摘要：20世纪末期，中国进入高速发展的上升通道。各种以牺牲自然为代价换取GDP的高速增长。森林面积减少；机动车保有量巨增；各类污染企业雨后春笋林立于祖国大地，空气中的氮氧化合物、含硫化合物、PM2.5颗粒物增加，导致人们的居住环境态势愈发严峻。此时空气净化器厂商嗅到商机，纷纷加大对空气净化器的研发，导致市面上各类空气净化器的性能良莠不齐。规范市场秩序；制定检测准则；给广大用户提供更为直观的判断基准，已经是迫在眉睫。
关键词：空气净化器；CADR；检测
引言：2015年9月15日，GB/T18801-2015《空气净化器》国家标准正式公布。2016年3月1日，《GB/T18801-2015》正式执行。明确指出了空气净化器性能核心指标：CADR，CCM，能效等级，噪音。新国标定义：CADR是指洁净空气量，指单位时间通过净化器过滤后，输出的洁净空气总量，单位是m³/h，包含颗粒物CADR和甲醛CADR。
1.颗粒物CADR的检测方法
颗粒物CADR检测技术大体总结如下：在温度：25±5℃，湿度：50±10%，30 m³密封仓中；空气净化器摆放于正中央；由稳定的污染源发生器导入1根红塔山牌香烟（10mg）；同时运转风扇10分钟，搅动仓内空气，确保污染空气充斥整个仓体内。运转风扇5分钟后，停止运转风扇直到风扇静止。启动空气净化器，使用TSI粒子计数量读取仓内直径0.3um~2000um颗粒物粒子浓度，同时记录24组数据。通过国标计算颗粒物CADR公式计算得出颗粒物CADR值。
2.CADR标称值与实测值
根据新国标规定，空气净化器需要在机身明显位置或说明书中，注明此机型的CADR值及CCM等级。其中国家每年都会对市场上的产品例行抽查，抽查实测值与标称值误差在±10%之内，规避不良商家通过虚标CADR值，夸大宣传效果，误导顾客。
3.影响颗粒物CADR的因素
影响CADR的因素，主要是风量（m³/h）与过滤网的材质（由F1~F23，共24个等级）.
风量大小与马达转速及扇叶类型及尺寸大小有关。
马达可分为DC马达、AC马达、直接无刷马达。市面上大体使用DC马达或直流无刷马达。优点在于噪音小、消耗功率低，但是转速较低。扇叶可分为偏心式扇叶（动压值高，静压值低，风量转化率高，但噪音大）；离心式扇叶（动压值低，静压值高；但是扇叶噪音氏，风量转化率较低）。
过滤网的材质（由细小的纤维交织而成，用于阻拦细小颗粒物通过），可分为HEPA过滤网与非HEPA过滤网，区别点在于过滤直径小于0.3um颗粒物时，过滤效率是否超过99.9%。超过99.9%时，则为HEPA过滤网，反之，则为非HEPA过滤网。过滤网等级越高，价格呈几何倍数增长，市面多用F10~F13等级非HEPA过滤网。经过市场调研：市场上，大部分空气净化器均采用直流无刷马达，配合离心式扇叶，搭配F12等级的非HEPA过滤网。
4.缩小空气净化器的标称值与实测值误差
假定以1000±30RPM/min（负载状态）的直流无刷马达，配合离心式扇叶，搭载过滤网压力损失值：100±20Pa，等级为F12非HEPA的过滤网。理论计算风量为：390m³/h.理论CADR值为：390*0.8=312（备注：系数0.8为过滤网厂家提供的经验值）。厂家直接标称该机型的CADR值为310。这是可行的吗？根据实验数据分析得出结论：此标称值容易超标。
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经过大量实验数据分析，以及到第三方测试机构测试评测，可以得出以下结论：当过滤网压力损失值保持在一定数值时，马达转速每升高10RPM/min，风量可递加约为6~12m³/h，CADR值可升高约为4.8~9.6。当马达转速保持在一定转速时，过滤网压力损失值升高每10Pa时，风量相应减少约为3~9 m³/h，CADR值降低约为2.4~7.2。并且过滤网生产产家也表示，过滤网材质也存在误差，每一批次的压损都不相同，只能按照空气净化器生产企业前期对过滤网压力损失值进行评估，设定其公差范围。
在实际生产过程中，存在组装误差；测试误差；不考虑这些误差，只考虑马达二轻转速误差与过滤网压力损失误差。当马达转带误差偏下限时，CADR实测值存在低于标称值10%的风险。即当转速为970RPM/min，配合120Pa的非HEPA时，估算CADR的风险实测值约为：260。比理论值降低约16%。如果再考虑空气净化器的生产误差，测试误差，理论值可能更低。并且非HEPA过滤网的性能在经过2~4次的测试后，其过滤效率会出现小幅度的降低。
因此在设定空气净化器的标称值时，建议是以最恶劣状态下，测定数据，作为标称值。即当转速最低（970RPM/min），搭载压损值最大的过滤网（120Pa），测试得到的CADR值为最恶劣状态下的数据。在实际生产过程中，无论过滤网的压损如何变化，马达转速如何降低，组装误差及测试误差同时偏下行区间时，也不会比这种状态更差。甲醛CADR也可以参考这种方式进行测试，只是需要增加对活性碳含量上下限的考虑。
5.如何提高颗粒物CADR
对于已经量产并且投入市场的产品，在符合空气净化器国标的前提下（噪音）；只能通过对最恶劣状态值的测试，并且把实测值作为标称值。可能会导致厂家需要变更标称值。但是一味的以最好状态下测试值，作为标称值进行宣传，这样会导致抽检不合格。最差状态下的标称值，无论国家如何抽检，也不会出现检测不合格的情况发生。
对于仍处于设计阶段的产品。可以通过优化风道设计。有能力的企业也可能在开发初期，使用CFD Fluent或ANSYS进行流体分析，减少或避免风道湍流的产生、降低风噪、减少风能损失，从而降低噪音，进而提高马达转速，获取更大的风量值。根据流体力学中的P-Q曲线，选择最优区间，优化扇叶与风道的配合。另一方面，从成本方面考虑，在性能优先的前提下，使用HEPA材质过滤网，可以提升产品的初次净化效率以及累积净化量（HEPA材质的颗粒物CADR转换率为0.9或以上，系数0.9为过滤网厂家经验值）。在风量相同的情况下，使用HEPA过滤网，颗粒物CADR值会更高。根据第三方测试机构传递回来的测试数据。HEPA过滤网的前期性能降低速率较慢，颗粒物CCM的累积量均能达到P4等级。
减小马达转速理论误差。马达由电能驱动，通过控制电路板传递信号给马达，然后实现马达转速高低的变化。在实际设计开发过程中，控制电路板传递给马达的信号，是有波峰值与波谷值，并且二者以函数关系递进交替。波峰值与波谷值的差距愈大，则马达的误差愈大，从而导致测试偏差愈大，实测值偏离标称值的风险也愈大。
对过滤网的运输包装，增加密封性结构，如增加密封袋包装。过滤网易受环境的温度、湿度质量影响。长时间将过滤网放置于空气中，易导致过滤网的性能下降，从而导致空气净化器的CADR降低。
结束语
综上所述，提升空气净化器颗粒物CADR抽检的合格率，不仅仅是测试状态的选择；更重要的是在设计阶段，考虑各种影响颗粒物CADR的因素。对各因素进行优化，进而设计生产出价格低廉，性能优秀的空气净化器。空气净化器只是一种提升我们居住环境的质量辅助手段，更多是希望对环境的拯救；减少污染型企业；降低成品油的含硫，氮量；使用清洁能源的汽车。让森林的自然新风替代空气净化器的过滤风。
参考文献：
[1]GB/T 18801-2015，空气净化器标准规范，2016.03.
[2]GB3095—2012 环境空气质量标准.
论文作者:陈双扬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：过滤网论文; 马达论文; 空气净化器论文; 误差论文; 转速论文; 颗粒物论文; 风量论文; 《基层建设》2018年第25期论文;