高效空氣過濾器容塵性能試驗方法.pdf

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1、2023/3/2712023年中國制冷展 空氣凈化技術論壇上海123453MPPS法計數法油霧法中國GB/T 6165鈉焰法DOP法美國MIL-282歐洲EN 1822中國GB/T 6165英國BS-3928中國GB/T 6165用壓縮空氣噴霧形成DOP或DEHS氣溶膠發生器發生DEHS、DOP或NaCl等用壓縮空氣霧化，同時加熱、冷凝質量濃度（20.1）%NaCl水溶液噴霧、干燥蒸發、冷凝氣溶膠發生方法多分散粒徑0.08-1m多分散計數中值直徑0.1m-0.3m多分散質量平均直徑0.28m-0.34m多分散質量中值直徑0.6m多分散質量中值直徑約0.5m單分散直徑0.3m10%氣溶膠狀態及大

2、小109-1012粒/m3108-1011粒/s1000 mg/m33-5mg/m32-8mg/m3100 mg/m3氣溶膠初始濃度激光粒子計數器或凝結核計數器光學粒子計數器油霧儀或濁度計檢測火焰光度法光散射濁度計檢測濃度檢測方法采用DEHS無毒采用DEHS、NaCl無毒有疑問無毒有疑問對人體毒性-對某些濾材會造成效率下降或強度降低電子工業中某些工藝對Na非常敏感不過量時無影響對濾材、工藝的影響 PTFE高效濾材及HEPA/ULPA 高效過濾器標準效率性能的試驗方法4 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不

3、穩定初阻力初始效率容塵發生DEHS氣溶膠采集上下游粒子數發生ASHRAE人工塵測定計數、計重效率和阻力消靜電異丙醇浸泡消靜電初阻力初始效率消靜電異丙醇熏蒸消靜電容塵發生A2人工塵測定初始計重效率、阻力與積塵量的關系現有高效過濾器評價標準體系中，高效過濾器的容塵性能試驗方法尚不明確與成熟EN779-2012一般通風用過濾器-過濾性能測定ISO 16890-2016一般通風用空氣過濾器分別發生KCl和DEHS氣溶膠采集上下游粒子數EN 779與ISO 16890提出的動態性能評價方法受到廣泛認可，但不適用于高效過濾器BS EN1822-2019 高效空氣過濾器ISO 29463-2011 高效空氣

4、過濾器及濾材GB/T 6165-2021 高效空氣過濾器性能試驗方法效率和阻力T/CRAA 430432-2017 空氣過濾器GB/T 13554-2020高效空氣過濾器附錄固體KCl/NaCl 粉塵計數中值直徑75nm125nm質量濃度(1020)mg/m3僅關注初始性能未關注容塵性能5容塵阻力理論 效率/阻力兩部分1：動態過濾中濾料的效率和阻力可分為兩部分，一部分來自原始纖維層，另一部分來自新形成的粉塵“纖維”。阻力增長三階段2：高效過濾器在容塵過程中的阻力增長分三個階段：深層過濾階段、過渡段和粉塵層過濾階段（表面過濾階段）。枝狀纖維的形成阻力增長的三階段6 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本

5、小于1m）時空波動性容塵過程不穩定經G3+F7過濾器過濾后的環境氣溶膠粒徑分布特性(600CMH)大氣塵經粗中效過濾后顆粒物特性 小粒徑 低濃度 時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定實驗裝置性能需求 小粒徑、高濃度 發塵濃度持續性、均勻性 風量與阻力測量準確性、穩定性縮短實驗時長02絕大多數粒徑1m容塵持續時間長2023/3/2727 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定常見氣溶膠與人工塵初定塵源范圍 固態氣溶膠 KCl NaCl PSL 等 人工

6、塵 ISO A1-A4亞利桑那道路塵 ASHRAE塵 等 液態氣溶膠 DEHS 等質量百分數化學成分68-76SiO210-15Al2O32-5Fe2O32-4Na2O2-5CaO1-2MgO0.5-1TiO22-5K2O A2塵組分 ASHRAE塵組分72%A2塵23%炭黑5%棉絨 氣溶膠 KCl 人工塵 A2塵 1250目CaCO3 SiO2AR（分析純）亞微米SiO2 Al2O3AR（分析純）0.05CR Al2O3 氣相法白炭黑028 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定KCl氣溶膠發生裝置人

7、工塵發生裝置發生濃度及粒徑分布測量裝置潔凈壓縮空氣氣源00.5MPa進氣壓力范圍 喂塵器 旋風分離器串聯于喂塵器后端，用于去除人工塵中較大粒徑顆粒激光散射測量原理5L/min采樣流量0.210m粒徑測量范圍 Palas Promo 2000氣溶膠粒徑譜儀029 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定飽和KCl溶液（20）溶液狀態600m3/h實驗風量100加熱溫度0210 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定氣相法白炭黑實驗塵源600m3/h實驗風量不使用旋風分離器時：進氣壓力與喂塵速率幾乎不影響受試塵的質量分布特性使用旋風分離器時：受試塵

8、的質量中值直徑顯著降低2.13m質量中值直徑0.5MPa進氣壓力在實驗設備調節范圍內，適當提高進氣壓力與喂塵速率，能夠提高旋風分離器的性能表現，得到整體粒徑分布更小的粒子0211 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定600m3/h實驗風量0.5MPa進氣壓力旋風分離器使各粒徑檔粒子濃度不同程度降低人工塵發塵濃度遠高于KCl氣溶膠0212 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定氣相法白炭黑名稱SiO2化學式60.08分子量白色末狀外觀20平均粒徑，nm15030比表面積，m2/

9、g0.06體積密度，g/cm3親油表面性質99.5干基含量，%氣相法生產工藝等離子表面處理表面處理質量中值直徑顯著降低氣相法白炭黑物性參數實驗用人工塵選定：A2塵、氣相法白炭黑022023/3/27313 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定型式額定面風速（m/s）尺寸規格（mm）濾料材質等級編號用途無隔板板式0.4549249270玻璃纖維H131氣溶膠容塵實驗61061070玻璃纖維H132人工塵容塵實驗61061050ePTFEH13361061070玻璃纖維U154=?修正單次容塵量，g?單次

10、發塵量，g?單次灰斗增重，g受試過濾器增重，g=?，總發塵質量，g=?，總灰斗增重，g總發塵質量過濾器容塵分離器灰斗增重掃灰量損失量氣溶膠容塵實驗受試過濾器樣品選擇實驗方法人工塵容塵實驗容塵量修正方式0314 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定迎風面表面（放大1000倍）中間層（放大600倍）常規氣溶膠發生器發生KCl氣溶膠的方法不適用于高效過濾器容塵性能試驗阻力增長曲線容塵終止時不同濾料層的掃描電鏡照片發塵夜間停止發塵發塵動作13.5h10.3h8.3h時長1.85Pa/h1.33Pa/h阻力增速21.8h發塵時間長163Pa195Pa阻力增長慢28.5g容塵質

11、量低0315旋風分離器面風速(m/s)實驗風量(m3/h)塵源受試過濾器參數實驗編號不使用0.49600A2塵尺寸：61061070mm等級：H13濾材：玻璃纖維型式：無隔板板式額定面風速：0.45m/s1使用A2塵2不使用氣相法白炭黑3使用氣相法白炭黑4未呈現典型的深層過濾與表面過濾兩階段實驗設計阻力增長曲線03實驗1：A2實驗2：A2+分離器k2：阻力增長曲線中兩點間連線的斜率16容塵初期迅速形成粉塵層，進入表面過濾階段更多較小粒子在迎風面表面被堵塞前分散沉積于濾料內部A2A2+分離器0317 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定氣相法白炭黑容塵量顯著減少氣相法

12、白炭黑整體粒徑更小，達到相同終阻力時，容塵量大大減少（實驗3:71.7g，實驗4:49.7g）不使用分離器阻力線性增長容塵初期即進入表面過濾階段使用分離器阻力增長存在典型的深層、表面過濾階段阻力增速先快速增長隨后很快達到穩定k2總體高于前3組實驗03實驗3：氣相法白炭黑；實驗4：氣相法白炭黑+分離器18氣相法白炭黑氣相法白炭黑+分離器表面團聚、堵塞，快速進入表面過濾階段。中間層幾乎不存在顆粒物沉積顆粒物較為均勻的附著在濾料纖維表面。在濾料深層也能夠觀察到更多的細小顆粒物沉積032023/3/274194321實驗編號氣相法白炭黑+分離器氣相法白炭黑A2+分離器A2發塵方式11092111111

13、過濾器初阻力(Pa)358358360380過濾器終阻力(Pa)49.771.7230.3610.8過濾器容塵量(g)0.87.617.5208.4掃灰質量(g)96.893.81632.5832.6發塵量(g)45.2-1300.4-分離器收集總質量(g)1.114.584.313.4掃灰損失量(參考用)(g)2.5355實驗時長(h)注：掃灰損失量=發塵量-過濾器容塵量-分離器收集總質量-掃灰質量 容塵量少 幾乎不存在管道落灰 掃灰損失量小 實驗時長短氣相法白炭黑+旋風分離器的發塵方法適合用于高效過濾器容塵性能試驗032054實驗編號702018020發塵濃度(mg/m3)127110過濾

14、器初阻力(Pa)379358過濾器終阻力(Pa)47.649.7過濾器容塵量(g)0.20.8掃灰質量(g)7996.8發塵量(g)31.145.2分離器收集總質量(g)0.11.1掃灰損失量(參考用)(g)3.5h2.5h實驗時長發塵濃度的不同及其在一定區間內的波動未對過濾器樣品的容塵過程產生顯著影響低發塵濃度所需的發塵量更低，旋風分離器的收集質量也更低。原因：適當增大發塵濃度提高了旋風分離器的性能表現在濃度范圍內，可以適當增大發塵濃度至(18020)mg/m3，以縮短實驗時長0321采用與高效過濾器額定工況較為接近的600CMH即可滿足實驗基本要求0-20g容塵量范圍內：三組實驗的P/v-

15、m曲線吻合度較高隨容塵量的增加，三組曲線增長情況有所不同。原因：HEPA個體差異、結構阻力差異0322 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定相對濕度的影響對高效過濾器初阻力無影響1質量濾料吸濕增重（影響很小2）對負荷塵阻力質量1陳相瑋.高效過濾材料容塵性能影響因素分析D.同濟大學,2015.2劉鴻洋.高效過濾材料容塵性能及其測試方法研究D.同濟大學,2016.低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定已容塵濾料烘干實驗（90，2h）變化率(%)質量差值(mg)烘干后質量(mg)初始質量(mg)樣品0.190.4208.6209.010.140.

16、3206.7207.020.150.6407.9408.530.224.41953.81958.240.2315.56688.76704.25 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定已容塵過濾器的質量、阻力測量已容塵過濾器在60%90%的環境中靜置一周，質量與阻力未出現明顯變化150W紅外反射燈喂塵實驗氣相法白炭黑的吸濕性很弱，烘干損失質量基本為濾料吸濕量相對濕度對容塵過程的影響很小0323 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定常規環境參數對高效過濾器容塵實驗的影響十分有限

17、溫度不影響已容塵過濾器的阻力、質量 相對濕度略微影響過濾器質量（濾料吸濕）不影響容塵過程不會導致已容塵過濾器的阻力變化推薦高效過濾器容塵實驗環境參數：(235)，75%RH常規環境中進行的容塵實驗，阻力增長趨勢未出現異常 容塵實驗環境參數記錄0324032023/3/27525 低濃度實驗時間長 小粒徑（基本小于1m）時空波動性容塵過程不穩定方法總結氣相法白炭黑+旋風分離器的發塵方法能夠使高效過濾器在較小的容塵量下獲得較快的阻力增長速度，使高效過濾器容塵性能試驗能夠在可接受的時間內完成，也可以區分出不同高效過濾器的容塵性能差異。試驗方法可操作性良好，試驗條件要求低、成本低廉，可以滿足基本的高效

18、過濾器容塵性能試驗要求。發塵濃度可根據需要設定，推薦提高至(18020)mg/m3試驗風量可根據額定風量或實際使用情況進行設定。推薦不低于600m3/h環境參數推薦溫度(235)，相對濕度75%0326廠家初阻力600CMH(Pa)濾料面積(m2)褶密(ppi)/褶高(mm)濾材尺寸(mm)編號A1108.967/48玻纖61061070G1-H13-AA7316.807/90玻纖610610110G2-H13-AB7516.807/90玻纖610610117G3-H13-BA1598.967/48玻纖61061070G4-U15-AA9016.807/90玻纖610610110G5-U15-

19、AB8616.807/90玻纖610610117G6-U15-BA607.478/35PTFE61061050P1-H13-AA4211.748/55PTFE61061070P2-H13-AB399.608/45PTFE61061069P3-H13-BA6711.748/55PTFE61061070P4-U15-AB639.608/45PTFE61061069P5-U15-BA8411.748/55PTFE61061070P6-U16-AB729.608/45PTFE61061069P7-U16-B容塵性能評價樣品參數0427固定終阻力：終阻力值的設定對同種濾材產品間的容塵性能對比結果影響不大

20、N倍初阻力：同一系列的玻纖產品容塵量均高于PTFE產品兩種終阻力的設定方式各有特點，在實驗評價過程中應根據實際使用情況進行選擇容塵量(g)樣品樣品3倍初阻力2倍初阻力300Pa終阻力200Pa終阻力45.125.439.921.6G1-H13-A164.187.3244.7144.7G2-H13-A97.955.7139.983.8G3-H13-B46.723.220.76.8G4-U15-A160.084.4185.2101.8G5-U15-A155.084.1189.8107.2G6-U15-B17.810.230.120.1P1-H13-A48.927.8115.278.5P2-H13-

21、A34.421.177.254.8P3-H13-B49.428.678.449.1P4-U15-A44.827.073.747.7P5-U15-B57.432.671.542.2P6-U16-A55.633.280.450.9P7-U16-B評價結果0428高效過濾器容塵性能評價結果匯總29905545G-A/BP-AP-B結構參數褶高(mm)7375908642396763初阻力(Pa)濾料性質濾料性質決定過濾器性質結構參數與初阻力濾料物理性質與過濾器結構阻力限制了褶高和褶密的增加兩廠家產品初始性能接近濾料材質PTFE高效過濾器阻力增長更快，容塵量低于玻纖過濾器過濾等級高效過濾器的容塵性能與

22、過濾效率成負相關性78G-A/BP-A/B結構參數褶密(ppi)244.7189.8185.2139.9115.280.478.477.273.771.5容塵量(g)玻纖PTFE115.278.471.5P2-H13-AP4-U15-AP6-U16-A容塵量(g)0430試驗方法阻力增長模式容塵性能評價 人工塵粒徑對過濾器的阻力增長模式有重要影響：高效過濾器的容塵性能可以通過本容塵性能試驗方法進行評價，不同產品的容塵性能差異可以進行橫向比較，評價結果與一般通風用空氣過濾器具有相同的規律。粒徑足夠小的顆粒物濾料內部沉積深層過濾階段較大顆粒物表面沉積表面過濾階段粒徑過大顆粒物濾料表面很快形成粉塵層，在容塵開始時即進入表面過濾階段600m3/h試驗風量(18020)mg/m3發塵濃度(235)環境溫度75%環境相對濕度推薦參數：052023/3/276