近年來，隨著霧霾天氣的加重，人們?cè)絹碓街匾暿覂?nèi)空氣品質(zhì)。空氣凈化器因能有效去除空氣中的顆粒污染物，降低ＰＭ２．５濃度，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，得到了廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。根據(jù)捷孚凱（ＧｆＫ中國(guó)）全國(guó)零售推算數(shù)據(jù)，２０１４年，我國(guó)空氣凈化器零售量超過３２０萬臺(tái)，零售額近７０億元，同比增長(zhǎng)均接近８０％。不過與美、日、韓等國(guó)家相比，我國(guó)的空氣凈化器家庭普及率仍很低，不到1％，今后的市場(chǎng)潛力十分巨大。

目前，國(guó)內(nèi)空氣凈化器行業(yè)涵蓋近４００個(gè)品牌，技術(shù)種類繁多。國(guó)產(chǎn)空氣凈化器主要采用過濾吸附技術(shù)、靜電集塵、催化凈化技術(shù)和負(fù)離子潔凈技術(shù)等凈化方法。靜電集塵技術(shù)是其中一種較新型的空氣過濾凈化方案，由于其電場(chǎng)力直接作用于塵粒，荷電塵粒在被捕集的過程中幾乎不阻礙空氣流動(dòng)，因此與傳統(tǒng)纖維過濾方法相比，具有過濾效率高、阻力和能耗低的優(yōu)勢(shì)，近年來被越來越多地應(yīng)用于家用空氣凈化設(shè)備中。

本文選取了兩臺(tái)典型的靜電空氣凈化器樣本，安裝在辦公環(huán)境內(nèi)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行測(cè)試，監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)并記錄顆粒物一次凈化效率，研究靜電空氣凈化器在實(shí)際運(yùn)行過程中的凈化效率及效率衰減等問題。

１靜電集塵空氣凈化器

靜電集塵空氣凈化器由靜電除塵技術(shù)發(fā)展而來，通過電暈放電使含塵氣流中的塵粒荷電，在電場(chǎng)力的作用下帶電塵粒移向集塵極并被收集在集塵極上，從而實(shí)現(xiàn)懸浮粒子的分離。

１．１凈化原理

靜電集塵空氣凈化器的過濾段通常由電離極和集塵極兩部分組成，電離極一般為針尖或者圓線，集塵極則為圓筒形或板式結(jié)構(gòu)。在兩極之間施加高電壓，可產(chǎn)生不均勻的高強(qiáng)度電場(chǎng)。在電場(chǎng)作用下，氣體中的電子獲得能量并被加速，中性分子被該電子撞擊后釋放外層電子，從而產(chǎn)生更多的電子及正離子。電子移向正電極（空氣凈化器中正電極一般為電離極），而正離子將穿過電場(chǎng)移向集塵極，并在移動(dòng)的過程中附著在懸浮粒子上使其荷電，受電場(chǎng)力的作用被集塵極捕集。

電離極和集塵極可以安裝在同一電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，也可以前后分開安裝，分別稱為單區(qū)靜電凈化器和雙區(qū)靜電凈化器。雙區(qū)靜電凈化器可以有效防止反電暈現(xiàn)象并增加集塵面積，普遍應(yīng)用于民用空氣凈化器中。圖１表示了常見的線板式雙區(qū)靜電凈化器的結(jié)構(gòu)原理。

１．２技術(shù)特點(diǎn)

除靜電集塵技術(shù)外，目前市場(chǎng)上的空氣凈化器也多利用過濾技術(shù)，采用高效空氣過濾器ＨＥＰＡ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）來去除空氣中的固態(tài)顆粒物，達(dá)到凈化室內(nèi)顆粒污染物的效果。高效過濾器是由纖維過濾材料制成的，依靠攔截、慣性、擴(kuò)散和重力等效應(yīng)捕集微粒，根據(jù)ＧＢ／Ｔ６１６５—２００８《高?？諝膺^濾器性能測(cè)試方法效率和阻力》，其額定風(fēng)量下的過濾效率可達(dá)到９９．９％。但是，為了實(shí)現(xiàn)較高的過濾效率，高效過濾器往往采用直徑小、分布密集的纖維濾材，從而造成過濾器阻力偏高。而且在使用一段時(shí)間以后，隨著顆粒物在過濾器表面沉積，阻力會(huì)逐漸增大。當(dāng)阻力增加到一定程度時(shí)，應(yīng)更換高效過濾器，周期一般為３～６個(gè)月。然而，對(duì)于空氣凈化器而言，為了保證凈化效果常常在大風(fēng)量狀態(tài)下運(yùn)行，高效過濾器的高阻力勢(shì)必會(huì)造成風(fēng)機(jī)能耗偏高，甚至是室內(nèi)噪聲過大的困擾。而且定期更換高效空氣過濾器也在無形之中增加了凈化器的運(yùn)行成本。

不同于上述高效纖維空氣過濾器的過濾機(jī)理，靜電空氣凈化器通過電場(chǎng)力的作用實(shí)現(xiàn)氣固分離，在實(shí)現(xiàn)高過濾效率的同時(shí)也節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。一方面，其過濾段內(nèi)部氣流通道大、流場(chǎng)分布比較均勻，阻力遠(yuǎn)低于同等效率的高效纖維過濾器。而且隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，阻力幾乎不變化，一直維持在較低的水平，在很大程度上節(jié)省了風(fēng)機(jī)能耗。另一方面，靜電空氣凈化器可通過水洗、振打等方式清除集塵極表面積聚的灰塵，使其再生循環(huán)使用。因此，在長(zhǎng)時(shí)間使用后靜電凈化器的過濾組件無需更換，減少了維護(hù)費(fèi)用。

但是，作為一種新型的空氣凈化技術(shù)，靜電空氣凈化器在實(shí)際運(yùn)行中仍存在一些不足之處。盡管某些靜電空氣凈化器的初始過濾效率可達(dá)到ＨＥＰＡ的水平，但隨著集塵極表面積塵量的增加，效率將有所衰減。并且伴隨著粒子對(duì)積灰表面的撞擊，將會(huì)出現(xiàn)二次揚(yáng)塵，即已經(jīng)沉積的粉塵重新脫離集塵極表面，造成過濾效率的變化.關(guān)于靜電空氣凈化器的效率衰減問題，Ｈａｎｌｅｙ等人曾進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試。為了確定靜電凈化器在實(shí)際使用時(shí)的效率變化，３臺(tái)靜電凈化器分別連續(xù)運(yùn)行了１～３個(gè)月，結(jié)果顯示，隨著使用時(shí)間的增加凈化器的過濾效率有明顯下降，并認(rèn)為電離極表面沉降的硅化合物是造成過濾效率下降的主要原因。ＡＳＨＲＡＥ頒布的關(guān)于空氣過濾和凈化的立場(chǎng)文件也指出，靜電空氣凈化器對(duì)顆粒物的去除效果呈現(xiàn)比較大的范圍，個(gè)體之間差異較大，其長(zhǎng)期的運(yùn)行效果與裝置本身的維護(hù)狀況有關(guān)。

此外，在粒子荷電的過程中，靜電空氣凈化器的電離極持續(xù)高壓放電，可能產(chǎn)生足量的臭氧造成室內(nèi)臭氧濃度超標(biāo)。有文獻(xiàn)認(rèn)為，臭氧及其反應(yīng)物會(huì)對(duì)人體健康造成不利影響，因此，家用環(huán)境應(yīng)避免使用臭氧進(jìn)行凈化，并應(yīng)對(duì)那些在運(yùn)行過程中產(chǎn)生臭氧副產(chǎn)物的凈化裝置給予高度警惕。

１．３空氣凈化器性能評(píng)價(jià)方法

２０１５年我國(guó)頒布了全新的空氣凈化器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ１８８０１—２０１５《空氣凈化器》，以潔凈空氣量ＣＡＤＲ?作為評(píng)價(jià)空氣凈化器性能的主要指標(biāo)。ＣＡＤＲ表示空氣凈化器提供潔凈空氣的速率，測(cè)試時(shí)以香煙煙霧作為顆粒物污染物塵源，測(cè)試空氣凈化器對(duì)于０．３μｍ?以上的顆粒物的凈化效果。但是ＣＡＤＲ的整個(gè)測(cè)試過程需要在測(cè)試艙內(nèi)完成，并且測(cè)試過程復(fù)雜，不適用于空氣凈化器

的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。因此，本文將采用一次凈化效率作為評(píng)價(jià)空氣凈化器凈化效果的性能指標(biāo)。

一次凈化效率反映空氣凈化器去除某一種空氣污染物濃度的相對(duì)比例，等于空氣凈化器上、下風(fēng)側(cè)污染物濃度之差與上風(fēng)側(cè)濃度之比。在ＧＢ／Ｔ１８８０１—２０１５中，規(guī)定以一次凈化效率作為風(fēng)道式凈化裝置的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

式（１）中，Ｅ?為污染物一次凈化效率；Ｎ下為下風(fēng)側(cè)污染物濃度平均值；Ｎ上為上風(fēng)側(cè)污染物濃度平均值。

當(dāng)用一次凈化效率表示空氣凈化器對(duì)顆粒污染物的去除效果時(shí)，即相當(dāng)于空氣過濾器測(cè)試標(biāo)

準(zhǔn)中的過濾效率指標(biāo)———一般指空氣過濾器對(duì)０．４μｍ粒子的分級(jí)過濾效率。

２測(cè)試方法

２．１測(cè)試樣本

本文選取了兩臺(tái)不同形式的典型靜電空氣凈化器樣本進(jìn)行測(cè)試。

１＃?樣本為某進(jìn)口線板式雙區(qū)靜電凈化器。凈化器內(nèi)部由風(fēng)機(jī)、金屬預(yù)過濾網(wǎng)、圓線電離極和板式集塵極組成，共３檔風(fēng)量可供調(diào)節(jié)。

２＃?樣本為某國(guó)產(chǎn)新型靜電凈化器。凈化器內(nèi)部由風(fēng)機(jī)、纖維預(yù)過濾網(wǎng)、集塵器和活性炭過濾網(wǎng)組成，共３檔風(fēng)量可供調(diào)節(jié)。該集塵器采用超級(jí)納米碳纖維電場(chǎng)集塵技術(shù)，由特殊ＰＰ材料制成微孔進(jìn)風(fēng)通道，內(nèi)部均勻分布納米級(jí)碳纖維導(dǎo)電層，通電后每一個(gè)微孔內(nèi)部將形成超強(qiáng)靜電場(chǎng)，對(duì)通過微孔通道的顆粒物進(jìn)行捕集，其作用相當(dāng)于集塵極。同傳統(tǒng)靜電空氣凈化器一樣，這種新型的靜電凈化器也具有阻力和能耗低的優(yōu)點(diǎn)，但由于未設(shè)置高壓電離極，因此在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生臭氧等副產(chǎn)物。

２．２測(cè)試過程

兩臺(tái)靜電空氣凈化器樣本被分別安裝在兩間辦公室中，均以中檔風(fēng)速２４小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，測(cè)試周期為１８周。

１＃?樣本所在的辦公室面積約２０ｍ２，有獨(dú)立通風(fēng)的外窗；２＃?樣本安裝在同一樓層內(nèi)的另一間辦公室中，面積約３０ｍ２，同樣有獨(dú)立通風(fēng)的外窗。由于本測(cè)試不涉及兩樣本之間的性能對(duì)比，因此，兩測(cè)試用辦公房間不具備結(jié)構(gòu)相似性。另外，盡管測(cè)試周期所在季節(jié)為冬季和早春，氣溫較低常需閉門開啟空調(diào)采暖，但由于辦公需要，（www.gxshunjiang.com）兩辦公室的門常開且不時(shí)還開啟外窗通風(fēng)，因此，即使在冬季兩測(cè)試房間的通風(fēng)量也有一定保證。

在額定運(yùn)行風(fēng)量（規(guī)定為凈化器樣本的中檔風(fēng)速）下，測(cè)量并記錄兩臺(tái)靜電空氣凈化器樣本的初始顆粒物一次凈化效率，隨后凈化器樣本連續(xù)運(yùn)行１８周，在每周周一再次測(cè)量其一次凈化效率。凈化效率測(cè)試采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方式，通過采樣管連接粒子計(jì)數(shù)器和凈化器的進(jìn)、出風(fēng)口，作為上、下游顆粒物濃度采樣點(diǎn)。本測(cè)試所使用的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器為ＰａｌａｓＷｅｌａｓＰｒｏｍｏ２０００粒徑譜儀，裝配Ｗｅｌａｓ２３００探頭，測(cè)量范圍為０．１７～１０．００μｍ，共５７個(gè)粒徑通道。粒子計(jì)數(shù)器的采樣間隔為１ｓ，設(shè)置單次采樣時(shí)間為６０ｓ，單次采樣結(jié)果即為６０ｓ內(nèi)的平均值。考慮到室內(nèi)顆粒物濃度的不穩(wěn)定性，每次測(cè)量均采用上游６０ｓ×２－下游６０ｓ×４－上游６０ｓ×２的采樣順序，得到４組凈化效率并取平均值。

３測(cè)試結(jié)果與討論

３．１初始顆粒物一次凈化效率

在靜電空氣凈化器樣本全新的狀態(tài)下，測(cè)試其初始的顆粒物一次凈化效率，結(jié)果見表１。

１＃?樣本為典型的線板式雙區(qū)靜電凈化器，初始的顆粒物一次凈化效率接近１００％，可近似認(rèn)為達(dá)到ＨＥＰＡ的水平。而２＃樣本雖然采用了全新的集塵技術(shù)，但由于為避免產(chǎn)生臭氧未設(shè)置放電裝置，空氣中的顆粒物僅依靠自身攜帶的少量電荷難以被捕集，一次凈化效率僅為１＃?樣本的一半左右，實(shí)際凈化效果并不理想。但在２＃?樣本的后期改進(jìn)中，在增設(shè)了電離放電裝置后其一次凈化效率有了很大的提升。

３．２凈化效率的衰減

兩臺(tái)空氣凈化器樣本對(duì)０．３９μｍ?粒徑段（０．３０μｍ～０．５０μｍ）顆粒物和０．３μｍ以上顆粒物的一次凈化效率的變化情況見圖２、圖３。

雖然兩臺(tái)凈化器樣本初始的一次凈化效率相差很大，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，兩樣本表現(xiàn)出極為相似的效率變化規(guī)律。在初始運(yùn)行的１～２周內(nèi)，樣本的一次凈化效率急劇下降，約降低至初始效率的一半，隨后在長(zhǎng)達(dá)十幾周的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，一次凈化效率均圍繞著某一中心值上下波動(dòng)。１＃?樣

本由于初始效率高，降低后的一次凈化效率也高于２＃?樣本，后期平均效率約為３５％，但是波動(dòng)幅度比較大。而２＃?樣本降低后的效率基本穩(wěn)定在１０％，變化曲線相對(duì)平穩(wěn)。

一方面，凈化器使用過一段時(shí)間以后，集塵極表面逐漸形成一定厚度的荷電粉塵層，從而產(chǎn)生一定量的積累電荷和電壓降。根據(jù)非穩(wěn)態(tài)靜電過濾理論，集塵極表面的積累電荷不僅會(huì)導(dǎo)致電暈電流減小，而且能形成一定強(qiáng)度的反電場(chǎng)使集塵場(chǎng)強(qiáng)減弱，造成凈化效率的下降。另一方面，進(jìn)入空氣凈化器的氣流的溫濕度、顆粒物污染物濃度和粒徑等因素都會(huì)對(duì)凈化效率產(chǎn)生影響，造成凈化效率的波動(dòng)。而另一個(gè)可能的原因———二次揚(yáng)塵，經(jīng)分析并不是造成本次樣本效率波動(dòng)的主要原因。靜電空氣凈化裝置對(duì)大粒徑顆粒物的捕集更有效率，因此在正常情況下凈化器出風(fēng)口附近的大粒子含量很少，而當(dāng)二次揚(yáng)塵發(fā)生時(shí)，被氣流沖刷脫落的塵粒多為大粒徑，因此在凈化器出風(fēng)側(cè)會(huì)出現(xiàn)大量的大粒徑顆粒物。通過測(cè)定凈化器進(jìn)、出風(fēng)側(cè)顆粒物的粒徑分布，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的分布比較相似，并未出現(xiàn)明顯的二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。表２為１＃?樣本第１６周進(jìn)、出風(fēng)側(cè)的粒徑分布。

此外，測(cè)試過程中空氣中的顆粒物污染物濃度并不穩(wěn)定，在一定程度上影響了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，根據(jù)ＥＮ７７９：２０１２《一般通風(fēng)過濾器———過濾性能測(cè)定》中對(duì)效率測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法，計(jì)算了９５％置信度下樣本平均效率的雙側(cè)置信區(qū)間作為參考，見圖２、圖３。

３．３ＰＭ２．５效率

目前ＧＢ／Ｔ１８８０１—２０１５《空氣凈化器》僅規(guī)定了凈化器針對(duì)０．３μｍ?以上顆粒物計(jì)數(shù)濃度和效率的測(cè)試方法，而對(duì)于人們普遍關(guān)心的ＰＭ２．５去除率（計(jì)重效率）則并沒有涉及。為了更直觀的顯示空氣凈化器樣本對(duì)細(xì)顆粒物的凈化效果，本文依據(jù)一種簡(jiǎn)化的ＰＭ效率的計(jì)算方法，對(duì)兩臺(tái)樣本的ＰＭ２．５效率進(jìn)行了計(jì)算和分析。

在這種計(jì)算方法中，根據(jù)實(shí)測(cè)的各粒徑段顆粒物的計(jì)數(shù)濃度和等效球形體積來計(jì)算質(zhì)量濃度，從而得出計(jì)重效率。計(jì)算時(shí)，認(rèn)為所有顆粒物的密度一致，假設(shè)同一粒徑段內(nèi)的所有顆粒物擁有相同的粒徑，即該粒徑段的平均粒徑，且顆粒物的體積按球形處理計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式（２）、式（３）、式（４）中，Σ２．５０ｉ＝０．１７Ｎｉｍｉ表示空氣凈化器上、下風(fēng)側(cè)處，０．１７～２．５０μｍ范圍內(nèi)各粒徑段顆粒物的質(zhì)量濃度之和；ｄｉ表示各粒徑段的平均粒徑；ｄｕ、ｄｌ表示各粒徑段的上限、下限粒徑（μｍ）；粒徑段按照所使用的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器的粒徑通道劃分，０．１７～２．５０μｍ范圍內(nèi)共３８?jìng)€(gè)粒徑段。

如圖４、圖５所示，凈化器樣本的ＰＭ２．５效率略高于≥０．３μｍ?的一次凈化效率，并與其變化規(guī)律保持一致，而０．３９μｍ?粒徑段（０．３０μｍ～０．５０μｍ）的凈化效率則基本與≥０．３μｍ的一次凈化效率重合。這是由于大氣塵的粒徑分布所致。

圖６顯示了測(cè)試期間每周１＃?樣本進(jìn)口處總顆粒物即大氣塵的數(shù)量濃度隨粒徑的分布情況。從

圖中可以看出，大氣塵數(shù)量分布的峰值位于０．２μｍ～０．３μｍ之間，約占據(jù)了粒子總數(shù)的７０％，而０．３μｍ及以上粒子僅占粒子總數(shù)的３０％左右，１μｍ以上粒子更是不足１％。在此種背景下，ＧＢ／Ｔ１８８０１—２０１５《空氣凈化器》所規(guī)定的凈化器的評(píng)價(jià)指標(biāo)ＣＡＤＲ并不能準(zhǔn)確反映空氣凈化器在整個(gè)粒徑范圍內(nèi)的凈化效果［６］。因此，為了更好地體現(xiàn)凈化器對(duì)于大氣中大量存在的小粒子的凈化效果，建議將標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)數(shù)濃度的測(cè)試粒徑范圍擴(kuò)大至０．２μｍ以上，或者增設(shè)ＰＭ２．５計(jì)重效率評(píng)價(jià)指標(biāo)。但考慮到現(xiàn)階段大部分國(guó)產(chǎn)光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器可達(dá)到的測(cè)量范圍，實(shí)現(xiàn)０．２μｍ～０．３μｍ粒徑段的測(cè)量仍然比較困難。

另一方面，在０．３μｍ?以上的顆粒物總數(shù)中，０．３９μｍ粒徑段的粒子占９０％左右，所以０．３９μｍ粒徑段的凈化效率與≥０．３μｍ的凈化效率基本重合。而計(jì)算得到的ＰＭ２．５效率由于采用了體積加權(quán)平均，其值略大于其他兩個(gè)計(jì)數(shù)效率。

４結(jié)束語

本文通過持續(xù)監(jiān)測(cè)靜電空氣凈化器樣本的運(yùn)行狀態(tài)和顆粒物一次凈化效率，探究了靜電空氣凈化器在實(shí)際運(yùn)行過程中的凈化效率及效率衰減等問題，得出以下結(jié)論：

１）靜電空氣凈化器初始一次凈化效率較高，可以達(dá)到ＨＥＰＡ的水平，但個(gè)體之間差異較大；

２）在實(shí)際運(yùn)行過程中，靜電空氣凈化器的凈化效率衰減速度快、幅度大，僅需１～２周，樣本的一次凈化效率便降至初始效率的一半左右，隨后趨于穩(wěn)定在某一區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，實(shí)際凈化效率遠(yuǎn)低于初始值；

３）分析造成凈化效率衰減和波動(dòng)的原因，一方面是因?yàn)榧瘔m板上沉積的粉塵層使集塵場(chǎng)強(qiáng)減弱，另一方面是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)靜電空氣凈化器受環(huán)境因素的影響比較大；

４）依據(jù)簡(jiǎn)化的ＰＭ效率的計(jì)算方法，對(duì)兩臺(tái)樣本的ＰＭ２．５效率進(jìn)行了計(jì)算和分析，結(jié)果顯示樣本的ＰＭ２．５效率略高于≥０．３μｍ的一次凈化效率。