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空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

(2016-02-03 10:46:44)
标签:

diy

pm2.5

空气净化器

分类: hands-minds
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器
帝都的空气质量就不再感慨了。

2013年弗吉尼亚大学博士生ThomasTalhelm晒出了166元DIY的PM2.5空气净化器,启动了SmartAir项目,DIYer们大受启发。能用几百元自制,为啥要买动辄上千元的品牌产品?
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器
DIYSmartAirPM2.5空气净化器

目前网上DIY空气净化器的方案多种多样,各有所长。到底怎样的DIY更高效,“性价比”更高?做了点粗浅笔记,伪冒典籍,先拉标语喊口号,然再详细解释:

HEPA滤网不是筛子!筛沙的设计思路不可取!

Tip1:离心风扇最合用
Tip2:只装HEPA不可取
Tip3:直吹滤网不可取
Tip4:HEPA积灰坏现象
Tip5:不做密封太浪费
Tip6:滤网太小没啥用
Tip7:滤网不折没啥用
Tip8:小型风扇没啥用
Tip9:噪音太大没啥用
Tip10:电器安全不能忘

SmartAir项目从1.0版本(台式风扇吹HEPA滤网)升级到2.0版本(大功率空气循环扇吹HEPA滤网),走的是“筛沙”的思路:铲沙子的劳力多,投向滤网的速度快,滤出来的细沙(洁净空气)自然多。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器
SmartAir项目两个版本

然而HEPA滤网不是筛子!从电子显微图可见,HEPA的网眼其实比PM2.5、PM0.3微粒大得多,微粒是因为范德瓦尔斯力粘在过滤材料纤维上的。如果过滤风速过高,微粒快速通过滤网,范德瓦尔斯力不足以粘附微粒,微粒就会穿过滤网,反而是大颗粒的灰尘卡在了纤维缝隙上。这就是很多DIY的净化器在使用1-2周之后,滤网迎风面变脏变黑的原因。这种情况下,净化器的净化效率很低,HEPA滤网寿命缩减。空气干燥时,还会给室内添加陈年灰尘。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

 
另一种常见的问题是忽视效率,或者说CADR值(洁净空气量)低。有些方案选择电脑风扇,非常静音,但风量无几;还有所谓的“松绑装置”,把滤网放在离电扇一定距离的地方,吹上微粒,大量气流都是做无用功。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器
松绑装置

BTW,不要相信所谓99.95%过滤PM2.5指标,HEPA(高效过滤器)本身是这个过滤效率,净化器整体是不太可能达到的。如果设计不合理,净化器整体效率可能连50%都达不到。

有人会说:效率低又怎样,二百块钱而已,只要有两千块净化器五分之一的功效就赚了。俺不太认同。首先,再密闭的房屋也会与室外不断空气循环(不然咱旧就憋死了),不断带来新的微粒。如果CADR低,净化器只能将PM2.5降低到有限的水平,并不能保证健康。其次,算经济账,如果二百块DIY的净化器只能降低50%的PM2.5,三百块外就能降低90%,而且滤网寿命明显延长,您说应该选哪一种?再次,DIY花费的材料,开启净化器消耗能源,这背后都是工业活动,都会带来环境污染,效率不高就是增加环境污染!

再有就是噪音问题。普通电扇本来没啥声音,一旦装上滤网就会很吵。某些“大威力”净化装置,功率强大CADR高,但很吵,要么只能忍着开一小会儿,要么只能用低档位运行,睡眠时不能开,显然不合家庭使用。
BTW,某些空气净化器标称CADR值很高,但那只是在大噪音全速运行时达到的。等降速运行,CADR一下子就掉下来了,不好用。

好了,铺垫了一堆,具体解释十诫吧:

Tip1:离心风扇最合用

风扇常见的有轴流风扇、贯流风扇、离心风扇三类。轴流风扇风速高风压(静压)低,滤网兜住大灰尘兜不住微粒,效率低寿命短,且扇叶靠近滤网后噪音大。贯流风机虽然出风均匀,但风压低大。过滤网是有阻力的,风压低会严重影响过滤空气量(CADR)。轴流风扇、贯流风扇经过优化设计,也可以很好的用于空气净化,但前提是包括对风扇扇叶在内的整体优化设计。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

常见的三类风扇

DIYer没有自行设计优化轴流风扇、贯流风扇的能力,则风速低,静压高的离心风机才是DIY正选。不少主流品牌净化器也选择了离心风机。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

不少品牌净化器选择了离心风扇

Tip2:只装HEPA不可取

HEPA前面有必要设置粗效滤网(所谓的)过滤“大颗粒”灰尘,让HEPA全力对付PM2.5才好,有效延长HEPA寿命(话说HEPA占DIY总成本着实不低)。此外,除了PM2.5,还应该考虑甲醛、VOC、异味的过滤。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

 
BTW,品牌净化器上安装的传感器,往往是灰尘传感器和化学传感器,而非PM2.5传感器。这不仅是为了节约成本,也是合理的:净化器本来就应该能过滤多种灰尘、多种物质。

推荐选用品牌HEPA,淘宝上有很多三五十块的国产滤网,确实也有过滤能力,过滤效能肯定达不到HEPA标准(H13级99.95≤E<99.995)。俺买过,测试甲醛直接超标,不想多说了。
 
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

BTW,某些净化器的PM2.5净化曲线很美,但那种在1平方米空间做出的数据、在完全密闭空间做实验、抑或在室外无雾霾的情况下得到的结果,实际生活中是不可复制的,参考价值有限。

Tip3:直吹滤网不可取

这不用多解释了,风速太快不合适。必须将滤网装在离心风扇的进气面。风速风压和风量的适配,品牌风机自然有其优势。

不是说轴流风扇直吹绝对不可行,这种结构下滤网应该远离风扇正面,滤网和风扇之间需要一个较大的减速驻压空间,风扇本身也要缩小桨距增加叶片数量和面积,总之增加难度。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

Tip4:HEPA积灰坏现象

如果把HEPA变黑当做净化器有效的证据,那就大错特错了。
 
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

HEPA短时间内堆积大量灰尘,说明设计不合理,过滤效率低,滤网寿命短。“粗效滤网”落很多灰也不好,说明贵住所太脏。DIY的话,可清洗的“粗效滤网”是个不错的选择。

Tip5:不做密封太浪费

整个气流通道密封,则95%以上的空气都会通过滤网。如果不密封,气流总会找到阻力最小的通道,可能只有50%甚至更少的空气通过滤网。这个效率差……就像前面说的,99.9%的滤网装出了一个不到50%的系统……
 空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

Tip6:滤网太小没啥用

达到同样的过滤空气量,滤网面积越大越好,过滤风速越低,阻力越低,滤网寿命明显更长。十几二十厘米宽的滤网,意义不大。理论上说,桶状滤网有优势,但制作、气流设计不方便。

过滤厚度大,增加气流滞留时间,吸附更充分。

Tip7:滤网不折没啥用

有DIYer自行购买整张HEPA滤纸,价格低廉,但选择多层使用,认为过滤更彻底。其实应该将HEPA滤纸折叠多楞,形成一定厚度,这样过滤面积大阻力小,容尘量多;过滤厚度大,增加气流滞留时间,吸附更充分。
 
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

Tip8:小型风扇没啥用

小型风扇要么功率低换气量小,要么转速高噪音大。比如电脑散热风扇,虽然噪音低的可以,但是负载后换气量小的可怜,净化空气速度赶不上室内外空气循环。再比如小尺寸的离心风扇,静压保持能力有限,阻力增加后风量就下来了。
 
大尺寸离心轮的风机,功率不会小,总压保持好,换气量高,有利于提升CADR值;大尺寸的离心轮往往转速低,噪音小,全功率运行时不太吵;大尺寸离心轮风机进风口也大,更容易装大尺寸的滤网。
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

Tip9:噪音太大没啥用
 
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

对噪音忍耐力因而能而已。大尺寸离心风扇低速转动低,噪音也会低。个人觉得50db是个坎儿,但个人接受程度、使用环境不同,不能一概而论。如果你觉得风扇声大,就应该选择调速开关了。要选择有档位的吊扇电容调速器,很多无极调速的可控硅调速器可能会有额外噪声。不要用电灯调光开关(非感性负载)!

Tip10:电器安全不能忘
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

纸板、发泡材料、非阻燃塑料、薄木材等材料局部可以用(本身滤网也是可燃的),但电气部分是不能用的。家庭安全角度,宁可裸露,不宜遮挡风机散热。同样,用电安全也要注意,风扇外壳是ABS塑料的就行,金属外壳则必须接地。如果家里有孩子,风扇离心轮应该做遮蔽,防止误碰。
 


PS.俺DIY的PM2.5净化器方案如下:
 
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

测试情况如下:
 
空气净化器DIY圣经——如何更科学地自制一台高效PM2.5空气净化器

测试视频:
 


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