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最全空氣凈化指南1——初識核心部件HEPA 鳳凰新聞客戶端主筆 唐駁虎 上一篇作為開篇，其實主要是在替因“我老公/老婆就是說沒必要”而煩惱的一方做科普說服工作，然后像網友們笑談的那樣——原來是不是推銷空凈器是來推銷霾表的。 這里得再說一遍，房間里有沒有霾，你都看不出來，所以幾百塊錢一個的霾表（學名PM2.5檢測儀，另外對于新裝修的房子來說，多個甲醛監測功能也是極好的），給你一雙慧眼，很需要。 其實，對于關注本系列文章的大部分讀者來說，應該都是早已認知到霧霾的危害，在給自己和家人選購空氣凈化器。 但面對著近百個廠家、十幾個主流品牌，花樣繁多的宣傳，以及那些“知名品牌”四五千的高昂價格，實在是猶豫不決。 為一個室內好空氣一定需要花那么多錢么？ 筆者見過有女性在網上發帖哭訴“我老公不同意我團購七八千的空凈器，說買個一千多的就夠了”，潛臺詞就是——他不夠愛我。 說到底，到底需要多少錢，每個價錢檔次的產品有怎樣的表現，背后的差異原因是什么，這些都需要知曉原理。 否則，就只能簡單地去用價格和金錢衡量或者說猜測了。 正如筆者在年初對日本IH電飯煲神話的剖析一樣，全部原理清清楚楚，才有理直氣壯分析和駁斥的底氣，才有明明白白消費的坦然。 所以，讓我們開始吧。 另外值得說明的是，本系列文章需要同時照顧兩方面的讀者，一是對空氣凈化器從未了解過，一無所知的讀者；二是已經有了相當的接觸了解，閱讀了大量廠商宣傳材料、用戶經驗介紹的讀者。 不過，即使你之前已經在廠家的商業宣傳中懂得了那個名詞——HEPA，本文也將遠遠拓寬你的認知，然后在下一篇中幾乎是——徹底顛覆。 特殊的吸塵器？ 應該很多人都知道了，空氣凈化器本質上就是一個吸塵器，臟空氣吸進去，粉塵留下來，干凈的空氣釋放出來。 但還是會有很多人會奇怪，不是說PM2.5細微得看不見，能輕松穿透各種縫隙；那么，空凈器又是怎么把粉塵留下來的呢？ 這其中的核心，就是HEPA(High Efficiency Particulate Air Filter)，可以過濾PM2.5的“高效空氣顆粒過濾器”。 HEPA由非常細小的纖維交織而成，孔徑微小，對微粒的捕捉能力強，吸附容量大，凈化效率高。 其最優秀的過濾性能可以達到99.999995%，也就是說每2000萬個粒子中，只能有1個粒子能夠穿透HEPA過濾膜。  HEPA是高新黑科技么？工作原理是什么？ HEPA過濾器并非什么高新科技，但也絕非毫無技術含量。 它是美國能源部的科學家在二戰期間研制原子彈的“曼哈頓計劃”中發明的，用來在核材料研究中，過濾帶有輻射顆粒的污染空氣。 最初HEPA只應用于保密的核能研究防護，后來在50年代得以商業化，迅速推廣到工業應用中，應用于精密實驗室、醫藥生產、電子儀器和外科手術等需要高潔凈度的場所。  如今，隨著人們日趨關心的空氣污染與生活健康問題。這項技術被帶入民用領域，HEPA走入了普通人的視野當中。 與大眾的想象不同的是，HEPA濾網過濾空氣并不完全是像漁網撈魚、篩子篩石頭一般，用小尺寸網眼去直接“阻攔”。 否則，要擋住粒徑不到2.5微米、1微米甚至0.3微米乃至更小的微塵，這“網眼”得多小才足夠小呢？這么小的針眼又是怎么制造出來呢？這么細密的針眼，空氣又能通過多少呢？  實際上，HEPA濾網是靠纖維的吸附作用來“粘”住PM2.5微塵的。到了微觀尺度，很多原理是不太一樣的。 用電子顯微鏡觀察HEPA的微觀結構，就會發現它是一張由直徑約0.2到2.0微米纖維交織構成的絮狀網。  纖維的直徑和微塵差不多大，而各根纖維之間的“網眼”空隙就更“大”了，纖維間“寬闊”的空間允許氣流順利通過。 但由于層層排列，細小的顆粒物還是不可避免的撞到雜亂交織的某一根纖維上，從而被吸附住。  在這個微觀尺度，纖維與微塵之間的分子間范德華力已經足以克服氣流的影響，將兩者“粘附”在一起。 微粒是非常微小的，看不見摸不著，幾乎察覺不到，這是要認識的第一點； 或者說，重要的事情講三遍： PM2.5不是灰塵，不是灰塵，不是灰塵；是微粒，是微粒，是微粒！ 所以，用10層海綿來阻擋是不行的，無效的；需要用HEPA。 而HEPA更像是一個吸附的“粘鉤”，而不是通常意義的“濾網”；要理解后面的一些介紹，一定要認識到這第二點。  沒有HEPA，就沒有你手中的手機 當然，正因微觀尺度下的原理和日常所見的不同，說到這里，就更有人疑惑了。 的確，從直覺上去感受，吸附，而不是篩阻這種超細顆粒是難以理解的事情。 但是人類要真是還沒這門技術，那么，我們這個現代世界很重要的一部分文明基石——眾多的藥物和復雜手術，所有的現代電子產品——及其與之直接相關的航天工程，更包括你現在手上正拿著和看著的手機——都完全不復存在。 為什么？  這些操作和生產，都需要在超凈空間中進行，潔凈度的要求遠遠超出自然環境中最最潔凈的空間—— 因為即使到了南北兩極的純凈之地，每立方米里的各種塵埃微粒數量也有1000萬顆！折合每升空氣里1萬顆。 這一點又是極大地超出了人們正常所能理解范圍。  而這種“最純凈”的空氣，在工業上只能對應“三十萬級潔凈室”，僅僅是符合“藥品包裝車間”的入門級水平。  再往上，是十萬級、萬級、千級、百級甚至傳說中的十級、一級乃至突破原有規范的ISO 2、ISO 1 級潔凈室。  用于光刻十幾納米（目前是14nm，即將實現7nm）級別先進 CPU 硅晶的ISO 1級潔凈室，每立方米空氣中只能有10個0.1um也就是100nm級別的粒子、2個0.2um級別也就是200nm的粒子。 純凈程度是自然界中“最純凈”的空氣的100萬倍！ 一百萬倍，清潔一百萬倍，相當于把大海里的魚幾乎全撈光。沒有這種技術，什么驍龍820、麒麟950根本就造不出來。 實際上，潔凈行業早已是一門極其成熟的工業行業，其基礎就是HEPA濾網和吸附原理。 把這種技術轉用于生活化，用于過濾PM2.5超標的臟空氣，把AQI污染指數從300變成30，減少10倍，簡直就是用氫彈去炸蚊子。 HEPA濾紙是由什么構成的？ 那么這種神奇的材料，是怎么造出來的？ 傳統的HEPA濾紙或者說濾膜，是采用熔噴技術加工的。 什么是熔噴技術？就是把整塊或者整粒的PP（聚丙烯）或者PET（滌綸樹脂）或者玻璃纖維原材料經過高溫加熱，然后超細的噴嘴，噴織成超細的、互相交織的濾紙一般的結構而成。 實際的HEPA過濾網由一疊連續前后折疊多層的HEPA濾紙構成，以擴大其表面積、過風縱深，增加捕捉效率和提升容塵量。 那HEPA都有哪些材質呢？各種材質的區別有哪些？ 目前市面上的HEPA材質主要有PP、PET、PP-PET復合、傳統的玻璃纖維與新引入的PTFE五種。 PP是聚丙烯，PP纖維的過濾效果最高可以做到H14級別（99.995%，具體級別將在下一篇文章中深入解說）。 PET是滌綸樹脂，硬度高，挺度好（對濾網保持形狀有好處），性能穩定，容塵量較大即可使用時間較長。 不過PET的單次過濾比較低，一般只能做到H10-H11級別（90%～99.5%）。常用在過濾精度要求不高的家用電器或者大型清潔機器上面。 復合濾紙(PP和PET)，簡單說就是熔噴一層PP，然后再熔噴一層PET，這樣就融合了PP的優點和PET的優點： 既有挺度，容易成型，過濾精度又能保證，此材質的HEPA的過濾效率可以達到H13級別（99.95%）。 但此款濾芯材料更大的特點，在于阻力相對于純PP來說要小很多，適用于空氣凈化器HEPA濾網。阻力如常用的H13級過濾器，阻力可以只有50 Pa左右，H12級別的過濾器，阻力可以僅 20 Pa。 玻璃纖維是最傳統的、也就是最初用于核工業領域時所使用的濾紙，價格也要貴一些。 與塑料纖維相比，玻璃纖維具有耐高溫、容塵量大、穩定性好、耐用性強、壽命長等特點。但其最重要的優點，就在于可以保證單次的過濾效率足夠高。直到今天，最高效率的U15～U17濾網，基本上還是以玻璃纖維為主。 但是過濾效果的提高也同時帶來風阻的增大，正常都會在 200Pa 以上，只能靠提高風機功率來緩解過風量不足。 PTFE是聚四氟乙烯，也就是俗稱的特氟龍、“塑料王”，性能極其穩定。近年來，國外有廠家已經采用PTFE來制造高效過濾器。 利用拉延方法，將PTFE薄膜拉成類似纖維的多孔膜。PTFE的纖維絲徑可以細至0.02-0.05微米(20～50 納米)，是傳統玻璃纖維的1/10，也是目前最細的纖維之一。 同樣放大倍數下，同樣效率規格的 PTFE（左）與玻纖（右）濾材 纖維細，可以同時帶來如下好處：阻擋網更細密，顆粒物的障礙更多，在同樣過濾效率規格下，阻力得以降低很多。 但PTFE 暫時價格相對較貴，而且生產技術和廠家相對壟斷，加之傳統的工業用戶態度保守，對新技術畏懼，所以暫未大面積普及。 HEPA濾網只能過濾到0.3，不能過濾0.1微米的超細顆粒物？ 所有達到HEPA標準的過濾網，規范的性能表達就是：對于0.3微米顆粒物的有效率達到9*.*%。 這就引發了人們的思索和誤解，這么意思就是說，HEPA濾網最低只能過濾到0.3微米，再往下更小的顆粒物比如0.1微米是過濾不了的？會從濾網的漏洞孔隙中漏掉的？ （往往采用另一門技術的靜電廠商也在自家產品的宣傳中，對此有意無意的推波助瀾） 其實不是這樣的。 對于微塵在空氣中的運動而言，有保持慣性運動也就是直線運動的趨向，也有受到氣體分子的無規則撞擊而做“布朗運動”的趨向。 其中較大的顆粒直線運動趨向更明顯，較小的顆粒布朗運動趨向更明顯。 對于做直線運動的較大顆粒而言，在有一定厚度的濾網中繼續走直線，那立刻就一頭撞到某根纖維上，直接被攔住或者粘住。 同樣，較小的微粒做布朗運動，不隨氣流大方向而是四處亂竄，也很快會橫向碰到別的什么一根纖維上，落得同樣的下場。 唯有一個特定尺寸的微粒，既不是完全的直線運動，也不是完全的四處震蕩，而是隨氣流的大方向在走，但又晃晃悠悠晃晃悠悠的曲折前進。 那它就有可能在縱向上，湊巧接連穿過了一道又一道的“網眼”空隙，穿透了整個濾網，成為“漏網之魚”。 這樣不大不小的微粒才是最難攔截的，這個效率最低點被稱為最易穿透粒徑（Most Penetrating Particle Size，簡稱MPPS）。它隨濾料種類、過濾率和風速等在0.10微米-0.45微米間變化。 但對HEPA濾網而言，這個大小就是0.3微米左右。所以HEPA標準考核，都是只要考核這個級別微粒的攔阻效果，評估會有多少“漏網之魚”就夠了。 從效率坐標圖示上可以看出來，對于高效的HEPA級濾材，除了在0.3微米處有個微小的“效率凹陷”，比0.3微米大，比0.3微米小的微粒，攔阻率幾乎都是100%，無需操心。 肯定還會有人關心，最小能過濾到多小？ 多國科學家把超細微粒測量到3納米（0.003微米）都未發現過濾效率降低的現象。 再往下，就進入接近分子尺寸范圍，也就是量子力學的“測不準”區間了。 為什么要做這么詳細技術解釋？ 因為“某利”品牌最喜歡宣傳說，市場上其它的HEPA高精濾網，都是遵守國際標準，只能過濾到0.3um的微粒，即300納米。 而“某利”全球首創，將醫用級的標準，用到民用產品上?！澳忱钡臑V網，可以過濾到0.009um的微米，即9納米。 大部分的病毒的直徑，是在300納米以內的，即國際標準的HEPA濾網，無法過濾這些病毒。只有“某利”，才能這個處理能力。 嗯，“某利”能賣8、9000的高價，靠的就是這個啊……好吔……… HEPA技術講解到這里，講完了么？ 沒有，只講了一半。明天要登的下一篇才是更關鍵的。從預告的標題上，大家應該能夠把內容猜到一二： |
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