空气净化器中的过滤分离技术

刘朝军 伍静静 胡文飞 赵芝康

（1、上海沛杰过滤技术有限公司 上海 200444；2、浙江朝晖过滤技术股份有限公司 浙江 314511）

1 前言

人类赖以生存的三个条件是阳光、空气和水，但随着工业的快速发展，空气和水都受到了污染，严重影响了人类健康。世界卫生组织最新调查结果表明，全球城市空气污染最严重的前30个城市当中，中国占了24个……在中国519个城市中，空气品质达到一级标准的城市只有21个，占总数的4%。

相应的，室内空气污染因其影响范围大，与人体接触时间长，因此对人类呼吸系统尤其是儿童会产生较大的危害。根据美国环保署的研究，人们在室内空间接触到空气污染物的平均程度是室外空间的2.5倍，严重时甚至可高达100倍；而国内调查表明，城市居民每天在室内的时间长达21.53小时，占全天时间的90%。因此，人体健康与室内空气净化程度关系密切，“健康呼吸”已成为迫切需要。尤其是最近多个大中城市逐步在公布PM2.5的实测数据，从侧面间接说明了这一问题的严重性，许多学者对此危害性做了大量的毒理性模拟研究 。

造成室内空气质量下降的原因主要有自然因素和人为因素，其中由于工业废气、汽车尾气等人为因素所造成的室内空气污染尤为显著。要想及时改善室内空气质量，主要的方法有三：其一为改善大气质量，但是该方法受外界环境的影响较大，实用性不强；其二为通风，但是受到大环境空气质量的制约，会随着不同的季节、特定的时间段而发生变化，不可控；其三为使用空气净化器。空气净化器可以清除较小的尘埃、细菌等典型室内空气污染物，该方式因为不受外界大气客观条件的限制，具有很强的可操作性。

空气净化器在国内已有近15年的开发历程，中国每年生产空气净化器千万台左右，但大多数是供应出口，如日本、欧洲、北美等市场。2007年，日本的空气净化器家庭普及率已经达到17%，销量达到180万台 ；韩国、欧洲空气净化器的家庭普及率甚至高于日本和美国市场。反观我国，尽管空气污染很严重，但家用空气净化器的普及率却低于1%。因此，家用空气净化器的国内市场空间较大，具有较大的开发潜力。

本文将在查阅大量文献的基础上，对空气净化器的核心过滤原理技术做一个简单的归并总结，同时，归纳出现阶段空气净化器的不同评价标准和指标意义，并在此基础上为广大消费者选购空气净化器提供一定的建议。

2 空气净化器概述

空气净化器（又称“空气清洁器”、空气清新机），是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物（一般包括粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等），有效提高空气清洁度的产品，目前以清除室内空气污染的家用和商用空气净化器为主。

空气净化器主要构成包括：机箱外壳、过滤段、风道设计、电机、电源、液晶显示屏等。决定寿命的是电机，决定净化效能的是过滤段，决定是否安静的是风道设计、机箱外壳、过滤段、电机。

根据净化方式从能动的方向分类：

(1)被动式净化类（定点净化）：即滤网净化类，主要原理是用风机将空气抽入机器，通过内置的滤网过滤空气，能够起到过滤粉尘、异味、有毒气体和杀灭部分细菌的作用。滤网又可分为集尘滤网、去甲醛滤网、除臭滤网、HEPA滤网等。其中成本较高的就是HEPA滤网，它能起到分解有毒气体和杀菌作用，特别是抑制二次污染。

滤网净化类产品的主要特点：风机功能以及滤网的质量决定净化效果，机器的放置以及室内的布局影响净化是否完全，室内净化效果不均衡其净化也不算完全，其次滤网的更换费用较高。

(2)主动净化类（空中净化）：即无滤网型产品。根据产品主动杀菌原理可分为银离子技术、负离子技术、低温等离子技术、光触媒技术和净离子群离子技术。

3 空气净化器净化原理

根据净化器工作原理，家用空气净化器可以分为以下五大类，表1将对各种不同形式的空气净化器的原理及其优缺点做简要汇总。

当然，随着科技的进步，越来越多的新技术会在空气净化器中得到应用。但是，面对粉尘（如PM2.5）和有害气体（如装修副产物甲醛等）为主要的室内空气污染物，过滤型与吸附型空气净化器是满足净化空气的基础净化原理与过滤元件。

4 空气净化器主要应用技术

4.1 静电除尘灭菌技术

空气里对人体最有害的是小于2.5微米的灰尘，因其能穿透细胞，进入血液循环系统。空气净化器采用6000V的高压静电，破坏细菌衣壳蛋白的4条多肽链, 并使RNA受损，从而能过滤比细胞还小的灰尘、烟雾和细菌，防止肺病、肺癌肝癌等疾病。

4.2 低温非对称等离子体空气净化技术

通过给气体外加电压至气体的放电电压，使气体被击穿，产生各种强氧化性的低温等离子，并在极短时间内把接触到的污染物分解掉。其优点是可人机共存，净化同时无需人员离开；节能降耗，同比可以节约80%的电能；终生免拆洗。具有快速消杀病毒、超强净化能力、高效祛除异味、消除静电功能、增加氧气含量等。这种技术一般用于工业废气处理，化学反应后产生二次污染，很少应用到家用空气净化器中。

4.3 HEPA过滤技术

HEPA由非常细小的有机纤维交织而成，对微粒的捕捉能力较强，孔径微小，吸附容量大，净化效率高，并具备吸水性，针对0.3微米的粒子净化率可达到99.97%甚至更高，一般家用空气净化器中都有用到。

表1 家用空气净化器净化技术分类表

4.4 净离子群技术

净离子群技术是一种将空气中的水分子直接电离成H自由基和OH自由基，同时再包裹水分子的技术。羟基自由基对病毒和细菌的杀灭率超过臭氧，在空气中停留存在时间也比臭氧长。净离子群离子技术使OH自由基外包裹一层水分子，保持其在空气中的存在时间，同时利用细菌及病毒的倾水性，能够更快速的对细菌及病毒进行杀活作业。该技术是目前国际公认的医用空间净化技术，也是目前唯一能对甲型H1N1，H1N5 禽流感，SARS 杀灭率在99%以上的空间净化技术。

4.5 负离子技术

运用静电释放负离子，吸附集中空气中的粉尘起到降尘作用，同时负离子对空气中的氧气也有电离成臭氧的作用，对细菌有一定的杀灭作用。这类产品优点是产品生产成本较低。产品代表主要是亚都、飞利浦等。

4.6 分子络合技术

利用甲醛和氨的溶水特性，通过甲醛捕捉剂和水组成的络合分解体系，分别将甲醛和氨等气态短分子链物质迅速络合成长分子链物质及氨盐，最终把甲醛、氨等有害分子变成稳定、无毒的氨盐，实现去除甲醛、氨等有害气体的目的。

4.7 银离子净化技术

把银块离子化吹到空气中以起到杀菌的效果，缺点是产品成本高，细菌杀灭率低，不能杀灭病毒。

4.8 光触媒技术

利用半导体在光线的照射下，释放强氧化力的自由基的技术。该技术的优点是产品成本较低,缺点是自由基活性导致其在空气中停留的时间较短，对病毒及细菌的杀灭效果也有限。

5 空气净化器性能评价指标

5.1 国内外空气净化器标准对比

(1)美国标准

AHAM AC-1-2002为美国家电制造协会所制定的空气净化器测试标准，主要目的是测量空气净化器滤网及送回风设计所造成的整体净化效率，以CADR来量化表示，借此比较不同空气净化器间CADR差异并据以评定性能的优劣。该标准目前是欧美厂商广泛采用的空气净化器性能测试方法，但并未涉及净化器产品的噪音、脱臭、耐久性及风量等测试方法，而这些性能指标对于评价净化器性能的优劣是非常重要的。

(2)日本标准

日本工业标准JIC 9615规定了多种空气净化器性能参数的测试方法，标准还对净化器产品的风量、粉尘捕集率、粉尘保持容量、气体去除率、气体去除容量等各项参数的限值做了规定。该标准可以比较全面地评价空气净化器的性能，具有较好的可比性，但专业化项目多，综合性不够强，一般用户很难理解各项性能参数的意义。

(3) 国内标准

我国于2008年颁布的最新GB/T 18801-2002《空气净化器》标准参照了美国AHAM AC-1-2002标准中的各项指标，主要对空气净化器的洁净空气量、净化效率、风量、噪声和寿命这5个主要性能指标作了规定。该标准与美国AHAM最大的不同点是：除了对风量的测试进行了规定外，还提出了净化效率和净化寿命两个新概念。

5.2 国内外空气净化器评价指标对比

不考虑净化器实际使用时的效率问题，仅仅表示空气净化器本身固有特性的常用性能评价指标有去除率、洁净空气量、有效净化效率等。

(1)去除率：该指标是参照日本工业标准JIC 9615提出的。具体指空气净化器连续运行一段时间后，室内空气中某污染物被去除的相对量。

去除率大小不仅取决于空气净化器的性能，还取决于试验室容积、净化器运行状况，因此只有在同一试验室内和相同的试验条件下，不同净化器的去除率之间才有一定的可比性。同时还要充分考虑污染物自身的自然衰减等因素的影响。如果测试时净化器额定风量很小,所需运行时间很长,自然衰减引入的误差就会很大,所以要求精确比较净化能力的场合下,在测试方法中,还应当规定恰当的风量。另外，去除率没有考虑净化器实际使用时的气流组织形式，所以需要其他指标进行补充。

(2)洁净空气量（CADR）：美国家电制造商协会（AHAM）按照严格的测试标准 进行测试得出的空气净化器输出洁净空气的比率。CADR数值越高，则表示净化器的净化效能越高。如对室内空气质量有较高要求，则需要选择CADR值在200以上的产品。

CADR适用于现有的各种空气净化技术的空气净化器,包括内装送风机的和不装送风机的空气净化器；适用于评价空气净化器去除空气中颗粒的能力,也适用于评价去除其他空气污染物的能力。但该综合指标并不能全面说明一台空气净化器的优劣,即便一台空气净化器的过滤效率很低，只要风量大，同样可以得到较大的CADR值。另外,“洁净空气量”的方法也没有考虑净化器实际使用时的气流组织形式，所以需要其他指标进行补充。

(3)有效净化效率：该指标是参考GB/T 18801-2002《空气净化器》标准 提出来的，即在额定风量下运行时去除空气污染物的效率为洁净空气量与额定风量的比值。

有效净化效率本来是为了评价过滤材料的性能而提出的，用于评定有送风机的空气净化器。但是，空气净化器在额定风量下运行时的净化效率，不仅取决于过滤材料滤除污染物的效果，还取决于净化器结构等因素。因此，采用该指标评价更加合理、准确，有效净化效率同样也没有考虑到净化器实际使用时的气流组织形式，需要其他指标进行补充。

6 第三方权威认证检测机构

空气净化器（效果）权威检测机构，是指经政府批准，依据政府标准或国际标准，作为第三方独立的，非营利性的、并为业内认同的，对空气净化器净化指标进行检测的机构。

美国家电制造商协会AHAM目前是世界业内同行公认的唯一权威检测机构。“AHAM”所制定的认证标准获得了美国环保署（Unites States Environmental Protection Agency, EPA）、美国能源部（U.S.Department of Energy, US DOE）在内的多个国家政府机构的认定。

就国内而言，国家环保部及其各省、市环保局的环境监测总站及其下属机构以及有检测条件的质量技术监督检验站，均是是空气环保指标检测的权威机构。

7 消费者选购空气净化器指南

正如本文前言部分所言，消费者对空气净化器产品的需求迫切。但是，面对琳琅满目的空气净化器品牌及其铺天盖地的宣传，消费者往往会雾里看花，无从选择。因此，笔者就如何选择适合消费者家庭所需的产品提出以下建议：

(1)消费者首先要明白自己的需求。不同的污染源需要选择不同类型的空气净化器。如针对新装修家庭，较高除味效率的产品可能更加适合；针对妇女、儿童及老人等对粉尘敏感体质的家庭成员，选择一款较高除尘效率的空气净化器就显得尤为必要；

(2)针对不同室内空间，选择不同CADR值的空气净化器。一般来讲，家庭居室面积越大，所需空气净化器的CADR值也就越高，CADR值与适用面积具有一一对应关系。但这并不意味着CADR值越高越好，因为过高的CADR值不仅意味着付出加大的购机成本，同时也会消耗较多的能源；

(3)除了关注CADR值，能源效率也是必不可少的关注指标，这直接关系到购买产品后的能源消耗。

除此之外，消费者还需要根据自己的需求，考虑噪音、待机功率等指标。总之，消费者需要在性能与成本方面做一个平衡，在实际购买产品时，更需要擦亮双眼，不要被过多的市场宣传所误导，适合自己的才是最好的。

[1]林仕福，把握空气净化需求的商机，《现代家电》，2001年5期；

[2]赵学彬，郭翔，孙敬智，闫庆倩，彭晓武，王正伦，杨磊，不同地区大气PM2.5对人血管内皮细胞毒性作用的实验研究，《环境与健康杂志》，2012，29（1）：3-6；

[3]闫庆倩，赵学彬，杨莉，彭晓武，王正伦，杨磊，不同地区大气PM2.5致大鼠肺损伤的比较实验研究，《环境与健康杂志》，2012，29（1）：7-11；

[4]郭翔，闫庆倩，赵学彬，孙敬智，王正伦，杨莉，彭晓武，杨磊，不同地区大气PM2.5对大鼠肺泡巨噬细胞毒性作用的实验研究，《环境与健康杂志》，2012，29（1）：12-15；

[5]任参译自“JARN”，日本家用空气净化器市场简析，《电器》，2008,10:71-72；

[6]ANSI/AHAM AC-1-2002, Association of Home Appliance Manufacturers Method for Measuring Performance of Portable Household Electric Cord-Connected Room Air Cleaners；

[7]JIS C 9615-1995, 空气净化器，日本工业规格标准；

[8]GB/T 18801-2008, 空气净化器，中华人民共和国国家标准，2008；