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唐驳虎:空净器的核心,其实不是你想象的那堆海绵
作者:admin 来源: 时间:2016/1/26 13:05:26 浏览 (1821次)
核心提示:有人觉得吸附这种超细颗粒是很难做到的事情。但人类要真是还没这门技术,那么,我们这个现代世界很重要的一部分文明基石——众多的药物和复杂手术,所有的现代电子产品,更包括你现在手上正拿着和看着的手机——都不复存在。

最全空气净化指南1——初识核心部件HEPA

凤凰新闻客户端主笔 唐驳虎

澳洲赛车网址上一篇作为开篇,其实主要是在替因“我老公/老婆就是说没必要”而烦恼的一方做科普说服工作,然后像网友们笑谈的那样——原来是不是推销空净器是来推销霾表的。

澳洲赛车网址这里得再说一遍,房间里有没有霾,你都看不出来,所以几百块钱一个的霾表(学名PM2.5检测仪,另外对于新装修的房子来说,多个甲醛监测功能也是极好的),给你一双慧眼,很需要。

澳洲赛车网址其实,对于关注本系列文章的大部分读者来说,应该都是早已认知到雾霾的危害,在给自己和家人选购空气净化器。

澳洲赛车网址但面对着近百个厂家、十几个主流品牌,花样繁多的宣传,以及那些“知名品牌”四五千的高昂价格,实在是犹豫不决。

为一个室内好空气一定需要花那么多钱么?

笔者见过有女性在网上发帖哭诉“我老公不同意我团购七八千的空净器,说买个一千多的就够了”,潜台词就是——他不够爱我。

澳洲赛车网址说到底,到底需要多少钱,每个价钱档次的产品有怎样的表现,背后的差异原因是什么,这些都需要知晓原理。

否则,就只能简单地去用价格和金钱衡量或者说猜测了。

澳洲赛车网址正如笔者在年初对日本IH电饭煲神话的剖析一样,全部原理清清楚楚,才有理直气壮分析和驳斥的底气,才有明明白白消费的坦然。

澳洲赛车网址所以,让我们开始吧。

另外值得说明的是,本系列文章需要同时照顾两方面的读者,一是对空气净化器从未了解过,一无所知的读者;二是已经有了相当的接触了解,阅读了大量厂商宣传材料、用户经验介绍的读者。

澳洲赛车网址不过,即使你之前已经在厂家的商业宣传中懂得了那个名词——HEPA,本文也将远远拓宽你的认知,然后在下一篇中几乎是——彻底颠覆。

特殊的吸尘器?

应该很多人都知道了,空气净化器本质上就是一个吸尘器,脏空气吸进去,粉尘留下来,干净的空气释放出来。

但还是会有很多人会奇怪,不是说PM2.5细微得看不见,能轻松穿透各种缝隙;那么,空净器又是怎么把粉尘留下来的呢?

澳洲赛车网址这其中的核心,就是HEPA(High Efficiency Particulate Air Filter),可以过滤PM2.5的“高效空气颗粒过滤器”。

HEPA由非常细小的纤维交织而成,孔径微小,对微粒的捕捉能力强,吸附容量大,净化效率高。

其最优秀的过滤性能可以达到99.999995%,也就是说每2000万个粒子中,只能有1个粒子能够穿透HEPA过滤膜。

HEPA是高新黑科技么?工作原理是什么?

澳洲赛车网址HEPA过滤器并非什么高新科技,但也绝非毫无技术含量。

澳洲赛车网址它是美国能源部的科学家在二战期间研制原子弹的“曼哈顿计划”中发明的,用来在核材料研究中,过滤带有辐射颗粒的污染空气。

最初HEPA只应用于保密的核能研究防护,后来在50年代得以商业化,迅速推广到工业应用中,应用于精密实验室、医药生产、电子仪器和外科手术等需要高洁净度的场所。

如今,随着人们日趋关心的空气污染与生活健康问题。这项技术被带入民用领域,HEPA走入了普通人的视野当中。

与大众的想象不同的是,HEPA滤网过滤空气并不完全是像渔网捞鱼、筛子筛石头一般,用小尺寸网眼去直接“阻拦”。

澳洲赛车网址否则,要挡住粒径不到2.5微米、1微米甚至0.3微米乃至更小的微尘,这“网眼”得多小才足够小呢?这么小的针眼又是怎么制造出来呢?这么细密的针眼,空气又能通过多少呢?

实际上,HEPA滤网是靠纤维的吸附作用来“粘”住PM2.5微尘的。到了微观尺度,很多原理是不太一样的。

用电子显微镜观察HEPA的微观结构,就会发现它是一张由直径约0.2到2.0微米纤维交织构成的絮状网。

澳洲赛车网址纤维的直径和微尘差不多大,而各根纤维之间的“网眼”空隙就更“大”了,纤维间“宽阔”的空间允许气流顺利通过。

但由于层层排列,细小的颗粒物还是不可避免的撞到杂乱交织的某一根纤维上,从而被吸附住。

在这个微观尺度,纤维与微尘之间的分子间范德华力已经足以克服气流的影响,将两者“粘附”在一起。

微粒是非常微小的,看不见摸不着,几乎察觉不到,这是要认识的第一点;

澳洲赛车网址或者说,重要的事情讲三遍:

PM2.5不是灰尘,不是灰尘,不是灰尘;是微粒,是微粒,是微粒!

所以,用10层海绵来阻挡是不行的,无效的;需要用HEPA。

而HEPA更像是一个吸附的“粘钩”,而不是通常意义的“滤网”;要理解后面的一些介绍,一定要认识到这第二点。

没有HEPA,就没有你手中的手机

澳洲赛车网址当然,正因微观尺度下的原理和日常所见的不同,说到这里,就更有人疑惑了。

澳洲赛车网址的确,从直觉上去感受,吸附,而不是筛阻这种超细颗粒是难以理解的事情。

但是人类要真是还没这门技术,那么,我们这个现代世界很重要的一部分文明基石——众多的药物和复杂手术,所有的现代电子产品——及其与之直接相关的航天工程,更包括你现在手上正拿着和看着的手机——都完全不复存在。

为什么?

这些操作和生产,都需要在超净空间中进行,洁净度的要求远远超出自然环境中最最洁净的空间——

因为即使到了南北两极的纯净之地,每立方米里的各种尘埃微粒数量也有1000万颗!折合每升空气里1万颗。

这一点又是极大地超出了人们正常所能理解范围。

澳洲赛车网址而这种“最纯净”的空气,在工业上只能对应“三十万级洁净室”,仅仅是符合“药品包装车间”的入门级水平。

澳洲赛车网址再往上,是十万级、万级、千级、百级甚至传说中的十级、一级乃至突破原有规范的ISO 2、ISO 1 级洁净室。

用于光刻十几纳米(目前是14nm,即将实现7nm)级别先进 CPU 硅晶的ISO 1级洁净室,每立方米空气中只能有10个0.1um也就是100nm级别的粒子、2个0.2um级别也就是200nm的粒子。

纯净程度是自然界中“最纯净”的空气的100万倍!

一百万倍,清洁一百万倍,相当于把大海里的鱼几乎全捞光。没有这种技术,什么骁龙820、麒麟950根本就造不出来。

澳洲赛车网址实际上,洁净行业早已是一门极其成熟的工业行业,其基础就是HEPA滤网和吸附原理。

把这种技术转用于生活化,用于过滤PM2.5超标的脏空气,把AQI污染指数从300变成30,减少10倍,简直就是用氢弹去炸蚊子。

HEPA滤纸是由什么构成的?

那么这种神奇的材料,是怎么造出来的?

传统的HEPA滤纸或者说滤膜,是采用熔喷技术加工的。

澳洲赛车网址什么是熔喷技术?就是把整块或者整粒的PP(聚丙烯)或者PET(涤纶树脂)或者玻璃纤维原材料经过高温加热,然后超细的喷嘴,喷织成超细的、互相交织的滤纸一般的结构而成。

澳洲赛车网址实际的HEPA过滤网由一叠连续前后折叠多层的HEPA滤纸构成,以扩大其表面积、过风纵深,增加捕捉效率和提升容尘量。

那HEPA都有哪些材质呢?各种材质的区别有哪些?

目前市面上的HEPA材质主要有PP、PET、PP-PET复合、传统的玻璃纤维与新引入的PTFE五种。

PP是聚丙烯,PP纤维的过滤效果最高可以做到H14级别(99.995%,具体级别将在下一篇文章中深入解说)。

PET是涤纶树脂,硬度高,挺度好(对滤网保持形状有好处),性能稳定,容尘量较大即可使用时间较长。

不过PET是10µm以上的粗纤维,空隙大,单次过滤效率比较低,一般只能做到H10-H11级别(90%~99.5%)。常用在过滤精度要求不高的家用电器或者大型清洁机器上面。

澳洲赛车网址复合滤纸(PP和PET),简单说就是熔喷一层PP,然后再熔喷一层PET,这样就融合了PP的优点和PET的优点:

既有挺度,容易成型,过滤精度又能保证,此材质的HEPA的过滤效率可以达到H13级别(99.95%)。

澳洲赛车网址但此款滤芯材料更大的特点,在于阻力相对于纯PP来说要小很多,适用于空气净化器HEPA滤网。阻力如常用的H13级过滤器,阻力可以只有50 Pa左右,H12级别的过滤器,阻力可以仅 20 Pa。

单丝直径:聚丙烯化纤材料一般为4μm,而玻纤材料大约是0.3μm。

玻璃纤维是最传统的、也就是最初用于核工业领域时所使用的滤纸,价格也要贵一些。

与塑料纤维相比,玻璃纤维具有耐高温、容尘量大、稳定性好、耐用性强、寿命长等特点。但其最重要的优点,就在于可以保证单次的过滤效率足够高。直到今天,最高效率的U15~U17滤网,基本上还是以玻璃纤维为主。

但是过滤效果的提高也同时带来风阻的增大,正常都会在 200Pa 以上,只能靠提高风机功率来缓解过风量不足。

PTFE是聚四氟乙烯,也就是俗称的特氟龙、“塑料王”,性能极其稳定。近年来,国外有厂家已经采用PTFE来制造高效过滤器。

澳洲赛车网址利用拉延方法,将PTFE薄膜拉成类似纤维的多孔膜。PTFE的纤维丝径可以细至0.02-0.05微米(20~50 纳米),是传统玻璃纤维的1/10,也是目前最细的纤维之一。

同样放大倍数下,同样效率规格的 PTFE(左)与玻纤(右)滤材

纤维细,可以同时带来如下好处:阻挡网更细密,颗粒物的障碍更多,在同样过滤效率规格下,阻力得以降低很多。

但PTFE 暂时价格相对较贵,而且生产技术和厂家相对垄断,加之传统的工业用户态度保守,对新技术畏惧,所以暂未大面积普及。

HEPA滤网只能过滤到0.3,不能过滤0.1微米的超细颗粒物?

所有达到HEPA标准的过滤网,规范的性能表达就是:对于0.3微米颗粒物的有效过滤率达到9*.*%。

而“过滤效率”是被捕捉的粉尘量与过滤器上游空气含尘量之比。

澳洲赛车网址这就引发了人们的思索和误解,这么意思就是说,HEPA滤网最低只能过滤到0.3微米,再往下更小的颗粒物比如0.1微米是过滤不了的?会从滤网的漏洞孔隙中漏掉的?

澳洲赛车网址(往往采用另一门技术的静电厂商也在自家产品的宣传中,对此有意无意的推波助澜)

澳洲赛车网址其实不是这样的。

澳洲赛车网址对于微尘在空气中的运动而言,有保持惯性运动也就是直线运动的趋向,也有受到气体分子的无规则撞击而做“布朗运动”的趋向。

澳洲赛车网址其中较大的颗粒直线运动趋向更明显,较小的颗粒布朗运动趋向更明显。

对于做直线运动的较大颗粒而言,在有一定厚度的滤网中继续走直线,那立刻就一头撞到某根纤维上,直接被拦住或者粘住。

同样,较小的微粒做布朗运动,不随气流大方向而是四处乱窜,也很快会横向碰到别的什么一根纤维上,落得同样的下场。

唯有一个特定尺寸的微粒,既不是完全的直线运动,也不是完全的四处震荡,而是随气流的大方向在走,但又晃晃悠悠晃晃悠悠的曲折前进。

澳洲赛车网址那它就有可能在纵向上,凑巧接连穿过了一道又一道的“网眼”空隙,穿透了整个滤网,成为“漏网之鱼”。

澳洲赛车网址这样不大不小的微粒才是最难拦截的,这个效率最低点被称为最易穿透粒径(Most Penetrating Particle Size,简称MPPS)。它随滤料种类、过滤率和风速等在0.10微米-0.50微米间变化。

但对HEPA滤网而言,在早年间这个大小被简单地认为是平均值0.3微米左右。所以传统的HEPA标准考核,都是只要考核对0.3微米这个级别微粒的拦阻效果,评估会有多少“漏网之鱼”就够了。(ULPA则是测0.12微米)

后来,测试手段改进了,人们不仅可以测出粉尘浓度,也可以测出每个粉尘的粒径,于是实测发现最难过滤的粉尘粒径并不一定是0.3μm,更严格的MPPS测试,需要同时测出效率最低时的粒径和效率值,并进而绘制出整个的“效率凹陷”曲线。

澳洲赛车网址从效率坐标图示上可以看出来,对于高效的HEPA级滤材,除了在0.3微米左右处有个微小的“效率凹陷”,比0.25微米小,比0.4微米大的微粒,拦阻率几乎都是100%,无需操心。

澳洲赛车网址肯定还会有人关心,最小能过滤到多小?

多国科学家把超细微粒测量到3纳米(0.003微米)都未发现过滤效率降低的现象。

再往下,就进入接近分子尺寸范围,也就是量子力学的“测不准”区间了。

为什么要做这么详细技术解释?

因为“某利”品牌最喜欢宣传说,市场上其它的HEPA高精滤网,都是遵守国际标准,只能过滤到0.3um的微粒,即300纳米。

而“某利”全球首创,将医用级的标准,用到民用产品上。“某利”的滤网,可以过滤到0.009um的微米,即9纳米。

大部分的病毒的直径,是在300纳米以内的,即国际标准的HEPA滤网,无法过滤这些病毒。只有“某利”,才能这个处理能力。

澳洲赛车网址嗯,“某利”能卖8、9000的高价,靠的就是这个啊……好吔………

HEPA技术讲解到这里,讲完了么?

澳洲赛车网址没有,只讲了一半。明天要登的下一篇才是更关键的。从预告的标题上,大家应该能够把内容猜到一二:

《意外——绝大部分空净器没用自称的HEPA》

澳洲赛车网址对商家的宣传伎俩,是不是很意外?或者说,毫不意外

凤凰新闻客户端主笔 唐驳虎

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最全空气净化器解读系列文章,将拟分为15篇的篇幅接连刊出,目前暂定的分篇标题是:

澳洲赛车网址《仍坚持不买空气净化器?你对雾霾还太懵懂》12.25中午已刊

《空净的核心HEPA,其实不是你想象的那样》12.26傍晚已刊

澳洲赛车网址《意外——绝大部分空净器没用自称的HEPA》12.27傍晚拟刊

《只需3块钱的“空气净化器”,有效么?》

澳洲赛车网址《300块钱的DIY空气净化器,性价比高么?》

澳洲赛车网址《小米究竟是“屌丝神器”还是“造假垃圾”》

《这才是家用空气净化器优劣的合理评判标准》(空气净化器国家标准的份量与遗憾)

澳洲赛车网址《另一套静电模式,究竟是毒药还是仙丹?》

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《应对大空间这便宜东西比高端机器管用,但…》

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澳洲赛车网址《最全空气净化指南之大总结》


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