近年來，隨著霧霾天氣的加重，人們越來越重視室內空氣品質?？諝鈨艋饕蚰苡行コ諝庵械念w粒污染物，降低ＰＭ２．５濃度，改善室內空氣品質，得到了廣泛地應用和發(fā)展。根據(jù)捷孚凱（ＧｆＫ中國）全國零售推算數(shù)據(jù)，２０１４年，我國空氣凈化器零售量超過３２０萬臺，零售額近７０億元，同比增長均接近８０％。不過與美、日、韓等國家相比，我國的空氣凈化器家庭普及率仍很低，不到1％，今后的市場潛力十分巨大。

目前，國內空氣凈化器行業(yè)涵蓋近４００個品牌，技術種類繁多。國產(chǎn)空氣凈化器主要采用過濾吸附技術、靜電集塵、催化凈化技術和負離子潔凈技術等凈化方法。靜電集塵技術是其中一種較新型的空氣過濾凈化方案，由于其電場力直接作用于塵粒，荷電塵粒在被捕集的過程中幾乎不阻礙空氣流動，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，近年來被越來越多地應用于家用空氣凈化設備中。

本文選取了兩臺典型的靜電空氣凈化器樣本，安裝在辦公環(huán)境內進行連續(xù)運行測試，監(jiān)測其運行狀態(tài)并記錄顆粒物一次凈化效率，研究靜電空氣凈化器在實際運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構。在兩極之間施加高電壓，可產(chǎn)生不均勻的高強度電場。在電場作用下，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移向集塵極，并在移動的過程中附著在懸浮粒子上使其荷電，受電場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區(qū)域內，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)靜電凈化器的結構原理。

１．２技術特點

除靜電集塵技術外，目前市場上的空氣凈化器也多利用過濾技術，采用高效空氣過濾器ＨＥＰＡ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）來去除空氣中的固態(tài)顆粒物，達到凈化室內顆粒污染物的效果。高效過濾器是由纖維過濾材料制成的，依靠攔截、慣性、擴散和重力等效應捕集微粒，根據(jù)ＧＢ／Ｔ６１６５—２００８《高?？諝膺^濾器性能測試方法效率和阻力》，其額定風量下的過濾效率可達到９９．９％。但是，為了實現(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。而且在使用一段時間以后，隨著顆粒物在過濾器表面沉積，阻力會逐漸增大。當阻力增加到一定程度時，應更換高效過濾器，周期一般為３～６個月。然而，對于空氣凈化器而言，為了保證凈化效果常常在大風量狀態(tài)下運行，高效過濾器的高阻力勢必會造成風機能耗偏高，甚至是室內噪聲過大的困擾。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行成本。

不同于上述高效纖維空氣過濾器的過濾機理，靜電空氣凈化器通過電場力的作用實現(xiàn)氣固分離，在實現(xiàn)高過濾效率的同時也節(jié)省了運行費用。一方面，其過濾段內部氣流通道大、流場分布比較均勻，阻力遠低于同等效率的高效纖維過濾器。而且隨著使用時間的增長，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)省了風機能耗。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，在長時間使用后靜電凈化器的過濾組件無需更換，減少了維護費用。

但是，作為一種新型的空氣凈化技術，靜電空氣凈化器在實際運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。并且伴隨著粒子對積灰表面的撞擊，將會出現(xiàn)二次揚塵，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.關于靜電空氣凈化器的效率衰減問題，Ｈａｎｌｅｙ等人曾進行了相關的測試。為了確定靜電凈化器在實際使用時的效率變化，３臺靜電凈化器分別連續(xù)運行了１～３個月，結果顯示，隨著使用時間的增加凈化器的過濾效率有明顯下降，并認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頒布的關于空氣過濾和凈化的立場文件也指出，靜電空氣凈化器對顆粒物的去除效果呈現(xiàn)比較大的范圍，個體之間差異較大，其長期的運行效果與裝置本身的維護狀況有關。

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臭氧濃度超標。有文獻認為，臭氧及其反應物會對人體健康造成不利影響，因此，家用環(huán)境應避免使用臭氧進行凈化，并應對那些在運行過程中產(chǎn)生臭氧副產(chǎn)物的凈化裝置給予高度警惕。

１．３空氣凈化器性能評價方法

２０１５年我國頒布了全新的空氣凈化器國家標準ＧＢ／Ｔ１８８０１—２０１５《空氣凈化器》，以潔凈空氣量ＣＡＤＲ?作為評價空氣凈化器性能的主要指標。ＣＡＤＲ表示空氣凈化器提供潔凈空氣的速率，測試時以香煙煙霧作為顆粒物污染物塵源，測試空氣凈化器對于０．３μｍ?以上的顆粒物的凈化效果。但是ＣＡＤＲ的整個測試過程需要在測試艙內完成，并且測試過程復雜，不適用于空氣凈化器

的現(xiàn)場檢測。因此，本文將采用一次凈化效率作為評價空氣凈化器凈化效果的性能指標。

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比例，等于空氣凈化器上、下風側污染物濃度之差與上風側濃度之比。在ＧＢ／Ｔ１８８０１—２０１５中，規(guī)定以一次凈化效率作為風道式凈化裝置的評價標準。

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

當用一次凈化效率表示空氣凈化器對顆粒污染物的去除效果時，即相當于空氣過濾器測試標

準中的過濾效率指標———一般指空氣過濾器對０．４μｍ粒子的分級過濾效率。

２測試方法

２．１測試樣本

本文選取了兩臺不同形式的典型靜電空氣凈化器樣本進行測試。

１＃?樣本為某進口線板式雙區(qū)靜電凈化器。凈化器內部由風機、金屬預過濾網(wǎng)、圓線電離極和板式集塵極組成，共３檔風量可供調節(jié)。

２＃?樣本為某國產(chǎn)新型靜電凈化器。凈化器內部由風機、纖維預過濾網(wǎng)、集塵器和活性炭過濾網(wǎng)組成，共３檔風量可供調節(jié)。該集塵器采用超級納米碳纖維電場集塵技術，由特殊ＰＰ材料制成微孔進風通道，內部均勻分布納米級碳纖維導電層，通電后每一個微孔內部將形成超強靜電場，對通過微孔通道的顆粒物進行捕集，其作用相當于集塵極。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，但由于未設置高壓電離極，因此在使用過程中不會產(chǎn)生臭氧等副產(chǎn)物。

２．２測試過程

兩臺靜電空氣凈化器樣本被分別安裝在兩間辦公室中，均以中檔風速２４小時連續(xù)運行，測試周期為１８周。

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

在額定運行風量（規(guī)定為凈化器樣本的中檔風速）下，測量并記錄兩臺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)運行１８周，在每周周一再次測量其一次凈化效率。凈化效率測試采用現(xiàn)場測量的方式，通過采樣管連接粒子計數(shù)器和凈化器的進、出風口，作為上、下游顆粒物濃度采樣點。本測試所使用的光學粒子計數(shù)器為ＰａｌａｓＷｅｌａｓＰｒｏｍｏ２０００粒徑譜儀，裝配Ｗｅｌａｓ２３００探頭，測量范圍為０．１７～１０．００μｍ，共５７個粒徑通道。粒子計數(shù)器的采樣間隔為１ｓ，設置單次采樣時間為６０ｓ，單次采樣結果即為６０ｓ內的平均值。考慮到室內顆粒物濃度的不穩(wěn)定性，每次測量均采用上游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測試結果與討論

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，測試其初始的顆粒物一次凈化效率，結果見表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％，可近似認為達到ＨＥＰＡ的水平。而２＃樣本雖然采用了全新的集塵技術，但由于為避免產(chǎn)生臭氧未設置放電裝置，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，實際凈化效果并不理想。但在２＃?樣本的后期改進中，在增設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

兩臺空氣凈化器樣本對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。

雖然兩臺凈化器樣本初始的一次凈化效率相差很大，但隨著運行時間的增加，兩樣本表現(xiàn)出極為相似的效率變化規(guī)律。在初始運行的１～２周內，樣本的一次凈化效率急劇下降，約降低至初始效率的一半，隨后在長達十幾周的運行時間內，一次凈化效率均圍繞著某一中心值上下波動。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％，變化曲線相對平穩(wěn)。

一方面，凈化器使用過一段時間以后，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導致電暈電流減小，而且能形成一定強度的反電場使集塵場強減弱，造成凈化效率的下降。另一方面，進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對凈化效率產(chǎn)生影響，造成凈化效率的波動。而另一個可能的原因———二次揚塵，經(jīng)分析并不是造成本次樣本效率波動的主要原因。靜電空氣凈化裝置對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口附近的大粒子含量很少，而當二次揚塵發(fā)生時，被氣流沖刷脫落的塵粒多為大粒徑，因此在凈化器出風側會出現(xiàn)大量的大粒徑顆粒物。通過測定凈化器進、出風側顆粒物的粒徑分布，發(fā)現(xiàn)兩側的分布比較相似，并未出現(xiàn)明顯的二次揚塵現(xiàn)象。表２為１＃?樣本第１６周進、出風側的粒徑分布。

此外，測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試結果的準確性。因此，根據(jù)ＥＮ７７９：２０１２《一般通風過濾器———過濾性能測定》中對效率測試數(shù)據(jù)的處理方法，計算了９５％置信度下樣本平均效率的雙側置信區(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０．３μｍ?以上顆粒物計數(shù)濃度和效率的測試方法，而對于人們普遍關心的ＰＭ２．５去除率（計重效率）則并沒有涉及。為了更直觀的顯示空氣凈化器樣本對細顆粒物的凈化效果，本文依據(jù)一種簡化的ＰＭ效率的計算方法，對兩臺樣本的ＰＭ２．５效率進行了計算和分析。

在這種計算方法中，根據(jù)實測的各粒徑段顆粒物的計數(shù)濃度和等效球形體積來計算質量濃度，從而得出計重效率。計算時，認為所有顆粒物的密度一致，假設同一粒徑段內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算。計算公式如下：

式（２）、式（３）、式（４）中，Σ２．５０ｉ＝０．１７Ｎｉｍｉ表示空氣凈化器上、下風側處，０．１７～２．５０μｍ范圍內各粒徑段顆粒物的質量濃度之和；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粒子計數(shù)器的粒徑通道劃分，０．１７～２．５０μｍ范圍內共３８個粒徑段。

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顯示了測試期間每周１＃?樣本進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)定的凈化器的評價指標ＣＡＤＲ并不能準確反映空氣凈化器在整個粒徑范圍內的凈化效果［６］。因此，為了更好地體現(xiàn)凈化器對于大氣中大量存在的小粒子的凈化效果，建議將標準中計數(shù)濃度的測試粒徑范圍擴大至０．２μｍ以上，或者增設ＰＭ２．５計重效率評價指標。但考慮到現(xiàn)階段大部分國產(chǎn)光學粒子計數(shù)器可達到的測量范圍，實現(xiàn)０．２μｍ～０．３μｍ粒徑段的測量仍然比較困難。

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。而計算得到的ＰＭ２．５效率由于采用了體積加權平均，其值略大于其他兩個計數(shù)效率。

４結束語

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

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

２）在實際運行過程中，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)間內波動，實際凈化效率遠低于初始值；

３）分析造成凈化效率衰減和波動的原因，一方面是因為集塵板上沉積的粉塵層使集塵場強減弱，另一方面是因為長時間運行時靜電空氣凈化器受環(huán)境因素的影響比較大；

４）依據(jù)簡化的ＰＭ效率的計算方法，對兩臺樣本的ＰＭ２．５效率進行了計算和分析，結果顯示樣本的ＰＭ２．５效率略高于≥０．３μｍ的一次凈化效率。