中效过滤器在实验室通风系统中的设计选型要点

一、引言

随着科学技术的不断发展，各类科研实验室的数量不断增加，对实验环境的要求也日益严格。良好的通风系统是保障实验室安全运行和实验人员健康的重要基础设施之一。在实验室通风系统中，空气过滤器作为关键组成部分，其性能直接影响空气质量、设备寿命及实验结果的准确性。

中效过滤器（Medium Efficiency Filter）位于初效过滤器之后、高效或超高效过滤器之前，主要作用是去除空气中粒径在1.0~5.0 μm之间的悬浮颗粒物，如细菌、花粉、部分粉尘等。它在空气净化系统中起着承上启下的重要作用，既能有效延长高效过滤器的使用寿命，又能降低系统的整体能耗。

本文将围绕中效过滤器在实验室通风系统中的设计与选型要点进行深入探讨，内容涵盖产品参数、选型标准、安装注意事项、国内外相关标准与规范，并引用国内外权威文献资料，力求为工程技术人员提供科学、实用的设计参考。

二、中效过滤器的基本原理与分类

2.1 基本原理

中效过滤器通过物理拦截、惯性碰撞、扩散效应等方式捕捉空气中的微小颗粒。其过滤效率通常以比色法（Colorimetric Method）或计重法（Gravimetric Method）表示，适用于去除中等粒径范围内的污染物。

2.2 分类方式

根据结构形式和材料类型，中效过滤器可分为以下几类：

类型	材料	特点	应用场景
袋式中效过滤器	合成纤维、玻璃纤维	容尘量大、阻力低、更换方便	大风量空调系统、实验室通风系统
板式中效过滤器	纸质/合成滤材	结构紧凑、成本低	小型空调机组、洁净室前段处理
折叠式中效过滤器	玻璃纤维、聚酯纤维	高效、高容尘量、适合自动化生产	医药、电子行业净化系统

三、中效过滤器的主要技术参数

在选型过程中，应重点关注以下几个关键参数：

3.1 过滤效率（Efficiency）

过滤效率是指过滤器对特定粒径范围内颗粒的捕集能力。对于中效过滤器而言，通常采用EN 779:2012或ASHRAE 52.2标准进行测试。不同标准下对中效过滤器的等级划分略有差异。

表1：EN 779:2012中中效过滤器分级标准

等级	初始效率（≥%）	平均效率（≥%）	粒径范围（μm）
M5	40	–	>0.4
M6	60	–	>0.4

表2：ASHRAE 52.2中中效过滤器分级标准

等级	最小效率报告值MERV（Minimum Efficiency Reporting Value）	粒径范围（μm）
MERV 8	70-85%	3.0-10.0
MERV 9	85-90%	1.0-3.0
MERV 10	90-95%	1.0-3.0

注：MERV是美国暖通空调工程师协会（ASHRAE）提出的过滤器效率评价体系，数值越高，过滤效果越好。

3.2 初始压降（Initial Resistance）

初始压降是指过滤器在新装状态下通过额定风量时产生的阻力，单位一般为Pa。该参数直接影响风机能耗和系统运行成本。

过滤器类型	初始压降（Pa）
袋式中效	50~150
板式中效	30~80
折叠式中效	40~100

3.3 终阻力（Final Resistance）

终阻力是指过滤器达到建议更换时间时的最大允许压降。超过此值后，需及时更换，以免影响系统效率或造成设备损坏。

过滤器类型	终阻力（Pa）
袋式中效	250~400
板式中效	150~250
折叠式中效	200~350

3.4 容尘量（Dust Holding Capacity）

容尘量是指过滤器在终阻时所能容纳的灰尘总量，单位为g/m²。容尘量越大，更换周期越长，维护成本越低。

过滤器类型	容尘量（g/m²）
袋式中效	300~800
板式中效	100~300
折叠式中效	200~600

3.5 风量（Airflow Rate）

风量是决定过滤器尺寸的关键因素，通常以m³/h表示。实验室通风系统中常见风量范围为500~10,000 m³/h。

四、中效过滤器在实验室通风系统中的设计要点

4.1 系统需求分析

在进行中效过滤器选型前，应首先明确实验室通风系统的功能需求，包括：

实验室类型（化学、生物、物理等）
污染源种类（挥发性有机物、粉尘、微生物等）
空气质量要求（ISO 14644-1、GB 50073等）
换气次数（ACH）
系统总风量
空调送风温度、湿度控制要求

4.2 过滤级别配置

实验室通风系统通常采用三级过滤配置：

初效过滤器：用于拦截大颗粒灰尘，保护后续过滤器。
中效过滤器：承担主要颗粒物去除任务，提升空气质量。
高效/超高效过滤器：用于洁净度要求高的区域，如生物安全实验室（BSL）、洁净室等。

4.3 选型计算方法

（1）风量匹配计算

公式如下：

$$ Q = A times v $$

其中：

$ Q $：风量（m³/s）
$ A $：风口面积（m²）
$ v $：风速（m/s）

（2）过滤器数量计算

$$ N = frac{Q}{q} $$

其中：

$ N $：所需过滤器数量
$ q $：单个过滤器的额定风量（m³/h）

4.4 布置方式与安装位置

中效过滤器一般布置于中央空调箱体内部或风管中段位置，常见安装方式包括：

垂直安装
水平安装
模块化组合安装

安装时应注意密封性、便于更换以及避免局部涡流产生。

五、中效过滤器选型标准与规范依据

5.1 国内标准

我国关于空气过滤器的标准主要包括：

GB/T 14295-2008《空气过滤器》
规定了空气过滤器的技术要求、试验方法、检验规则等内容。
GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》
主要适用于高效过滤器，但部分内容可作中效过滤器选型参考。
JG/T 404-2013《袋式空气过滤器》
对袋式过滤器的性能指标、检测方法进行了详细规定。

5.2 国际标准

国际上广泛采用的标准有：

EN 779:2012《Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance》
欧洲标准，定义了中效过滤器的分级和测试方法。
ASHRAE Standard 52.2-2017《Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size》
美国标准，强调按粒径分档效率评估过滤性能。
ISO 16890系列标准
替代EN 779，引入基于PM颗粒物分类的新型评级体系，更贴近实际应用需求。

六、典型应用场景与案例分析

6.1 生物安全实验室（BSL-2/BSL-3）

在BSL-2及以上等级实验室中，通风系统需满足较高的空气洁净度和安全性要求。中效过滤器常作为预过滤装置，配合高效HEPA过滤器使用。

表3：某高校BSL-2实验室中效过滤器选型参数表

参数项	数值
实验室面积	60 m²
换气次数	12次/小时
总风量	4320 m³/h
过滤器类型	袋式中效
过滤效率	EN779 M6（≥60%）
初始压降	≤120 Pa
容尘量	≥500 g/m²
更换周期	6~12个月

6.2 化学实验室

化学实验室通风系统需处理大量挥发性有机化合物（VOCs）及腐蚀性气体，中效过滤器在此类环境中主要用于预处理，减少对高效过滤器的负担。

表4：某化工企业研发中心通风系统中效过滤器配置表

参数项	数值
实验室用途	化学分析、样品制备
系统风量	8000 m³/h
过滤器类型	折叠式中效
过滤效率	ASHRAE MERV 9
工作温度	15~35℃
湿度控制	RH≤60%
使用周期	6个月

七、影响中效过滤器性能的因素分析

7.1 环境温湿度

高温高湿环境下，部分纸质或纤维材质的中效过滤器容易发生霉变、变形，影响过滤效率。因此，在潮湿环境中应优先选用耐湿性较好的合成纤维或玻纤材质。

7.2 灰尘浓度

进风含尘浓度越高，过滤器的容尘量越快被消耗，导致压降上升，更换频率增加。建议在污染较重的地区设置初效过滤器前置处理。

7.3 风速与风量波动

风速过高会增加过滤器阻力并可能引起滤材破损；风量不稳定则可能导致局部过载，影响整体系统平衡。设计时应考虑变频风机与自动控制系统配合使用。

7.4 安装方式与密封性

安装不当或密封不严会导致未经过滤空气旁路进入系统，降低整体净化效果。应加强施工监管，确保法兰连接处密封良好。

八、国内外研究进展与文献综述

8.1 国内研究现状

近年来，国内学者在空气过滤器性能优化方面开展了大量研究。例如，王志刚等（2021）在《暖通空调》期刊发表的文章中指出，中效过滤器在实验室通风系统中可显著降低PM2.5浓度，提高室内空气质量[1]。

李明等人（2022）在《洁净与空调技术》中通过对多个实验室通风系统的实测数据分析，提出中效过滤器在ASHRAE MERV 8以上等级能有效延长高效过滤器寿命达30%以上[2]。

8.2 国外研究进展

国外学者在过滤器性能测试与标准化方面起步较早。例如，ASHRAE Research Project RP-1691（2017）系统比较了不同中效过滤器在模拟实验室条件下的性能表现，结果显示袋式过滤器在容尘量和压降稳定性方面优于板式结构[3]。

欧洲学者Andersson et al.（2019）在《Building and Environment》中研究了中效过滤器对VOCs吸附能力的影响，发现某些改性纤维材料具备一定的辅助吸附功能[4]。

九、结语（略）

参考文献

王志刚, 张伟, 李芳. 中效过滤器在实验室通风系统中的应用研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(10): 78-82.
李明, 刘洋, 赵磊. 实验室通风系统中中效过滤器性能分析[J]. 洁净与空调技术, 2022(3): 45-49.
ASHRAE Research Project RP-1691. Performance Evaluation of Medium Efficiency Filters in Laboratory Environments. ASHRAE, 2017.
Andersson, K., Sjöström, J., & Lindblad, M. (2019). Impact of medium efficiency filters on VOC removal in laboratory ventilation systems. Building and Environment, 156, 106-115.
GB/T 14295-2008. 空气过滤器[S].
EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S].
ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].
ISO 16890-1:2016. Air filter for general ventilation – Testing and classification[S].

（全文约4500字）