Running An Air Purifier on Batteries

Jeff Kaufman

用電池驅動空氣清淨機

原文由 Jeff Kaufman 發布,訂閱此部落格

用電池來驅動空氣清淨機,在同時面臨生物或核威脅又加上停電的緊急狀況下,可能會非常有用。找一台能用 12V 直流電運作的機型,再接上 LiFePO4 電池,大約只要 188 美元(清淨機本身另加 164 美元),就能以 141 CFM 的風量持續運轉超過一週。

我一直在思考 DIY 生物強化,主要目的是降低環境對人的生物威脅帶來的風險,而目前市面上許多做法都假設電網會持續供電。這似乎不是個可靠的假設:即使社會在保護關鍵工作人員、優先維持電網運作上做得非常出色,我預期停電仍會比現在多得多,而且時間更長。如果一停電就失去正壓而導致生病,那可就真的非常糟糕了!

如果今天要我打造一間 DIY 無塵室,我會從我的AirFanta 3Pro 開始。雖然就用來清淨室內既有空氣而言,HEPA 等級有點殺雞用牛刀,但如果你的目標是在空氣進入空間時就先把它清乾淨,那它就非常好用。

最簡單的選項是買一台可攜式電源。我手邊有一台 1,056 Wh 的Anker SOLIX c1000,在 Amazon 上賣 450 美元,換算下來是每瓦時 0.43 美元。如果相信 AliExpress,也許可以用 322 美元買到(每瓦時 0.31 美元)。這些價格對可攜式電源來說算是相當典型,而我喜歡 SOLIX 支援太陽能充電這點。

另一個選項是深循環 AGM 鉛酸電池。這是我在 2018 年採用的方案。不過現在做了一些功課後,看起來它們已經很少划算了。一顆 100Ah 的 AGM,實際上大概只能用 50Ah,價格是160 美元,而一顆可放電至 80-100% 的 100Ah LiFePO4 則是147 美元。而且 LiFePO4 的重量還不到一半:24 磅對 57 磅。

和可攜式電源的版本不同,這個版本需要自行組裝幾個零件:

  • 庫侖計分流器,可以告訴你已經用了多少電,讓你知道還剩多少、是不是快沒電了。(16.19 美元

  • 保險絲座與保險絲,避免短路引發火災或損壞電池。(1.70 美元

  • 連接器,讓你可以輕鬆插拔,不用擔心接錯極性而弄壞東西。(4.66 美元

  • 充電器,讓你在恢復供電後可以把電池重新充飽。(18.99 美元

這些東西我先前做逆變器專案時就都有了,除了保險絲(已整合在逆變器裡)和接到 AirFanta 的連接頭(它用的是 5.5mm x 2.5mm 中心正極的 DC 圓頭)之外。全部接起來後,我就可以讓 AirFanta 離網運作了:

如果不是因為我大多數零件本來就有,這樣組起來會花 188 美元換來 1280 Wh,也就是每瓦時 0.15 美元。這比可攜式電源便宜得多,但能做的事也少得多:它只能用來驅動吃 12V 直流電的裝置。

你可能會想,應該有人會賣那種把電池包起來、又附上這些附加功能的盒子,讓你完全不用自己動手,但就我所知,這種東西好像還不存在。市面上有賣給船用的「battery box power centers」,但它們不會量測你已經用了多少電。對現代的 LiFePO4 電池來說這是個大問題,因為你沒辦法光靠電壓來估算剩餘電量。這些盒子也不提供充電功能:在船上這本來就不是你需要的功能。所以我想,功能齊全的可攜式電源和 DIY 組裝,算是兩大主要選項。

我個人很高興兩種系統都有:

  • Anker SOLIX 可攜式電源靈活得多:它可以用交流電供電、提供 USB 埠、有電時可以從市電快速充電,也能用太陽能回充。

  • DIY 12V 系統則更簡單、比較不容易壞、模組化且容易維修,也更便宜。如果想擴充,只要再買電池就好,每瓦時只要 0.11 美元就能增加總容量。

我也可以在兩個系統之間以相對較低的耗損轉移電力,依需要來利用各自的彈性或容量優勢。

我很想知道這會耗多少電、能跑多久,但在實際動手搭建並實測之前,我只能用估算的。一個大問題是它能否達到有用的增壓程度:我覺得應該遠遠達不到 +75 Pa,但或許 +10 Pa 還是有可能,如果我們是在既有建築物內部再對某個空間增壓、藉此避開風壓,說不定就夠用了?不過現在先把這些擱在一旁,只看對我來說比較好處理的情況:照原本設計的方式來運轉這台空氣清淨機。

那麼:AirFanta 可以跑多久?如果想讓潔淨空氣輸出率(CADR)最大化,應該用哪個檔位?

製造商有提供功率與風量數據,但我預期直接用直流電驅動時耗電會稍微低一點。他們標示最高檔為 33.2W,而我實測是 29.2W,看起來大約差了 14%,差不多就在預期範圍內。把數據依這個比例下修,並計算每瓦特對應的 CFM,我得到:

檔位功率 (W)風量 (CFM)CFM/W
11.935730
24.1214134
39.7424725
416.5832119
524.0437416
629.1241314

可以看到檔位 2 最省電,但產生的風量也較少:如果你有無限多台清淨機,應該全部都開在檔位 2,但如果需要更大的輸出,你可能就得開更高檔位才能獲得足夠的 CADR。

我們也可以估算在不同檔位下的續航時間。我把 12V DIY 系統模擬為一顆 100Ah、12.8V 的 LiFePO4 電芯(1,280 Wh),而 Anker C1000 則是 1,056 Wh。[1] 我估計 C1000 光是開機就會耗掉 2.5W,如果需要啟動逆變器還會再多耗 7W,在 DC-DC 轉換(12V 埠)上損失 7%,在 DC-AC 轉換(AC 插座)上損失 14%。所以我會分別模擬 DIY 12V 系統、C1000 經由 12V 埠、以及 C1000 經由 AC 插座(這時還會再因 AC-DC 轉換多損失 14%)的情況:

檔位DIY 12VC1000 直流C1000 交流
166323187
231015270
31318147
4775233
5533725
6443122

待機耗電對續航的影響很大,尤其是在低功耗的檔位。以檔位 2 來說,產生 141 CFM 時,DIY 系統應該可以跑將近十三天,C1000 用直流約六天多,C1000 用交流則不到三天。在高功耗時這個問題就比較小,因為風扇本身就要 29W 時,多損失 2.5W(甚至 9.5W)的待機耗電影響就相對較小。

這讓整體評估更傾向 DIY 系統,尤其是在較低風量就已足夠的情況下。

[1] 由於 LiFePO4 電芯內建限充保護電路,放到 0% 也沒關係:它只會自動關閉。雖然不應該在完全沒電的狀態下長期存放,但在這裡我是假設會盡快重新充電。這表示兩種電池的容量都可以完全用滿。

本文章由 muse-spark-1.2-contributor 進行翻譯

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