更換費用、運行電費和綜合費用的分析，提出了確定過濾器更換時間的方法，計算結(jié)果表明，過濾器的實際使用壽命高于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，應當綜合考慮單位風量的更換成本和運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?，F(xiàn)階段我國以細顆粒物PM2.5為代表的室外空氣污染非常嚴重，因此空氣凈化行業(yè)發(fā)展較快，新風凈化設(shè)備、空氣凈化器等已得到較廣泛的使用。2017年我國新風機銷量達到86萬臺左右，凈化器銷量達700萬臺。隨著人們對PM2.5認知的提高，凈化設(shè)備使用率會進一步增大，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行時間。目前新風凈化器行業(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)運行時間，即計量機器運行時間。

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 過濾器阻力和費用關(guān)系曲線

本文目的是通過分析在小風量運行工況下過濾器阻力增加產(chǎn)生的運行能耗費用和更換過濾器產(chǎn)生的購置費用之間的平衡關(guān)系，從而探索未來住宅等小風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)計的影響。

1、過濾器效率和阻力測試

1.1 實驗裝置

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

圖2 實驗裝置

1.2 實驗樣品

為了增強實驗的重復性，選用3個同一廠家生產(chǎn)的空氣過濾器，由于市場應用較多的是H11，H12，H13過濾器，本次實驗選用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 實驗要求

按照GB/T 14295-2008《空氣過濾器》相關(guān)規(guī)定進行實驗，除了測試標準中要求的試驗條件外，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行記錄，并依據(jù)規(guī)范要求計算任意發(fā)塵過程結(jié)束時的計重效率。實驗結(jié)束后，計算平均計重效率和容塵量。

2、實驗結(jié)果及分析

2.1 初阻力隨風量的變化

分別在80，140，220，300，380，460，540，600，711，948m3/h風量下進行初阻力測試實驗，初阻力隨風量的變化如圖4所示。

分別在80，140，220，300，380，460，540，600，711，948m3/h風量下進行初阻力測試實驗，初阻力隨風量的變化如圖4所示。

圖4 不同風量下過濾器初阻力的變化

2.2 計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準要求，過濾器額定風量為508m3/h。3個過濾器不同積塵量下的計重效率測試值如表1所示。

表1 計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顯示了額定風量下3個過濾器容塵阻力隨積塵量的變化。

圖5 額定風量（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，過濾器額定風量下運行，終阻力達到初阻力的２倍時即認為達到過濾器使用壽命，應當更換過濾器。計算本次實驗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

前文重復性試驗表明３個過濾器性能具有一致性，因此以過濾器１為例進行能耗分析。

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

圖6 過濾器電費與使用天數(shù)的關(guān)系（風量508m3/h）

由于單位風量的更換成本發(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致的運行電耗成本之和發(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，圖中綜合費用＝運行電費＋單位風量更換費用。

圖7 基于經(jīng)濟性考慮的過濾器更換示意圖

4、結(jié)論

1）一般小風量民用建筑中過濾器的實際使用壽命遠高于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。實際使用中可以基于過濾器電耗費用變化規(guī)律及過濾器更換成本綜合考量過濾器的實際使用壽命。

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