板式中效过滤器与袋式过滤器在能耗与维护成本上的对比分析
一、引言
空气过滤器作为暖通空调（HVAC）系统中的关键部件，其性能直接影响到系统的运行效率、室内空气质量以及整体能耗水平。根据中国《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2016）和美国ASHRAE标准，空气过滤器被划分为初效、中效和高效三个等级。其中，中效过滤器广泛应用于医院、洁净厂房、实验室等对空气质量要求较高的场所。
目前市场上主流的中效过滤器类型主要包括板式中效过滤器与袋式中效过滤器。两者在结构设计、材料选择、气流阻力、使用寿命及维护频率等方面存在显著差异，从而导致在能耗表现与维护成本方面也有所不同。本文将围绕这两类中效过滤器展开详细对比分析，结合国内外研究成果、产品参数、能耗数据及维护记录，探讨其在实际应用中的优劣，并为工程选型提供参考依据。
二、产品概述与技术参数比较
2.1 板式中效过滤器
定义：板式中效过滤器是一种采用无纺布或玻璃纤维滤材制成的平板状结构过滤器，通常安装于风机盘管、新风机组等设备中，用于拦截空气中粒径在1~5μm之间的颗粒物。
主要特点：
- 结构紧凑，适用于空间受限场合；
- 初期压降低，运行能耗较低；
- 更换周期较短，维护频繁；
- 成本相对低廉。
典型产品参数（以某品牌为例）：
| 参数项 | 数值范围 |
|---|---|
| 过滤效率 | 65% ~ 85%（按EN779标准） |
| 初始压降 | ≤120 Pa |
| 额定风量 | 340 ~ 1000 m³/h |
| 尺寸规格 | 常见为610×610 mm |
| 使用寿命 | 3 ~ 6个月 |
2.2 袋式中效过滤器
定义：袋式中效过滤器由多个滤袋组成，通常采用合成纤维或玻纤复合材料制成，具有较大的容尘空间和较长的使用寿命，适合大风量系统的使用。
主要特点：
- 容尘量大，更换周期长；
- 初始压降略高，但长期运行更稳定；
- 适用于大型中央空调、洁净室等高负荷系统；
- 成本较高，但综合维护成本更低。
典型产品参数（以某品牌为例）：
| 参数项 | 数值范围 |
|---|---|
| 过滤效率 | 65% ~ 90%（按EN779标准） |
| 初始压降 | 150 ~ 250 Pa |
| 额定风量 | 1000 ~ 3000 m³/h |
| 滤袋数量 | 6 ~ 8个 |
| 使用寿命 | 6 ~ 12个月 |
三、能耗对比分析
空气过滤器在运行过程中会带来一定的气流阻力，这种阻力直接关系到风机的功率消耗。因此，压降特性是衡量过滤器能耗的关键指标之一。
3.1 初始压降与运行压降变化趋势
| 类型 | 初始压降（Pa） | 平均运行压降（Pa） | 压降增长率（%/月） |
|---|---|---|---|
| 板式中效过滤器 | 80 ~ 120 | 150 ~ 200 | 10% ~ 15% |
| 袋式中效过滤器 | 150 ~ 250 | 200 ~ 300 | 5% ~ 8% |
从上表可见，虽然袋式过滤器初始压降高于板式过滤器，但由于其容尘能力强，压降增长缓慢，整体运行期间的平均压降增幅较小。而板式过滤器由于体积小、容尘能力有限，压降上升较快，导致风机需频繁调速或增加功耗维持风量。
3.2 风机能耗计算模型
根据ASHRAE手册提供的风机功率计算公式：
$$
P = frac{Q cdot Delta P}{eta}
$$
其中：
- $P$：风机功率（kW）
- $Q$：风量（m³/s）
- $Delta P$：压降（Pa）
- $eta$：风机效率（一般取0.6）
假设风量为2000 m³/h（即约0.56 m³/s），则不同压降下的风机年耗电量可估算如下：
| 过滤器类型 | 平均压降（Pa） | 风机功率（kW） | 年耗电量（kWh/年） |
|---|---|---|---|
| 板式中效过滤器 | 175 | 0.163 | 1427 |
| 袋式中效过滤器 | 250 | 0.233 | 2040 |
尽管袋式过滤器初期能耗略高，但其更换周期更长，每年仅需更换1次，而板式过滤器通常每季度更换一次。若考虑更换后压降重置，则全年累计能耗反而可能更高。
3.3 实际案例分析
据《建筑节能》杂志2021年第6期报道，北京某写字楼项目对两种过滤器进行为期一年的对比测试：
| 项目 | 板式中效过滤器 | 袋式中效过滤器 |
|---|---|---|
| 更换次数 | 4次 | 1次 |
| 年度总能耗（kWh） | 5680 | 4920 |
| 单位面积能耗 | 0.28 kWh/m² | 0.24 kWh/m² |
结果表明，尽管袋式过滤器初始压降较高，但由于更换频率低、压降增长慢，其全年综合能耗反而低于板式过滤器。
四、维护成本对比分析
4.1 更换频率与人工成本
| 类型 | 推荐更换周期 | 更换次数（年） | 单次更换工时（h） | 人工成本（元/次） |
|---|---|---|---|---|
| 板式中效过滤器 | 3 ~ 6个月 | 2 ~ 4次 | 0.5 | 150 |
| 袋式中效过滤器 | 6 ~ 12个月 | 1 ~ 2次 | 1.0 | 300 |
从表中可以看出，板式过滤器更换频率高，虽然单次人工成本较低，但年度总人工费用往往更高。
4.2 材料成本对比
| 类型 | 单个价格（元） | 年度总材料成本（元） |
|---|---|---|
| 板式中效过滤器 | 150 ~ 200 | 600 ~ 800 |
| 袋式中效过滤器 | 400 ~ 600 | 400 ~ 600 |
袋式过滤器单价较高，但由于更换次数少，年度材料成本与板式基本持平甚至更低。
4.3 故障率与维修成本
据清华大学暖通研究所2019年发表的研究论文《中效空气过滤器运行经济性研究》，板式过滤器因频繁更换和压降波动较大，容易引起风机过载、系统失衡等问题，导致故障率上升。
| 类型 | 故障率（次/年） | 维修成本（元/年） |
|---|---|---|
| 板式中效过滤器 | 2.5 | 800 |
| 袋式中效过滤器 | 0.8 | 300 |
由此可见，袋式过滤器在运行稳定性方面更具优势，间接降低了系统的运维支出。
五、适用场景与选型建议
5.1 板式中效过滤器适用场景
- 空间受限的小型设备（如风机盘管、小型空调箱）；
- 对初期投资敏感、运行周期短的项目；
- 污染负荷较低的办公、商业环境。
5.2 袋式中效过滤器适用场景
- 大风量系统（如中央空调主机、洁净车间）；
- 对空气质量要求高且维护不便的区域；
- 长期运行项目，追求全生命周期成本最优。
5.3 选型决策模型
建立一个基于“年综合成本”的评估模型，包括能耗、材料、人工及维修四项：
| 成本项 | 板式中效过滤器（元/年） | 袋式中效过滤器（元/年） |
|---|---|---|
| 能耗成本 | 1427 | 2040 |
| 材料成本 | 700 | 500 |
| 人工成本 | 600 | 300 |
| 维修成本 | 800 | 300 |
| 年综合成本 | 3527 | 3140 |
注：能耗成本按每度电1.2元计，年运行时间按8000小时计算。
从该模型可见，尽管袋式过滤器在能耗方面稍逊一筹，但其在其他方面的成本节约使其年综合成本更低，更适合长期稳定运行的系统。
六、国内外研究现状综述
6.1 国内研究
- 《暖通空调》2020年第5期指出，袋式过滤器因其更高的容尘能力和更稳定的压降曲线，在大型公共建筑中应用更为广泛。
- 清华大学建筑学院2019年研究表明，袋式过滤器的单位容尘成本仅为板式的60%，具有更高的性价比。
6.2 国外研究
- ASHRAE Journal（2021）指出：“The bag filter’s lower maintenance frequency and higher dust holding capacity make it more suitable for high-efficiency HVAC systems.”（袋式过滤器更低的维护频率和更高的容尘能力使其更适合高效HVAC系统。）
- 英国CIBSE Guide B（2020版）推荐在商用楼宇中优先选用袋式过滤器，以降低运营成本并提升系统可靠性。
七、结论（不作结语，请读者自行总结）
参考文献
- GB50243-2016，《通风与空调工程施工质量验收规范》
- ASHRAE Standard 52.2-2017, "Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size"
- 《建筑节能》2021年第6期，“中效过滤器在办公楼中的能耗实测分析”
- 清华大学暖通研究所，《中效空气过滤器运行经济性研究》，2019年
- ASHRAE Journal, “Air Filtration Efficiency and System Performance”, May 2021
- CIBSE Guide B: Heating, Ventilating, Air Conditioning and Refrigeration Systems and Equipment, 2020 Edition
- 百度百科，“空气过滤器”，https://baike.baidu.com/item/空气过滤器
（全文完）
