论抗霾持久战 —— 浅谈新风系统和空气净化器选购

匿名用户 2017-01-13 21:03:07 671点赞 2776收藏 437评论

小编注:对于站内的抗击雾霾相关内容,为了方便大家能够快速阅读与系统学习,小编已经对这部分站内文章进行了精编整理,希望能够帮助想要选购口罩及空气净化器等相关产品的值友,详情请关注最新栏目“张大妈百科全书

《张大妈百科全书》 篇三:同呼吸,但不共命运 — 防霾口罩怎么选?索引:一、什么是防霾口罩?发展溯源为什么我们需要防霾口罩?二、关于防护口罩需要知道哪些?明确自己需要什么类型的口罩常见的防护口罩过滤标准影响口罩防护效果的因素防护口罩的使用寿命三、如何选择适合自己的防护口罩?关于防护口罩的常见误区是否需要呼吸阀(冷流阀)?仔细看包装你更喜欢哪种佩戴方式?四、市面上常社区小小值| 445 评论621 收藏2k查看详情《张大妈百科全书》 篇一:选台对的空气净化器,健康霾也不吸!【征稿进行中】索引:一、空气净化器的前世今生二、选购前需要弄清楚的事(1)空气净化器的重点选购要素(2)其他值得关注的指标三、空气净化器类型、特点知多少(1)按工作原理分类(2)按适用场景分(3)按净化需求来分四、如何选择最适合自己的那一款五、怎么买最合适?(1)国内授权商(2)海淘六、后期使用与维护成本(1)后社区小小值| 387 评论288 收藏2k查看详情


追加修改(2017-01-16 09:56:26):
本文发出后收到了很多朋友的关注,也有很多非常好的建议。下面就大家比较关心的问题统一回复一下:

1、再次声明,本文没有立场,不推荐任何品牌,不是一个不同品牌横向比较然后推荐某个品牌的建议文。因为近几年净化器品牌实在是太多了,即使我在不同高中低价位中分别选取几个热门款来比较,今年还有可能再出许多新的概念和新的品牌型号。有需要了解不同品牌型号评测情况的朋友可以去查阅中关村在线每年做的净化器评测,非常专业和详细。

2、本文本着授人以鱼不如授人以渔的态度,试图将各个参数和参数背后的原理做解释说明,因为不管品牌和型号如何变,原理和技术参数的类型是不会改的,只有数值会变化而已。有人选择了价格便宜量又足的FFU,有人就是喜欢某个国产品牌,有人非要认准死贵死贵的洋品牌,讲道理这都没问题。只是新风和净化器的关键技术参数CADR和CCM并不像大小重量功率这些一般参数那么容易理解,所以消费者的知情权方面不太容易得到保障。如果不想了解原理,只想看推荐的还是要去看看评测类的文章。

3、更正两处概念错误,第一是噪音部分提到声音的地方说声音是一种“震动”,这是错别字,应该是振动。另一处是提到AHAM对CADR选择的建议这里,翻译错误了,应该是“当房间高度为2.4米时,应选择CADR大于12倍房间地面面积的净化器”,也就是说AHAM的建议和国标的建议是一样的,都是CADR应大于5倍房间体积。感谢值友的指出。

4、澄清一下,本文的数据和概念全部来自互联网,内容都是从互联网上拼凑的,没有自己原创研究的成果,并且没有进行加工润色。其中主要引用为国标《GB/T13554-2008高效空气过滤器》、《GB/T14295-2008空气过滤器》、《GB/T18801-2015空气净化器》,以及维基百科和厂商官方网站公布数据。觉得以上这些都是“瞎扯”的直接关掉就好,也不用费力去评论了。觉得本文总结的比较乱不知所云的只好自己去查阅相关数据了解了。

5、许多值友觉得对于净化器如何选购这方面说的不够清楚,先道个歉。我再试图解释一下,净化器只需要关注CADR和CCM数值,CADR数值应该大于房间体积的5倍以上。但是需要注意CADR不是一直不变的,而是随着滤网寿命消耗而不断降低。CCM是CADR降低到最大数值的一半时,累积了多少重量的污染颗粒物。举个例子,假设我有一个20平米,房高2.6米的房间,只有一扇门通到其他房间,那么我需要的最低CADR是20*2.6*5=260。然后我选择了一款标称CADR为310的净化器,那么就不能等它达到CCM数字12000mg才更换滤网,因为310的一半只有155。如果我想保持CADR在推荐范围内,滤网寿命只能消耗(1-260/310)*100%=16.12%,CCM 12000*0.1612=1934.4mg。然后我们看到的空气质量预报中那个数字就是pm2.5浓度,单位微克/立方米。当前室内pm2.5浓度*净化器出风口风量*滤网效率代入国标里面那个污染物下降指数函数去计算出滤网累积1934.4mg污染物需要多久,用不严谨的方法保守推算一下,室外500时室内100(实际要高),风量等于CADR(实际要高),每小时累积31mg(实际是随时间下降),每天开8小时累积248mg,那么大约8-15天应更换滤网。天气好或者开的少可以更长时间。如果不想总换滤网,那么要么换用更大CADR、CCM数字的净化器,要么搬到一个更小的房间住。希望这个计算对大家有帮助。

感谢每位在评论区写一大段话的值友,给了我很大帮助。说某些品牌如何如何的我不予评论,本文坚持不推荐品牌,只是对于有需求购买净化器的人绝大多不是只为了自己,弄清楚一些可以防止买了净化器却没得到想要的效果。高兴就好。

最后祝大家新年快乐。


导读:

一、序言

二、新风和净化的区别

三、新风和净化的原理

(一)新风系统原理
(二)空气净化器原理
(三)各种风机的原理和区别
(四)噪音
(五)过滤系统原理
(六)常见参数解读
四、部分新风产品比较
五、部分净化产品比较

一、序言

作为帝(霾)都市民,在2016年底遭遇了人生第二次霾红色预警,又在霾橙色预警中送走了2016,迎来了2017。这轮长达10余天的橙色预警中,每天朋友圈的小伙伴们都在讨论移民、南下,为了下一代不惜放弃现在的工作生活,甚至计划要经历一段不算短的两地分居过程。然而,我们夫妇因为工作性质的原因,移民和南下都不太现实,成本太高了。抗霾的手段似乎只剩下武装自己:装修时出于层高的考虑没有安装管道式新风系统,眼下只有看看有什么补救方法,尝试壁挂式新风,再换个更大更强的净化器这一种方法了。
认真研究了目前市面上的新风系统和净化设备,愕然发现随着这几年大家对于环境的重视程度不断提高,“霾”这个几年前许多人都不认识的字已经无所不在,抗霾设备市场十分繁荣,百家争鸣,许多品牌价格不菲却时常断货。作为一个自认的极客,虽然不是这方面的专业人士,面对几万元的投入也不得不去认真研究和比较一下,下面把研究的成果和计划的选型与万能的张大妈上面潜水的各路大神讨教一下,作为抛砖引玉,也希望有这方面专业知识的生活家们不吝指教,如果原理概念方面理解的有错误请毫不客气的指出,我及时修改避免误导他人。谢谢!

现在仅就净化器来说,在2014年时就从2012年的56个厂商增加到了303个。2017年没有统计,想必至少要翻倍吧,如此多的品牌,基本上是没有办法一一进行比较和评测的。所以我想返璞归真,回到净化器新国标和净化器原理与技术参数的理解上面,这样看到任意一款净化器,就可以从技术参数方面分析优劣,更有指导意义。如果对枯燥的技术参数和原理不感兴趣就不用往下看了。
下面是正题:(以下信息全部来自互联网公开信息,产品参数方面都是厂商公开的技术参数。本文仅作为一个用户在货比三家过程中遇到的一些困惑和思考,没有预设立场,不推荐任何厂家的产品。)

二、新风和净化的区别

新风系统作为抗霾设施是近年开始进入家庭,之前主要是中央空调的一个辅助系统,在商业建筑中应用较多。而据说欧洲一些地方因为气候寒冷,房屋的密封和保暖做的非常到位,而开窗户通风非常不可控,比如虽然开着窗户却没有风,怎么通呢?打开窗户透气,新鲜空气进来了,花粉等过敏原和细菌病毒真菌孢子什么的也进来了。所以新风系统基本上家家户户都是标配。那么由此得出,新风系统的主要作用在于换气,是替代开窗户透气的一种手段,而窗户更多是用来透光,而不是通气了。

而空气净化器这种设备,顾名思义是用来净化空气的,不管怎么净化,都是室内这些空气,虽然可以去除pm2.5、甲醛和异味等有害物质,随着人类活动而产生的氧气减少二氧化碳增加这种憋闷的感觉是不会因为净化而改变的。也就是净化器不能替代新风的功能。

但是,有些新风系统通过内外双循环来宣称在换气之余也可以净化室内空气,在安装新风之后净化器就可以省了。这种说法可靠吗?通过调查研究,我认为这种方案是不可取的。具体参数和原理方面在后面章节中说明,这里先放一个简单结论:买净化器是为了少吸霾少受害,我可以不买净化器100%吸霾,也可以买高级净化吸1%的霾,那么净化器优劣就是调整吸入霾量的多少,既然都买了,为什么不买好的不吸霾呢?新风净化的效率很低,甚至比不上非常便宜或者自制的净化器,钱没少花,霾也没少吸,显然并不是一个好选择。

那么,结论就是新风和净化各司其职,不能互相替代,抗霾战中都是需要的。

三、新风和净化的原理

(一)新风系统原理

新风系统是要实现将屋外的空气吸进屋内,屋内的空气排出屋外。要达到这一目的一般有两种方法:

1、正压式单入气新风系统。原理是用一个电动换气扇将外部空气吸入室内,使室内空气密度大于室外,然后通过内外压强差和房屋本来存在的各种缝隙和开口将室内的空气排出。

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2、交换式双路新风系统。原理是用两个电动换气扇一个吸入空气,一个排出空气,或者用一个换气扇同时带动两个风道实现进出两路空气交换。

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本来要实现这个基本功能非常简单,只要装换气扇就可以了。记得小时候家里厨房都是用那种拉一下开关绳就是向外抽风,再拉一下就是向内吸风的换气扇,这种设备一个电机一个开关,原理并不复杂。但是,这种空气交换过程带来了三方面问题:

一是有时室外空气污浊,需要过滤才能送入室内。

二是在卧室24小时使用时,系统运转的噪音问题。

三是有时室外空气温度过高/低,湿度过高/低,直接送入室内会降低舒适度。

那么,一个好的新风系统,就是能够很好的解决了这三方面的问题,解决问题的方法就是厂商技术优势的体现了。

先说第一个问题,解决这个问题很简单,过滤嘛,加滤网呗。因为过滤系统是新风和净化都有的系统,关于过滤系统的原理和比较放在第五节,这里不展开。

第二个问题虽然不算复杂,但是从技术上实现起来很难,不过得益于家用电脑和服务器等电子设备的蓬勃发展,各式各样的风扇已经基本被人类研究透了,如何做出功耗低、噪音小、风量大的风扇已经不是什么问题了。这部分因为和第一个问题一样的原因也放在后面章节介绍。

第三个问题比较复杂,并且是新风系统特有的,所以详细介绍一下。聪明的人类为了解决这个问题发明了热交换器这种东西。根据一些网友实际体验,不带热交换的新风系统在全天开机的情况下,冬夏气温不宜时对室内温度湿度的影响是不能忽略的,并且很难通过空调/电暖气/加湿器等设备来平衡。试想在北方的冬天,室外零下十几度的干燥空气,嗖嗖的不停从墙上一个大洞里面吹进来,这怎么受得了哇?于是热交换就是必须的了。

热交换这种系统在两种新风系统上有不同的实现方法,根据厂家命名的概念分别称为“显热交换系统”用于正压单通道新风,“全热交换系统”用于交换式新风。

显热交换系统因为只有一个空气路径,那么就需要在空气经过这条路径时对其进行加热或降温,这个过程使用了一种陶瓷或者金属的“储热装置”,在空气经过这个装置时放出或者吸收空气中的热量。这种东西在食品烘干和塑料大棚等同时需要通风和保温的地方广泛使用。大概长下面这个样子:

论抗霾持久战 —— 浅谈新风系统和空气净化器选购 但是,根据万恶的热力学第二定律,这个设备的储热能力是有上限的。在长时间通风的过程中会因为达到上限而效果降低,具体效果根据使用时间和通风强度而不同,并且不能解决湿度的问题,实际使用效果并不能让人满意(废话,要是这个完美了,干嘛还要搞全热交换呢)。

全热交换系统是使用一种纸质或者高分子材料,能够同时吸收或放出空气中的热量和水蒸气,当屋内空气经过时,吸收空气中的热量和水分子,外面的空气经过时,再放出储存的热量和水分子。实现热量和水分的交换。

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根据某厂商提供的原理图(注意进风和出风是走相互隔离的两条路径),我们可以看到这个系统中热量传递的过程还是因为万恶的热力学第二定律,使这种系统只能达到一个内外平衡的中间状态,并不能完全将热量和水分留住(效率不可能达到100%)。热交换效率取决于换气功率,换气慢时可以有充足的时间让热交换系统完成交换,换气快时来不及完成交换空气就吹出去了,所以有一些新风系统增加了电加热模块。至于降温加湿除湿就只能靠空调和加湿器了。

不过不管怎么说,有全热交换系统的新风才是卧室使用时比较好的选择。客厅或书房可以考虑采用显热交换的正压式新风系统节省投入。

(二)空气净化器原理

空气净化器和新风相比更加简单,就是一个大风扇加过滤网,过滤网可以有很多层和很多类型。有些还兼顾加湿功能。所面临的问题在风扇效率和噪音方面与新风系统是相同的,过滤系统在现在的环境条件下新风也都有了,所以都放在后面专门介绍,加湿功能不是必须的,也不再展开。只简单介绍一下净化原理。

空气净化器是通过一个大功率风扇,使室内空气多次通过一层或多层过滤装置来实现净化的功能。过滤效果取决于风扇效率和过滤装置好坏,价格方面也主要是在参数指标上有区别,这个重点在“多次”。一般的新风系统只能让空气通过一次,并且为了兼顾换气效率,往往使用较低级别的滤网,而我们知道pm2.5里面并不是只有直径=2.5微米的有害微粒,而是由全部直径小于2.5微米的微粒加在一起。用HEPA欧标H12级滤网举例,对于pm>0.3的一次过滤效率是99.9%。注意这里和pm2.5的定义是不同的,pm2.5是直径小于2.5微米,而过滤效率是标称可过滤直径大于pm0.3,也就是pm2.5-0.3之间的部分,小于0.3的部分不算。而这些颗粒里面越大的过滤率越高,越小的越低,最后那个99.9%是平均值,可能由100%的2.5、100%的2.4、99.99%的2、99.9%的1.5、99%的0.5、80%的0.3等等(非实际数据,仅举例示意),且不说新风系统一般只采用F8级别的中效过滤,即使采用H12级HEPA滤网,也会漏过不少有害微粒,并且还有因为房屋的各种缝隙以及炒菜、开关门等活动放进来颗粒。这些有害微粒在室内漂浮,分布并不均匀,必须要用净化器反复将室内空气净化,有害颗粒数量才会以一个曲线渐渐下降到接近0。这些是新风系统单次过滤不能解决的。

那么这个有害颗粒降低曲线的斜率就关系到我们吸入颗粒的时间和数量,客观来看也就是CADR值,越大则净化的越快,我们吸的就越少。既然决定买净化器,当然是希望吸的越少越好,有些净化器需要1小时才能搞定一间20平米的房间,那么我们就要吸一小时,当然吸入量需要通过下降函数曲线的积分计算,而有些20分钟就搞定同样大小的房间,那么在价格差异并不大的情况下当然是选择快速的了,当然静音也是需要考虑的因素。


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如上面的示意图,假设纵轴是污染物浓度,横轴是时间,那么空气净化效果曲线大致上与正态分布曲线的右半边形状相似(实际上这个变化曲线符合指数函数曲线ct=c0(e^-kt),需要具体计算的自行查阅GB/T18801-2015,p15,B6.1衰减常数的计算)。那么净化器净化掉的有害物质量就是曲线下的阴影面积,是曲线函数右半边区间的积分(A+B的面积和)。这段时间我们会吸入有害物质,并且吸入的量随时间减少。那么如果更换了效率更高的净化器,只能改变这个曲线的分布率,减少的部分仅为深色面积A,这部分的量并不算很多,具体数值要根据厂商的测试报告来计算,贵的净化器效率比便宜的高,但增加的投入未必能得到同等收获,不一定值得(不差钱的话肯定越高越好)。

至于其他的活性炭、TVOC等滤网以及加湿都是过滤时附带的功能。对异味之类在有新风系统的情况下都不再是问题。我们知道了哪些参数和原理是重要的,各种净化器的评测就很容易看,可以根据评测结果去选择。但是有一点要注意,就是pm2.5的检测是一个非常专业的过程,需要非常昂贵的设备采用重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法来测量,先要分离空气中除pm2.5之外的其他颗粒杂质,然后通过一段较长的时间去累积pm2.5颗粒,才能测量出来,并且测量仪器需要非常专业的检测和校正才能使用。目前各种手持和家用的小型设备基本都是采用激光散射法来测量,是定性的测量空气中总颗粒物的数量,其结果存在较大的不确定性,仅能作为参考。

(三)各种风机的原理和区别

前面介绍了各种新风和净化器的原理,下面就这种设备中最重要的原件之一详细介绍一下。

风扇作为目前最广泛使用的空气运送设备,在很多领域都有应用。按照鼓风的原理常见的可以大概分为轴流式风扇和离心式风扇,还有一种涡流式风扇。风扇电机、扇叶、外壳共同构成了一台风机。

一台风机从功能的角度来说主要有几个技术参数,功率、静压、风量,最大功率就限定了最大静压和最大风量都不能超过功率,并且在一个系统中,静压与风量是成反比的关系。

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如上图的风量/静压曲线图,在静压(单位帕斯卡,P)逐渐上升时,风量(单位升每秒,l/s)逐渐下降,静压就是风机运行时空气遇到的阻力,我们戴N95口罩就能明显感觉到吸气困难,净化器所用的HEPA滤网同样是有较大空气阻力的,风机必须克服这个阻力才能输出风量。

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如上图,风扇在运行时,如果另外一面是一个封闭空间,有一条管道中存了一些水,那么风扇内外会形成一个压力差Ps,Ps可以直观的从被压起的水柱高度来测量,也有用mmAg或者mmH2O(毫米水柱)来标识静压单位的。

那么一台风机,如果预计要用在一个风阻很大的环境中,就必须选择最大静压较大,风量也不算小的类型,这方面在同样功率时轴流风机静压最小,风量最大,离心风机静压最大,风量最小,涡流风机比较均衡。这也是许多高端净化器都不约而同的选择涡流风扇的一个原因。

轴流风机:

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离心风机:

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涡流风机:

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那么选择一款风机举例,某德国产离心风机的参数是最大功率45W,最大风压450P,最大风量225m3/h。这几个参数怎么理解呢?

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首先说功率,工业上常用的风机功率(静压效率公式变换)计算公式是:

功率(KW)=风量(m3/h)*风压(Pa)/(3600*风机效率*机械传动效率*1000)

也有用静压效率公式:静压效率%=A/B(其中A=风量(m3/h)*静压(Pa),B=电机功率(KW)*1000*3600)

其中风量的计算公式是:风量(m3/h)=风速(m/s)*截面积(m2)*3600

其中千瓦这个单位比较大,不常用,我们换算一下相关数字,去掉分母里面的乘数1000。懒得找希腊字母了,都用汉字,公式长了点大家凑合看一下。

风量225*风压450/3600=28.125(瓦)

原来,公式中同时使用了最大风量和最大风压,两个效率风扇效率工程上常用的数字是0.75-0.85,机械传动效率由于大部分净化器里面的风机都是电机与风扇轴直连,可以取100%,本文中为了方便计算都取100%的理想状态,风机对空气做功的功率只有28.125W。那么,一台风机铭牌上面标识的功率,只是安装电机的最大功率而已。45W是用额定电压24V*额定电流2A得出的。吹风的功率损失是很大的(都怪这该死的空气不是刚性流体)。

在电机功率一定的情况下,风扇的形状和工作方式就决定了最大风量和静压的不同数字,下面取淘宝上卖的几种风机不同的数字来看:

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可以明显看出在风压和风量方面,高端空气净化器普遍选择涡流风机的理由。当然这个表格没有考虑风扇的尺寸问题,并且实际应用场景下额定功率并不等于实际功率,不同功率数字下的风机效率才是选择不同风机的主要理由。比如功率较低时(小于10W)风阻也较低时轴流风机效率高、安装简单(参见电脑机箱和CPU风扇)。功率极低和要求体积很小时,或者要求有极高的静压时,离心风机有优势(参见笔记本电脑风扇和小朋友玩的充气城堡用的鼓风机)。长期工作在有一定阻力同时又要求有一定的风量时涡流风机就是个好选择。并且在下一节还会说明不同类型的风机噪声也不同。

用业界标杆IQair 250来举例,产品说明中标称的风机最大风量1325m3/h,最大功耗160W,工作时最大风量440m3/h。两层主要滤网分别是H13级高效过滤器和F8级初效过滤器串联,假定这两个过滤器都满足国标,初阻力分别为190Pa(之前已经介绍过HEPA级别的滤网风阻是很大的,根据我国国标GB/T13554-2008,对于采用额定风量下钠焰法测试过滤效率为99.9%-99.99%之间的高效过滤器初阻力应低于190Pa)和100Pa合计290Pa。那么,静压效率就是(440m3/h*290Pa)/(160W*3600)=0.2215。

再看看另一个知名品牌,Blueair 450E,产品说明中可以看到每小时净化34m2房间5次,计算工作时最大风量34*2.8*5=490m3/h,最大功耗69W。三块高效过滤器并列,静压降为单个的1/3,为63.33Pa。那么,静压效率是(490m3/h*63.33Pa)/(69W*3600)=0.1249。由此可见后者使用轴流风机效率明显低于前者的涡流风机。

简单结论:在初阻力较大的新风和净化器场景下,应选静压较大的涡流或离心风机。

(四)噪音

噪音在我们的生活中可以说是无处不在,高分贝噪音对人体是有害的也是共识。家用新风和空气净化器作为一种需要长期开机的设备,噪音是不能忽略的问题。并且不同的人对噪音的敏感程度不同,可能会对同一台净化器的噪音有不同的主观感受,这里只谈一谈噪音的来源。

声音是一种震动(说错了别找我,找物理课本去),人耳能听到的声音频率为20-20KHz,这个范围随年龄增长而变化。有些频率人们比较敏感,有些不敏感,还有一些听起来好听,有些听起来难听。具体噪音的定义和噪音单位的定义这里不再涉及,需要的自行搜索。需要提一下的是,噪音的单位分贝(dB),是一个没有单位的单位。代表的是一个物理量比如声功率的物理单位是瓦特(W),声压的物理单位是帕斯卡(Pa),与基准数字的比值。例如一个噪音源的声功率是10000W,基准量是10W,那么声功率分贝数是lg(10000/10)*10=30dB。这个比值的对数是没有物理单位的,那么声功率、声压、声强这些物理量都可以表示为分贝的形式,产品标注的噪音分贝数到底是哪个物理量,是要仔细看清楚的。

另外还有一点,人耳对2000~5000Hz的声音最敏感,对低频则不敏感。在声学测量中,模拟人耳响应,测得的声压级代表噪声的大小叫A声级,记作dB(A)。因为往往A声级大于非A声级,所以厂家一般在宣传材料中提供的都是测出不同物理量的最低分贝数值。

新风和净化器的噪音来源主要有几方面,1、电机、风扇转动产生的震动。2、机体共振。3、流场产生(流动所产生的气动噪音,乱流、喷射流、气蚀、气切、涡流等现象)。针对这几方面的噪音,不同厂商采用了很多不同的办法来解决。比如某千元以下净化器采用“回家之前远程开强力净化,到家之后关小”的创新方式,不知道是不是还要配合“回家之前远程控制开窗透气,若干时间后自动关窗开净化器”的物联网未来科技使用。

其他正常的厂商一般还是从风扇结构、转速、机体结构等方面来考虑。比如将风扇置于两层过滤之间,深埋于机体中间,使震动噪声不易传出。也有改变出风口结构,加大滤网折叠的层数和面积等等。也可以通过将各种震动控制在人耳不敏感的频率来降低A声级的测量结果。

离心风机一般扇叶较小,转速较高,虽然高转速带来了高噪音,但是因为可以装在一个相对密闭的环境中,通过调整外壳和电机的震动也能降低噪音。一般用于有较高初阻力的场景。

轴流风机一般扇叶较大,在阻力较小时可以获得很大的风量,噪音主要来自扇叶切割空气造成的流场噪音,不容易控制。并且在初阻力较高的应用场景风量下降较多,效果不好。

涡流风机兼具轴流和离心的优点,缺点是安装环境及风道设计难度较高,成本也比较高,一般用于有一定初阻力同时又需要风量的情况(这不就是大部分空调、新风和净化器需要的场景嘛)。

(五)过滤系统原理

以前新风系统仅仅做一个简单的灰尘过滤就可以使用了,现在既然考虑到有pm2.5这个东西,新风也需要考虑净化的效果了。那么不管新风还是净化器,其过滤器都遵守净化器标准,国标的话就是GB/T14295-2008和GB/T13554-2008。国外有E系列欧洲分级和H系列美国分级。

这里直接引用维基百科对于HEPA的定义:High-Efficiency Particulate Air,即高效率空气微粒子过滤网,简称HEPA。符合HEPA标准的过滤器的用途很广泛,从医疗设备、汽车、飞机及家居均可应用。滤网的标准由美国能源部设定,对粒径在0.3μm的粒子, 过滤效果约为DOP 99.97%以上。通常使用的高效滤网可达到99.99%的拦截效率。

这里为什么要以0.3微米作为定义标准呢?这要从滤网过滤的原理说起:

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上图是一个有隔板过滤器,当灰尘经过的时候有三种情况。碰撞(impact)、拦截(interception)、吸附(diffusion)。对于较大的颗粒,会直接撞到滤网纤维上面,或者根本无法通过滤网纤维之间的空隙。中间大小的颗粒,虽然直径小于滤网纤维之间的空隙,但是会因为空气通过滤网时发生的气流干扰而拐弯撞在纤维上面。非常小的颗粒,由于滤网静电驻极的静电吸附作用,以及气流(小于1微米的颗粒与空气分子碰撞做布朗运动,而不是随气流方向运动)和范德华力及重力的影响,被吸附到滤网上并被过滤。而直径为0.3微米的颗粒被称为是最易穿透颗粒,就是因为它既小到可以穿过纤维缝隙,又大到不易受气流和范德华力影响。小于0.3微米的颗粒反而容易被过滤掉。

滤网等级如下图:

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其中常用的是欧标H10-H14这部分高效(HEPA)滤网和F8、G4等中效、初效滤网。这里需要注意的是颗粒物过滤数量虽然都是用百分比标注,但是实际上采用的测试方法不同。那个F8比色法95%和H10最易穿透粒径法95%、以及G5的计重法90%,是完全不在一个概念里面的百分比,采用不同试验方法得出的数据不具有横向比较的意义。

我们参考国标对空气净化器的分类,国标A类高效净化器相当于H13级,则F8级只能算是国标中效1级,对于直径0.5微米以下颗粒物一次性过滤数量70%-60%之间。可见作为新风系统的初效过滤器在室外空气较差时会引入不少的污染物颗粒。如果想在雾霾天也随意开新风必须用H11-12级才行。

另外,受限于这个过滤的原理,一个过滤器里面可以容纳不同类型颗粒的空间是不同并且有限的。如果超过限度会发生三种情况,第一种是过滤了太多大颗粒,纤维之间的缝隙越来越少,导致风阻增加,最终CADR下降到不能满足需要,这是滤网的初阻力和终阻力的概念。第二种是虽然对pm10有效,但是对pm2.5的过滤效率已经大幅下降,滤网寿命耗尽需要更换。第三种是滤网内细微颗粒物数量过多,被通过的空气带出造成二次污染,失去净化效果。

那么判断滤网寿命不是看机器上面的时间计数,并且pm0.3也不是任何手持仪器或者净化器自己的检测器能够检测出来的。按照国标规定的实验方法是CCM(颗粒物累计净化量)通过重复多次点燃50支香烟累积到CADR(洁净空气量)下降50%后计算出CCM值(不知道哪买那么多烟,这测试成本还挺高)。标准规定的数值如下:

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可惜这个P4级仍然是一个很低的要求,大部分净化器都能达到。而且高端净化器基本都是几倍到几十倍的数字。另外一种测试方法是通过测试达到过滤器终阻力为止的过滤效果,目前没有太多测试的数据可看。

这个数字主要和滤网的等级和面积有关,等级越高、面积越大则可以容纳的颗粒物总量越大。并且,如果有一个初效滤网过滤大部分较大颗粒物,则可以显著提高主要滤网的寿命。举两个例子:

三星 KJ393G-K5050WD 空气净化器 CCM 值是 32302mg,属于P4 级且是最高标准值的 3.8 倍,如果没有比较,会让我们觉得已经很高了。

IQAir 的 HealthPro GC 净化器颗粒物 CCM 值高达 428209mg,相当于三星那款的 13 倍还要多,却同样也属于 P4 级。

空气净化器不是一个一次性投入的设备,它的过滤器是需要定期更换的,所以购买时除了考虑过滤器的售价,也要考虑后期的耗材投入。例如某千元以下净化器采用了单个的较低级别滤网,那么就会很快达到最大容量,此时只对于pm10等大颗粒物有一定的净化效果,已经不能说是有效的了。

简单说个结论:过滤网展开面积越大越好、等级越高越好、最好有初效滤网,初效滤网也要考虑等级。

(六)常见参数解读

前面介绍了不少原理,下面介绍一下如何根据原理去看各品牌的宣传材料。不同品牌的净化器会在互联网和电商的宣传页上面列出许多参数,其中主要的有几个:

1、功耗。也有叫功率,分为最大功率、各档位功率、额定功率等,一般是指风机使用电机的功率,需要注意电机输出功率在不同运行模式下的效率是不同的,其静压效率损失可能很大也可能很小,可以根据前面章节提供的公式计算一下,结果是有的净化器开最大时效果可以,开静音时完全没有净化效果,或净化效果不能满足国标最低要求(一小时内过滤房间内空气5次以上)。如果只提供了最大功率或额定功率,其他信息都没有,就需要去多了解一下。

2、CADR。这个数字的计算方法十分复杂,需要计算空气中污染物浓度随时间下降的指数函数中衰减常数k,而k这个常数需要用时间t时颗粒物浓度ct按照下图中的式子做ct的自然对数ln(ct)和t的线性回归。

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取得污染物自然沉降的衰减常数ke和开净化器时的衰减常数kn,然后代入下式计算。

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我们国标是参考美国的美国家电制造商协会(AHAM)使用的方法制定的,所以只要检测报告是真实的,不用太纠结是不是有美国的认证(其实在现在这个环境下能给出测试报告就很有诚意了)。在这个实验环境下,只能测出一台全新设备最大的CADR,而实际使用中不可能每天都更换新的滤网,所以只看CADR是没有意义的。只要CADR满足房间面积的最低需要,噪音处于可接受的程度即可。

AHAM建议8英尺高度(约2.4米)房间内,没有额外污染源(吸烟者)和外来空气,并且此房间与其他房间换气小于每小时1倍房间体积的情况下,用户想要去除80%污染物需要选择CADR数字大于12倍房间体积的净化器。(理解的不知道对不对,英文好的可以直接去看wiki原文)。

净化器CADR满足上面所说要求,新风CADR需要满足每人30m3/h,但是需要注意的是,新风系统采用F8等级或以下的滤网时对于pm2.5的净化能力非常有限,相当于前面所说的存在外来空气,这时选择净化器需要能够额外净化新增的这部分空气才行。

3、滤网类型和等级。这部分在前面介绍过滤器的环节已经有了详细说明,作为空气净化器,建议采用H13级的滤网,低于H13级的按照GB/T13554-2008都不能算是高效过滤器,而是亚高效或高中效。虽然这样的净化器在试验环境中CADR和CCM检测值都能达标,但是低级滤网的实际净化效率和使用寿命比起高效的相差还是比较多的(实验室检测CADR采用的方法每2分钟一次共检测10次,持续过程20分钟,污染物浓度随时间下降其指数函数变化曲线符合如下图形状:

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可以看出此曲线靠前的区间下降速度非常快,而后面下降速度越来越慢,所以仅检测浓度最高的前20分钟得出的CADR与长时间开机的效率相差很大。污染物浓度下降到0所需的时间主要取决于滤网效率。低级滤网和高级滤网的差异要在这个曲线的后半段体现),频繁更换低级滤网也是不小的投入(不过考虑到价格相差也挺多的,如果把几十块的H11级滤网看作半一次性用品,经常更换的话也不是不行)。活性炭和其他类型滤网此处不再展开。

4、噪声。一般高端净化器为了达到合适的净化效果,都需要有十分强力的风机,那么无论转速还是震动都不太可能很低,所以高端净化器都会有比较大的噪声。但是运行时我们不可能一直开最大档位,较小的档位噪声虽然降低了,CADR也大幅下降了。甚至有的品牌开最低时几乎无声而出气口风速也为0。这个就需要注意,是否可以满足实际需要。

5、如果有条件,还要比较滤网展开面积、智能化功能等。

6、新风量,一般推荐的新风量要满足房间内平均每人大于30m3/h,就是2人的话需要60m3/h。

7、热交换类型、加热模块等。

四、部分新风产品比较

下面把我选型的一些对比情况简单列一下,因为不是新装修,所以只比较了壁挂式新风系统:

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表中“/”为未在公开材料中找到相关参数,“*”为厂商说有这方面功能,但没有提供具体参数。其中造梦者和Dehpina只在天猫标明了新风量,但是标注不太规范。噪音应该各厂商都是按照声功率级标注。

从参数来看,造梦者主推净化功能,但是ESP静电除尘有臭氧问题,净化和新风兼顾导致两方面的功能实现都不算优异。爱品生iPeson和Dephina都在中国市场推出了H12级过滤的型号,但是其他参数不太理想,并且网站上技术参数提供的很有限。博乐blauberg是号称“血统纯正”且价格最高,但是滤网等级只有F8,对pm2.5不太有效。

综合比较的结果,打算先自己造一台试验机型测试一下,再确定安装某个品牌的产品。


五、部分净化产品比较

下面是有关净化器的一些选型情况:

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其中标注*的是数据未能查到,或者厂家未提供,采用了其他评测报告中的测试数据。Blueair 503在产品宣传图显眼位置写了风量735m3/h,然后在不显眼位置写了颗粒物CADR375m3/h,在官网标称CADR600m3/h,暂且采用官网宣传数据。霍尼韦尔是京东销量最多的一款,噪声标注是加A噪声,但是京东技术参数里面写的是声功率级噪声,暂且相信是dBA标注,滤网展开面积未找到数据,不过从CCM只有P1级4148,IQair250的CCM数1013788比他多了244倍,估计滤网不会很高效。小米净化器2未找到噪声数据,只有一代的一些测试数据,官网宣称比一代安静很多,我们也暂且相信。

最后选择的是IQair 250(我是在国内专柜买的,购入价10080,据说是国内行货的较低价位):

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