空氣過濾器的基本知識

空氣過濾器的基本知識
空氣過濾器是空調凈化系統的核心設備，過濾器對空氣形成阻力，隨著過濾器積塵的增加，過濾器阻力將隨著增大。當過濾器積塵太多，阻力過高，將使過濾器通過風量降低，或者過濾器局部被穿透，所以，當過濾器阻力增大到某一規定值時，過濾器將報廢。因此，使用過濾器，要掌握合適的使用周期。在過濾器沒有損壞的情況下，一般以阻力判定使用壽命。
過濾器的使用壽命除了取決于其本身的優劣，如：過濾材料、過濾面積、結構設計、初始阻力等，還與空氣中的含塵濃度，實際使用風量，終阻力的設定等因素有關。
掌握合適的使用周期，必須了解其阻力的變化情況，首先必須了解如下定義：
1. 額定初阻力：在額定風量下，過濾器樣本、過濾器特性曲線或過濾器檢測報告所提供的初阻力。
2. 設計初阻力：系統設計風量下，過濾器阻力（應由空調系統設計師提供）。
3. 運行初阻力：系統運行之初，過濾器的阻力，如果沒有測量壓力的儀表，就只能取設計風量下的阻力作為運行初阻力（實際運行的風量不可能完全等于設計風量）；
運行中應定期檢查過濾器的阻力超出初阻力的情況（每個過濾段都應安裝阻力監測裝置），以決定何時更換過濾器。過濾器更換周期，見下表（僅供參考）：
類別
檢查內容
更換周期
新風入口過濾網
網眼是否一半以上以堵
一周左右清掃一次
粗效過濾器
阻力已超過額定初阻力60Pa左右,或等于2×設計或運行初阻力
1-2個月
中效過濾器
阻力已超過額定初阻力80Pa左右,或等于2×設計或運行初阻力
2-4個月
亞高效過濾器
阻力已超過額定初阻力100Pa左右,或等于2×設計或運行初阻力（低阻亞高效為3倍）
1年以上
高效過濾器
阻力已超過額定初阻力160Pa左右,或等于2×設計或運行初阻力
3年以上
特別說明：低效率過濾器一般使用粗纖維濾料，纖維間空隙大，過大的阻力有可能將過濾器上的積塵吹散，這種情況下，過濾器阻力不再增高，但過濾效率降到幾乎為零，因此要嚴格控制粗效過濾器的終阻力值！
確定終阻力要綜合考慮幾種因素。終阻力定的低,使用壽命短,長期更換費用（過濾器費用、人工費用，和廢棄處理費用）相應就高，但運行能耗低，因此每種過濾器應該有經濟的終阻力值。
效率
建議終阻力 Pa
G3（粗效）
100-200
G4
150-250
F5-F6(中效)
250-300
F7-F8(高中效)
300-400
F9-H11(亞高效)
400-450
高效
400-600
過濾器越臟，阻力增長越快。過高的終阻力不意味著過濾器使用壽命會延長，過高阻力會使空調系統風量銳減。過高的終阻力是不可取的。
用戶關于過濾器使用壽命短的抱怨：主要由三種原因造成
a、過濾器的過濾材料面積太小或單位容塵能力太小；
b、預過濾器的過濾效率偏低；
c、用戶對過濾器的使用壽命期望過高。
對于種原因:改用過濾面積大的多濾器可以延長使用壽命,在系統初設計時應該考慮到這點。較多的工程中,用戶要求盡可能的減少空調占用空間,或供應商為了實現大的利潤，采用過濾面積小的便宜過濾器。工程驗收時，過濾器能滿足空氣凈化的要求，但過濾器的使用壽命卻比較短。
預過濾器的過濾效率低，可以調整預過濾器的效率，可以延長末端過濾器的使用壽命。據試驗數據：末端過濾器是F7，使用G4預過濾器時末端過濾器的使用壽命是3個月，改用預F5過濾器后，F7過濾器的使用壽命可以延長至半年。潔凈室中，末端高效的價值可能并不高，但更換過濾器的風險和間接費用會很高，換預過濾器則無須停產，有經驗的業主會把注意力放在預過濾器上。
根據經驗,10000級和100000級潔凈廠房(非均勻流),預過濾選用F8過濾器,末端高效過濾器的使用壽命可以達到5年。（目前國內通用的過濾器配置可能只有1-3年的時間）。
過濾器選用幾點建議：
1、選擇效率足夠高的過濾器(預過濾):
2、選擇過濾面積大的過濾器
3、高效空氣過濾器必須逐臺檢測
4、同等風量下，選擇初阻力小的過濾器
5、選用通用尺寸的過濾器
過濾原理
1.  攔截
空氣中的塵埃粒子，隨氣流作慣性運動或無規則布朗運動或受某種場力的作用而移動，當微粒運動撞到其它物體，物體間存在的范德華力（是分子與分子、分子團與分子團之間的力）使微粒粘到纖維表面。進入過濾介質的塵埃有較多撞擊介質的機會，撞上介質就會被粘住。較小的粉塵相互碰撞會相互粘結形成較大顆粒而沉降，空氣中粉塵的顆粒濃度相對穩定。室內及墻壁的退色就因為這原因。把纖維過濾器像篩子一樣看待是錯誤的。
2. 慣性和擴散
顆粒粉塵在氣流中作慣性運動，當遇到排列雜亂的纖維時，氣流改變方向，粒因慣性偏離方向，撞到纖維上而被粘結。粒子越大越容易撞擊，效果越好。小顆粒粉塵作無規則的布朗運動。顆粒越小，無規則運動越劇烈，撞擊障礙物的機會越多，過濾效果也會越好。空氣中小于0.1微米的顆粒主要作布朗運動，粒子小,過濾效果好。大于0.3微米的粒子主要作慣性運動,粒子越大效率越高。擴散和慣性都不明顯得粒子難過濾掉。測量高效過濾器性能時，人們經常規定測量難測量的粉塵效率值。                
2.  靜電作用
由于某種原因，纖維和微粒可能帶上電荷，產生靜電效應。帶靜電的過濾材料過濾效果可以明顯改善。原因：靜電使粉塵改變運動軌跡并撞上障礙物，靜電使粉塵在介質上粘的更牢。能長期帶靜電的材料也稱作"駐極體"材料。材料帶靜電后阻力不變，過濾效果會明顯改善。靜電在過濾效果中不起決定作用，只起輔助作用。
4. 化學過濾
化學過濾器主要有選擇性的吸附有害氣體分子。活性碳材料中有大量看不見的微孔，有較大的吸附面積。米粒大小的活性碳中，微孔內面積有十幾平方米大。游離分子接觸活性碳后，在微孔中凝聚成液體因毛細管原理呆在微孔中，有的與材料和而為一體。沒有明顯化學反應的吸附稱為物理吸附。有的對活性碳進行處理，被吸附的顆粒與材料進行反應,生成固體物質或無害氣體,稱為懷學吸附。活性碳在使用過程中材料的吸附能力不斷減弱，當減弱到某一程度，過濾器將報廢。如果僅為物理吸附，用加熱或水蒸汽熏可使有害氣體脫離活性碳，使活性碳再生。
中國分類：
一般通風用過濾器分級
對于一般通風用過濾器，兩項國家標準按新過濾器的計數法效率將過濾器分成五個和四個等級。這兩項標準曾對過濾器市場起了很好的規范作用，它們結束了部門間各自為戰的局面，并在過去的"中效"范圍增加了一級"高中效"，以適應當時人們對改善潔凈室預過濾器性能的要求。
GB12218-89分級
I
II
III
IV
V
粒徑， ?m
?5.0
?1.0
?0.5
計數效率，%
?40
40?E?80
20?E?70
70?E?99
95?E?99.9
GB/T14295-93分級
粗效
中效
高中效
亞高效
粒徑， ?m
?5.0
?1.0
?0.5
計數效率，%
20?E?80
20?E?7
70?E?95
95?E?99.9
額定風量下初阻
?50
?80
?100
?120
表中的分級基于80年代末至90年代初的國內技術水平，尤其是考慮了當時國產光學粒子計數器的水平。這兩項標準的修訂工作已經被列入相關部門的議事日程。
中國現有標準的計數法與國外計數法的主要差別在于：
1. 國內僅測量新過濾器效率，國外測量發塵各階段效率的平均值；
2. 國內測量大于某粒徑全部粒子的過濾效率，國外測量某粒徑段粒子的效率；
3. 國外計數測量時使用標準人工粉塵，國內使用大氣粉塵。
高效過濾器
國家標準GB13554-92規定，高效過濾器為：
1. 按GB6165規定的鈉焰法測試，其效率≥99.9%的過濾器；A
2. 鈉焰法測試，效率≥99.99%的過濾器B
3. 鈉焰法測試，效率≥99.999%的過濾器C
4. 對粒徑≥0.1 m的粒子，其效率≥99.999%的過濾器。D
前者指一般高效過濾器，相比之下，國外一般定義高效過濾器的效率為≥99.97%。后者指超高效過濾器。
3.  分級比較圖
1.初過濾器的結構和選材
結構：外框主要包括：紙框、鍍鋅框、鋁合金框、不銹鋼板。有板式、和袋式結構。
濾料：纖維濾料主要有:化纖類無紡布,玻璃纖維濾料,某些廠家有棉纖與化纖的混合濾料,其它還有
金屬網等。
制作方法：大多為折疊成型，金屬網和濾料復合折疊。
2.中效過濾器
結構：外框材料主要包括：鍍鋅鋼板、鋁合金型材、塑料框、紙框等
濾料主要包括：化纖類、玻璃纖維以及PP材料。
目前使用多的是玻璃纖維和PP濾料的袋式結構中效過濾器。由于國內生產粗、中效過濾器的廠家不計其數，采用的材料、結構也是多種多樣。目前主流生產廠及國外廠多采用玻璃纖維濾料及部份化纖濾料，化纖靠其價格低及阻力小的優勢擠占越來越大的市場。 
3.高效空氣過濾器
結構：外框主要使用：鋁合金型材、多層板框、鋁板框、鍍鋅鋼板框，使用多為鋁合金型材框，主要制作成立方體形結構。
濾料：多采用玻璃纖維，化纖類逐漸在使用，目前國外有些廠家采用帶靜電的聚四氟乙烯纖維（駐極體）制造高效過濾器、俗稱PTFE。
高效結構又有無隔板和有隔板之分。無隔板主要采用熱溶膠作為濾芯的分隔物，便于機械化生產。加之其具有體積小、重量輕、便于安裝、效率穩定、風速均勻的優點，目前潔凈廠房所需的大批量的過濾器多采用無隔板結構。有隔板高效，多采用鋁箔、紙做成折疊狀作為濾芯分隔物，形成空氣通道。分隔板有采用優質牛皮紙，熱滾壓成形或采用膠版紙作分隔板。目前，多采用雙面上膠的銅版紙作分隔板，主要目的是為了防止分隔板受冷熱干濕的影響發生收縮，從而散發微粒。但根據我公司多年來的經驗，在溫濕度發生變化時，這種隔板紙可能會有較大顆粒散發，從而造成潔凈廠房潔凈度測試不合格。（已有幾次客戶關于這方面的投訴）所以，對于潔凈度要求較高的場所，應推薦客戶使用無隔板高效空氣過濾器。國外的有隔板過濾器的價格要高于無隔板價格，所以國外使用有隔板的場所較少。此外，與有隔板過濾器的矩形通道相比，無隔板過濾器的V形通道進一步改善了容塵的均勻性，延長了使用壽命。通風用無隔板過濾器可避免使用金屬部件，易于廢棄處理，符合日益嚴格的環保要求。除了某些耐高溫和高安全性要求的特殊場合，無隔板過濾器均可取代有隔板過濾器。
過濾器的參數
3-1面速和濾速
面速和濾速可以反映過濾器的通過風量的能力。
面速指過濾器斷面上的通過氣流速度，一般以m/s表示，V=Q/F*3600，面風速是反映過濾器結構特性的重要參數。
濾速是指濾料面積上的通過氣流的速度，一般以L/cm2.min或cm/s表示.濾速反映濾料的通過能力,反映濾料的過濾性能。濾速低，一般來說可以獲得較高得效率。允許通過的濾速低，濾料的阻力較大。
3-2 過濾效率
3-2-1空氣過濾器的"過濾效率"是被捕集粉塵量與原空氣含塵量的比值：
過濾效率 = 過濾器捕集粉塵量/上游空氣含塵量 = 1 -下游空氣含塵量/上游空氣含塵量
效率的意義看似簡單，可它的含義和數值卻因試驗方法的不同而大不一樣。
在決定過濾效率的因素中，粉塵"量"的含義多種多樣，由此計算和測量出來的過濾器效率數值也就五花八門。實用中，有粉塵的總重量、粉塵的顆粒數量；有時是針對某一典型粒徑粉塵的量，有時是所有粉塵的量；還有用特定方法間接地反映濃度的通光量（比色法）、熒光量（熒光法）；有某種狀態的瞬時量，也有發塵全過程變化效率值的加權平均量。
對同一只過濾器采用不同的方法進行測試，測得的效率值就會不一樣。各國家、各廠商使用的測試方法不統一，對過濾器效率的解釋和表達大相徑庭。離開測試方法，過濾效率就無從談起。
目前過濾器（高效）效率的標注種類：1、鈉焰法，主要是國內的一些生產廠家在使用，可能某些小的個體戶沒有測試設備也標注這種效率值。一般高效的標注效率值大于99.99%。這種方法的前景：鈉焰法的測試精度決定了此種方法只能完成普遍高效的測試，測試的效率是過濾器的綜合效率，對于特定粒子的效率不能體現，國家雖然在修訂此標準，個人認為如果一個過濾器生產廠家僅有此一種測試手段，肯定難以滿足客戶日益多樣性、高標準的要求。2、DOP法，有50多年歷史。曾今為國際常用的標注方法，相信，在國外可能會逐漸被取代。3、MPPS法，目前在國際上已經逐漸流行，又叫易穿透效率法。被認為是測試高效空氣過濾器的嚴格的方法。
3-2-2穿透率
穿透率來表示經過過濾器后仍然可以透過多少塵粒的程度。K=（1-η）×100%
3-3 阻力
過濾器對氣流形成阻力。過濾器的阻力主要由兩部分組成，濾料的阻力，過濾器結構的阻力。根據經驗,在濾料性能確定的情況下,過濾器的阻力與過濾器的結構關系很大,由此造成的影響可能在50Pa左右。過濾器積灰，阻力增加，當阻力增大到某一規定值時，過濾器報廢。
新過濾器的阻力稱"初阻力"；對應過濾器報廢的阻力值稱"終阻力"。
設計時，常需要一個有代表性的阻力值，以核算系統的設計風量，這一阻力值稱"設計阻力，慣用的方法是取初阻力與終阻力的平均值。
3-4 容塵量
容塵量:簡單說：過濾器容納灰塵的能力。過濾器容塵量和過濾器的使用期限有直接關系。通常指運行中的過濾器的終阻力達到其初阻力的一倍的數值時，或者效率下降到初始效率的85%以下時，過濾器上的集塵量作為過濾器的標準容塵量，簡稱容塵量。如果過濾器以超過額定風量的風量工作，其阻力將隨著集塵的增加而更快的增加。
過濾器在達到容塵量的集塵過程中，效率低的過濾器容易顯示出效率先增加后下降的特點，效率低的過濾器集的塵埃大而多，濾料稀疏，塵粒由于阻力的增加容易穿透濾料和剝落，造成二次污染。在使用過程中的高效過濾器，隨著積塵的增加，效率一般都會上升。 
當風量為1000m3/h時，一般折疊形無紡布過濾器的容塵量在100g上下，玻璃纖維過濾器在250-300g，高效過濾器在400-500g左右。同類過濾器若尺寸不同，容塵量也就不同。
4-1為什么要用空氣過濾器?
4-1-1通風空調系統需要空氣過濾器的保護
空調維護人員通常會發現空調系統在使用較長時間后會發現如下問題:
1. 風機,熱交換器,風閥,管道等部件嚴重積灰,且還有異味
2. 系統運行數年后,風量和冷/熱處理量偏低,難以達到原設計要求;
3. 舒適性空調送風口的周圍出現黑漬;
4. 室內人員抱怨空氣污濁,身體不適;
5. 潔凈室系統的高效空氣過濾器阻力增長過快,甚至1-2年就需更換;
6. 對于空調機中目前長配的金屬/尼龍網和化纖無紡布,即使不清洗,阻力也不會持續上升；
造成這些問題的主要原因是灰塵，所謂耐洗的過濾器對灰塵的阻擋是有限的。除了把空調系統停下來進行清洗，或更換昂貴的系統部件，更有效的措施是增設效率足夠高的空氣過濾器。（國內能提供空調系統清洗服務的公司很少。 
經過發達國家的調查和研究證明，玻璃纖維袋式過濾器是用戶經濟有效的選擇。
4-1-2各種潔凈等級的潔凈室更離不開高效甚至是超高效空氣過濾器
潔凈室內與室外的塵埃粒子濃度相差成千上萬倍（單單是計數），要達到一定級別的潔凈度，必須要設置高效空氣過濾器，對進入室內的空氣進行過濾器。
4-2過濾器的選用
根據場所的使用要求合理確定各級過濾器的效率
通常情況下，末端過濾器決定了空氣的潔凈程度，前級過濾器起保護末端過濾器的作用，即延長末端過濾器的使用壽命，減少維護費用，保護空調系統正常工作。 
具體過程：
1. 根據潔凈度的要求確定末級過濾器的效率;
2. 選擇末級過濾器的保護過濾器,如果需要,在選擇中級過濾器的前級保護過濾器,通常起保護作用的過濾器稱為預過濾器;
3. 選擇預過濾器要和使用環境,備件費用,運行能耗(目前國內用用戶關心能耗的不多),維護與供貨等因素綜合考慮后決定；
4. 特別關注的問題：潔凈室末端的高效空氣過濾器需要有效率不低于F8的過濾器的保護（主要應是針對新風的處理），空調系統也需要空氣過濾器的保護； 
5. 確定過濾器的要點：末級過濾器的性能要可靠，預過濾器的效率規格要合理，且要維護方便。
根據經驗，各種場合的典型配置：
場所
主過濾器效率
常見過濾元件
特殊要求
作用
普通中央空調
主過濾器
F5-F7
袋式、無隔板組合式
效率合理、容易維護
衛生、保護室內裝修、保護空調
普通中央空調
主預濾器
G3-F5
便宜、維護容易
容塵能力高，供貨有保證
保護空調系統、保護下級過濾器
高檔場所
中央空調
F7
袋式、無隔板組合式
-
防止風口黑漬、防止室內裝修退色
機場航站樓
F7
袋式、無隔板組合式
-
旅客舒適性，受重視程度日益提高
學校、幼兒園
F7
袋式、無隔板組合式
防火
安全考慮
診室、病房
F7-F8
袋式、無隔板組合式
無營養物
防止交叉感染
博物館、圖書館
F7
袋式、無隔板組合式
-
保護館藏
普通影響工作室
F7
袋式、無隔板組合式
-
保護光學設備和制品
亂流潔凈室
高效
有隔板、無隔板高效
逐臺測試，無易燃材料、無營養
一般裝在高效送風口內
層流潔凈室
高效或超高效
有隔板、無隔板高效
逐臺掃描檢驗、流速均勻
送風末端
潔凈室預過濾
F8-H10
袋式及有隔板、無隔板
-
保證末端高效的壽命
芯片廠10級、1級潔凈室
超高效ULPA
無隔板ULPA
逐臺掃描、流速均勻，無揮發物
對過濾器要求高的場所
芯片廠10級、1級潔凈室預過濾
HEPA
無隔板、有隔板過濾器
能承受大風量
保證末端過濾器使用壽命和產品生命同期
制藥行業30萬級
F8-H10 HEPA
袋式及有隔板、無隔板
無營養物
末端過濾器可以設在空調內
負壓潔凈室排風
HEPA
無隔板、有隔板
可靠
禁止危險品的排放
轎車涂裝流水作業主過濾
HEPA
袋式
不含硅酮、不掉毛、阻燃
滿足面漆無疵點，保護勻流材料
轎車烤漆流水線主過濾
F6-F7
耐溫有隔板過濾器
不含硅酮
工藝要求
高要求靜電，涂車間
F7-F8
袋式、無隔板過濾器
不含硅酮、不掉毛
保證外觀無疵點
核電站排風
HEPA
有隔板、無隔板
防火、耐沖擊、專門機構認證
防止核污染
采用集中空調的機房、交換臺、控制室
F5-F7
袋式、無隔板過濾器
-
防止因灰塵引進的散熱不良和電路故障
柜式空調的機房
G3-F5
板式過濾器
-
-
化纖抽絲工序
F8
袋式過濾器
-
防斷絲，防煤灰紗
紡紗車間
G4-F7
袋式過濾器、靜電過濾器
-
防煤灰紗
食品工業
F7
袋式、無隔板過濾器
無營養物
生產環境的衛生
潔凈工作室、
風淋
HEPA
有隔板、無隔板高效
-
-
軋鋼主電機
F7
袋式過濾器
阻燃
防止因粉塵造成的電機故障
卷煙廠中央空調
F7
自潔過濾裝置、傳統袋式高效
-
國內煙草行業目前流行自潔式過濾器
家用空調
G3-G4
平板過濾器
便宜、美觀
-
燃氣輪機與離心式空壓機
F7-F8
無隔板、袋式、有隔板、自潔式過濾器
抗沖擊、阻燃、憎水
防止設備內部結垢、磨損、腐蝕
軸流式空壓機
F5-F7
無隔板、袋式過濾器
抗沖擊、憎水
防葉片磨損
往復式空壓機、內燃機
G3-F5
袋式過濾器、濾清器，平板過濾器
抗沖擊、耐超阻
防止氣缸磨損
高級轎車空調
F7
無隔板過濾元件
-
防塵、防花粉
高檔家用洗塵器
F7 HEPA
無隔板過濾元件
結實、抗水
防止排風二次污染
潔凈室用洗塵器
HEPA
無隔板過濾元件
結實、抗水
防止排風二次污染
家用空氣凈化器
F7-F9 HEPA
桶狀、或方形無隔板過濾元件
便宜、美觀
防毒面具
HEPA
無隔板過濾元件
耐溫、抗水
與活性碳組合使用
潔凈度、通風參數與高效空氣過濾器的關系
ISO14644
分級
對應傳統規格
氣流形式
平均風速m/s
換氣次數
末端過濾器
效率
過濾器檢測
方法
ISO1
-
-
-
-
≥99.9999%
掃描
ISO2
-
U
0.3-0.5
-
≥99.9999%
掃描
ISO3
1
U
0.3-0.5
-
≥99.999%
掃描
ISO4
10
U
0.3-0.5
-
≥99.999%
掃描
ISO5
100
U
0.2-0.5
-
≥99.97%
總效率或掃描
ISO6
1，000
N，M
-
70-160
≥99.97%
總效率或掃描
ISO7
10，000
N，M
-
20-70
≥99.97%
總效率或掃描
ISO8
10，000
N，M
-
10-20
≥99.97%
總效率或掃描
ISO9
100，000
-
-
-
-
注:U-單向流,N-非單向流,M-單向與非單流
不同等級的潔凈室,所用的高效空氣過濾器基本是一致的.過濾器的質量如果有了保證,通風參數(喚氣次數或平均風速)是決定潔凈工程質量的關鍵因素。目前要求較為嚴格的潔凈室工程中所用的高效空氣過濾器一般都要求經過掃描檢驗。（目前國內對于高效過濾器出廠100%檢漏很少）。國內可以開展潔凈室施工的單位成千上萬，所以對于各種潔凈室的喚起次數及平均風速的取值也有差別。換氣次數少，投資省，運行成本低，潔凈度上有風險。（根據經驗，國內施工單位為了能順利通過潔凈室的驗收，很多都采用遠高于標準要求的換氣次數）。
很多單位的潔凈室驗收都是在靜態狀態下進行，經過長時間的自凈，一般都可以獲得很高的潔凈度測試結果，但實際的運行情況，未必如此。 
單向流潔凈室也稱"層流"或勻流潔凈室，這種潔凈室的平均風速至關重要，粉塵的自由擴散速度是0.15-0.2m/s,如果風速壓不住粉塵的擴散速度,使用效率再高的過濾器也達不到預期的效果。
非單向流潔凈室，也稱亂流潔凈室，潔凈室靠送風來稀釋塵埃，以達到一定的潔凈度要求。亂流潔凈室由于室內操作人員較多、設備和生產過程中發塵量也較大，高效效率的高低不是決定性因素。gK8hPpg