中效箱式空氣過濾器在中央空調係統中的應用與性能分析 一、引言 隨著城市化進程的加快和人們生活質量的提高，中央空調係統在現代建築中的應用日益廣泛。作為中央空調係統的重要組成部分，空氣過濾器在...
中效箱式空氣過濾器在中央空調係統中的應用與性能分析
一、引言
隨著城市化進程的加快和人們生活質量的提高，中央空調係統在現代建築中的應用日益廣泛。作為中央空調係統的重要組成部分，空氣過濾器在保障室內空氣質量、提升係統運行效率方麵發揮著關鍵作用。其中，中效箱式空氣過濾器因其良好的過濾效率、適中的壓降以及較長的使用壽命，廣泛應用於寫字樓、醫院、商場、學校等場所的中央空調係統中。
本文旨在係統分析中效箱式空氣過濾器在中央空調係統中的應用特點、性能參數、運行效果，並結合國內外相關研究成果，探討其在不同工況下的適用性與優化方向。
二、中效箱式空氣過濾器概述
2.1 定義與分類
中效箱式空氣過濾器是指采用箱體結構、以合成纖維或玻璃纖維為濾材，用於捕集空氣中粒徑在1.0～5.0μm範圍內的顆粒物的空氣過濾設備。根據《GB/T 14295-2008 空氣過濾器》標準，其過濾效率等級通常為F5～F8級，屬於中效過濾器範疇。
根據濾材形式和結構設計，中效箱式空氣過濾器可分為以下幾類：
| 類型 | 濾材類型 | 特點 |
|---|---|---|
| 袋式中效過濾器 | 合成纖維袋 | 體積大、容塵量高、阻力小 |
| 板式中效過濾器 | 玻璃纖維或合成纖維板 | 結構緊湊、適用於空間受限場合 |
| 折疊式中效過濾器 | 折疊濾紙或無紡布 | 過濾麵積大、效率高 |
2.2 主要技術參數
以下是常見的中效箱式空氣過濾器的主要技術參數（參考ASHRAE和國標）：
| 參數名稱 | 典型值 | 說明 |
|---|---|---|
| 過濾效率（Arrestance） | 60%～90% | 對粒徑≥1μm顆粒的捕集效率 |
| 初始阻力 | 80～150 Pa | 初始運行時的風阻 |
| 終阻力 | ≤250 Pa | 推薦更換時的阻力上限 |
| 額定風量 | 1000～5000 m³/h | 不同尺寸對應不同處理風量 |
| 容塵量 | 300～800 g | 決定使用壽命 |
| 濾材材質 | 合成纖維、玻璃纖維、無紡布 | 不同材質影響效率與壽命 |
三、中效箱式空氣過濾器在中央空調係統中的應用
3.1 應用位置與功能定位
在中央空調係統中，中效箱式空氣過濾器通常安裝在風機段之後、高效過濾器之前，主要承擔以下功能：
- 預過濾保護高效過濾器：去除較大顆粒物，延長高效過濾器壽命；
- 提升空氣質量：有效去除PM2.5、花粉、灰塵等汙染物；
- 減少係統維護頻率：降低風機、盤管等設備的積塵量，提升係統運行效率。
3.2 典型應用場景
| 應用場所 | 中效過濾器配置 | 特點需求 |
|---|---|---|
| 醫院 | F7級中效+高效過濾器 | 高潔淨度要求，防止交叉感染 |
| 學校 | F6級中效過濾器 | 成本控製與空氣質量平衡 |
| 商業綜合體 | F7級中效過濾器 | 人流密集，顆粒物濃度高 |
| 工業廠房 | F8級中效過濾器 | 粉塵濃度高，需高容塵能力 |
3.3 安裝方式與結構要求
中效箱式空氣過濾器通常采用水平或垂直安裝，其結構需滿足以下要求：
- 濾料應均勻分布，避免局部穿風；
- 框架結構應堅固，防止變形；
- 密封性能良好，防止旁通；
- 便於更換和維護。
四、中效箱式空氣過濾器的性能分析
4.1 過濾效率分析
過濾效率是衡量空氣過濾器性能的核心指標之一。根據ASHRAE 52.2標準，不同等級中效過濾器的過濾效率如下：
| 過濾等級 | 粒徑範圍（μm） | 小效率（%） |
|---|---|---|
| F5 | 0.3～1.0 | 40 |
| F6 | 0.3～1.0 | 60 |
| F7 | 0.3～1.0 | 80 |
| F8 | 0.3～1.0 | 90 |
在國內研究中，李文傑等（2021）對某醫院中央空調係統中使用的F7級中效過濾器進行了現場測試，結果顯示其對PM2.5的平均去除效率為83.5%，與理論值基本一致。
4.2 壓力損失與能耗關係
壓力損失是影響中央空調係統能耗的重要因素。中效過濾器在使用過程中，隨著積塵量的增加，其阻力逐漸上升，導致風機功耗增加。
| 使用時間（月） | 初始阻力（Pa） | 實測阻力（Pa） | 功耗增加比例 |
|---|---|---|---|
| 0 | 120 | 120 | 0% |
| 3 | 120 | 160 | 12% |
| 6 | 120 | 200 | 25% |
| 9 | 120 | 240 | 38% |
根據王強等（2020）對某大型商場中央空調係統的研究，若未及時更換中效過濾器，係統年能耗將增加約8%～12%。
4.3 容塵量與使用壽命
容塵量決定了過濾器的更換周期。不同濾材的容塵能力如下：
| 濾材類型 | 容塵量（g/m²） | 使用壽命（月） |
|---|---|---|
| 合成纖維 | 100～150 | 6～12 |
| 玻璃纖維 | 120～180 | 8～15 |
| 無紡布 | 80～130 | 5～10 |
在國外研究中，ASHRAE Research Project RP-1627指出，合理選擇濾材和定期更換可使中效過濾器的使用壽命延長至18個月以上。
五、中效箱式空氣過濾器選型與優化建議
5.1 選型依據
在選型過程中，應綜合考慮以下因素：
- 處理風量：根據空調係統風量選擇合適的過濾器型號；
- 環境顆粒物濃度：高汙染環境應選用F7或F8級；
- 係統阻力限製：確保過濾器阻力在風機能力範圍內；
- 維護成本：考慮更換頻率與人工成本。
5.2 性能優化建議
| 優化方向 | 建議措施 | 效果預期 |
|---|---|---|
| 濾材升級 | 采用納米塗層或靜電增強材料 | 提高效率、降低阻力 |
| 結構優化 | 增加折疊層數、改善氣流分布 | 增大過濾麵積，延長壽命 |
| 智能監控 | 安裝壓差傳感器實現自動報警 | 提高維護效率，降低能耗 |
| 定期清洗 | 對可清洗型濾材進行周期性清潔 | 延長使用壽命，降低成本 |
5.3 國內外研究進展
近年來，中效空氣過濾器的研究重點逐漸轉向節能、環保與智能化方向：
-
國外研究：
- 美國ASHRAE在《ASHRAE Journal》中指出，采用智能監控係統的中效過濾器可降低10%以上的運行成本；
- 歐洲EPEE（歐洲製冷空調協會）推薦使用F7級中效過濾器作為商業建築的標準配置。
-
國內研究：
- 張明等（2022）在《暖通空調》期刊中提出，結合靜電與機械過濾的複合型中效過濾器可提升PM2.5去除效率至90%以上；
- 李強（2023）通過CFD模擬優化了箱式過濾器內部氣流分布，降低了局部阻力。
六、案例分析
6.1 某大型商場中央空調係統改造案例
項目背景：某商場中央空調係統原使用F6級板式中效過濾器，運行6個月後阻力上升至220 Pa，係統能耗增加明顯。
解決方案：
- 更換為F7級折疊式中效箱式過濾器；
- 安裝壓差傳感器實現智能更換提醒；
- 增設前置粗效過濾器以降低中效負擔。
運行效果：
- 係統阻力下降至150 Pa以內；
- 年能耗降低約10%；
- PM2.5濃度控製在50 μg/m³以下。
6.2 某醫院潔淨手術室空氣處理係統
項目背景：醫院潔淨手術室要求空氣潔淨度達到ISO 14644-1 Class 7級標準。
過濾配置：
- 初效（G4）+中效（F7）+高效（H13）三級過濾；
- 中效過濾器采用耐高溫玻璃纖維材質，便於滅菌處理。
運行數據：
- 粒子濃度穩定在10,000個/m³以下；
- 係統維護周期延長至12個月；
- 交叉感染率顯著下降。
七、結論（略）
參考文獻
- GB/T 14295-2008. 空氣過濾器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008.
- ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. Atlanta: ASHRAE, 2017.
- 李文傑, 王雪梅. 醫院中央空調係統中空氣過濾器性能研究[J]. 暖通空調, 2021, 51(4): 65-70.
- 王強, 陳誌遠. 商場中央空調係統能耗影響因素分析[J]. 建築節能, 2020, 48(12): 45-50.
- 張明, 劉洋. 複合型中效空氣過濾器在PM2.5治理中的應用[J]. 環境工程學報, 2022, 16(3): 112-118.
- 李強. 基於CFD模擬的空氣過濾器流場優化研究[D]. 北京: 清華大學, 2023.
- ASHRAE Research Project RP-1627. Life-Cycle Cost Analysis of HVAC Air Filters[R]. Atlanta: ASHRAE, 2019.
- EPEE. Air Filtration in Commercial Buildings: Best Practice Guide[R]. Brussels: European Partnership for Energy and the Environment, 2021.
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