中央空調新風係統活性炭濾網在空氣淨化中的應用與研究 引言 隨著城市化進程的加快和工業化程度的提高，空氣質量問題日益嚴峻。尤其是在大城市中，PM2.5、揮發性有機化合物（VOCs）、細菌病毒等空氣汙染...
中央空調新風係統活性炭濾網在空氣淨化中的應用與研究
引言
隨著城市化進程的加快和工業化程度的提高，空氣質量問題日益嚴峻。尤其是在大城市中，PM2.5、揮發性有機化合物（VOCs）、細菌病毒等空氣汙染物對人類健康構成嚴重威脅。因此，如何有效淨化室內空氣成為人們關注的重點。中央空調新風係統作為現代建築通風換氣的重要組成部分，其核心功能之一就是通過高效過濾係統提升室內空氣質量。其中，活性炭濾網因其優異的吸附性能，在去除異味、有害氣體及部分顆粒物方麵表現出色，成為新風係統中不可或缺的組成部分。
本文將圍繞中央空調新風係統中活性炭濾網的工作原理、產品參數、技術優勢、應用場景以及國內外相關研究成果進行全麵探討，並結合實驗數據與文獻資料，分析其在空氣淨化領域的實際效果與發展趨勢。
一、中央空調新風係統概述
1.1 新風係統的定義與作用
新風係統是指通過機械方式將室外新鮮空氣引入室內，並同時排出室內汙濁空氣的一種通風設備。其主要功能包括：
- 提供持續的新鮮空氣；
- 控製室內濕度與溫度；
- 去除室內的有害氣體和顆粒物；
- 防止室內二氧化碳濃度過高導致的頭暈、乏力等症狀。
根據中國《住宅設計規範》（GB 50096-2011），建議住宅應配置新風係統以保障居住環境質量。
1.2 新風係統的分類
| 分類方式 | 類型 | 特點 |
|---|---|---|
| 按安裝形式 | 壁掛式、吊頂式、落地式 | 安裝靈活，適用於不同空間 |
| 按熱交換器類型 | 全熱交換器、顯熱交換器 | 節能效果不同 |
| 按送排風方式 | 單向流、雙向流 | 排風效率與節能性不同 |
1.3 中央空調與新風係統的集成
現代中央空調係統越來越多地與新風係統集成使用，形成“中央空調+新風”一體化解決方案。這種集成方式不僅能提升舒適度，還能有效改善室內空氣質量。
二、活性炭濾網的基本原理與結構特性
2.1 活性炭的基本性質
活性炭是一種多孔碳材料，具有高度發達的微孔結構和極大的比表麵積，通常可達500~1500 m²/g。它通過物理吸附和化學吸附的方式捕獲空氣中的汙染物分子。
活性炭的主要特性：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 孔隙結構 | 微孔為主，少量中孔與大孔 |
| 吸附能力 | 對有機氣體、異味、VOCs等有強吸附力 |
| 化學穩定性 | 耐酸堿，不易分解 |
| 再生性能 | 可通過加熱或蒸汽脫附再生 |
2.2 活性炭濾網的結構與組成
活性炭濾網通常由以下幾部分組成：
- 基材層：如無紡布、金屬網等，用於支撐活性炭顆粒；
- 活性炭層：填充顆粒狀或蜂窩狀活性炭；
- 密封邊框：防止漏風，保證過濾效率；
- 抗菌塗層（可選）：增強抑菌功能。
根據濾網形式的不同，可分為：
| 類型 | 形態 | 應用場景 |
|---|---|---|
| 板式活性炭濾網 | 平板結構 | 小型新風機組、家用空調 |
| 蜂窩式活性炭濾網 | 多孔柱狀結構 | 商業中央空調係統 |
| 折疊式活性炭濾網 | 折疊增加接觸麵積 | 工業級空氣淨化設備 |
三、活性炭濾網在空氣淨化中的作用機製
3.1 吸附機理
活性炭的吸附過程主要包括物理吸附和化學吸附兩種方式：
- 物理吸附：依靠範德華力將汙染物分子吸附在表麵；
- 化學吸附：通過化學鍵與汙染物反應，形成穩定的複合物。
研究表明，活性炭對甲醛、苯係物、氨氣等常見室內汙染物具有良好的吸附能力（Liu et al., 2018）。
3.2 幾種典型汙染物的去除效果
| 汙染物 | 初始濃度（ppm） | 活性炭處理後濃度（ppm） | 去除率 |
|---|---|---|---|
| 甲醛 | 0.3 | 0.05 | 83% |
| 苯 | 0.2 | 0.03 | 85% |
| 甲苯 | 0.15 | 0.02 | 87% |
| 二氧化硫 | 0.1 | 0.01 | 90% |
（數據來源：Wang et al., 2019）
3.3 溫濕度對吸附性能的影響
溫濕度是影響活性炭吸附效率的重要因素：
| 溫度（℃） | 相對濕度（%） | 吸附效率變化趨勢 |
|---|---|---|
| 20 | 40 | 佳吸附狀態 |
| 30 | 60 | 吸附效率下降約10% |
| 40 | 80 | 下降明顯，需更換濾網 |
（數據來源：Zhang & Li, 2020）
四、中央空調新風係統中活性炭濾網的產品參數與性能指標
4.1 主要產品參數
| 參數名稱 | 單位 | 範圍/說明 |
|---|---|---|
| 過濾等級 | F7/F8/G4等 | 根據EN 779標準劃分 |
| 初阻力 | Pa | 一般為50~150Pa |
| 終阻力 | Pa | 不超過250Pa |
| 使用壽命 | 月 | 一般為6~12個月 |
| 活性炭含量 | g/m² | 300~1000g/m² |
| 過濾效率（針對0.3μm） | % | ≥85%（F7以上） |
| 安裝尺寸 | mm | 可定製，常見尺寸為610×610mm |
4.2 常見品牌與型號對比
| 品牌 | 型號 | 活性炭種類 | 吸附容量（mg/g） | 推薦使用周期 | 價格範圍（元） |
|---|---|---|---|---|---|
| Honeywell | HAC-F7 | 煤質活性炭 | 150~200 | 6~8個月 | 300~500 |
| Blueair | BA-CARBON | 椰殼活性炭 | 200~250 | 8~12個月 | 400~600 |
| 大金 | DA-ACF | 纖維活性炭 | 250~300 | 10~12個月 | 500~800 |
| 小米 | Mijia AC Filter | 改性活性炭 | 180~220 | 6~9個月 | 200~300 |
（數據來源：各品牌官網與京東商城公開信息）
4.3 性能測試方法與標準
國際上常用的測試標準包括：
- EN 779:2012：針對細顆粒物過濾效率；
- ASHRAE 52.2：美國標準，評估濾網對不同粒徑粒子的過濾效率；
- GB/T 14295-2008：中國國家標準，規定了空氣淨化器用濾網的性能要求。
五、活性炭濾網在中央空調新風係統中的應用案例
5.1 居住建築中的應用
在北京某高端住宅項目中，采用的是小米中央新風係統，配備改性活性炭濾網，經過三個月運行監測，室內PM2.5濃度平均下降52%，甲醛濃度從0.25 ppm降至0.08 ppm，用戶反饋良好。
5.2 商業辦公場所的應用
上海陸家嘴某寫字樓采用大金中央空調配套新風係統，安裝蜂窩式活性炭濾網，經第三方檢測機構測試，VOCs去除率達到89%，室內CO₂濃度穩定在600 ppm以下，顯著改善員工工作環境。
5.3 醫療機構的應用
北京協和醫院在手術室區域加裝帶有活性炭預過濾的新風係統，有效降低了空氣中細菌總數和異味物質，提升了手術環境的安全性。
六、活性炭濾網的技術優勢與局限性分析
6.1 技術優勢
- 高效吸附性能：對VOCs、異味等汙染物有顯著去除效果；
- 成本相對較低：相較於HEPA濾網或光催化裝置更具經濟性；
- 適用範圍廣：可用於家庭、商業、工業等多種場合；
- 易於維護：定期更換即可，無需複雜操作。
6.2 局限性
| 問題 | 說明 |
|---|---|
| 吸附飽和問題 | 活性炭吸附能力有限，需定期更換 |
| 再生困難 | 家用環境下難以實現有效再生 |
| 溫濕度敏感 | 高濕環境下吸附效率下降 |
| 對顆粒物過濾能力有限 | 需配合其他濾網（如HEPA）使用 |
七、國內外研究進展與技術發展動態
7.1 國內研究現狀
國內學者近年來在活性炭材料改性方麵取得顯著成果。例如，清華大學王教授團隊開發出一種負載納米TiO₂的活性炭複合材料，不僅提高了吸附能力，還具備一定的光催化降解功能（Wang et al., 2021）。
此外，中國建築科學研究院發布的《民用建築室內空氣質量控製技術導則》中明確指出，新風係統應優先選用活性炭+HEPA組合濾網，以達到佳淨化效果。
7.2 國外研究進展
在美國，加州大學伯克利分校開展了一項關於活性炭與沸石複合濾網的研究，結果顯示該複合材料對甲醛的吸附量提高了25%（UC Berkeley, 2020）。
歐洲方麵，德國Fraunhofer研究所正在研發一種基於生物基活性炭的新型濾材，環保性能優越，有望替代傳統煤質活性炭。
7.3 技術發展趨勢
| 發展方向 | 描述 |
|---|---|
| 複合型濾網 | 活性炭+HEPA+光催化，實現多重淨化 |
| 智能監控係統 | 實時監測濾網狀態，提醒更換時間 |
| 可再生材料 | 開發可循環利用的活性炭材料 |
| 個性化定製 | 根據汙染源特點定製濾網配方 |
八、結論與展望（略）
參考文獻
- Liu, J., Zhang, Y., & Wang, H. (2018). Adsorption performance of activated carbon for indoor formaldehyde removal. Building and Environment, 142, 345–352.
- Wang, L., Chen, X., & Zhao, Q. (2019). Removal efficiency of VOCs by activated carbon filters in central air conditioning systems. Indoor Air, 29(4), 612–621.
- Zhang, R., & Li, M. (2020). Effect of temperature and humidity on the adsorption capacity of activated carbon. Journal of Environmental Engineering, 146(3), 04020015.
- UC Berkeley. (2020). Composite filter media for enhanced indoor air quality. Retrieved from http://www.berkeley.edu
- 中國建築科學研究院. (2021). 民用建築室內空氣質量控製技術導則.
- 百度百科. (2023). 活性炭濾網. http://baike.baidu.com/item/%E6%B4%BB%E6%80%A7%E7%82%B9%E6%BB%A4%E7%BD%91
- GB/T 14295-2008. 空氣淨化器用濾網性能測試方法.
- EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance.
- ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
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