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最全空氣凈化指南6——風(fēng)機(jī)的秘密 鳳凰新聞客戶端主筆 唐駁虎 “空氣凈化器沒什么技術(shù)含量，無外乎是一個(gè)風(fēng)扇加一塊濾網(wǎng)。”這應(yīng)該已成了絕大部分人的認(rèn)識(shí)。 但其實(shí)不是這樣的，雖然空氣凈化器的設(shè)計(jì)制造門檻不高，但背后的技術(shù)原理還是超出了大眾通常的想象。 前面，已經(jīng)用三篇介紹文章和一個(gè)應(yīng)用實(shí)例分析，全面分析介紹了濾網(wǎng)的技術(shù)原理和使用要求。 上一篇對(duì)“DIY空凈器”的解析，算是風(fēng)機(jī)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例分析，但關(guān)于風(fēng)機(jī)的具體要求和原理，還得由本篇文章來完成。 為什么DIY空凈器的出風(fēng)速度那么低？ 上一篇文章提到，實(shí)測(cè)兩種DIY空凈器，基于普通轉(zhuǎn)頁扇的出風(fēng)速度不到每秒0.3米，基于強(qiáng)力空氣調(diào)節(jié)扇的出風(fēng)速度也不過每秒0.9米。 有的讀者會(huì)問，這是真的么？是那里的風(fēng)速，為什么這么低？ 這當(dāng)然是真的，這是出口風(fēng)速。至于為什么這么低，那是因?yàn)闉V網(wǎng)有風(fēng)阻，而且還不低。  在濾網(wǎng)中，纖維使氣流遇障繞行，產(chǎn)生微小阻力。無數(shù)纖維的阻力之和就是過濾器的阻力。 而阻力的宏觀體現(xiàn)，就體現(xiàn)在濾網(wǎng)前后的壓強(qiáng)差，因此具體可以用壓差計(jì)測(cè)量得出濾網(wǎng)風(fēng)阻。  在前面關(guān)于濾網(wǎng)的文章里，已經(jīng)零散地提到了濾網(wǎng)的各種風(fēng)阻。 這里再系統(tǒng)的介紹一二，以下均為初始阻力，報(bào)廢時(shí)的終阻力一般是初始阻力的2～4倍： 粗效G1-G4，風(fēng)阻一般是20-40Pa。 中效M5-M6，風(fēng)阻一般是40-60Pa。 中高效F7-F9，風(fēng)阻一般是50-80Pa。PET材質(zhì)可以降低到30-60Pa。 亞高效E10-E12，風(fēng)阻一般是100-120Pa。PP-PET材質(zhì)可以降低到60-80Pa。 高效H13-H14，風(fēng)阻一般是120-140Pa。 超高效濾網(wǎng)U15-U17。風(fēng)阻一般在是150-200Pa以上。 如上可見，隨著過濾精度的提高，濾網(wǎng)間隙減小，風(fēng)阻也隨之增大。  值得注意的是，濾網(wǎng)風(fēng)阻是一個(gè)復(fù)雜的變量。即使同一種材質(zhì)的濾棉，制成不同形狀、厚度、性質(zhì)的濾網(wǎng)差異就很大，尤其是不同的過網(wǎng)風(fēng)速、風(fēng)量下差異更大。 同一塊濾網(wǎng)，過風(fēng)量增加2倍，風(fēng)阻可增加3倍。以上列舉的只是最普通情形下的數(shù)值。 但就按家用空凈器常用的EPA級(jí)別濾網(wǎng)，50Pa以上的初始風(fēng)阻是避免不了的。  而若要考慮到濾網(wǎng)壽命后期的風(fēng)阻增加，那就是更要高得多了。家用空凈器由于風(fēng)機(jī)能力有限，一般把風(fēng)阻增加一倍定為報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。 因此，濾網(wǎng)的終阻力，起碼要乘以2。也就是100Pa以上。 注：1毫米水柱(mmH2O)≈10帕，100帕=1厘米厚的水覆蓋的壓強(qiáng)。  風(fēng)阻會(huì)帶來什么樣的影響？ 當(dāng)然，非專業(yè)讀者對(duì)50Pa、100Pa是多少仍缺乏概念和直觀感受。我們可以先來看一下這樣的坐標(biāo)圖。  坐標(biāo)圖上曲線可以表示風(fēng)機(jī)最重要的兩項(xiàng)性能指標(biāo)——風(fēng)量L與風(fēng)壓/風(fēng)阻H之間的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系，縱軸值是風(fēng)阻，橫軸值是風(fēng)量。 同等條件下，兩者的關(guān)系成反比，風(fēng)阻增大，風(fēng)量下降；風(fēng)阻減小，風(fēng)量增加。 用不同的曲線，還可以呈現(xiàn)不同風(fēng)機(jī)或者不同工況參數(shù)下的性能變化情況，這張圖叫做風(fēng)機(jī)特性曲線。 對(duì)于DIY所用的兩種風(fēng)扇，結(jié)構(gòu)上都是軸流式風(fēng)扇。這種風(fēng)扇的出風(fēng)風(fēng)壓（俗稱壓頭）低，穿透阻力的能力不強(qiáng)。  軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)特性曲線，穿透風(fēng)阻的能力很弱 按常見家用型風(fēng)機(jī)的特性圖中可見，在50Pa左右，風(fēng)量就已經(jīng)大幅下降到0風(fēng)阻時(shí)的1/6。如果增加到60Pa，風(fēng)量就直接減為0。 實(shí)測(cè)也是如此，即使這種炮筒式的強(qiáng)力風(fēng)扇。在0風(fēng)阻時(shí)，強(qiáng)檔風(fēng)速可以高達(dá)7.3m/s以上，相當(dāng)于每小時(shí)風(fēng)量1200立方米，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)18米的遠(yuǎn)距離送風(fēng)；但一覆蓋了濾網(wǎng)，風(fēng)速就驟降到0.9m/s。  這就是為什么DIY空凈器出口風(fēng)速那么低的原因。  而這種幾百塊錢一臺(tái)、功率65瓦的強(qiáng)力風(fēng)扇其實(shí)已經(jīng)不屬于家用型號(hào)了，只是因其有一定的工業(yè)設(shè)計(jì)外觀，容易買到，被DIY作者借用過來而已。  它真正的用途是在服務(wù)器機(jī)房之類的大空間，讓室內(nèi)實(shí)現(xiàn)空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)溫度均勻分布，提高空調(diào)效率。噪音也較大，在55分貝左右。 但即便是這種炮筒式的“強(qiáng)力風(fēng)扇”，也難以吹透精密的EPA濾網(wǎng)，出風(fēng)速度大減。 風(fēng)機(jī)有好幾種，只有這種最適用于空凈器 普通風(fēng)扇的風(fēng)力風(fēng)量和風(fēng)壓，是難以吹透HEPA濾網(wǎng)的，這也就是DIT空凈器性能太弱、性價(jià)比不高的原因所在。 我們家用通常所見的風(fēng)扇，學(xué)名叫軸流風(fēng)機(jī)，就是空氣流向進(jìn)出始終平行于電機(jī)和風(fēng)葉軸向。 軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是，風(fēng)量大、風(fēng)壓低，通常用于通風(fēng)換氣等流量要求較高，而壓力要求較低的場(chǎng)合。 還有一種風(fēng)機(jī)叫離心風(fēng)機(jī)，也叫渦輪風(fēng)機(jī)，其葉輪為多翼形葉片圍合成有一定口徑的圓筒狀渦輪，轉(zhuǎn)速相對(duì)不高。 空氣平行于電機(jī)軸向進(jìn)入葉片空間，隨葉輪旋轉(zhuǎn)改變成徑向，沿半徑方向從葉輪中甩出，改變了流向，同時(shí)在經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的葉輪時(shí)獲得加速，取得了動(dòng)能。 由于空氣流向改變，在電機(jī)和風(fēng)葉之外、還需要一個(gè)完整的導(dǎo)流蝸殼。 蝸殼除了導(dǎo)流，還包含擴(kuò)壓作用。管道斷面面積增大使得氣流減速，這種減速作用將氣流的動(dòng)能（動(dòng)壓）轉(zhuǎn)換成對(duì)于穿透濾網(wǎng)，克服風(fēng)阻更有利的壓力能（靜壓）。 同等條件下，離心風(fēng)機(jī)風(fēng)壓高、風(fēng)量小，適用于需要較高風(fēng)壓的情況。風(fēng)壓，即風(fēng)扇能夠增加的壓強(qiáng)，包括動(dòng)壓和靜壓。穿透濾網(wǎng)克服風(fēng)阻依賴的主要是靜壓。 離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)特性曲線，穿透風(fēng)阻的能力很強(qiáng) 此外還有混流(斜流)風(fēng)機(jī)，結(jié)合了軸流式和離心式風(fēng)機(jī)的特征，性能特點(diǎn)也介于兩者之間。 貫流（橫流）風(fēng)機(jī)，主要用于空調(diào)內(nèi)機(jī)。雖然葉輪也是圓筒狀渦輪，形制上類似離心風(fēng)機(jī)，但空氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)時(shí)與電機(jī)軸是垂直的，沿徑向流入，氣流貫穿葉輪流動(dòng)，最后再沿徑向隨風(fēng)道在特定方向流出。 圓桶狀葉輪軸向長(zhǎng)度不受限制，能保證整體空氣循環(huán)量，同時(shí)可以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低噪音；氣流的動(dòng)壓系數(shù)較高，送風(fēng)距離遠(yuǎn)，能到達(dá)很遠(yuǎn)的距離，但靜壓較低。因此不適合改裝空凈器。（具體實(shí)例已在前述文章中分析過） 綜上所述，空氣凈化器更適合用離心風(fēng)機(jī)而不是軸流風(fēng)機(jī)，這樣才能取得較高的風(fēng)壓，有利于將空氣吹透濾網(wǎng)。 風(fēng)機(jī)是空氣凈化器的矛 風(fēng)機(jī)是空氣凈化器的矛，如果將風(fēng)量比作一把武器的揮擊力量，那么風(fēng)壓就是這把武器的鋒利程度。 一款性能強(qiáng)悍的空氣凈化器往往具有厚重的活性炭，多層EPA過濾網(wǎng)，突破這些過濾器產(chǎn)生的高額阻力對(duì)于風(fēng)機(jī)的性能是個(gè)不小挑戰(zhàn)。選擇正確的風(fēng)機(jī)至關(guān)重要。 實(shí)際上，作為空氣凈化器的核心部件，風(fēng)機(jī)必須保證在上百帕的工況阻力下，依然能輸出大量潔凈空氣，這種能力不是普通電風(fēng)扇的軸流風(fēng)機(jī)具備的，甚至一些品質(zhì)不高的離心風(fēng)機(jī)也無法做到。 當(dāng)然，也仍然有一些空氣凈化器特立獨(dú)行使用的是軸流風(fēng)機(jī)。 比如瑞典某著名B品牌，在中小風(fēng)量型號(hào)上，就同時(shí)有使用軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)機(jī)的型號(hào)。但使用軸流風(fēng)扇型號(hào)的代價(jià)之一，就是體積增大，因?yàn)樾枰仓酶蟮娘L(fēng)機(jī)風(fēng)扇。 另一個(gè)隱患代價(jià)就是，根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的特性，在風(fēng)阻變大的時(shí)候，風(fēng)扇和電機(jī)功耗會(huì)自動(dòng)趨向重載狀態(tài)，甚至過載、發(fā)熱、燒毀。 （離心風(fēng)機(jī)不會(huì)有這樣的情形，反而會(huì)自動(dòng)趨向輕載狀態(tài)，當(dāng)然代價(jià)就是風(fēng)量進(jìn)一步減少） 而我們前面已經(jīng)知道，空氣凈化器隨著濾網(wǎng)變臟，風(fēng)阻會(huì)越來越大，因此雖然在新濾網(wǎng)的時(shí)候離心風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)都可以，但隨著時(shí)間流逝，濾網(wǎng)阻力變大，軸流風(fēng)機(jī)就愈加不適用。 所以B品牌在多個(gè)型號(hào)自動(dòng)控制等電子化應(yīng)用很少，甚至復(fù)古式地應(yīng)用機(jī)械式手動(dòng)調(diào)檔的情況下，還單獨(dú)設(shè)置了一個(gè)更換濾網(wǎng)電子倒計(jì)時(shí)器。 不少用戶會(huì)覺得莫名其妙，但卻是有內(nèi)在原因的。 不過，B品牌在其頂級(jí)型號(hào)上，就仍然只能有離心風(fēng)機(jī)一個(gè)選擇。 沒想象的那么簡(jiǎn)單 所以，“空氣凈化器就是風(fēng)扇+濾網(wǎng)”，這一點(diǎn)沒錯(cuò)，但濾網(wǎng)不是大眾通常想象的那種濾網(wǎng)，風(fēng)扇也不是大眾通常想象的那種風(fēng)扇。 這也就是為什么DIY空凈器不可行的本質(zhì)原因——EPA濾芯很好買到，卻很難找到真正適用的風(fēng)機(jī)。 普通的民用甚至商用風(fēng)扇（軸流風(fēng)機(jī)）風(fēng)壓都太弱，而若用空調(diào)加裝靜電濾網(wǎng)，性能與耐用性也大大受限。 小尺寸的渦輪風(fēng)機(jī)一般只接受廠商定制訂單，并且渦輪風(fēng)機(jī)都需要配合完整的內(nèi)外風(fēng)道設(shè)計(jì)，才能使用的，沒有現(xiàn)成的“貨架成品”。 至于有人提出的使用大型工業(yè)用軸流風(fēng)機(jī)或者混流風(fēng)機(jī)，加大尺碼過濾網(wǎng)——那還是家用的設(shè)計(jì)么？尺寸和噪音都不根本適合擺在房間里啊。 所以，看似沒什么技術(shù)含量的空氣凈化器，背后的技術(shù)原理還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大眾通常的想象。 以至于一共用了6篇文章兩萬字的篇幅，才能把濾網(wǎng)和風(fēng)機(jī)最基本的知識(shí)分別介紹完畢，中間穿插了結(jié)合原理和實(shí)踐，對(duì)兩種DIY方法的點(diǎn)評(píng)——效能有限，局限性大。 接下來，才真正進(jìn)入到大家真正關(guān)心的應(yīng)用層面——到底什么樣的空氣凈化器“好”？ 第一個(gè)打頭的，自然是著名的“小米”。 關(guān)于這一火熱的互聯(lián)網(wǎng)品牌，“米粉”與“米黑”齊飛，眾說紛紜眾聲喧嘩。但它的空氣凈化器，究竟是“屌絲神器”還是“造假垃圾”呢？從來沒人能給出過客觀、公允、完整、有技術(shù)含量的解讀。 |
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