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[技术资料] [十四]唐驳虎:真意外!关于静电空净器的科普几乎全错

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发表于 2016-1-17 09:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
唐驳虎:真意外!关于静电空净器的科普几乎全错

凤凰新闻客户端 2016/01/16 15:33


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核心提示:空净器系列科普文写得非常艰难,因为现实中,你曾见过的那么些宣传、广告甚至科普,到处都是错误、夸大、隐瞒、吹嘘。 所以面对一个遍地谬误、基本概念一片混乱的市场,溯本清源必然是件艰难复杂的事情。 从所谓的HEPA滤网,到号称的独家0.003过滤;从堪比万元的3块钱300块钱DIY,到小米神器;从自称高贵资深却设计根本上失误的IQAir……便宜的DIY不堪大用,高端牌子被撕下真实面目。 但都没有像关于另类一些的静电过滤技术,所有的“科普材料”几乎都是错的,准确说,是相反的……

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最全空气净化指南12——另类的静电
凤凰新闻客户端主笔 唐驳虎
先前笔者在文章中把以远大为代表静电模式“批判了一番”,不过要注意前提:小风量型号。主要问题是性价比不高。
本文才是对静电吸附技术的全面介绍。正如摘要所言,关于静电式的误解实在太多,必须先解释,后破解,最后树立起正确的观念。
两种技术的竞争
静电除尘和滤网过滤这两种技术都不是新鲜事物,在工业上,滤网过滤与静电除尘博弈了近100年,就像江湖上两个门派,各有优势。
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在高度洁净应用中,滤网过滤技术占了上风。但在重粉尘环境下,静电是相当好的吸附设备。燃煤发电厂的烟囱尾气除尘,主力就是高压静电除尘设备(另一种布袋除尘,则对应家用的滤网式)。
至于这两种技术的差异优劣,简要归纳起来就是如下几点:滤网可以有较高的过滤效率,但风阻较大,不释放臭氧,基本上只能更换;静电则一一相反。
出产静电式家用空净器厂商,主要有远大、霍尼韦尔、富士通、贝昂、双飞燕、净美仕等厂家,国产、日系、美系的都有,但总数与庞大的滤网式空净器厂家比起来,就显得力单势薄了许多,而且中间还有的厂家是兼做两种模式的。
原理
静电除尘(Electrostatic Precipitator,ESP)由集尘装置、离子化装置、送风机和电源等部件构成。

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原理是用一根根的钨金属丝通电,成为电离发生极,同时在后边把一组平行的基板也通上5000伏以上的高压电,
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在空气经过发生极的电离丝时,空气分子被电离为正离子和电子,电子与烟尘微粒结合,使尘粒带上负电。
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我们都知道,电荷之间有异性相吸的原理。当空气经过带电的阳极基板时,带负电荷的尘粒在电场力的作用下,会向阳极板移动,并附在其上。
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这样,尘粒被捕获到板上了,流走的是洁净的空气。
与纤维间距几十微米而且还互相交织的EPA滤网相比,间距一两厘米的基板可谓是非常透风,风阻低到可以忽略的地步。
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效率
静电集尘技术对较大颗粒物吸附效果明显,但对于PM的去除效果不如EPA滤网。而且显而易见的原因,静电集尘的吸附效率与风速成反比。风速越快,效率越低。

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大型中央空调的静电过滤的效率一般不超过 F7(85~92%)。不过对于家用级小风量的过滤来说,倒也是可以做到E11的级别(97~98%),和大部分空气净化器的高水准相当。
(如果在没有先前对EPA滤网的介绍直接来这么一段,肯定又是一片哗然了)
静电集尘使用的高压电可以破坏细菌病毒,也多少有一点点分解有机气体及除臭的效果,但不可能与活性炭同日而语。
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臭氧?不是问题
但静电吸附的头号问题,就是产生的副产物臭氧了。在电离空气使杂质带电时的同时,也会导致氧气变成臭氧。
但是,目前静电吸附的臭氧控制已经比较得当了,进入室内的臭氧基本可以说微乎其微。
理解臭氧问题,需要用到一个术语——PPB,Part Per Billion ,即十亿分之一。这是一个描述极微量体积浓度的单位,10的-9次方数量级。
臭氧作为一个已知的污染物,已经有成熟的检测标准和检测方法。
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目前,美国对于臭氧的限值是 75 PPB,并且逐步向 60 PPB靠拢,欧盟限值 60 PPB,中国室内环境标准 75 PPB,WHO推荐 50 PPB。
而目前为止的研究认为,40 PPB以上浓度的臭氧,可能会对人体产生危害;实际动物试验毒性的起点浓度则达到了 300 PPB起。
但人的鼻子却对臭氧气味很敏感,臭氧浓度在远低于安全标准时就可以明确感知到气味。
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虽然人的敏感度各有不同,但是对于大部分人来说,在室内只需要 10 PPB的浓度,就可以激活人的嗅觉,闻到类似消毒水的味道。
有的敏感人士,0.1 PPB的臭氧都能感觉到。
也就是说,闻到臭氧味了,并不意味着有毒害,离毒害的阀值还挺远,只是令人不悦而已。这个气味虽让人反感,但是也警醒人的有益一面。
而目前静电集尘产品的臭氧释放浓度,一般都能控制在 2 PPB左右。
在正常情况下,大部分非敏感人群是闻不到臭氧气味的。只有在略有超标的时候,就能立刻感觉得到。
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最后,臭氧还有一个性质就是不稳定。自然状态下,会与很多其它物质反应,或者自己逐渐分解,变成无害的氧气。
这意味着,只要没有持续的“高浓度”累积供应,臭氧是很难维持一个“较高”浓度的。

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其实,去除臭氧有2个简单办法:
1)在静电除尘后面配置活性炭滤网,来吸附臭氧。
2)加陶瓷蜂窝版,这相当于另一种催化剂,可以加入锰离子等进行催化氧化。
如果要控制静电集尘产品的少量臭氧,在集尘模组之后加上一层活性炭滤网立刻就可以稳妥解决了。
这个办法还能弥补静电集尘难以吸附室内有机气体的短板。

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高压危险?瞎说的
懂得静电的人应该知道,空气净化器的静电技术用的是直流高压电,没有交变电磁场就没有电磁辐射。
虽然是高压静电,但是工作电流维持在微安级别,电流非常低(小于0.2ma=200ua);总功耗不到30瓦,而且主要能耗是整流变压器的能耗。
并且电设备被严密包护在机器壳子内,不会有触电的危险。
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在冬季,人身上常带有一万伏的静电,脱毛衣听到啪啪响的时候至少是8000伏特的静电放电;但除了接触皮肤会有短暂的刺痛感,对人体并无伤害,就是因为电量很少。
就像那些“美国禁止家庭使用静电空净器”的谣言传闻,这些人可知道有一种产品叫“家用臭氧消毒机”?可知在美国静电空净占了近百分之五十的市场份额?
这么看,静电模式被渲染的那些缺点,都是子虚乌有啊……
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两个阵营纷扰不休的造谣攻讦
以上这两个问题的主要鼓吹方,其实大多来自于滤网阵营。
为了商业利益互相造谣,过度诋毁对方阵营,这也是见怪不怪的一种现象。
同样,有些厂家(是哪个阵营的大家自然清楚)造谣,说EPA/HEPA滤网的玻璃纤维会掉出来,进入人体对人体有害。
这是把EPA/HEPA等同于石棉了!石棉会飞出微纤维对人体有害,而玻璃纤维不会,
事实是HEPA广泛被医用,用于在最精细的开颅、心脏手术室中除去一切细菌、病毒;
用于各种工业超净车间,大量精密技术工人在其内全天八小时一年300天劳作;
用于核工业,确保一切放射性粒子不会散溢到外界环境中。
从曼哈顿工程到今天,已经70年过去,没有发现什么问题。
更进一步的事实是,没有几家家用空净器用了玻纤滤网,绝大部分都是化纤……
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优点反而是缺点?
大家都知道,静电集尘的优势是不用更换滤网,可以用水反复清洗、循环使用。但是,要定期清洗集尘装置。
而且静电集尘相较滤网饱和得很快,并且过滤效率随极板上的集尘而降低。
因此,像在重雾霾天气下连续开机,高强度使用1~2周后,就要将集尘装置清洗一次。

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而且集尘装置都是槽结构,颗粒物被高压碳化之后附着在上面,沉积后比较顽固,需要用力擦拭,有时还得用辅助清洗剂,不用刷子还很难刷到内部。
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对于追求洁癖的处女座来说,最好的办法,是使用超声波清洗机……
(有家用洗碗机的家庭,可以尝试在初步水洗清洁之后,再将其放入洗碗机中安置好角度喷射,但效果也有限)
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所以,静电集尘模式实际耗材成本低而维护工作量大,偏繁琐,不太适合于懒人。
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其实,就EPA滤网的容尘量而言,大部分中国家庭实际上可以做到一年一换,耗材费用也并不算贵。

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通常的“科普材料”上宣传的静电集尘不用换滤网,循环使用省耗材的优点并不突出。
反而因为要花功夫频繁清理,是个缺点。须知,家庭劳务费用也是隐性费用啊。
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这些也是静电集尘真实的缺点
其余的问题还有,饱和之后如果不清洗,表面污染物就容易脱离,碳化后的颗粒物随风重新喷出,会造成二次污染(出风口附近的墙面变黑)。
不过解决这个问题倒也简单,在最后一层加装一个中效滤网予以拦截的办法就能避免。
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到这里我们可以看出,静电过滤式不能包办一切,静电的前端要加上粗滤网,后端要加上活性炭和中滤网,吸碳粉、吸臭氧,以保证过滤效果。
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三张滤网这么一加,静电过滤“无耗材”的优点也不成立了……

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再就是由于工作原理,间或能听到噼噼啪啪的声响,有点像电灭蚊器杀灭蚊子,有点吓人,不过没那么大声。

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最后,在原先的文章里已经揭示过了,静电集尘的小型产品价格高昂,性价比低。
更根本的原因的因为集尘模组需要精密的五金加工设备和方法,涉及较复杂的供应链,导致生产成本较高。
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满满的糟点啊!
静电集尘真的是那么一无是处么?
这才是静电集尘最大的优点
静电集尘实际的第一好处,是风道阻力小。即使在加上三张滤网之后,还是比EPA滤网的风阻要低得多。
这样,只需要家用空调室内机中高动压、大风量、低噪音的“贯流风机”(以前我们提到过),就能驱动较大的风量。

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这对马达功耗要求不高,风机和滤网产生的噪音也非常低。所以可以非常安静的工作。

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同时,由于贯流风机的紧凑特征,在同样小的空间里可以尽可能放下最大号的风机,缩减了空净器的体积,节约了占地面积。

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而且高压可杀死空气中的细菌及微生物,颗粒物被吸附在高压金属板上也会被碳化,所以时间长了极板上也不会滋生细菌。
但只有真正了解了噪音——这个空气净化器相生相伴的第二性能的人,才能进一步理解下面的问题。

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静电集尘真正的、最大的优点,是可以兼顾高流量与噪音小的特质,取得实际应用场景中的高性能。
上一篇,我们确立了空气净化器优劣的完整定义。那就是:
高速档位CADR值,相应噪音;
中速档位CADR值,相应噪音;
低速档位CADR值,相应噪音;
这“三组六数字”,才能全面的描述和评估一台空气净化器的综合性能。

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高速档位CADR值实际上都是在最大档位、最大风量下的测试结果,不考虑噪音和功耗。
而对于白天长期运作的机器来说,中间一行也就是中速档位CADR值及其相应噪音才是最实际也是最重要的。
上一篇我们也说了总的来说,滤网式空气净化器高、中、低速档位CADR数值之间一般有这两种关系。
1、中速档位CADR值是高速档的2/3,低速档位CADR值是高速档的1/3;这种空净器各档位之间的落差较小。
2、中速档位CADR值是高速档的1/2,低速档位CADR值是高速档的1/4或者1/5;这种空净器各档位之间的落差大。
但对于静电式空气净化器来说,关系是怎样的:
3、中速档位CADR值是高速档的70%~90%,低速档位CADR值是高速档的35%~40%;
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静电 VS 滤网实际对比
单说上边的高度概括和抽象后的规律可能还令人缺乏直观印象,我们列出实际的测试数值范围,大家就看得更直观了:
比如一批最大CADR值同为【450】左右的滤网式与静电式机器。
工作在最高档时,滤网式的平均噪音57分贝,静电式的平均噪音51分贝,【低6分贝】(相当于声压差2倍)。
而在中档位,滤网式的CADR值平均下降到了【250】左右,静电式平均值只下降到【360】。此时两者噪音值大抵相当。
到了低档位,滤网式下降到【110】左右,静电式只下降到【160】。噪音仍相当。
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也就是说,标称同样(最大)CADR值的静电式机器与滤网式机器,同等噪音条件下,静电式的实际运用性能要高45%。
为什么高级大会议室喜欢采用静电设备,这才是根本的原因!

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当然,能应付大空间的静电空净器也贵啊(不过还是比那些滥竽充数自封高端的空净器物有所值一点)。
这真是一项又一项的颠覆再颠覆啊。
所以:静电式空气净化器更适合大空间,不太适合小空间。
因为静电式有固定的集尘模组成本造价,做小型号成本下不来。而其大风量的特性在小空间又不能充分发挥。
至于是不是静电式最适合用在自家客厅?这还需要根据自己家的空间、各产品性价比,综合权衡。
同样的标称值,静电式的实际性能高45%,但若是同比的滤网式的价格,只有静电式的一半不到呢?
同样的价钱,用两台的200%性能抵一台的145%性能,岂不更强大得多?
这些都是要综合全盘考虑到的问题。

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另外,的确有一部分对臭氧超敏感的人群,不适宜使用这种机器。
最后,为什么那么多的“科普材料”都错了,因为它们没有考虑实际的应用场景,没有切身体会的使用过程,也缺乏完整的体系知识。
下一篇,我们将运用综合的知识体系,对于极其纷繁复杂的空气净化器各种各样的奇奇怪怪的“附加功能”,进行辨析。这将涉及更多更复杂的细节,请大家耐心等候几天。
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 楼主| 发表于 2016-1-17 10:41 | 显示全部楼层
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