組合式中效過濾器在潔淨廠房空氣處理中的性能分析 一、引言：潔淨廠房對空氣質量的嚴格要求 隨著現代工業技術的發展，尤其是在半導體製造、生物醫藥、食品加工和精密電子等領域，潔淨廠房的應用日益廣...
組合式中效過濾器在潔淨廠房空氣處理中的性能分析
一、引言：潔淨廠房對空氣質量的嚴格要求
隨著現代工業技術的發展，尤其是在半導體製造、生物醫藥、食品加工和精密電子等領域，潔淨廠房的應用日益廣泛。潔淨廠房的核心功能之一是通過空氣淨化係統維持室內空氣的潔淨度，以滿足生產環境對微粒和微生物濃度的嚴格控製要求。在此過程中，空氣過濾器作為空氣淨化係統的關鍵組成部分，承擔著攔截空氣中懸浮顆粒物的重要任務。
根據《高效空氣過濾器》（GB/T 13554-2020）國家標準及相關國際標準ISO 16890，空氣過濾器按照過濾效率可分為初效、中效、高效和超高效四類。其中，中效過濾器處於空氣處理流程的中間環節，主要負責攔截1～5 μm範圍內的顆粒物，既能有效延長高效過濾器的使用壽命，又能提高整體係統的運行效率。
組合式中效過濾器是一種結構設計更為靈活、適應性更強的中效過濾設備，其特點是將多個濾材模塊集成在一個框架內，形成多層或多通道的過濾結構。相比傳統單一結構的中效過濾器，組合式中效過濾器在風量適配性、壓降控製、安裝便捷性和維護成本等方麵具有明顯優勢，因此在大型潔淨廠房中得到了廣泛應用。
本文將圍繞組合式中效過濾器的基本結構與原理、產品參數、性能指標、實際應用案例以及國內外研究進展等方麵進行係統分析，並結合相關文獻資料，探討其在潔淨廠房空氣處理係統中的作用與發展趨勢。
二、組合式中效過濾器的基本結構與工作原理
2.1 結構組成
組合式中效過濾器通常由以下幾個主要部分構成：
| 部件名稱 | 材料/功能說明 |
|---|---|
| 外框 | 一般采用鍍鋅鋼板或鋁合金材料，提供結構支撐和密封性 |
| 濾芯模塊 | 多個獨立濾材單元組成，可為袋式、褶皺式或平板式結構，便於更換和維護 |
| 密封墊片 | 矽膠或橡膠材質，防止漏風，確保氣流完全經過濾材 |
| 連接法蘭 | 標準化接口設計，便於與空調機組或風管連接 |
這種模塊化設計使得組合式中效過濾器能夠根據不同的風量需求和空間限製進行靈活配置，適用於多種通風係統布局。
2.2 工作原理
組合式中效過濾器的工作原理基於機械攔截和靜電吸附相結合的方式。當空氣流經濾材時，較大的顆粒物首先被物理阻擋，而較小的顆粒則可能因纖維之間的靜電效應被捕獲。其過濾機製主要包括以下幾種方式：
- 慣性碰撞：大顆粒由於慣性偏離氣流方向撞擊到纖維上並被捕獲；
- 截留作用：中等大小顆粒隨氣流運動時被纖維直接捕獲；
- 擴散沉積：小顆粒由於布朗運動與纖維接觸後被捕獲；
- 靜電吸附：某些濾材帶有靜電荷，能增強對細小顆粒的吸附能力。
這些機製共同作用，使得組合式中效過濾器能夠在較低阻力下實現較高的過濾效率，從而提升整個空氣淨化係統的性能。
三、組合式中效過濾器的主要產品參數與性能指標
為了評估組合式中效過濾器的性能，需參考一係列標準化測試參數。以下是一些常見的關鍵參數及其典型值範圍（依據ASHRAE 52.2和GB/T 14295-2019）：
| 參數名稱 | 定義及單位 | 典型範圍/數值 |
|---|---|---|
| 初始壓降 | 新濾材在額定風速下的壓力損失（Pa） | 80～150 Pa |
| 過濾效率 | 對特定粒徑顆粒的去除率（%） | ≥60%（3～10 μm），≥40%（1～3 μm） |
| 容塵量 | 單位麵積濾材所能容納的大灰塵量（g/m²） | 300～600 g/m² |
| 額定風速 | 推薦使用風速（m/s） | 2.5～3.0 m/s |
| 使用壽命 | 正常工況下的更換周期 | 6～12個月 |
| 材質類型 | 常見濾材種類 | 聚酯纖維、玻璃纖維、靜電棉等 |
| 尺寸規格 | 常用尺寸（mm） | 484×484×46、610×610×46等 |
| 防火等級 | UL 900防火認證等級 | Class 2 或 Class 1 |
| 漏風率 | 邊緣密封性檢測結果 | ≤0.03% |
上述參數不僅影響過濾器的性能表現，也直接關係到係統的能耗、運行成本和維護頻率。例如，初始壓降過高會增加風機負荷，導致能耗上升；容塵量不足則會導致頻繁更換濾材，增加運維成本。
四、組合式中效過濾器在潔淨廠房中的應用性能分析
4.1 在HVAC係統中的位置與作用
組合式中效過濾器通常位於空氣淨化係統的第二級，介於初效過濾器與高效過濾器之間。其主要作用包括：
- 預處理保護高效過濾器：攔截中等粒徑顆粒，減少高效過濾器的負擔，延長其使用壽命；
- 調節空氣品質：提升進入高效段前的空氣潔淨度，保障終出風口的空氣質量；
- 節能降耗：通過合理的壓降控製，降低風機能耗，提高係統整體能效。
4.2 性能對比實驗研究
國內學者張曉峰等人（2021）在《潔淨室中效過濾器性能比較研究》中，對不同類型的中效過濾器進行了實驗室模擬測試，結果顯示組合式中效過濾器在相同風量條件下，平均壓降比傳統袋式中效過濾器低約15%，且在容塵量方麵提高了20%以上。
| 過濾器類型 | 平均壓降（Pa） | 容塵量（g/m²） | 過濾效率（1～5 μm） |
|---|---|---|---|
| 傳統袋式中效 | 135 | 400 | 62% |
| 組合式中效 | 115 | 480 | 68% |
| 高分子靜電中效 | 120 | 420 | 65% |
數據來源：張曉峰等，《潔淨室中效過濾器性能比較研究》，《暖通空調》，2021年第4期。
此外，國外研究如ASHRAE RP-1778項目（2020）指出，在高溫高濕環境下，組合式中效過濾器的穩定性優於傳統結構，其過濾效率下降幅度僅為5%，而普通中效過濾器可達10%以上。
五、國內外研究進展與技術發展趨勢
5.1 國內研究現狀
近年來，中國在潔淨技術領域的研究取得了顯著進展。清華大學、同濟大學、中國建築科學研究院等機構紛紛開展中效過濾器的性能優化研究。例如，李華等人（2022）在《新型複合中效過濾材料的開發與應用》中提出了一種基於納米纖維複合材料的中效過濾器，其在保持低阻力的同時，對PM2.5的過濾效率達到85%以上。
5.2 國際研究動態
國際上，歐美國家在空氣過濾領域長期處於領先地位。美國ASHRAE（美國采暖、製冷與空調工程師學會）持續更新其過濾器分級標準（如ASHRAE 52.2-2017），推動過濾器性能評價體係的完善。歐洲EN 779:2012標準也將中效過濾器劃分為F5～F9等級，分別對應不同的過濾效率和適用場景。
| 等級 | 過濾效率（按ePM1計） | 適用場所示例 |
|---|---|---|
| F5 | 40%～60% | 普通工業廠房 |
| F6 | 60%～80% | 醫療器械車間 |
| F7 | 80%～90% | 生物製藥潔淨區 |
| F8 | 90%～95% | 半導體無塵室 |
| F9 | >95% | 特殊高潔淨度區域 |
資料來源：ASHRAE Standard 52.2-2017, EN 779:2012
此外，德國Fraunhofer研究所開發了智能型中效過濾器，內置傳感器可實時監測壓差變化和濾材狀態，實現預測性維護管理，大幅降低了人工巡檢成本。
六、組合式中效過濾器的選型建議與工程實踐
6.1 選型原則
在潔淨廠房的設計與改造中，選擇合適的組合式中效過濾器應考慮以下因素：
- 潔淨等級要求：依據ISO 14644-1標準確定所需潔淨度等級；
- 風量匹配：根據空調係統風量計算所需過濾器數量和尺寸；
- 耐久性與維護周期：綜合考慮容塵量、使用壽命和更換便利性；
- 防火與環保要求：是否符合UL、CE等國際認證；
- 成本效益分析：初期投資與後期運維費用的平衡。
6.2 工程應用實例
某半導體製造廠在其潔淨車間升級項目中采用了組合式中效過濾器（型號：KLC-F7-CM），其主要參數如下：
| 參數 | 數值 |
|---|---|
| 過濾效率 | ePM1 ≥ 85% |
| 初始壓降 | 110 Pa |
| 容塵量 | 500 g/m² |
| 尺寸 | 610×610×46 mm |
| 材質 | 複合聚酯+靜電棉 |
| 安裝方式 | 吊頂式模塊化安裝 |
該係統運行半年後，實測數據顯示其對0.5 μm以上顆粒的總去除率達到92%，同時風機能耗較原係統下降約18%。這表明組合式中效過濾器在實際工程中具有良好的性能表現。
七、結論與展望（略）
參考文獻
- 張曉峰, 王磊, 李明. 潔淨室中效過濾器性能比較研究[J]. 暖通空調, 2021(4): 45-50.
- 李華, 劉洋. 新型複合中效過濾材料的開發與應用[J]. 空氣淨化技術與設備, 2022(3): 12-18.
- ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
- EN 779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance.
- ISO 16890-1:2016, Air filters for general ventilation – Part 1: Technical specifications.
- GB/T 13554-2020, 高效空氣過濾器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2020.
- GB/T 14295-2019, 空氣過濾器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2019.
- ASHRAE Research Project RP-1778, Performance evalsuation of Medium Efficiency Filters under High Humidity Conditions, 2020.
- Fraunhofer Institute for Building Physics, Smart Filter Monitoring System, 2021.
（全文共計約3000字）
