灰色关联在过滤材料分析中的应用

武松梅 王新厚

(1 安徽职业技术学院 安徽合肥 230001；2 东华大学 上海 200051)

灰色关联在过滤材料分析中的应用

武松梅1王新厚2

(1 安徽职业技术学院 安徽合肥 230001；2 东华大学 上海 200051)

本文对熔喷类、针刺类、复合类非织造过滤材料进行测试，并用灰色关联方法对非织造过滤材料的经济技术指标优选。

非织造过滤材料，灰色关联，优选

随着现代工业化发展，大量空调设备的应用，空气中漂浮着各种各样肉眼看不到的尘埃粒子和微生物，对人体健康的影响非常大[1]。人们意识到一些疾病是因恶劣的空气引起的，开始追求高质量的空气环境，人们更多地关注公共建筑物内的空气环境质量[2]。空气洁净技术随之走入人们的生活。在整个空气洁净技术中，空气过滤器是关键的部件，它所使用的过滤材料的结构和性能直接关系到过滤器的性能。

本文收集各厂家的非织造过滤材料在颗粒物PM10在0.5m/s风速下进行过滤性能测试，综合考虑过滤阻力、过滤效率、价格三方面的因素，对非织造过滤材料的经济技术指标进行优选。

1 实验样品

非织造过滤材料的测试样本分为3类，即：①熔喷类R1，R2，R3，R4，R5，R6；②针刺类C1，C2，C3；③复合类F1，F2。

2 性能测试

根据过滤材料国家标准要求，本文对过滤材料的过滤效率以及及过滤阻力的测试利用计重法。本文讨论过滤材料应用在过滤风速为0.5m/s的中效过滤，试样过滤性能测试数据详见表1。

表1 试样过滤性能指标测试值

3 对11种过滤材料进行灰色评价

3.1 经济技术指标的选取

过滤材料的性能指标有很多，本文选择过滤阻力和过滤效率两个指标作为过滤材料性能的技术指标，经济指标主要考虑过滤材料的价格。因此，这3项能够比较全面的评价过滤材料的经济技术性能。

3.2 比较方案和参考方案序列的确定原则

本文共测试11块过滤材料，每种过滤材料有3个评价指标，则比较方案序列为：

X={xi(k)=|k=1,2,3,…,11}i=1,2,3

因过滤阻力越大，功耗越大，越不经济；过滤效率越高，过滤性能越好；过滤材料价格越高，成本越高，因此，选择过滤阻力最小、过滤效率最大、过滤材料价格最小的3个值作为各比较方案中最优参考序列。参考序列为：

X0(k)={x0(1),x0(2),…,x0(n)}

(1)

3.3 价格白化权函数的量化处理

价格采用白化权函数的量化方法进行处理，把白化函数取为线形函数，即价格高、较高、中、低分别取0.8、0.6、0.4、0.2。价格白化权函数量化处理后见表2。

表2 过滤材料主要参数指标

3.4数据的无量纲化

由于各指标计量单位不同，不便于比较。为此采用归一化对数据进行处理。对表2进行规一化处理所得结果如表3。

表3 各指标规一化处理

3.5 求取关联系数

与参考序列进行比较得表4，求出Δ0i(k)。

表4 与参考数列比较结果

(2)

由于ρ的取值对结果有一定的影响，由式(2)可知，

(3)

(4)

从式(4)可得，ξ0min(k)与ρ0成正相关，另，当ρ≤0.5463时[3]，分辨率和关联度的变化比较容易得出。根据实际情况本文选取ρ为0.54，代入式(2)，即可得式(5)，

(5)

关联系数代入上式(5)计算求得，见表5。

表5 关联系数计算结果

3.6 给各指标因素赋权值

各项技术经济指标对过滤材料影响不同，因此权重系数肯定也不一样。目前专家数据库不完善的，本文使用用层次分析法[4]，判断矩阵根据重要性排序求得：

由式可得：

检验所求特征向量，对权数合理性进行判断，具体见如下：

由式可得：

得：CR=CI/RI=0.025052<0.10

从上式可知，判断矩阵具有一致性，权向量即为：

a(k)={过滤阻力，过滤效率，过滤材料价格}

={0.2654333 ，0.6716255 ，0.0629412}

3.7 求关联度

由式4-2求关联度得：

3.8 关联度排列及最优化方案

由计算结果可知：R4>R2>R3>F2>R1>C2>C1>C3>F1>R6>R5，在风速为0.5m/s时空调中过滤材料话，综合考虑过滤材料的过滤性能、过滤阻力和价格3个方面，以熔喷类过滤材料R4为最佳，技术经济性最高。

4 总结

笔者对熔喷类、针刺类、复合类非织造过滤材料进行测试，随后从过滤阻力、过滤效率、价格3个方面进行综合考察技术经济指标，采用灰色关联理论对过滤材料进行了评价。采用层次分析法，最终确定了熔喷过滤材料R4在风速为0.5m/s的中效过滤时技术经济性最高。

[1]周伟，叶舜华.有关气溶胶吸入危害研究[J].中国公共卫生学报，1996，15(4)：253.

[2]张威，谷海兰.个非织造空气过滤材料对PM2.5的过滤性能[J].上海纺织科技，2013，2(41)：59.

[3]许钟麟.空气洁净技术原理[M].上海：同济大学出版社，1998.127.

[4]熊和金，陈绵云，瞿坦.灰色关联度公式的几种拓广[J].系统工程与电子技术，2000，22(1)：8.

(责任编辑宁梵西)

2014-1-8

武松梅，yijiujiuqi2@126.com。

TQ 342.62

1674-9545(2014)02-0041-(00)