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应用于室内空气过滤的新型过滤介质

发布时间:2012-04-26

  随着人们对室内空气质量重要性认识的提高,空气过滤已成为许多家庭的需求,包括应用于住宅的供暖与通风空调系统(HVAC)、便携式空气净化器和真空吸尘器,因此空气过滤的发展趋势是提供更优良的过滤性能和更长使用周期的更先进的过滤系统。在这些应用中,各种过滤系统使用了不同技术和范围广泛的过滤介质。一台专有过滤设备降低颗粒物浓度的效率是设备的过滤效率及其空气处理量的函数。
  本文论述的是最新的关于商用和住宅HVAC、便携式空气净化器和真空吸尘器的过滤介质创新技术。由于这些应用,使过滤介质具有卓越性能的技术取得了突破性的进展。利用该过滤介质技术可达到最小过滤值(MERV)16级过滤水平而压降低于MERV10过滤器。与其他商品过滤器相比,由性能优良的介质制成的便携式空气净化器可使高效空气过滤(HEPA)的洁净空气输出率(CADR)提高10%~30%;真空吸尘器使用由新研发的过滤介质制成的过滤器,其性能有极大的提高。
  空气中的颗粒物与空气净化
  有确切的科学数据表明,高度污染的环境可严重危害公众健康。最新的研究显示颗粒物浓度与死亡率成正比,在颗粒物浓度较高的城市中生活的人比在颗粒物浓度较低的城市中生活的人寿命短。死亡率与细小颗粒物的浓度相关。出现明显的环境空气污染,特别是在许多市区内出现烟雾,导致人们认为室内的空气比周围的空气洁净。然而大量的研究表明,室内某些空气污染物的浓度大于室外。根据最近20年以来的科学研究,室内空气质量对人类健康问题有重大的影响,如发生头疼、恶心、呼吸系统传染病和其他病症。考虑到大多数人,特别是婴儿和老年人,在户内(或在家、学校或在工作场所)的时间达80%~90%,健康问题起因于室内污染物的可能性增加。因为每个人每天吸入10~20m3的空气,呼吸系统是生物气溶胶和其他颗粒物质的主要进入口和沉积处。
  室内空气污染物是空气中的有害物质,其范围从颗粒物到有机/无机化合物和氡气,本文内容仅涉及第一部分:颗粒物(包括生物气溶胶)。颗粒物是被用来描述非常小的固体或液体颗粒的专门名词,其颗粒尺寸约0.005~500μm。各个颗粒在大小、化学组分和物理性能上都可以各不相同。大气气溶胶浓度和室内颗粒物浓度密切相关。基于这一研究,可以得出室内空气比室外空气有更高颗粒物浓度的结论。人们活动在空气相对密闭的大厦内将增大浓度的差别。人们发现,室内和室外颗粒物大小分布相似,但室内亚微米级颗粒物的比例更大。室内颗粒物可由室外空气、抽烟、火炉、壁炉、居住者的活动、地毯、帷幕和宠物等而引入。对于有吸烟者的住所,室内/室外可吸入的颗粒物浓度比范围为1.1~4.4。很清楚,吸烟者是室内颗粒物的主要制造者,而其他室内颗粒物来源,例如烹调和打扫卫生,对室内/室外颗粒物浓度比的影响大不相同。室内污染源甚至在无烟的家庭里也可能使PM2.5的浓度(颗粒物空气动力学直径<2.5μm)提高,由10μg/m3到每立方米数百微克。在本项研究中平均室内颗粒物浓度是PM2.5=11.8μg/m3,且稍高于室外浓度;而室内有机碳平均含量大大高于室外浓度,分别为7.8和3.0μg/m3,这意味着室内活动也许对室内有机碳的含量有重大影响。在同一项研究中,研究了室内和室外PM2.5相对毒性,发现室内吸收毒素平均含量为3.3EU/mg,高于室外含量2.0EU/mg。
  由于室内活动和从外部环境的渗入,通常颗粒大小在0.01~20μm之间变化,空气清洁设备能减少该尺寸范围内的颗粒物浓度;而亚微米级颗粒的清除是十分关键的,因为更小的颗粒物能被吸入到呼吸道的深处并在肺泡区盘踞数年,或者可溶解颗粒会被吸收而进入血液。
  室内空气污染对公共卫生不利影响的最新认识推动了对高性能空气净化产品持续不断的需求。目前用户要求产品在相同的空气流速下提高过滤效率、减少使用周期费用、体积更小和性能可靠。
  商用和住宅HVAC系统广泛地应用空气过滤器来保护居住者和设备免受空气的颗粒物侵蚀,需要有更高的过滤效率,特别是过滤亚微米级颗粒物。典型的MERV15~16过滤器在空气表面速度2.5m/s下操作时,初始压降大于150Pa,导致使用期间的高能耗成本,约占设施总成本的80%,不可能达到使用周期成本(LCC)的要求。为了减少使用周期成本,开发了压降显著降低的过滤器。
  用于机械式空气净化器的褶型过滤器通常是由玻璃纤维或驻极改性的合成过滤介质制成,过滤效率可达到HEPA级。空气净化器的性能用CADR表述,可以通过使用低压降和保持相同效率的过滤器而使CADR显著提高。
  上述情况与可重复使用的非袋式、借助于离心力从气流中除去部分尘粒的旋转式真空除尘器相似。用过滤效率和除尘性质相似但压力较低的过滤介质替代ePTFE薄膜制成滤筒式过滤器的打褶滤筒时,真空除尘器的性能也能得以改善。