水洗對PTFE覆膜濾網(wǎng)壽命影響探討研究
陳瑤1李振海1*陳亮1黃磊2鐘正平2顧榴俊2
1同濟大學機械與能源工程學院2上海金由氟材料股份有限公司
摘要：本文主要研究水洗對PTFE覆膜凈化器整機性能影響，在30 m3環(huán)境艙內(nèi)利用香煙煙霧進行潔凈空氣量測試以及壽命計算，為開發(fā)水洗式PTFE覆膜濾網(wǎng)凈化器提供依據(jù)。結果表明：水洗可使測試用PTFE濾網(wǎng)凈化器壽命延長一倍，凈化器整機性能略有下降，潔凈空氣量減少約22.8%。
關鍵詞：PTFE覆膜濾網(wǎng)；凈化器壽命；水洗；潔凈空氣量CADR
0引言
顆粒物是室內(nèi)主要污染物之一，目前去除顆粒物的主要辦法是使用凈化器。凈化器中顆粒物過濾網(wǎng)常用材料有：駐級PP材料、玻纖。駐極PP材料是通過各種方法施加靜壓，從而使得纖維本身帶電，通過荷電纖維（駐極體）的靜電力捕獲顆粒物，從而比一般PP材料濾效增加。但是駐極時間的長短卻無法判定。玻纖作為常用顆粒物過濾材料，有著效率高的特點，但是玻纖阻力非常高。同時，無論是PP材料還是玻纖，都存在不可再生的缺點。
PTFE覆膜濾網(wǎng)因其粉塵易清除、清灰效果好、使用周長、PTFE濾網(wǎng)的壓力損失隨時間的增加變化不大等優(yōu)點被廣泛用于工業(yè)除塵中。本文主要探討水洗對PTFE濾網(wǎng)性能影響。在30 m3環(huán)境艙內(nèi)利用香煙煙霧進行潔凈空氣量測試以及壽命計算。
1 實驗概況
1.1實驗裝置系統(tǒng)
按照GB/T 18801-2008搭建30 m3標準環(huán)境艙(3.5 mx3.4 mx2.5 m)，如圖1所示。
艙門，在實驗艙正面，距離底面0.25 m，尺寸為0.94 mx2 m，磨口密封；實驗艙相對的2個側面，分別連接過濾網(wǎng)一次效率測試管道，管道的開度由管內(nèi)閥門控制，控制開關在艙外；其中一個側面有出氣口、進氣口，采樣口位于艙體角落，標高1m，距兩側艙壁0.5 m;混勻風扇安裝在實驗室正中間；構造、選材、密閉性均依據(jù)標準GB/T 18801-2008附錄A，艙體材料應為惰性材料，以減少艙壁對甲醛的自吸附和重釋放。
1.2 PTFE覆膜濾網(wǎng)尺寸
PTFE覆膜濾網(wǎng)參數(shù)：尺寸為242 mmx300 mm（寬×高），厚度有30 mm、40 mm兩種類型。
1.3實驗內(nèi)容
1)艙體內(nèi)自然衰減實驗。按照GB/T 1880-2008要求測試艙體自然衰減率。使用PALAS（prom02000，流量5 L/min）測得30 m3標準試驗艙自然衰減常數(shù)為0.004。
2)潔凈空氣量CADR實驗。依據(jù)標準GB/T1880-2008進行潔凈空氣量檢測，檢測過程中固態(tài)污染物的濃度每1 min中測定一次，連續(xù)測定20 min。測試結果擬合成指數(shù)曲線，要求相關系數(shù)均≥0.98。
3)凈化器壽命實驗。依據(jù)標準GB/T 1880-2008，空氣凈化器凈化壽命是指當空氣凈化器運行到去除某一種空氣污染物的潔凈空氣量降低到初始值的50%時所用的時間。在濾網(wǎng)容塵過程中，每吸收30根煙測試一組CADR，直到濾網(wǎng)壽命終了。
4)濾網(wǎng)水洗實驗。按照GB/T 1880-2008測得PTFE覆膜濾網(wǎng)壽命終了時，進行PTFE覆膜濾網(wǎng)的水洗實驗。實驗步驟如下：用清水沖洗濾網(wǎng)，隨后自然風干。待濾網(wǎng)干燥，表明一次水洗結束。
1.4實驗方法
環(huán)境實驗艙清洗及配件設置嚴格按照GB/T18801-2008附錄C，實驗前實驗艙充分清洗及空氣流通至顆粒物本底濃度低于1 5個/cm3。釋放器：顆粒物發(fā)生器，釋放源：香煙，參考QB/T 2761。測試溫度變化遵循室溫(23CC～25℃)，濕度(40%～60%)。每次采樣前將內(nèi)置風扇開啟10 min后關閉，即刻采樣，使用TSI3330粒子計數(shù)器進行采樣（檢測粒徑范圍：0.3 μm～10 μm，最多16通道）。TSI3330粒子計數(shù)器測香煙顆粒物濃度：測試量程0-3000個／cm3。
1.5評價指標
評價凈化器對顆粒物凈化能力的指標主要包括：潔凈空氣量、壽命。
式中：Q為潔凈空氣量，m3/h ;k。為總衰減常數(shù)；k n為自然衰減常數(shù)；V為實驗室容積，m3。
凈化器壽命相關內(nèi)容見1.3節(jié)。
2 結果與討論
2.1水洗前PTFE覆膜濾網(wǎng)性能測試
選用市面上現(xiàn)有某凈化器，按照該凈化器尺寸定制相同尺寸的30 mm、40 mm厚PTFE覆膜濾網(wǎng)用于測試。實驗中用定制PTFE覆膜濾網(wǎng)代替該凈化器原有PP濾網(wǎng)，其余均與該凈化器原有條件保持一致。負載30 mm厚PTFE覆膜濾網(wǎng)的凈化器，以下簡稱A凈化器。
在30 m3標準實驗艙中按照GB/T 1880- 2008，使用PALAS (prom02000，流量5 L/min)，測得A凈化器初始潔凈空氣量為：64 m3/h。由于PTFE覆膜濾網(wǎng)阻力高于PP濾網(wǎng)，要想增加PTFE覆膜濾網(wǎng)凈化器的潔凈空氣量需要相應增加凈化器風機的壓頭。確定不同規(guī)格PTFE覆膜濾網(wǎng)適用的風機型號還需要更多的實驗支撐。
使用TSI3330粒子計數(shù)器，在A凈化器吸收20根煙、60根煙之后，分別進行潔凈空氣量檢測，測試結果擬合成指數(shù)曲線如圖2所示（所有數(shù)據(jù)均按照GB/T1880-2008要求測試，不同曲線代表不同測試工況下濃度隨時間的變化情況，不表示同一時間濃度高低）。據(jù)1.3節(jié)可知測試數(shù)據(jù)有效。
按照GB/T 1880:2008計算A凈化器吸收香煙顆粒物后的潔凈空氣量，結果如表1所示。
根據(jù)表1可知初始潔凈空氣量的一半為31.5 m3/h。依據(jù)標準GB/T 1880- 2008壽命相關定義，可知容60根香煙后此PTFE覆膜濾網(wǎng)壽命終止。
2.2水洗對PTFE覆膜濾網(wǎng)凈化器性能影響
將PTFE覆膜濾網(wǎng)水洗一次，待網(wǎng)干燥后，在30 m3標準環(huán)境艙中按照GB/T 1880- 2008測試A凈化器一次水洗后的初始潔凈空氣量、容60根香煙后（總計120根香煙）的潔凈空氣量。計算得容120根香煙后達到凈化壽命，隨后進行第二次水洗，待網(wǎng)干燥后測試A凈化器二次水洗后的初始潔凈空氣量，測試結果如圖3所示。據(jù)1.3節(jié)可知測試數(shù)據(jù)有效。
按照GB/T 1880-2008潔凈空氣量計算結果如表2所示。
由表2可知，一次水洗后潔凈空氣量降低，一次水洗繼續(xù)容50根香煙后濾網(wǎng)達到壽命終了，進行第二次水洗。二次水洗后測得總衰減常數(shù)為0.023（如圖3所示），計算得二次水洗后凈化器潔凈空氣量為34.2 m3/h�？芍嗡春笤摓V網(wǎng)達到壽命終了，應停止使用。
綜上所述，30 mm厚PTFE覆膜濾網(wǎng)共計可以吸收110根香煙（水洗前60根+水洗后50根），可以水洗1次。
2.3濾網(wǎng)折高對凈化器性能影響
按照GB/T 1880-2008測試40 mm厚PTFE濾網(wǎng)凈化器（以下簡稱B凈化器）初始潔凈空氣量、容60根香煙后的潔凈空氣量。測試結果如圖4所示。據(jù)1.3節(jié)可知測試數(shù)據(jù)有效。
按照GB/T 1880-2008潔凈空氣量計算結果如表3所示。
根據(jù)表3可知初始潔凈空氣量的一半為43.2 m3/h。依據(jù)標準GB/T 1880-2008壽命相關定義，可知容60根香煙后40 mm厚PTFE覆膜濾網(wǎng)未達到壽命終了，可繼續(xù)使用。
對比圖3、圖4可知，同等實驗條件下，相比于30 mm厚度PTFE覆膜過濾器的0.039的總衰減常數(shù)，40 mm厚度的PTFE覆膜過濾器的總衰減常數(shù)可達0.052。也就是說，在濾網(wǎng)折高增加10 mm，有效面積增大1/3的情況下，凈化器CADR增長了37.14%。
增加過濾器的折高可以有效地增加濾料面積，從而減少濾速，提高過濾效率和容塵量，但是隨著折高的增加，同樣會導致氣流通道內(nèi)的能力損失。因此，確定最適合PTFE覆膜濾料的折高還需要更多的實驗支撐。
2.4凈化器適用面積
李睦指出空氣凈化器的使用面積可按：A =0.15xCADR進行計算，將各自潔凈空氣量代入式中，可得裝載30 mm厚PTFE覆膜過濾器后凈化器適用面積為9.45 m2，裝載40 mm厚PTFE覆膜過濾器后凈化器適用面積為12.96 m2。
2.5凈化器壽命評價
李睦提出快速老化試驗測試凈化器壽命�？焖倮匣囼灥刃褂们闆r的原理是快速老化試驗中的顆粒物投放總量等于空氣凈化器在實際使用情況下處理的顆粒物總量。以PM2.5為例，考察空氣凈化器實際使用若干時間后的性能變化，等效原理如式(2)所示：
式中：CADR1為測得凈化器潔凈空氣量的初始值，m3／h；C e為實際情況下房間中PM2.5濃度，取75μg /m3（GB3095-2012規(guī)定的PM2.5年平均二級限值）；f為計算所得凈化器可以運行時間，h, m為一支香煙燃燒產(chǎn)生的PM2.5總量，30 m3標準環(huán)境艙里測試得一支香煙燃燒產(chǎn)生的PM2.5總量為134 mg; n為香煙總數(shù)。
按式(2)計算得：PTFE組初始及水洗后的總壽命可達14.97個月。根據(jù)式(2)，潔凈空氣量小的可能反而所得壽命值大。因此，單純的計算壽命沒有指導意義，必須結合凈化器的適用面積。
也就是說，裝載30 mm PTFE覆膜濾網(wǎng)的A凈化器在9.45 m2房間內(nèi)可使用14.97個月，水洗使得A凈化器的壽命延長了一倍。
3 結論
本文通過對PTFE覆膜濾網(wǎng)凈化器（簡稱A凈化器）的測試，研究了水洗對PTFE覆膜濾網(wǎng)凈化器性能的影響。實驗結果表明雖然水洗使得凈化器的CADR降低了22.8%，但是水洗使得PTFE覆膜濾網(wǎng)凈化器的壽命延長了一倍，為開發(fā)可水洗再生凈化器的研發(fā)提供依據(jù)。如何設計PTFE覆膜濾網(wǎng)的最佳尺寸以及選用相應的風機型號等還需要進一步的實驗。
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