光热凝聚技术在新风空气净化装置中的应用

2015-12-23冯晓宏

中国环保产业 2015年3期

关键词：空气净化新风颗粒物

冯晓宏

（中洁环境科技有限公司，西安 710061）

光热凝聚技术在新风空气净化装置中的应用

冯晓宏

（中洁环境科技有限公司，西安 710061）

SINOCLEAN光热凝聚技术应用在新风系统及空气净化装置中是一种新的尝试。以具体产品为例进行实验，测试了SINOCLEAN凝聚技术对PM2.5净化效率的增强效益；研究了在不同风速时，凝聚单元所提高的效率值；通过对比SINOCLEAN凝聚单元开、关前后颗粒物的计数浓度和质量浓度，研究了SINOCLEAN凝聚现象对颗粒物作用的粒径范围。

微颗粒物；SINOCLEAN凝聚技术；空气净化

1 引言

在传统除尘器前增设凝聚装置，使超细颗粒物通过化学或物理方法凝聚成较大颗粒，是现代除尘技术发展的趋势[1，2]。按凝聚机理的不同，超细颗粒物的凝聚技术可分为电凝聚、声凝聚、磁凝聚、热凝聚、光凝聚、湍流凝聚、化学凝聚及双荷电流体混合凝聚等，许多研究表明[3-5]，凝聚对超细颗粒物有较好的效果，因此，研究凝聚技术在空气净化中的应用，对去除空气中PM2.5具有重要意义。

热凝聚是由布朗运动（扩散）导致气溶胶粒子互相接触而凝聚的过程，是最常见的一种凝聚方式，研究指出[6]：当粒子直径dp≤1μm时，热凝聚作用较为明显；而光凝聚是指在光波辐射情况下超细颗粒发生的团聚现象，Lushnikov[7]研究了超细颗粒物在光辐射下的凝聚过程。冯晓宏提出的SINOCLEAN光热凝聚技术[8，9]（以下简称“SINOCLEAN技术”），首次将光凝聚和热凝聚效应相结合，通过促使超细微颗粒物凝聚，被过滤系统更有效地拦截，从而达到提高净化效率的目的。

本文对SINOCLEAN技术在新风空气净化中的应用进行了测试研究，分析了SINOCLEAN技术对颗粒物净化效率的影响，为室内空气净化行业提供了技术参考。

2 实验仪器及方法

2.1 测试产品

选择SINOCLEAN空气新风净化装置进行测试。该净化装置的主要结构如图1所示。室外机的作用是将室外新风送入室内机，室内机内部依次安装均流板、自洁单元、SINOCLEAN凝聚单元、初效过滤器和高效过滤器。SINOCLEAN凝聚单元设置于初效过滤器的进口侧，其由光源模块和加热模块组成，光源模块为红光波段LED，加热模块为红外光灯或电加热丝。同时，该新风系统及空气净化装置将新风引入室内，避免了现有家用净化器将室内空气自循环所带来的臭氧、TVOC、氡、CO2等有害物不断累积，以及氧气量减少的问题。

2.2 实验仪器

采用德国Grimm公司1.109便携式气溶胶光谱仪分别测试大气及净化器出口的颗粒物浓度，采用美国TSI公司8386型号智能多参数风速仪测试净化器不同档位的出口风速。

2.3 测试方法

将新风系统的过滤装置卸掉，采用两台气溶胶光谱仪同时对新风系统出口以及新风系统室外机进口的颗粒物浓度进行测试，每种工况测试时间为5min，并取5min内的平均值作为该种工况的实验值。新风系统进出口的测试点均为出风口的几何中心点。新风系统出口风速取五个测试点的平均值，测点的布置情况如图2所示。

图2 出风口风速测点位置示意

3 结果与讨论

3.1 SINOCLEAN凝聚单元开关前后净化效率的对比

中国建筑科学研究院针对SINOCLEAN空气新风系统SINOCLEAN凝聚单元效果进行了测试。测试针对凝聚单元开关前后，不同档位（风速）条件下，净化PM2.5的计重效率。测试结果见下表。测试时的空气温度为20℃，相对湿度为42.4%。

凝聚单元开关前后，新风系统对PM2.5的净化效率对比表

由上表可知，当开SINOCLEAN凝聚单元时，新风系统对PM2.5的净化效率得到了一定幅度的提升，提升幅度在2%～3%，而且档位（风速）越低，提升的效率越高，分析其原因，一方面可能是由于空气流速越高，气溶胶粒子受到的光辐射以及被加热的时间越短，即气溶胶粒子发生凝聚的时间越短，削弱了凝聚的效果；另一方面可能是由于在较大的风速情况下，气溶胶粒子的布朗运动或在光辐射下成核的过程受到影响的程度变大，破坏了部分气溶胶粒子的凝聚。

同时可以发现，当开SINOCLEAN凝聚单元时，在上游测点PM2.5浓度严重超标的情况下，新风系统档位1与档位3出口的PM2.5浓度低于我国《环境空气质量标准》[10]年均值一级标准15μg/m3，而且，档位2时出口的PM2.5浓度也接近该标准值，由此表明，SINOCLEAN凝聚单元对PM2.5有一定的净化增强能力。

3.2 SINOCLEAN凝聚单元对不同粒径颗粒物凝聚效果分析

通过测试SINOCLEAN凝聚单元开、关前后，新风系统档位（风速）为2时，进出口不同粒径颗粒物的计数浓度，以及PM10、PM2.5和PM1.0的计重浓度，通过计算各粒径颗粒物的减少率，分析SINOCLEAN凝聚单元对不同粒径颗粒物的凝聚效果。测试时，空气温度为21℃，相对湿度为45.8%。

图3给出了对SINOCLEAN凝聚单元开、关前后，不同粒径颗粒物计数浓度的减少率情况。

由图3可知，关闭SINOCLEAN凝聚单元时，粒径在0.25～0.7μm范围内的颗粒物基本保持不变，而粒径在0.7～12.5μm范围内的颗粒物，其减少率基本呈波动上升趋势，分析其原因是由于较大颗粒的惯性作用，再加上新风系统内部有弯道和较多的元部件，空气流经其内部时，较大的颗粒物由于惯性作用，脱离气流，从而被阻留在新风系统内壁或元部件上，造成其浓度的减少。

图3 凝聚单元开、关前后不同粒径颗粒物计数浓度减少率对比

开启SINOCLEAN凝聚单元时，粒径在0.25～0.45μm范围内的颗粒物基本保持不变，粒径在0.45～1.0μm范围内的颗粒物，其减少率逐步变大而后变小，减少率的峰值出现在0.65～0.8μm粒径范围内，而粒径在1.0～8.5μm范围内的颗粒物的减少率为负增长趋势，也即经过凝聚单元后，该粒径范围内的颗粒物数量浓度增大，其中，粒径在6.5～8.5μm范围内的颗粒物增加的最多。由此说明，经过SINOCLEAN凝聚器后，0.5～1.0μm范围内颗粒物发生较为明显的凝聚现象，造成1.0～8.5μm范围内颗粒物数量浓度的明显增多。此外，粒径在8.5～12.5μm范围内的颗粒物的减少率突然变为正值，这同样是因为较大颗粒物的惯性较大，脱离气流而留在新风系统内部的缘故。

3.3 SINOCLEAN凝聚单元开、关前后颗粒物质量浓度的变化

SINOCLEAN凝聚单元开关前后，PM10、PM2.5和PM1.0的质量浓度变化情况如图4所示。

图4显示，凝聚单元启用前，大颗粒物由于惯性碰撞等原因，会在新风系统内部壁面得到一定的捕集，凝聚单元出口的大颗粒物浓度有较明显的降低；当凝聚单元开启后，PM2.5的作用颗粒物浓度明显增多，而随着颗粒物粒径的减小，颗粒物浓度减小的程度在增大，说明凝聚现象对小颗粒物更为显著，而且粒径越小，凝聚现象就越明显。