影响空气净化器甲醛CCM的因素探究

王贤波

珠海格力电器股份有限公司      广东 珠海 519000

摘要:空气净化器的甲醛CCM是其主要的性能指标，通过实验研究风量、空速、夹炭量、单日加载量对甲醛CCM的影响，以探索出影响空气净化器甲醛CCM的主要因素，对之后的设计开发工作提供有效的参考。

关键词：空气净化器；甲醛CCM；测试；指标

Abstract:The formaldehyde cumulate clean mass(CCM) is the major performance index of air cleaner. We discussed the main factor that affecting the formaldehyde CCM of air cleaner, such as air volume, air speed, carbon content and single-day loading, which laid an effective foundation for the future experimental work.

Keywords: Air cleaner; Formaldehyde CCM; Test; Index

引言

累积净化量（CCM）反应了净化器滤网的长效性能，包括颗粒物累积净化量及气态污染物累积净化量，一般来说，CCM数值越大，说明空气净化器滤网的使用寿命越长。由于国外从装修材料源头上控制了甲醛等气态污染物，因此国外的空气净化器检测标准中，尚无对甲醛累积净化效果的研究。同时，受限于实验室条件，国内对甲醛累积净化量也研究尚少。甲醛CCM是空气净化器的重要指标之一，研究其影响因素对产品的开发具有重要意义，我们根据空气净化器国家标准GB/T18801-2022，结合实验室基础研究及滤网制备工艺对可能影响甲醛CCM的因素加以探究，以优化空气净化器滤网的甲醛CCM性能。

1.空气净化器的风量/空速对甲醛CCM的影响

研究表明，试验工况下空气净化器的净化能力主要取决于风量（或相当于房间当量换气次数）和净化污染的过滤器等部件的效率。此外，空气净化器送回风口形式和位置会影响气流组织，空气净化器气流组织（空气有效系数）对于累积净化量有一定的影响。在产品设计初期应当考虑进出口的送/回风方式，送风面积尽可能的大，使得空气有效系数更加接近于1，室内气流更加的均匀[1]。

基础研究显示，测试过程的反应空速对甲醛转化率有一定影响[2-3]。贺泓等[2]研究表明，随着反应空速由50000 h-1提高到100000 h-1以及200000 h-1，达到稳态时的甲醛转化率逐渐降低（图 1a）。Huang等[3]也发现随着空速的提高，除醛效率损失严重（图 1b）。上述结果表明，甲醛除去效率随反应空速的增加而降低。这可能是由于流动体系中，空速过大，气态污染物（甲醛）在材料表面活性位点停留时间较短，导致催化效率较低。

图1 反应空速对（a）1%Pt/TiO2（b）0.1%Pt-TiO2催化剂上催化氧化HCHO活性的影响

我们采用实验室动态测试系统对除醛材料进行性能评价，研究了反应空速与甲醛转化率之间的关系。为使实验室测试条件接近净化器整机测试风速，将动态测试系统的空速设置在100000~600000 mL∙g-1∙h-1，结果如图2所示。测试结果表明，当反应空速为100000 mL∙g-1∙h-1时，甲醛去除率几乎高达100%；继续提高空速至200000 mL∙g-1∙h-1时，甲醛除去率微有损失，但几乎可以忽略（图3-inset）；而随着反应空速提高到600,000 mL∙g-1∙h-1，达到稳态时的甲醛去除率降低，约94%。上述结果说明，空速对甲醛去除反应过程影响显著。

图2 反应空速对滤料上甲醛常温催化氧化的影响（测试条件：25 °C，0.3 g催化剂，进气口甲醛浓度100 ppm，相对湿度~40%）

2.夹炭量对甲醛累积净化量的影响

研究发现，净化器夹炭量不同，甲醛累积净化量有显著差异[4]。我们研究了在动态测试系统中不同量除醛材料在同一空速下的甲醛去除性能，结果如图3所示。从图中可以看出，原碳在高浓度、高空速测试过程中瞬间失活，而负载有除醛材料的活性炭对甲醛的去除性能有明显增强，且随着负载量的提高（负载量2＞负载量1）甲醛去除性能提升；但是当进一步提高催化剂的负载量后（负载量3），材料的甲醛去除性能降低。由此说明，负载除醛材料的碳量对甲醛去除效果影响显著。因此，有理由推测夹炭量对甲醛累积净化量有一定影响。

图3除醛材料负载量对甲醛常温去除性能的影响：负载量3>2>1；测试条件：甲醛初始浓度100 ppm，样品量0.3 g，空速600,000 mL∙g-1∙h-1

同一滤料甲醛累积净化量随着夹炭量变化的结果如表1所示。结果表明，当夹炭量分别为

120、150、180 g/m2时，甲醛CADR对应为250.6、285.0和345.3m3/h，相应的颗粒物CADR分别为506.1、495.5和502.3 m3/h。也就是说，在满足颗粒物CADR的前提下，通过提高夹炭量，可显著提升甲醛CADR。故此，通过提高夹炭量，也可显著提升甲醛CCM。

表1 夹炭量对甲醛累积净化量的影响

夹炭量（g/m2）	颗粒物CADR（m3/h）	甲醛CADR（m3/h）
120	506.1	250.6
150	495.5	285.0
180	502.3	345.3

3.单日加载量对甲醛累积净化量的影响

研究表明，单日加载量对甲醛累净化量有重要影响[4]。表2中给出了整机CCM测试过程中单日加载量对甲醛累计净化量的影响。结果显示，在CCM测试过程中，单日加载量为300 mg时（10次，30 mg/次），CADR无非常明显衰减（5%和7%），连续2次加载其CADR维持在270 m3/h左右。当加载量增加到450 mg时，即甲醛累积加载量达到1050 mg，其CADR呈现断崖式下降，CADR下降为51%。用单位质量甲醛的引入造成的CADR衰减率来表示这一骤降尤为明显，即前两次引入单位质量的甲醛造成CADR的衰减率均为~0.02%，而第3次加载后，CADR的衰减率为51%，引入单位质量的甲醛造成CADR的衰减率达0.11%。上述结果表明，单日加载量对甲醛累积净化量测试结果影响显著。

表2 单日加载量对甲醛累积净化量的影响

序号	加载量（mg）	CADR（m3/h）	衰减率（%）*	单位质量甲醛的引入造成的衰减率**
1	—	304.1	—	—
2	300	295.5	5%	0.02%
3	300	274.1	7%	0.02%
4	450	133.3	51%	0.11%

*代表本次测得CADR相对于上一次CADR测试结果的衰减情况；

**代表本次单位质量甲醛的引入造成的CADR相较于上一次CADR测试结果的衰减情况。

总结

综上所述，影响空气净化器甲醛CCM的因素主要有以下：

(1)空气净化器风量在一定范围内对甲醛CCM没有影响，但过高会造成甲醛CCM降低。

(2)提高夹炭量有利于甲醛CCM的提升。

(3)单日加载量的影响。从测试结果来看，每日加载量对甲醛累积净化量影响显著，根据标准规定的测试步骤加载可以有效避免滤料的快速失活，延长滤料寿命，从而提高甲醛累积净化量。

(4)提升甲醛催化材料的活性可提升甲醛CCM。

基于上述分析，合理设计空气净化器的风道等装置及参数对以催化氧化除醛技术为主的空气净化器尤为重要，同时，提高除醛材料性能以及滤网夹炭量可以有效的延长滤芯使用寿命。

参考文献

[1]许钟麟,张彦国,曹国庆,冯昕,潘红红.空气净化器性能评价指标——关于空气净化器几个问题的探讨[J].暖通空调, 2017, 47(08): 2-6.

[2]Zhang, C.; He, H.; Tanaka, K.-i., Perfect catalytic oxidation of formaldehyde over a Pt/TiO2 catalyst at room temperature[J]. Catalysis Communications 2005, 6(3): 211-214.

[3]Haibao Huang, Dennis Y.C. Leung, Complete elimination of indoor formaldehyde over supported Pt catalysts with extremely low Pt content at ambient temperature[J]. Journal of Catalysis, 2011, 280: 60–67.

[4]张增峰, 丁年平, 王耿鸿, 万分龙, 邹艾一, 徐国洋. 空气净化器甲醛累计净化量影响因素的研究[J].轻工科技, 2016, 32(12): 117-118.