最全空气净化指南6——风机的秘密
凤凰新闻客户端主笔 唐驳虎
“空气净化器没什么技术含量，无外乎是一个风扇加一块滤网。”这应该已成了绝大部分人的认识。
但其实不是这样的，虽然空气净化器的设计制造门槛不高，但背后的技术原理还是超出了大众通常的想象。
前面，已经用三篇介绍文章和一个应用实例分析，全面分析介绍了滤网的技术原理和使用要求。
上一篇对“DIY空净器”的解析，算是风机的一个应用实例分析，但关于风机的具体要求和原理，还得由本篇文章来完成。
7 t7 A2 v( G* p2 L$ k' L5 |为什么DIY空净器的出风速度那么低？
上一篇文章提到，实测两种DIY空净器，基于普通转页扇的出风速度不到每秒0.3米，基于强力空气调节扇的出风速度也不过每秒0.9米。
有的读者会问，这是真的么？是那里的风速，为什么这么低？
这当然是真的，这是出口风速。至于为什么这么低，那是因为滤网有风阻，而且还不低。
0 n& }4 u' e" K. r
在滤网中，纤维使气流遇障绕行，产生微小阻力。无数纤维的阻力之和就是过滤器的阻力。
而阻力的宏观体现，就体现在滤网前后的压强差，因此具体可以用压差计测量得出滤网风阻。
* x J3 `( C$ Q
在前面关于滤网的文章里，已经零散地提到了滤网的各种风阻。
这里再系统的介绍一二，以下均为初始阻力，报废时的终阻力一般是初始阻力的2～4倍：
粗效G1-G4，风阻一般是20-40Pa。
中效M5-M6，风阻一般是40-60Pa。
中高效F7-F9，风阻一般是50-80Pa。PET材质可以降低到30-60Pa。
亚高效E10-E12，风阻一般是100-120Pa。PP-PET材质可以降低到60-80Pa。
高效H13-H14，风阻一般是120-140Pa。
超高效滤网U15-U17。风阻一般在是150-200Pa以上。
如上可见，随着过滤精度的提高，滤网间隙减小，风阻也随之增大。
5 Y: F! R! r; \8 s1 Z
值得注意的是，滤网风阻是一个复杂的变量。即使同一种材质的滤棉，制成不同形状、厚度、性质的滤网差异就很大，尤其是不同的过网风速、风量下差异更大。
同一块滤网，过风量增加2倍，风阻可增加3倍。以上列举的只是最普通情形下的数值。
但就按家用空净器常用的EPA级别滤网，50Pa以上的初始风阻是避免不了的。
5 ^* Q$ K- k+ ?而若要考虑到滤网寿命后期的风阻增加，那就是更要高得多了。家用空净器由于风机能力有限，一般把风阻增加一倍定为报废标准。
因此，滤网的终阻力，起码要乘以2。也就是100Pa以上。
注：1毫米水柱(mmH2O)≈10帕，100帕=1厘米厚的水覆盖的压强。
- S% [, i* J2 Q0 z% ~- o
风阻会带来什么样的影响？
当然，非专业读者对50Pa、100Pa是多少仍缺乏概念和直观感受。我们可以先来看一下这样的坐标图。
. @+ v* n' D- |. y' a
坐标图上曲线可以表示风机最重要的两项性能指标——风量L与风压/风阻H之间的对应变化关系，纵轴值是风阻，横轴值是风量。
同等条件下，两者的关系成反比，风阻增大，风量下降；风阻减小，风量增加。
用不同的曲线，还可以呈现不同风机或者不同工况参数下的性能变化情况，这张图叫做风机特性曲线。
对于DIY所用的两种风扇，结构上都是轴流式风扇。这种风扇的出风风压（俗称压头）低，穿透阻力的能力不强。
" d1 A( W6 J7 L0 M/ i9 k; `轴流风机的风机特性曲线，穿透风阻的能力很弱
按常见家用型风机的特性图中可见，在50Pa左右，风量就已经大幅下降到0风阻时的1/6。如果增加到60Pa，风量就直接减为0。
实测也是如此，即使这种炮筒式的强力风扇。在0风阻时，强档风速可以高达7.3m/s以上，相当于每小时风量1200立方米，可实现高达18米的远距离送风；但一覆盖了滤网，风速就骤降到0.9m/s。
, W2 E+ S W( a, M5 M Q
这就是为什么DIY空净器出口风速那么低的原因。
/ C9 t \' l" j9 `( J' J4 G. |8 y而这种几百块钱一台、功率65瓦的强力风扇其实已经不属于家用型号了，只是因其有一定的工业设计外观，容易买到，被DIY作者借用过来而已。
; L; z+ ~3 B' K, l
它真正的用途是在服务器机房之类的大空间，让室内实现空气对流运动，从而实现温度均匀分布，提高空调效率。噪音也较大，在55分贝左右。
但即便是这种炮筒式的“强力风扇”，也难以吹透精密的EPA滤网，出风速度大减。
3 x( ^: N1 z9 P8 l2 G
风机有好几种，只有这种最适用于空净器
普通风扇的风力风量和风压，是难以吹透HEPA滤网的，这也就是DIT空净器性能太弱、性价比不高的原因所在。
) G) b( Y1 k/ {7 y- U0 u( r' ^我们家用通常所见的风扇，学名叫轴流风机，就是空气流向进出始终平行于电机和风叶轴向。
6 u5 _. u! A, J& K/ t3 R- L: M, \; U
轴流风机的特点是，风量大、风压低，通常用于通风换气等流量要求较高，而压力要求较低的场合。
0 ^ l1 u+ D! C
还有一种风机叫离心风机，也叫涡轮风机，其叶轮为多翼形叶片围合成有一定口径的圆筒状涡轮，转速相对不高。
% u; f; H/ W" o6 s9 c
空气平行于电机轴向进入叶片空间，随叶轮旋转改变成径向，沿半径方向从叶轮中甩出，改变了流向，同时在经过旋转的叶轮时获得加速，取得了动能。
由于空气流向改变，在电机和风叶之外、还需要一个完整的导流蜗壳。
' u1 m( g1 Y# Q/ `/ w6 {蜗壳除了导流，还包含扩压作用。管道断面面积增大使得气流减速，这种减速作用将气流的动能（动压）转换成对于穿透滤网，克服风阻更有利的压力能（静压）。
/ E- ^1 B: _: ~" r( y7 B2 a, U
同等条件下，离心风机风压高、风量小，适用于需要较高风压的情况。风压，即风扇能够增加的压强，包括动压和静压。穿透滤网克服风阻依赖的主要是静压。
$ V% K$ o/ P3 u' w2 g离心风机的风机特性曲线，穿透风阻的能力很强
此外还有混流(斜流)风机，结合了轴流式和离心式风机的特征，性能特点也介于两者之间。
5 p' L0 {2 q& ~8 S. n3 F. M
贯流（横流）风机，主要用于空调内机。虽然叶轮也是圆筒状涡轮，形制上类似离心风机，但空气进入风机时与电机轴是垂直的，沿径向流入，气流贯穿叶轮流动，最后再沿径向随风道在特定方向流出。
: C6 \) d4 j% X( N+ V/ T# U4 v( }
圆桶状叶轮轴向长度不受限制，能保证整体空气循环量，同时可以低速运转，降低噪音；气流的动压系数较高，送风距离远，能到达很远的距离，但静压较低。因此不适合改装空净器。（具体实例已在前述文章中分析过）
# w- k3 Z* M1 u) \) G综上所述，空气净化器更适合用离心风机而不是轴流风机，这样才能取得较高的风压，有利于将空气吹透滤网。
6 \. E" ~7 o+ a+ ]
风机是空气净化器的矛
风机是空气净化器的矛，如果将风量比作一把武器的挥击力量，那么风压就是这把武器的锋利程度。
一款性能强悍的空气净化器往往具有厚重的活性炭，多层EPA过滤网，突破这些过滤器产生的高额阻力对于风机的性能是个不小挑战。选择正确的风机至关重要。
$ i. C8 {7 b% G2 t实际上，作为空气净化器的核心部件，风机必须保证在上百帕的工况阻力下，依然能输出大量洁净空气，这种能力不是普通电风扇的轴流风机具备的，甚至一些品质不高的离心风机也无法做到。
当然，也仍然有一些空气净化器特立独行使用的是轴流风机。
- r8 v& _* `: e' i. `
比如瑞典某著名B品牌，在中小风量型号上，就同时有使用轴流风扇和离心风机的型号。但使用轴流风扇型号的代价之一，就是体积增大，因为需要安置更大的风机风扇。
1 [) r8 p' O& L4 R" Z8 f
另一个隐患代价就是，根据轴流风机的特性，在风阻变大的时候，风扇和电机功耗会自动趋向重载状态，甚至过载、发热、烧毁。
（离心风机不会有这样的情形，反而会自动趋向轻载状态，当然代价就是风量进一步减少）
/ U- i3 b% K9 k* m9 T而我们前面已经知道，空气净化器随着滤网变脏，风阻会越来越大，因此虽然在新滤网的时候离心风机和轴流风机都可以，但随着时间流逝，滤网阻力变大，轴流风机就愈加不适用。
, B0 p0 b+ p5 L: \
所以B品牌在多个型号自动控制等电子化应用很少，甚至复古式地应用机械式手动调档的情况下，还单独设置了一个更换滤网电子倒计时器。
3 ]! g/ p7 c' X/ A不少用户会觉得莫名其妙，但却是有内在原因的。
4 W! r A8 `; j6 e9 J/ @
不过，B品牌在其顶级型号上，就仍然只能有离心风机一个选择。
没想象的那么简单
所以，“空气净化器就是风扇+滤网”，这一点没错，但滤网不是大众通常想象的那种滤网，风扇也不是大众通常想象的那种风扇。
这也就是为什么DIY空净器不可行的本质原因——EPA滤芯很好买到，却很难找到真正适用的风机。
" w" X4 w5 O! Y" u; M L9 o
普通的民用甚至商用风扇（轴流风机）风压都太弱，而若用空调加装静电滤网，性能与耐用性也大大受限。
小尺寸的涡轮风机一般只接受厂商定制订单，并且涡轮风机都需要配合完整的内外风道设计，才能使用的，没有现成的“货架成品”。
9 E' l& n% \+ M' s7 a至于有人提出的使用大型工业用轴流风机或者混流风机，加大尺码过滤网——那还是家用的设计么？尺寸和噪音都不根本适合摆在房间里啊。
& b, b% X7 p% P+ {3 g. x
所以，看似没什么技术含量的空气净化器，背后的技术原理还是远远超出了大众通常的想象。
以至于一共用了6篇文章两万字的篇幅，才能把滤网和风机最基本的知识分别介绍完毕，中间穿插了结合原理和实践，对两种DIY方法的点评——效能有限，局限性大。
- D$ J, Y8 K+ f2 E接下来，才真正进入到大家真正关心的应用层面——到底什么样的空气净化器“好”？
第一个打头的，自然是著名的“小米”。
关于这一火热的互联网品牌，“米粉”与“米黑”齐飞，众说纷纭众声喧哗。但它的空气净化器，究竟是“屌丝神器”还是“造假垃圾”呢？从来没人能给出过客观、公允、完整、有技术含量的解读。
|Archiver|手机版|小黑屋|水易网[水处理技术论坛]
( 京ICP备05078561号 )
发表于 2016-1-15 13:26