一種內循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種應用于車載內循環式空氣凈化器的微粒數濃度凈化效率的測試系統和分析方法。所述的裝置主要包括煙霧發生器、煙霧生成箱、鼓風機、閥門、連接管道、仿真汽車實驗箱、空氣凈化器、空氣調節器、混合風扇、HEPA高效過濾器、采樣管道、顆粒物粒徑譜測試儀。本發明專利技術通過先測試車內低濃度微粒的衰減，得出不同粒徑的微粒自然沉積系數，再通過高濃度微粒的演變，由Bernouli方程求解出平均凝并系數，由氣溶膠傳輸微分方程，可以計算得到空氣凈化器在不同粒徑段的數量濃度凈化效率。本發明專利技術試驗系統清晰完整，計算分析方法正確合理，可用于定量確定車載內循環式空氣凈化器的微粒數濃度凈化效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種空氣污染物凈化效率測試裝置和方法，具體涉及一種車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率的測試系統和分析方法。
技術介紹
隨著我國工業化和城市化進程的加快，道路空氣污染日益嚴重，成為影響交通出行人們健康的隱形殺手。人類68％的疾病與空氣污染有關，世界衛生組織把室內空氣污染列為18類致癌物質之首。全球污染最嚴重的20個城市，有16個在中國。隨著人們環境意識的增強和生活水平的提高，越發認識到清潔空氣對人身健康的重要性。目前在我國，氣溶膠顆粒物污染是絕大部分城市的首要污染物。人們根據顆粒的產生及在人體呼吸道沉積位置將顆粒分為三類：超細微粒(顆粒直徑＜0.1μm)，細顆粒PM2.5(顆粒直徑＜2.5μm)，粗顆粒PM10(顆粒直徑＜10μm)。大多燃燒源PM2.5并非直接生成，而是由超細微粒經過凝并以及一系列大氣化學反應轉化而成。細微粒由于粒徑非常細小，其在大氣顆粒物中所占質量比例并不高，但細微粒的數量非常多。細微粒在排放及傳輸過程中，往往會同時發生新生粒子生成、沉積、凝并以及稀釋擴散等現象，因此很難通過直接測量細微粒濃度得到其凈化效率。細微粒沉積是在布朗運動、重力、熱泳力、以及靜電力作用下撞擊到壁面的現象，影響因素非常復雜；細微粒凝并是細微粒之間相互碰撞而團聚形成新的顆粒物的現象，稀釋擴散是伴隨著排放煙氣的運動與外界環境的對流。這些因素是引起細微粒數量發生較大變化的主要原因，它們在細微粒排放傳輸過程中發生。沉積和凝并的相同點是都會引起顆粒物數量的減少，不同點是沉積會使得顆粒物總體質量的降低，凝并并不直接減少空氣中顆粒物的質量，稀釋擴散收到流動換氣率的影響。我國的空氣凈化器測試標準《GBT18801-2015》只針對0.3μm以上的顆粒物，而實際上，亞微米、超細微粒(＜0.1μm)甚至納米微粒(＜50nm)占據顆粒物數量的大部分比例。因此，對車載空氣凈化器對氣溶膠細微粒的過濾效率進行量化測試和分析，不僅是評估其性能指標的重要依據，而且彌補了當前國家標準的不足。外循環式車載空氣凈化器通常由點煙器提供電源，在測試其凈化效率時，空調外循環系統關閉，空氣通過凈化器外循環清除顆粒物，因此本專利技術也專門針對這種方式進行了設計。
技術實現思路
本專利技術的目的設計一種內外循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統及方法，具體技術方案如下：一種內循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統，主要包括煙霧發生器、煙霧生成箱、鼓風機、閥門、連接管道、仿真汽車實驗箱、空氣凈化器、空氣調節器、環境溫濕度及壓力測試儀、混合風扇、HEPA高效過濾器、采樣管道1、切換閥門、采樣管道2、顆粒物粒徑譜測試儀、通訊電纜、電腦。煙霧發生器在煙霧發生箱體內產生一定濃度的顆粒物，煙霧由鼓風機吹進仿真汽車實驗箱，仿真實驗箱內的溫度濕度由空氣調節器控制，空氣凈化器位于仿真實驗箱內，運行時內部循環凈化顆粒物；仿真汽車實驗箱頂部吊裝混合風扇使得內部顆粒物均勻分布，微粒數濃度測試儀通過切換閥門可分別通過采樣管道測量仿真汽車實驗箱和煙霧生成箱內的顆粒物濃度與粒徑譜。本專利技術通過煙霧發生器生成多分散的氣溶膠微粒，氣溶膠微粒生成數量的多少可煙霧發生器控制。所述的HEPA高效過濾器過濾顆粒物效率在99.99％以上。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：1)密封箱體潔凈：啟動空氣凈化器，啟動顆粒物粒徑譜測試儀，監測仿真汽車實驗箱內顆粒物數濃度的同時，空氣凈化器自動清除箱體內的顆粒物，儀器也會抽取密閉箱體內的空氣，同時從外部進入的空氣經過HEPA凈化后進入箱體內，當粒徑譜測試儀監測到箱體內數濃度接近與零的時候，可以認為密閉箱體已經被凈空，這時關閉顆粒物粒徑譜測速儀，同時關閉管道閥門。2)微粒自然沉積率測試：關閉空氣凈化器，啟動煙霧發生器，同時啟動混合風扇，打開閥門，啟動鼓風機，同時啟動顆粒物粒徑譜測速儀，當發現微粒數濃度值達到103個/cm3級別時，關閉煙霧發生器，關閉閥門，關閉鼓風機。讓仿真汽車實驗箱體內的微粒發生自然沉積，連續監測3分鐘左右，記錄數據，按下面公式計算不同粒徑段的微粒沉積率。以上公式中，第一行公式是微粒衰減率方程，是一階微分方程，可積分求解為第二行結果。其中，N為微粒數濃度，單位個/cm3；t為時間，單位s；β0為微粒自然沉積率，單位l/s；α為由顆粒物粒徑譜測速儀采樣抽氣帶來的室內箱體換氣率，可由儀器采樣流量計算得到，單位l/s；N0為微粒初始濃度，單位個/cm3；i為粒徑段，代表不同粒徑大小。3)微粒平均凝并系數測試：啟動煙霧發生器，同時啟動混合風扇，打開閥門，同時啟動顆粒物粒徑譜測速儀，當發現微粒數濃度值達到105個/cm3級別以上時，關閉煙霧發生器。讓密閉箱體內微粒發生自然沉積和凝并，連續監測3分鐘左右，記錄數據，確定GMD(幾何平均直徑)，按照前面所介紹公式確定沉自然積率β0，按下面公式計算平均凝并率。上面公式中，第一行是微粒同時發生沉積和凝并的微分方程，是一個典型的Bernouli方程，第二行的為求解結果。其中，N為微?？倲禎舛?，單位個/cm3；k為平均凝并系數，單位個cm3/(個·s)。4)空氣凈化器凈化效率測試：重復步驟1)凈空密閉箱體，然后重新啟動煙霧發生器，同時啟動混合風扇，打開閥門，同時啟動顆粒物粒徑譜測速儀，當發現微粒數濃度值達到107個/cm3級別左右時，關閉煙霧發生器，開啟空氣凈化器，并同時記錄初始濃度。讓仿真汽車實驗箱內空氣凈化器進行內循環凈化，同時微粒發生自然沉積和凝并，連續監測時間為t，記錄數據。由前面所獲得確定微粒沉積率βi和平均凝并率k，按下面公式計算空氣凈化器數量濃度凈化效率η。上面第一行公式為微粒在仿真汽車實驗箱內的濃度變化微分公式，其中，N為微粒數濃度，單位個/cm3；t為時間，單位s；β為空氣凈化器導致的微粒衰減率，單位l/s；β0為微粒自然沉積率，單位l/s；α為由顆粒物粒徑譜測速儀采樣抽氣帶來的室內箱體換氣率，可由儀器采樣流量計算得到，單位1/s；N0為微粒初始濃度，單位個/cm3；i為粒徑段，代表不同粒徑大小；第二行公式為空氣凈化器導致的衰減率與凈化效率之間的關系，其中h為凈化效率，無量綱；Q為空氣凈化器的額定流量，m3/s；V為仿真汽車實驗箱的體積，m3?？梢酝ㄟ^求解微分方程得到各粒徑段的數量濃度凈化效率。本專利技術的有益效果是：本專利技術提供了一種內循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統和計算方法，首先通過在仿真汽車實驗箱內由煙霧發生器生成低濃度的微粒，計算出不同粒徑的微粒的自然沉積率，然后由煙霧發生器生成高濃度的微粒，由公式計算出平均凝并系數，最后由氣溶膠排放微分方程，計算出空氣凈化器的數量濃度凈化效率。附圖說明圖1是測試系統結構示意圖。圖中1煙霧生成箱、2煙霧、3煙霧發生器、4鼓風機、5閥門、6連接管道、7仿真汽車實驗箱、8空氣凈化器、9空氣調節器、10環境溫濕度及壓力測試儀、11混合風扇、12HEPA高效過濾器、13采樣管道1、14切換閥門、15采樣管道2、16顆粒物粒徑譜測試儀、17通訊電纜、18電腦。具體實施方式下面結合附圖，用實施例來進一步說明本專利技術。但這個實施例僅是說明性的，本專利技術的保護范圍并不受這個實施例的限制。如圖1所示，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種內循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統，主要包括1煙霧生成箱、2煙霧、3煙霧發生器、4鼓風機、5閥門、6連接管道、7仿真汽車實驗箱、8空氣凈化器、9空氣調節器、10環境溫濕度及壓力測試儀、11混合風扇、12?HEPA高效過濾器、13采樣管道1、14切換閥門、15采樣管道2、16顆粒物粒徑譜測試儀、17通訊電纜、18電腦。煙霧發生器3在煙霧發生箱體1內產生一定濃度的顆粒物，煙霧2由鼓風機4吹進仿真汽車實驗箱7，仿真實驗箱內7的溫度濕度由空氣調節器9控制，空氣凈化器8位于仿真實驗箱內，運行時內部循環凈化顆粒物；仿真汽車實驗箱7頂部吊裝混合風扇11使得內部顆粒物均勻分布，微粒數濃度測試儀15通過切換閥門14可分別通過采樣管道13，16測量仿真汽車實驗箱7和煙霧生成箱1內的顆粒物濃度與粒徑譜。

【技術特征摘要】
1.一種內循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統，主要包括1煙霧生成箱、2煙霧、3煙霧發生器、4鼓風機、5閥門、6連接管道、7仿真汽車實驗箱、8空氣凈化器、9空氣調節器、10環境溫濕度及壓力測試儀、11混合風扇、12HEPA高效過濾器、13采樣管道1、14切換閥門、15采樣管道2、16顆粒物粒徑譜測試儀、17通訊電纜、18電腦。煙霧發生器3在煙霧發生箱體1內產生一定濃度的顆粒物，煙霧2由鼓風機4吹進仿真汽車實驗箱7，仿真實驗箱內7的溫度濕度由空氣調節器9控制，空氣凈化器8位于仿真實驗箱內，運行時內部循環凈化顆粒物；仿真汽車實驗箱7頂部吊裝混合風扇11使得內部顆粒物均勻分布，微粒數濃度測試儀15通過切換閥門14可分別通過采樣管道13，16測量仿真汽車實驗箱7和煙霧生成箱1內的顆粒物濃度與粒徑譜。2.根據權利要求1所述本發明的測試裝置，其特征在于：先測試車內低濃度微粒的衰減，得出不同粒徑的微粒自然沉積系數，再通過高濃度微粒的演變，由Bernouli方程求解出平均凝并系數。在得到沉積系數和凝并系數后，在空氣凈化器運行條件下，由氣溶膠傳輸微分方程，通過連續時間測量的微粒濃度數據，可以得到空氣凈化器在不同粒徑段的數量濃度凈化效率。3.一種內循環式車載空氣凈化器顆粒物數量濃度凈化效率測試系統及方法，其特征在于，包括下述步驟：1)仿真汽車實驗箱7潔凈：啟動空氣凈化器8，啟動顆粒物粒徑譜測試儀15，監測仿真汽車實驗箱7內顆粒物數濃度的同時，空氣凈化器8自動清除箱體內的顆粒物，儀器也會抽取密閉箱體內的空氣，同時從外部進入的空氣經過HEPA12凈化后進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫在，汪晗，王威威，李俊男，
申請(專利權)人：中國計量大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33