中效空氣除菌過濾器在中央空調係統節能優化中的作用 引言 隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，建築能耗已成為我國能源消耗的重要組成部分。其中，中央空調係統作為現代建築中不可或缺的...
中效空氣除菌過濾器在中央空調係統節能優化中的作用
引言
隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，建築能耗已成為我國能源消耗的重要組成部分。其中，中央空調係統作為現代建築中不可或缺的設備之一，在提供舒適室內環境的同時，也帶來了巨大的能源消耗問題。據《中國建築節能年度發展研究報告》（清華大學建築節能研究中心，2023）數據顯示，我國公共建築中空調係統的能耗約占總能耗的40%以上。因此，如何通過技術手段實現中央空調係統的節能優化，成為當前建築節能領域研究的重點方向之一。
在中央空調係統的運行過程中，空氣質量對係統的能效和設備壽命具有重要影響。空氣中的懸浮顆粒、細菌、病毒等汙染物不僅影響室內空氣質量，還可能導致空調設備內部積塵、堵塞，增加風機負荷，進而提高能耗。為此，采用高效的空氣過濾係統，尤其是中效空氣除菌過濾器，成為提升中央空調係統運行效率和節能效果的重要手段。
本文將圍繞中效空氣除菌過濾器的基本原理、產品參數、在中央空調係統中的應用及其節能優化效果進行深入探討，並結合國內外相關研究成果，分析其在實際工程中的應用價值與發展趨勢。
一、中效空氣除菌過濾器概述
1.1 定義與分類
中效空氣除菌過濾器是一種用於去除空氣中懸浮顆粒物、微生物（如細菌、真菌、病毒）的空氣淨化裝置，通常用於通風係統、潔淨室、醫院、實驗室等場所。根據《高效空氣過濾器》（GB/T 13554-2020）國家標準，空氣過濾器按過濾效率可分為初效、中效、亞高效和高效四類。其中，中效過濾器一般指對粒徑≥1.0μm的顆粒物過濾效率在60%～95%之間的過濾器。
1.2 工作原理
中效空氣除菌過濾器主要通過物理攔截、慣性碰撞、擴散沉積等方式捕獲空氣中的微粒。其濾材多為無紡布、合成纖維或玻璃纖維，結構上常采用袋式或板式設計。對於除菌功能，部分中效過濾器還會添加抗菌材料（如銀離子塗層）或采用靜電吸附技術以增強對微生物的去除能力。
1.3 主要產品參數
以下為常見中效空氣除菌過濾器的技術參數表：
| 參數名稱 | 典型範圍/值 |
|---|---|
| 過濾效率（≥1.0μm） | 60% – 95% |
| 初始阻力 | 50 – 150 Pa |
| 終阻力（建議更換） | ≤250 Pa |
| 額定風量 | 1000 – 3000 m³/h |
| 使用壽命 | 6 – 12個月 |
| 材質 | 聚酯纖維、玻纖、活性炭複合材料 |
| 抗菌率 | ≥99% |
| 微生物去除率 | ≥95% |
| 適用場合 | 醫院、學校、商場、辦公樓等 |
注：不同廠家的產品參數略有差異，具體應參考產品說明書。
二、中效空氣除菌過濾器在中央空調係統中的作用機製
2.1 提高空氣質量，降低病菌傳播風險
中央空調係統作為大型建築的通風核心，其空氣質量直接影響人員健康。尤其是在醫院、學校、辦公大樓等人流密集區域，空氣中可能攜帶大量細菌、病毒及其他致病微生物。中效空氣除菌過濾器能夠有效去除這些有害物質，從而降低交叉感染的風險。
研究表明，安裝中效過濾器後，中央空調送風中的細菌濃度可下降70%以上（Zhang et al., 2021）。此外，一些高端中效過濾器還具備抗病毒性能，例如對流感病毒的去除率達到90%以上（Liu et al., 2022）。
2.2 減少設備汙染，延長使用壽命
空氣中的灰塵、毛發、花粉等顆粒物容易在空調係統內部積累，導致換熱器效率下降、風機負荷增大、甚至引發設備故障。中效過濾器可有效攔截這些大顆粒汙染物，減少設備內部結垢，保持係統清潔，從而延長設備使用壽命並降低維護成本。
2.3 提升係統能效，實現節能運行
過濾器的存在雖然會帶來一定的風阻，但其帶來的益處遠大於阻力損失。由於減少了設備內部的積塵，風機無需頻繁調速或增加功率來維持風量，從而降低了能耗。據《暖通空調係統節能設計手冊》（中國建築工業出版社，2022）指出，合理配置中效過濾器可使中央空調係統的整體能耗降低約8%～15%。
三、中效空氣除菌過濾器的節能優化機製分析
3.1 係統壓降與能耗關係模型
在中央空調係統中，空氣流動受到過濾器阻力的影響，形成係統壓降。壓降越大，風機所需克服的阻力越高，能耗也隨之上升。然而，高質量的中效過濾器能夠在保證過濾效率的前提下，控製初始壓降在較低水平，從而避免不必要的能量浪費。
下表展示了不同類型過濾器對係統壓降的影響對比：
| 過濾器類型 | 初始壓降（Pa） | 終點壓降（Pa） | 壓差變化率（%） |
|---|---|---|---|
| 初效過濾器 | 20 – 50 | 100 – 150 | 200% – 300% |
| 中效過濾器 | 50 – 100 | 150 – 250 | 150% – 250% |
| 高效過濾器 | 100 – 200 | 300 – 400 | 200% – 300% |
從表中可以看出，中效過濾器在初始階段的壓降適中，終點壓降也在可控範圍內，適合長期穩定運行。
3.2 風機能耗計算模型
風機是中央空調係統中耗電多的部件之一。其能耗可通過以下公式估算：
$$
P = frac{Q times Delta P}{eta}
$$
其中：
- $ P $：風機功率（W）
- $ Q $：風量（m³/s）
- $ Delta P $：係統壓降（Pa）
- $ eta $：風機效率（通常為0.6～0.8）
由此可見，壓降的降低可顯著減少風機功率需求，從而實現節能目標。
3.3 實際案例分析
以某大型商業綜合體為例，該建築原有空調係統僅配備初效過濾器，後期加裝中效空氣除菌過濾器。改造前後係統運行數據如下：
| 指標 | 改造前 | 改造後 | 變化幅度 |
|---|---|---|---|
| 平均風機功率（kW） | 45.2 | 40.1 | ↓11.3% |
| 係統年耗電量（kWh） | 1,200,000 | 1,060,000 | ↓11.7% |
| 空氣含菌量（CFU/m³） | 800 | 220 | ↓72.5% |
| 設備維護頻率 | 每季度一次 | 每半年一次 | ↓33.3% |
數據表明，加裝中效空氣除菌過濾器後，係統整體運行效率顯著提升，節能效果明顯。
四、國內外研究進展與技術比較
4.1 國內研究現狀
近年來，國內學者對中效空氣除菌過濾器在中央空調係統中的應用進行了廣泛研究。例如，李明等人（2021）在《建築科學》期刊中指出，中效過濾器配合紫外殺菌模塊使用，可進一步提升除菌效率至98%以上。同時，劉洋等人（2022）通過對多個醫院空調係統的實測分析發現，使用中效過濾器後，空調機組的清洗周期由原來的每季度縮短至每半年，大幅降低了運維成本。
4.2 國外研究進展
國外在空氣過濾技術方麵的研究起步較早，技術較為成熟。美國ASHRAE（美國采暖製冷與空調工程師協會）在其標準ASHRAE 52.2中詳細規定了空氣過濾器的測試方法和性能分級體係。根據ASHRAE報告（2021），在商業建築中使用MERV 8～13等級的中效過濾器，可有效改善室內空氣質量並實現節能目的。
德國弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）的一項研究表明，中效過濾器與智能控製係統結合使用，可根據空氣質量自動調節風速和過濾強度，從而實現動態節能控製（Müller et al., 2020）。
4.3 國內外產品技術對比
| 對比維度 | 國內產品特點 | 國外產品特點 |
|---|---|---|
| 技術水平 | 成熟，但創新較少 | 技術先進，注重智能化與集成化 |
| 價格區間 | 相對較低 | 較高 |
| 功能多樣性 | 多為基礎型 | 含抗菌、抗病毒、自潔等功能 |
| 控製方式 | 手動為主 | 多為智能聯動控製 |
| 品牌代表 | 格力、美的、康斐爾 | Camfil、AAF、Donaldson |
盡管國外產品在技術和功能性方麵具有一定優勢，但國內企業在性價比和服務響應速度上更具競爭力。
五、中效空氣除菌過濾器的選型與安裝建議
5.1 選型原則
選擇中效空氣除菌過濾器時，應綜合考慮以下因素：
- 過濾效率：根據使用場所的空氣質量要求選擇合適等級的過濾器；
- 壓降特性：優先選擇初始壓降低、風阻小的產品；
- 抗菌性能：適用於醫院、實驗室等特殊場所；
- 維護周期：考慮更換頻率及人工成本；
- 兼容性：確保與現有空調係統匹配，便於安裝與更換。
5.2 安裝位置建議
中效過濾器通常安裝於空調機組的新風入口或回風段，建議設置在初效過濾器之後、高效過濾器之前，以起到承上啟下的過濾作用。
5.3 日常維護要點
- 定期檢測壓差，當達到設定更換值時應及時更換；
- 清潔外部框架，防止二次汙染；
- 記錄更換周期，建立維護檔案；
- 結合空氣質量監測係統，實現智能預警。
六、結論與展望（略）
參考文獻
- 清華大學建築節能研究中心. (2023). 中國建築節能年度發展研究報告. 北京: 清華大學出版社.
- 中國建築工業出版社. (2022). 暖通空調係統節能設計手冊.
- Zhang, Y., Wang, L., & Li, M. (2021). "evalsuation of air filtration efficiency in central air conditioning systems." Journal of Building Engineering, 35, 102034.
- Liu, X., Chen, H., & Zhao, J. (2022). "Antibacterial and antiviral performance of medium-efficiency filters in HVAC systems." Indoor Air, 32(3), 112–121.
- ASHRAE. (2021). ASHRAE Standard 52.2: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
- Müller, T., Becker, S., & Hoffmann, R. (2020). "Smart control strategies for energy-efficient HVAC systems with advanced filtration." Energy and Buildings, 222, 110045.
- GB/T 13554-2020. 高效空氣過濾器 [Chinese National Standard].
（全文完）
