时间：2024-03-20 点击量：
“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室建造环境(BERL)课题组范莹莹博士在中科院一区期刊《Journal of Cleaner Production》(JCR Q1, IF=11.1)发表论文, 大风量空气净化器在不同环境舱体积下的测试准确度研究。
一. 题目
Study on the test accuracy of the high-air-volume purifier under different test chamber volumes
大风量空气净化器在不同环境舱体积下的测试准确度研究
该研究获得“十四五”国家重点研发项目资助（NO. 2022YFC3702803）
Yingying Fan(范莹莹), Junjie Liu(刘俊杰), Lei Zhao（赵磊，通讯作者)，Chenhua Wang(王晨华), Deokkyu Moonc 和 Sungwoo Songc.
• 适应空气净化器CADR不断增长的测试需求；
• 通过按比例增大环境舱体积的方法来评估测试准确性；
• 使用较大体积环境舱时应该注意气流的均匀性；
• 提出新指标等效洁净空气量换气次数来选择合适的环境舱体积；
由于生产过程中对公共空间局部净化洁净度的需求不断增加，风量大于800 m3/h的大风量净化器（HAVP）已广泛应用于商业及工业建筑。与美国、欧洲等国家的空气净化器标准相比，大多数国家的HAVP测试标准尚未规范，目前只有中国和韩国考虑扩大舱体积来满足HAVP的测试，尚且缺乏HAVP检测的理论和实验研究。本研究在密闭环境舱内采用颗粒物浓度衰减法，在原体积(30 m3)的基础上以1:2:3的比例增加环境舱尺寸，分别从有效数据个数、污染物分布均匀性和空气净化器位置来评估环境箱体积对HAVP测试准确性的影响。研究表明，在不同环境舱体积的影响下，洁净空气量(CADR)的偏差在1.4% ~ 35.7%之间，60 m3试验箱的测试精度较高，更适用于HAVP的测试。本文提出了一种基于“CADR -环境舱体积”的新指标等效洁净空气量换气次数（ACHCADR），当ACHCADR在9 ~ 22 L/h时，可以准确测量空气净化器的性能。因此，标准补充时应考虑HAVP检测上限，建议我国标准GB/T 18801-2022中HAVP的流量分级应进一步细化。研究结果为不同流量空气净化器快速选择合适的环境舱体积提供了参考，有利于HAVP在工商业建筑中的应用。
近年来，SARS、H1N1和COVID-19等呼吸道疾病极大地威胁了人类健康和社会生产，ASHRAE、REHVA和WHO相继发布指南指出通风是控制空气传播疾病的关键途径，然而针对常规条件设计的通风系统可能无法满足突发疫情的稀释需求。空气净化器作为一种主动空气净化技术可有效去除空气中的颗粒物及微生物，流量大于800 m3/h的大风量净化器（HAVPs）已被证明可预防和减少空气传播疾病的风险，并越来越多的用于办公室、学校、地铁站、医院及其他公共场所。香港食物环境卫生署曾明确要求公共餐厅换气次数不少于6次/h-1。由于净化空气中颗粒物和生物气溶胶的需求不断增加，安装HAVPs以减少生物气溶胶的传播是一种有效的方法，HAVPs在降低感染风险方面的应用前景广阔。
为保证空气净化器在不同场合的有效使用，各组织和机构均制定了空气净化器CADR性能评价标准，如表1所示。在现行标准中，环境舱体积与空气净化器CADR等级之间没有统一的表述。研究表明，当风量小于800 m3/h的空气净化器在相同尺寸环境舱中测试时，净化器CADR相对越低实测值与额定值越相近，随着CADR的增加实测值与额定值差别增大，特别是当CADR超过684 m3/h时，测试误差会非常显著。因此，在尺寸较小的环境舱内无法准确评估大风量空气净化器的性能，目前尚不清楚如何将环境舱体积与CADR相匹配以保证评价结果的准确性。
本研究为适应空气净化器CADR日益增长的使用和测试需求，实现对HAVP性能的准确评估。通过按比例增加环境舱体积的方法，评估HAVPs在不同体积环境舱中颗粒净化效果。选取最大流量为2000 m3/h的空气净化器，从有效数据个数、CADR的均匀性和空气净化器的位置等方面进行综合分析。提出等效洁净空气量换气次数作为选择不同CADR空气净化器及适合环境舱体积的指标，以保证测试的准确性。
表1. 不同国家空气净化器颗粒物CADR性能测试标准对比
图1. 技术路线图
图2. 环境舱布局
（一）有效数据个数、污染物分布均匀性和空气净化器位置评估环境舱体积对HAVP测试准确性的影响
随着环境舱体积的增加可以获得更多的有效数据，但有效数据个数随着空气净化器流量的增加而减少。大风量空气净化器使环境舱内的颗粒浓度迅速降低，当流量为1000 m3/h和1200 m3/h时，30 m3的环境舱无法满足9个有效数据的要求，如图3所示会导致空气净化器性能低估或错估。空气净化器流量为800 m3/h时，大于0.3µm的微粒衰减曲线的回归相关系数R2小于0.98，如图4所示，不再满足指数衰减。因此当空气净化器流量大于800 m3/h时，30 m3的环境舱无法满足测试要求。
图3. 不同体积环境舱CADR测试有效数据个数
图4. (a)粒径大于0.3µm的颗粒物在30 m3环境舱内浓度衰减;
(b)粒径大于0.3µm的颗粒物在60 m3 和90 m3环境舱内浓度衰减;
研究60 m3和90 m3环境舱对CADR均匀性和偏差的影响。如图5所示，相同流量下，60 m3环境舱空气净化器的CADR结果略高于90 m3环境舱。当环境舱体积从60 m3增加到90 m3时，风量为800 m3/h、1000 m3/h和1200 m3/h，CADR值分布的均匀性分别从93%、95%和91%下降到44%、43%和42%，因此60 m3环境舱更适合测试风量在800 ~ 1200 m3/h的空气净化器。对于空气净化器在60 m3环境舱内不同放置位置的研究发现，位置对CADR偏差的影响在1.2%~10.9%之间，其中Case I的CADR具有最好的均匀性和稳定性。
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图5. 空气净化器在不同体积环境舱中的CADR；不同风量空气净化器在60m3和90m3环境舱中的测试均匀性；空气净化器不同放置位置的测试均匀性。
（二）CADR测试精度与环境舱体积的关系
本研究提出等效洁净空气量换气次数ACHCADR，并定义ACHCADR为洁净空气量CADR与环境舱体积V的比值。
当ACHCADR值过低时，空气净化器放置在过大的环境舱内对气流组织的均匀性产生负面影响，导致污染物分布不均匀。当ACHCADR过大时，空气净化器被放置在尺寸过小的环境舱内污染物浓度下降过快，无法提供足够的有效数据。根据本研究的大量实测结果，将ACHCADR与测试精度进行了拟合如图6所示。结果表明，为达到更精确的净化性能，建议ACHCADR范围为9 ~ 22 L/h，相应的检测精度可达90%以上。
图6. 不同等效洁净空气量换气次数下的测试精度(蓝色五角形为30m3环境舱内小风量空气净化器(360 m3/h、420 m3/h、450 m3/h、600 m3/h)测试结果的验证，黄色线条为按照韩国标准计算的ACHCADR)
l环境舱体积是影响HAVPs性能评价的重要因素，现有30 m3环境舱由于有效数据量不足和R2值低于0.98，不适合HAVP的准确测试；
l环境舱体积增加到90 m3时，CADR偏差为4.6%~11.1%，当流量为800 m3/h、1 000 m3/h和1200 m3/h时，CADR值分布的均匀性分别由90%、95%和93%降至42%、43%和44%；
l与90 m3和30 m3环境舱相比，60 m3环境舱可在HAVP研究中发挥积极作用；
l确定了等效洁净空气量换气次数与CADR测试准确性之间的关系，当ACHCADR在9 ~ 22之间时候可以获得准确的测试结果。
项目所属专项“大气与土壤、地下水污染综合治理”，项目名称“室内空气污染物多参数动态识别、高效低碳净化与病原体消杀技术”，负责课题名称为“室内气载污染物有机毒性和氧化活性定量评价及协同净化技术（2022YFC3702803）”。
课题主要研究内容为：
（1）超细颗粒和 SVOCs 高效协同净化技术
（2）新型靶向通风气流组织和空气净化对病原体污染的协同驱除机理及效果。
课题主要创新点：
（1）建立兼顾认知和生理的健康评价方法，突破多污染物协同治理技术
（2）提出新型靶向汇聚气流组织通风新理念新技术
Fan Y, Liu J, Zhao L, et al. Study on the test accuracy of the high-air-volume purifier under different test chamber volumes [J]. Journal of Cleaner Production 2024; 448: 141684.
原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624011326?dgcid=coauthor
稿件编辑：范莹莹
审核人：刘俊杰
田媛
于欣宇
