空调机组用填料型洗涤式空气过滤器的实验研究-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘　要:　提出了一种完全区别于传统空气过滤概念的过滤—脱离理念,并根据该理念研究出能够对尘粒同时完成过滤、脱离、灭菌消毒三个过程的空调机组用填料型洗涤式空气过滤器。填料采用铝制孔板波纹填料。测试结果表明,填料型洗涤式空气过滤器的大气尘计数效率达到传统中效过滤器的水平,而空气阻力却低于传统初效过滤器的平均值。
关键词:　空调机组;填料型洗涤式空气过滤器;“非典”病毒;过滤—脱离理念
中图分类号:　TQ051·8　　　　文献标识码:　A
1　前言
传统空调通风系统采用的空气过滤器多以泡沫塑料、无纺布、纤维、金属网这些易积尘、不易清洗的材料为滤层。传统空气过滤器滤层的捕集机理有:惯性碰撞、接触阻留、扩散、静电等,空气过滤器滤层可能是靠其中一种机理工作,也可能是靠其中几种机理的综合作用工作,但它们的共同特点是捕集到的尘粒及其附着的细菌病毒都聚集在滤层上,因而对空气造成污染。
尤其是在诸如非典型肺炎(以下简称“非典”)等疫情期间,人们就会担心病毒通过中央空调通风系统传播,而目前尚无理想的消毒方法。
为了减小病毒通过中央空调系统传播的可能性,本文提出了一种完全区别于传统空气过滤概念的过滤—脱离理念,即将过滤下来的尘粒、气溶胶及其附着的细菌病毒随时与滤层进行脱离,并根据该理念研究出空调机组用填料型洗涤式空气过滤器。研究结果表明,填料型洗涤式空气过滤器是一种无污染、高效率、低阻力、高可靠性和易操作性的空气净化装置。可用于办公楼、候机楼、宾馆等中央空调通风系统的过滤净化,尤其是它的阻力低,特别适用于现有空调系统的改造———替代现有初效过滤器(该产品已通过天津市科委鉴定)。
2　工作原理
填料型洗涤式空气过滤器主要由填料、循环水泵、布水器和接水盘组成,图1为填料型洗涤式空气过滤器示意图。
液体被循环水泵从接水盘中抽出,经布水器均匀散布到填料上,捕集尘粒或气溶胶后落回接水盘中,接水盘中的液体定期排泄更换以确保清洁,空气则沿水平方向通过填料。填料型洗涤式空气过滤器的机理可归结为:　
(1)惯性作用:当尘粒或气溶胶随气流运动逼近填料时,尘粒或气溶胶受惯性力作用来不及随气流转弯而仍向前直行撞进填料表面的液膜中,而后被向下流动的液体带入接水盘;
(2)洗涤作用:由于液体的喷淋,会在填料的空隙间形成液滴或水雾,成为捕尘体。
以上两种机理中,捕尘体都是液体,而液体的流动可以将尘粒、气溶胶带走,从而实现将尘粒、气溶胶与填料脱离。
细菌和病毒都是附着在尘粒或气溶胶上随着尘粒或气溶胶一起被捕集和脱离的。
如果喷淋的液体为有效杀毒剂,则细菌和病毒可被杀死,从而使填料型洗涤式空气过滤器能够对尘粒同时完成过滤、脱离、灭菌消毒三个过程。
但填料型洗涤式空气过滤器的关键技术特征和创新点在于脱离而不在于灭菌消毒,即除去细菌和病毒主要靠的是用液体将它们带走排入下水道,而不是靠用消毒剂将它们杀死,喷消毒剂只作为辅助手段。
无疫情时喷淋的液体就是水,消毒剂可定期喷淋,如遇“非典”等疫情时可酌情比平时增加喷淋次数,或在喷淋水中加入适量消毒液,对防止病毒的传播将会更有效。
填料可选用不锈材料,这就避免了传统过滤材料易积尘、不易清洗的弊病;而且,捕集的尘粒或气溶胶及其附着的细菌病毒很容易被喷淋的液体带走。
传统空气过滤器捕集到的尘粒及其附着的细菌病毒都聚集在滤层上,而填料型洗涤式空气过滤器捕集的尘粒或气溶胶及其附着的细菌病毒可随时脱离填料被喷淋的液体带走,这是填料型洗涤式空气过滤器区别于传统空气过滤器最重要的特征。
这种特征克服了传统空气过滤器的一些弊病,不但对空气造成污染的可能性大大降低;而且随着空气过滤器使用时间增加除尘频率下降、空气阻力上升的可能性也大大降低。
3　实验研究过滤效率和空气阻力是空气过滤器的重要性能指标。
在相同迎面风速下过滤效率高的空气过滤器,空气阻力也大。
为了预防和控制“非典”病毒通过中央空调通风系统传播,需要较高的过滤效率。
而从节能的角度,又要求空气阻力不要过大;特别是从现有空调系统改造的角度来看,若要替代原有过滤器,填料型洗涤式空气过滤器的空气阻力就更不能过大,如果单纯追求高过滤效率使空气阻力增大,以至换气次数和新风量减小、细菌和病毒在室内停留时间加长,则是得不偿失。
对填料型洗涤式空气过滤器进行实验研究的目的,是要通过对不同比表面积、不同厚度的填料在不同迎面风速、不同淋水密度条件下进行的测试,筛选出具有合理过滤效率和空气阻力的填料。
比表面积的定义为单位体积填料所具有的与空气接触的表面积。
淋水密度q的定义为:

试件采用的填料为铝制孔板波纹填料。对不同比表面积、不同厚度的填料进行实验后筛选出的填料的比表面积为500m2/m3,将两块厚为100mm的填料(宽590mm×高550mm)前后放置,空气则依次通过。
图2是大气尘计数效率与迎面风速之间的关系。
由图2可知,对于大于1μm的尘粒,大气尘计数效率随迎面风速的增加呈波浪形变化,原因是填料型洗涤式空气过滤器靠惯性机理和洗涤机理的综合作用工作。
当迎面风速较小时,大气尘计数效率随迎面风速的增加而减小,这是因为这时惯性机理的作用很小,洗涤机理起主导作用,迎面风速越大,尘粒在填料的空隙内经过的时间越短,碰到液滴或水雾的几率越小;随着迎面风速逐渐增加,惯性机理的作用逐渐增加,直至占主导地位,这时大气尘计数效率随迎面风速的增加而增加;当迎面风速增加到2.5m/s左右,惯性机理的作用已发挥到最大,再增加迎面风速,只能使尘粒在填料的空隙内经过的时间缩短,碰到液滴或水雾的几率变小,从而使大气尘计数效率降低。

由于惯性的大小不仅取决于速度的大小还取决于质量的大小,对于质量较大(直径大于3、5、10μm)的尘粒,在迎面风速较小时,惯性机理起着主导作用(洗涤机理起主导作用的迎面风速区域不在实验测试的范围内)。
迎面风速为2.5m/s左右处是大气尘计数效率的极大值点,而此风速正是空调机组的设计风速,这时对于直径大于10、5、3、1μm的尘粒和气溶胶,大气尘计数效率分别为96.5%、96.4%、93.3%和31.4%,而空气阻力只有99.96Pa。
图3为迎面风速为2·5m/s时,大气尘计数效率与淋水密度(淋水量)的关系。当淋水密度较小时,大气尘计数效率随淋水密度增大而增大。当淋水密度增大到一定程度,大气尘计数效率则不再变化。

图4(a)、(b)为填料型洗涤式空气过滤器的空气阻力与迎面风速及淋水密度之间的关系。
可见,空气阻力与迎面风速及淋水密度都近似呈直线关系,且随迎面风速及淋水密度的增加而增加,但迎面风速的变化对空气阻力的影响较大,而淋水密度的变化对空气阻力的影响较小。
通常,初效过滤器的空气阻力为30~200Pa;对于直径大于5μm的尘粒,大气尘计数效率为20%~80%[2]。
而填料型洗涤式空气过滤器对于直径大于5μm的尘粒和气溶胶,大气尘计数效率在96.4%以上,空气阻力只有99.96Pa。与传统初效过滤器相比,填料型洗涤式空气过滤器的大气尘计数效率要高得多,而空气阻力低于初效过滤器的平均值。

中效过滤器的空气阻力一般为80~250Pa;对于直径大于1μm的尘粒,大气尘计数效率为20%~70%[2],故填料型洗涤式空气过滤器的大气尘计数效率已达到中效过滤器的水平。
4　结论与探讨
(1)采用填料型洗涤式空气过滤器,能够对尘粒同时完成过滤、脱离、灭菌消毒三个过程,克服了传统空气过滤器过滤下来的尘粒、气溶胶及其附着的细菌、病毒依然停留在滤层上的缺点,可以降低对空气造成污染的可能性,同时也降低了随着空气过滤器使用时间增加除尘效率下降、空气阻力增加的可能性。大气尘计数效率可达到中效过滤器的水平,而空气阻力低于传统初效过滤器的平均值。
(2)迎面风速为2.5m/s时,填料型洗涤式空气过滤器的大气尘计数效率有极大值,与一般空调机组内的迎面风速相吻合。
(3)空气经过填料型洗涤式空气过滤器的过程既是过滤净化过程,同时也是加湿冷却过程。冬季使用填料型洗涤式空气过滤器,可以使室内空气含湿量增加,提高舒适性,但加热器的负荷略有增加,不过按夏季工况选择的换热器用作冬季加热时有足够的裕量。
(4)填料型洗涤式空气过滤器的构造简单,运行可靠性较高。而且还免去了很多传统空气过滤器需经常清理滤层的问题,操作方便。
(5)对填料型洗涤式空气过滤器进行实验测试时,并未发现空气带水的现象,但即使略微带水也无妨,因为其后空气就经过表冷器或加热器。
(6)采用填料型洗涤式空气过滤器的中央空调通风系统与采用传统初效过滤器的中央空调通风系统相比,传播病毒的可能性大大降低。如遇“非典”等疫情时,可酌情增加喷淋次数或在喷淋水中加入适量消毒剂,将会更好地预防和控制病毒通过中央空调通风系统的传播。

上海联兵环保科技有限公司
地址：上海市松江区工业区茸北分区茸阳路69号
总机：021-51691929
传真：021-57784244
免费电话：400-600-5030
技术支持：13641659499
E-mail：zhanglianbing@126.com
http://www.shlbhb.com