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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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？
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？
HEPA过滤器并非什么高新科技，但也绝非毫无技术含量。
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”。
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。
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；
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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的单次过滤比较低，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。
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%）。
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。
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。
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微米颗粒物的有效率达到9*.*%。
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？
（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）
其实不是这样的。
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。
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。
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”。
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-0.45微米间变化。
但对HEPA滤网而言，这个大小就是0.3微米左右。所以HEPA标准考核，都是只要考核这个级别微粒的拦阻效果，评估会有多少“漏网之鱼”就够了。
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微米处有个微小的“效率凹陷”，比0.3微米大，比0.3微米小的微粒，拦阻率几乎都是100%，无需操心。
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。
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？
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：
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