某电子厂房室内PM2.5治理方案
2017-10-09朱海明
朱海明
( 招商局物业管理有限公司东莞分公司，广东 523786 )
某电子厂房室内PM2.5治理方案
朱海明
( 招商局物业管理有限公司东莞分公司，广东 523786 )
文章主要分析阐述了电子厂房室内空气PM2.5的主要来源及室内污染物超标的主要原因，并根据污染物来源提出了治理方案，分析了中效空调滤网由F5升级为F9及静电除尘装置的经济性，分析结果表明，相对于滤网升级方案，静电除尘在经济性方面的投资回报期约为6.4年；试点实施了滤网由F5升级为F9升级方案，试点效果表明，滤网升级方案对室内PM2.5治理有显著效果。
PM2.5;滤网升级；静电除尘
Abstract：This article analyzed the source of PM2.5 and the main reason of the PM2.5 inceresing in electronics factory.Upgrading the air filter and electrostatic precipitator are compared as PM2.5 decrease solution.Comparedwith upgrading the air filter from F5 to F9,the investment repay periodofelectrostatic precipitator is 5.9 years;Upgrading the air filter was implemented in some workshop of the factory,results show that PM2.5 is obviously decreased after the upgrading of the air filter from F5 to F9.
Keywords：PM2.5;Filter upgrade；Electrostatic precipitator
1 概述
当量直径小于等于2.5微米的细颗粒物被称为PM2.5。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物(PM2.5)则主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤)、挥发性有机物等。粒径在2.5微米以下的细颗粒物[1]，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。另外PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的雾霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。
CYRYS[2]等通过测试发现，室内外的PM2.5浓度呈强线性相关性，75%以上的室内污染物源来源与室外大气相关。邝志强[3]对东莞市城区大气中PM2.5进行了5个月时间观测，结果表明夜间PM2.5平均浓度是昼间PM2.5平均浓度的1.21倍。曹国庆[4]等给出了集中空调系统空气过滤器等级组合建议，建议新、送风过滤器组合最低为G4+F7。周刘轲[5]对驻极体过滤器进行了试验研究，结果表明，驻极体过滤器的性能要优于F7高中效过滤器。王鑫磊[6]以某航站楼为研究对象，相对于未加装中效过滤器的空调风柜，加装静电除尘装置对PM2.5及PM1.0的室内净化效果达到了51.3%及52.2%。赵华、刘应书[7]等测试了三种静电净化器的出口颗粒物浓度，分析了其净化效率，结果表明，组合式空气净化器在大风量下具有较高的除尘效果，适用于集中空调通风系统。
本文以某电子产品制造基地的PM2.5治理案例，结合整改前后的实测数据，提供PM2.5治理前后的实测数据供相关企业、研究机构参考。并通过理论计算对静电除尘技术进行经济性评价，为相关企业的PM2.5治理决策提供经济性分析参考。
2 项目基本情况介绍
该项目为东莞市某电子产品制造基地，基地内办公环境要求PM2.5限值为35ug/m3，2016年2个季度的第三方测试数据结果如图1，可见测试数据并不理想，大部分时候室内PM2.5浓度值超过了标准值35ug/m3要求。因此，如何防治室外空气颗粒物污染将是室内空气颗粒物污染治理的重点。
图1 2016年2个季度的PM2.5测试结果
除办公环境对PM2.5要求外，随着产品及技术的进步，厂房对洁净度的要求也越来越高。该产品基地主要生产集成电路板，有SMT(焊接)生产线，由于建厂时未对洁净度进行要求和设计，随着对产品质量要求的提升，需要厂内洁净度达到30万级，同时，由于业务需要，进行了一系列扩建及整改，增加了空气污染物的来源，目前的空气洁净度无法达到30万级要求。
污染物来源主要包括：1)由空调系统新风送入室内的未被滤网完全滤除的颗粒物；2)通过渗透进入室内的新风。建厂时未考虑后期产能扩建导致工艺排风增加，后期由于扩能造成工艺排风量大大增加，形成室内负压，造成室外风未经空调过滤而渗入室内的情况。以其中一栋厂房M4栋为例，原设计风柜铭牌新风量45000m3/h/台，按照最小新风比10%计算，单台为4500m3/h,20台设计新风量为90000m3/h，而工艺排风机设计为4用2备，单台风量为45000m3/h，设计排风量为180000m3/h，因此即使完全按照设计风量运行，也无法达到正压设计要求。如表1数据所示，根据其中一栋厂房的实测数据发现，风柜实际送入的新风量为14200m3/h(实际运行20台)，远远小于排风量121363m3/h(实际运行3台)。3)后期整改造成的生产设备增加。4)一楼至二楼增加了货运通道，由于货物本身所含有的颗粒污染物较多造成污染。因此，制造部门提出在现有条件下对厂房进行整改，以满足厂区洁净度要求。
改造前的空调系统采用了一次回风组合式风柜集中送风，并通过送风管道送至各空调区域。空调滤网采用了G3+F5进行空气含尘颗粒物过滤。本文主要研究从空调风柜功能段升级改造进行室内污染物治理改善。
表1 M4栋厂房新风及排风测试及计算
编号风速/m/s风机频率/Hz风阀开度风口尺寸/m3风量/m3/hK2-4-11250全开50×501080K2-4-51550全开50×501350K2-4-7150全开50×50900K2-4-80450全开50×50360K2-4-90450全开50×50360K2-4-100450全开50×50360K2-4-110950全开50×50810K2-4-120650全开50×50540K2-4-130750全开50×50630平均值71020台总新风量142003#工艺排风机1850全开98×86546132#工艺排风机1350全开98×86394435#工艺排风机950全开96×8627306总排风量121363
3 室内污染物治理方案分析与选择
空调风柜功能段改造主要针对室外新风过滤及室内含尘颗粒物的循环净化，治理方案包括如表2所述方案，其中仅静电除尘和滤网过滤的方法能够适用于颗粒物去除，且静电除尘还具有杀菌作用。基于此，本文将就滤网升级及静电除尘两种方案进行进一步对比分析，并就综合比较的结果实施整改试点。
滤网过滤效果根据过滤器厂家提供数据如表3所示，可以看到，目前空调风柜的滤网过滤效果，G3等级滤网过滤5um以上的效果仅为50%～70%，G4等级滤网过滤5um以上的效果为70%～90%；F5等级滤网过滤1um以上的效果仅为30%～50%，而F9等级滤网过滤1um以上的效果仅为90%以上，通过更换滤网理论可以大大提高颗粒物过滤效率。
部分风柜F5的实测过滤效率如表4所示仅为18%～28%，低于名义效率(低于名义效率的原因分析为由于滤网之间的缝隙渗漏造成)。同时也可以看到，在室外严重污染时，即使过滤后的送风也无法满足室内洁净国标要求(国标室内污染物浓度限值为75ug/m3)。
静电除尘主要用于替换中效滤网以提高PM2.5的滤除效果，静电除尘方案选用某美国产品，认证过滤效率为MERV13等级，1um及5um以上的颗粒物过滤效率均大于90%，因此其过滤效果略优于G4+F9滤网方案。
表2 不同室内污染物治理方案比较
项目介质过滤静电过滤活性炭吸附光触媒臭氧化学过滤器UV紫外线使用颗粒物颗粒物，细菌异味，细菌细菌，有机物异味，细菌有机物细菌除尘高高低低低中低阻力高低较高低低高低风机能耗高低较高低低高低维护成本高低中中低中低
表3 不同滤网规格含尘颗粒滤除效果比较
表4 F5中效滤网PM2.5滤除实测数据
风柜F5滤网前PM25F5滤网后PM25PM25过滤效率K1-1533828%K2-1654826%K3-1554518%K4-1503726%0069260(室外416)18728%0067191(室外416)16617%
同时，采用静电除尘可以降低风柜阻力约为40～50Pa,风柜的全压为500Pa,风阻降低20%，按照风机功率与风阻平方关系估算，则可降低风机功率约为5%。
综上，在不考虑经济性的情况下，静电除尘方案要优于滤网升级方案，如下为经济性的计算分析。
以M4楼栋为例，该楼栋共有风柜18台，风柜风量为45000m3/h，风机功率为22kW，每台风柜的中效滤网数量为12块，滤网价格为115元/块，更换频次为2次/年；静电除尘投资按照每m3/h的风柜风量预估，维护成本按照每3400m3/h单元模块100元计算，得到每年的维护成本及能耗成本减少共约13.7万元，初投资约为81万元，投资回报期为5.9年。因此，从改造项目的静态投资回报期看，采用静电除尘的经济性仍然较差，在现有的市场价格条件下，静电除尘并不具备投资优势，但在未来产品成本降低的情况下，可考虑作为PM2.5治理方案。同时，可考虑在基建新建项目时将静电除尘方案融合进产品设计当中，以降低后期运维费用。
表5 滤网升级与静电除尘方案投资汇报分析
滤网升级为G4+F9静电除尘装置总风量/m3/h810000810000风柜总装机功率/kW396396运行时间/h80008000平均负荷率70%6650%电量/kWh22176002106720平均电费/元/kWh0707耗用电费/元15523201474704年维护成本/元4968023824初投资/元0810000年度总费用/元22672802130544年度费用节约/元136736投资回报期/年59
该项目最终决定采用升级滤网方式作为室内颗粒物去除整改方案，同时为了减小高效滤网的阻力增加，将原来的滤网袋长从20cm增加到50cm，增大迎风面积以减少滤网阻力。
4 改造效果实测分析
根据上述分析，对厂区中的2栋厂房进行了滤网升级改造，改造后每个楼栋各选取2台风柜进行测试并与未改造楼栋的2台风柜进行对比测试。测试工具为TSI公司的便携式、颗粒物浓度测试仪DUST TRAC II，测试方法为测试滤网前后的PM2.5并对比改造升级后的F9滤网与未升级的F5滤网的浓度值。测试过程中风柜频率维持在48Hz不变，当天测试时室外PM2.5浓度值为89ug/m3。
从测试数据可以看到，滤网升级后室内送风的PM2.5基本为0，PM2.5过滤效率达到100%。其中K1风柜回风PM2.5浓度偏高是由于同一区域的其他风柜停机，造成区域内部含尘颗粒物扩散至该风柜回风口导致。
从测试结果看，由于滤网升级并未对风柜的风速造成显著影响，升级后平均风速为4.00m/s，未升级风柜的平均风速为4.35m/s，送风风速降低了8%，降低的幅度在可接受范围，并未影响空调系统的正常使用。
表6 滤网升级测试对比
中效滤网规格F9F5 风柜编号K1K2K3K4K5K6 平均风速/m/s403745384245 滤网前PM25/ug/m3147951223 滤网后PM25/ug/m30000919 滤除效率100%100%100%100%25%17%
5 结论与展望
本文基于某电子产品制造基地案例，通过理论计算及实测，得到如下的结论：
(1)空调滤网从G3+F5升级未G4+F9后，PM2.5的滤除效果可从原来的17%～25%提升到90%以上，可极大提升厂房及办公区域的PM2.5滤除效果，是消除室内PM2.5污染的非常有效的措施，且通过合理选择滤网袋长，可减少滤网阻力对循环风量的影响。
(2)静电除尘理论的PM2.5滤除效果优于G4+F9组合，且有灭菌作用，但投资回报期达到5.9年，其经济性仍然欠佳，但未来随着市场价格降低，可作为滤网升级方案的替代方案，实现运营成本的节约。
(3)由于经费限制，本项目未使用连续测试工具，数据的对比并非在同一时间点内，可能存在一定偏差，后续可考虑采用在线连续测试方法收集更多数据以便获得更为全面的对比数据，例如可测试不同室外PM2.5浓度条件下风柜的滤除效果及室内PM2.5浓度值。
(4)除了滤网升级，室内正压维持也是室内污染物控制的方法之一，受限于项目改造工程实施的难度及预算，该项改造未能得以实行。
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IndoorPM2.5ManagementofanElectronicWorkshop
ZHU Haiming
( China Merchants Group Property Management Co.,Ltd.Dongguan branch，Guangdong 523786 )
2016-4-18
朱海明(1983-)，男，硕士，主要从事暖通空调专业技术工作。E-mail：250119838@qq.com
ISSN1005-9180(2017)03-035-05
TU834.8文献标示码A
10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.03.007
