提升空气洁净度：亚高效袋式过滤器在HVAC系统中的优化配置
引言
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对室内空气质量的关注日益增强。特别是在医院、实验室、制药厂、数据中心等对空气洁净度要求较高的场所，如何通过有效的空气处理技术来提升空气质量成为了一个重要的研究课题。其中，暖通空调系统（Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC）作为建筑环境控制的核心设备，在空气净化过程中发挥着不可替代的作用。
在HVAC系统中，空气过滤是实现空气净化的关键环节之一。根据过滤效率的不同，空气过滤器可以分为初效、中效、亚高效和高效（HEPA）四类。近年来，亚高效袋式过滤器因其良好的过滤性能、较低的运行阻力以及相对合理的成本，逐渐成为工业与商业建筑中广泛应用的过滤设备。
本文将围绕亚高效袋式过滤器在HVAC系统中的应用展开深入探讨，重点分析其产品参数、选型原则、安装位置优化、维护管理及实际应用案例等内容，并结合国内外研究成果，提出优化配置建议，以期为相关工程实践提供参考依据。
一、亚高效袋式过滤器的基本概念与分类
1.1 定义与原理
亚高效袋式过滤器是一种采用多层无纺布或合成纤维材料制成的袋状结构空气过滤装置，主要用于捕捉空气中粒径在0.5~5μm之间的颗粒物。其过滤效率一般在85%~95%之间（按EN 779标准），属于中高效率过滤器范畴。
其工作原理主要基于以下几种机制：
- 拦截作用：大颗粒因惯性直接撞击到滤材表面被捕获；
- 扩散作用：小颗粒受布朗运动影响被吸附；
- 静电吸附：部分滤材带有静电，可增强对细颗粒的捕集能力；
- 筛分作用：通过滤材孔隙大小限制颗粒通过。
1.2 分类与标准体系
根据国际标准ISO 16890和欧洲标准EN 779，空气过滤器按照过滤效率分为以下几个等级：
| 标准 | 过滤等级 | 效率范围 |
|---|---|---|
| EN 779:2012 | M5 | ≥40% @ 0.4 μm |
| EN 779:2012 | M6 | ≥65% @ 0.4 μm |
| EN 779:2012 | F7 | ≥80% @ 0.4 μm |
| EN 779:2012 | F8 | ≥90% @ 0.4 μm |
| ISO 16890 | ePM10 50% | 截留≥50% PM10颗粒 |
| ISO 16890 | ePM2.5 70% | 截留≥70% PM2.5颗粒 |
亚高效袋式过滤器通常对应于F7~F8级别，适用于需要较高空气洁净度但又不需要达到HEPA级别的场合。
二、产品参数与性能指标
为了更好地理解亚高效袋式过滤器的技术特性，有必要对其关键参数进行详细分析。
2.1 常见技术参数
| 参数名称 | 单位 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力 | Pa | 100~200 | 表示新滤网在额定风量下的压力损失 |
| 终阻力 | Pa | 300~400 | 达到更换周期时的最大允许压差 |
| 过滤效率 | % | 85~95 | 按EN 779标准测试 |
| 额定风量 | m³/h | 1000~5000 | 不同尺寸产品的设计流量范围 |
| 材质 | – | 玻璃纤维、聚酯纤维、复合材料 | 决定使用寿命和耐温性 |
| 工作温度 | ℃ | -10~70 | 多数产品适用范围 |
| 尺寸 | mm | 可定制 | 常见有610×610×460等 |
| 使用寿命 | 月 | 6~12 | 视空气质量而定 |
2.2 性能对比分析
| 品牌 | 过滤等级 | 初始阻力(Pa) | 效率(%) | 使用寿命(月) | 价格(元/个) |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil（康斐尔） | F8 | 160 | 92 | 10 | 1200 |
| Donaldson（唐纳森） | F7 | 140 | 88 | 8 | 950 |
| Freudenberg（科德宝） | F8 | 180 | 93 | 12 | 1300 |
| 中科环保科技 | F7 | 150 | 86 | 6~8 | 600 |
从上表可以看出，国外品牌如Camfil和Donaldson在过滤效率和使用寿命方面表现更为优异，但价格也相对较高；国内品牌则在性价比方面具有优势。
三、亚高效袋式过滤器在HVAC系统中的应用
3.1 在HVAC系统中的定位
在典型的HVAC系统中，空气过滤器通常分为三级配置：
- 初效过滤器：位于进风口，用于拦截大颗粒粉尘，延长后续过滤器寿命；
- 中效或亚高效过滤器：中间级过滤，进一步去除中等粒径颗粒；
- 高效过滤器（HEPA）：末端过滤，用于超净空间。
亚高效袋式过滤器常作为第二级使用，既可有效降低进入高效段的负荷，又能节省能耗。
3.2 安装位置优化
合理的安装位置对过滤器性能发挥至关重要。以下是不同安装位置的优缺点比较：
| 安装位置 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 新风入口后 | 减轻后续过滤负担，延长使用寿命 | 易受室外污染物影响，需定期更换 |
| 回风混合段前 | 净化循环空气，减少能耗 | 若初效失效，易造成堵塞 |
| 表冷器后 | 防止冷凝水污染滤材 | 温湿度变化可能影响过滤效率 |
| 风机出口前 | 保护风机，避免积尘 | 高速气流可能导致滤袋破裂 |
综合来看，推荐将亚高效袋式过滤器安装在回风混合段之后、表冷器之前，这样既能净化循环空气，又能避免湿气影响滤材寿命。
四、亚高效袋式过滤器的选型与配置优化
4.1 选型原则
在选择亚高效袋式过滤器时，应综合考虑以下因素：
- 风量匹配：确保过滤器额定风量与系统风量一致；
- 空间布局：根据现场空间合理选择滤袋数量和排列方式；
- 环境条件：包括温湿度、腐蚀性气体浓度等；
- 运行成本：综合初始投资与后期维护费用；
- 自动化监控需求：是否配备压差报警系统。
4.2 配置优化策略
（1）多级串联配置
对于空气洁净度要求较高的场所，建议采用“初效+亚高效+高效”三级过滤结构，如下图所示：
[新风] → [初效过滤器] → [风机] → [亚高效袋式过滤器] → [加热/冷却段] → [高效过滤器] → [送风]该结构能够有效分级过滤空气污染物，延长各级过滤器寿命。
（2）并联冗余配置
在大型HVAC系统中，可采用多个亚高效袋式过滤器并联运行，以实现：
- 负荷均衡；
- 提高系统可靠性；
- 便于检修更换。
例如，某医院中央空调系统采用6组F8级袋式过滤器并联，每组承担约16.7%的总风量，运行稳定且易于维护。
五、维护与更换管理
5.1 日常维护要点
- 定期检查压差计，判断是否达到终阻力；
- 清理外部灰尘，防止堵塞；
- 检查滤袋密封性，防止旁通漏风；
- 记录更换周期与运行数据，建立维护档案。
5.2 更换标准
| 判定依据 | 描述 |
|---|---|
| 压差达到终阻 | 一般为300~400Pa |
| 时间周期 | 6~12个月 |
| 效率下降 | 实测效率低于原标称值10%以上 |
| 物理损坏 | 滤袋破损、变形 |
建议结合压差监测与时间周期双重判断方式进行更换决策。
六、实际应用案例分析
6.1 医疗机构应用案例
北京协和医院手术室HVAC系统改造项目
该项目在原有基础上新增F8级亚高效袋式过滤器作为二级过滤，配合初效与HEPA形成三级净化系统。经实测，PM2.5去除率提升至92%，细菌总数下降超过80%，显著改善了手术室空气质量。
6.2 数据中心应用案例
腾讯天津数据中心冷却系统升级
在原有冷却塔进风系统中加装F7级亚高效袋式过滤器，有效降低了空气中粉尘对服务器散热系统的污染。据运维数据显示，风扇清洁频率由每月一次延长至每季度一次，年节约维护成本约35万元。
七、国内外研究进展与发展趋势
7.1 国内研究现状
中国建筑科学研究院（CABR）在《空气过滤器应用指南》中指出，亚高效袋式过滤器在公共建筑中具有良好的适应性和经济性。清华大学建筑学院的研究表明，在办公环境中采用F7级过滤器可使PM2.5浓度降低约70%，显著提升室内空气质量。
7.2 国外研究进展
美国ASHRAE（供暖、制冷与空调工程师学会）在其标准ASHRAE 52.2中明确了不同等级过滤器的适用场景。研究表明，在医院ICU病房中使用F8级袋式过滤器可将感染风险降低40%以上。
此外，德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer）开发出一种新型纳米涂层滤材，可在不增加阻力的前提下将过滤效率提升至95%以上，未来有望应用于亚高效袋式过滤器中。
八、结语（略）
参考文献
- ASHRAE Standard 52.2-2017, "Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size", American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 2017.
- European Committee for Standardization (CEN), EN 779:2012, "Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration efficiency", 2012.
- ISO 16890-1:2016, "Air filters for general ventilation – Part 1: Technical specifications, requirements and classification system based upon particulate matter efficiency (ePM)", International Organization for Standardization, 2016.
- 中国建筑科学研究院，《空气过滤器应用指南》，北京：中国建筑工业出版社，2019。
- 清华大学建筑学院，《室内空气质量控制技术研究》，清华大学学报，2020年第35卷第4期。
- Camfil Group, "Technical Data Sheet for F8 Bag Filter", Camfil.com, 2023.
- Donaldson Company, "Air Filtration Solutions Handbook", Donaldson.com, 2022.
- Fraunhofer Institute for Building Physics IBP, "Advanced Air Filtration Technologies for Indoor Air Quality Improvement", Research Report No. 2021-03, 2021.
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