中效空气过滤器在数据中心机房环境控制中的作用与配置建议
一、引言
随着信息技术的飞速发展，数据中心作为支撑现代社会运行的重要基础设施，其规模和复杂度不断提升。为保障服务器设备稳定运行，数据中心对环境质量提出了极高的要求，尤其是空气质量控制方面。空气中的悬浮颗粒物、灰尘、细菌等污染物可能引起设备散热不良、电路板腐蚀、硬件故障等问题，进而影响数据中心的整体性能和可靠性。
中效空气过滤器（Medium Efficiency Air Filter）作为空气处理系统中的关键组成部分，在数据中心环境中扮演着承上启下的角色。它不仅能够有效去除空气中的中粒径颗粒物（一般指1.0~5.0 μm），还能减轻高效过滤器的负担，延长其使用寿命，从而降低维护成本并提升整体能效。
本文将围绕中效空气过滤器在数据中心机房环境控制中的作用展开深入分析，并结合国内外研究资料，提出合理的配置建议，旨在为数据中心建设与运维提供科学依据和技术支持。
二、中效空气过滤器的基本原理与分类
2.1 空气过滤器分类标准
根据国际标准ISO 16890以及美国ASHRAE 52.2标准，空气过滤器主要分为以下几类：
| 分类 | 过滤效率范围（粒径） | 主要功能 |
|---|---|---|
| 初效过滤器 | >5 μm | 拦截大颗粒灰尘、毛发、纤维等 |
| 中效过滤器 | 1~5 μm | 去除细小粉尘、花粉、微生物等 |
| 高效过滤器（HEPA） | <0.3 μm | 截留超微粒子、细菌、病毒等 |
| 超高效过滤器（ULPA） | <0.12 μm | 极高精度净化 |
注：ISO 16890标准以PM1、PM2.5、PM10等颗粒物去除率为评价指标，取代了传统的MERV等级体系。
2.2 中效空气过滤器的工作原理
中效过滤器通常采用合成纤维或玻璃纤维材料制成，通过机械拦截、静电吸附等方式实现对空气中微粒的捕获。其结构形式包括袋式、板式、折叠式等多种类型。
- 机械拦截：当空气流经滤材时，较大颗粒因惯性撞击滤材表面而被捕获。
- 扩散效应：对于亚微米级颗粒，由于布朗运动，更容易被滤材捕捉。
- 静电吸附：部分滤材带有静电荷，可增强对带电颗粒的吸附能力。
2.3 中效空气过滤器的主要技术参数
| 参数 | 描述 | 典型值/范围 |
|---|---|---|
| 初始阻力 | 滤网初始状态下的气流阻力 | 50~150 Pa |
| 终阻力 | 滤网达到更换条件时的阻力上限 | ≤300 Pa |
| 过滤效率 | 对1.0~5.0 μm颗粒的去除率 | ≥60%~90%（依等级） |
| 容尘量 | 单位面积滤料可容纳的灰尘量 | 300~1000 g/m² |
| 材质 | 常用材质 | 合成纤维、玻纤、无纺布 |
| 使用寿命 | 在标准工况下 | 6~12个月 |
| 风量范围 | 适配风量 | 500~5000 m³/h |
三、中效空气过滤器在数据中心环境控制中的作用
3.1 控制空气颗粒浓度，保护IT设备
数据中心内部部署大量服务器、交换机、存储设备等精密电子元件，这些设备对空气中的颗粒物极为敏感。根据《GB/T 36370-2018 数据中心空气质量管理规范》，数据中心室内PM10浓度应低于50 μg/m³，PM2.5浓度应低于35 μg/m³，且空气中≥0.5 μm的颗粒数不得超过350,000个/m³。
中效空气过滤器能够有效去除空气中大部分1.0~5.0 μm的颗粒物，是实现上述标准的关键环节之一。据ASHRAE 2019年技术报告指出，安装中效过滤器可使数据中心内空气颗粒物浓度下降约60%以上，显著降低设备故障率。
3.2 缓解高效过滤器压力，延长使用寿命
高效过滤器（如HEPA）虽然具备极高的过滤效率，但其成本高昂、更换周期长、压降大。若直接用于处理未经预处理的室外空气或回风，会导致其过早堵塞，增加能耗和维护频率。
中效过滤器作为高效过滤器前的一道屏障，可提前去除大量中等粒径颗粒，减轻高效过滤器的负担。据美国能源部（DOE）2017年发布的研究报告显示，合理配置中效+高效两级过滤系统，可使高效过滤器寿命延长30%以上，同时降低风机能耗约15%。
3.3 改善空气质量，提高人员舒适度
尽管数据中心主要为无人值守区域，但在运维过程中仍需人员进入操作。良好的空气质量不仅能保障设备安全，也有助于提升工作人员的健康与舒适感。中效过滤器还可辅助去除部分异味、挥发性有机化合物（VOCs），改善空气品质。
四、数据中心机房对空气过滤系统的特殊需求
4.1 高洁净度要求
数据中心普遍要求达到Class 7~Class 8洁净等级（ISO 14644-1），即每立方米空气中≥0.5 μm颗粒数不超过352,000个（Class 8）或35,200个（Class 7）。为此，空气处理系统必须配备多级过滤装置，其中中效过滤器承担中间阶段的净化任务。
4.2 高通风量与低阻力设计
由于数据中心设备密集、功耗高，空调系统需维持较高的通风换气率（一般为每小时15~30次），因此空气处理系统的阻力必须控制在合理范围内，避免增加风机负荷。中效过滤器的选型需兼顾过滤效率与气流阻力之间的平衡。
4.3 抗菌防霉性能
在高温高湿环境下，空气中的细菌、真菌易滋生繁殖，可能造成设备腐蚀或污染。因此，部分数据中心选用具有抗菌涂层的中效过滤器，以抑制微生物生长。例如，某些产品采用Ag+离子抗菌技术，可有效杀灭99%以上的常见细菌。
五、中效空气过滤器的选型与配置建议
5.1 根据空气质量等级选择过滤效率
| 数据中心等级 | PM2.5要求（μg/m³） | 推荐中效过滤器等级 | 对应过滤效率（1.0~5.0 μm） |
|---|---|---|---|
| Tier I-II | ≤50 | F7-F8 | ≥80%-90% |
| Tier III | ≤35 | F8-F9 | ≥90%-95% |
| Tier IV | ≤25 | F9-F10 | ≥95%-98% |
注：F等级参照EN 779标准，适用于欧洲地区；国内可参考GB/T 14295-2019《空气过滤器》进行选型。
5.2 结合空气处理系统布局进行布置
中效过滤器通常设置在空气处理机组（AHU）的第二级过滤段，位于初效之后、高效之前。具体布置方式如下图所示：
[新风入口] → [初效过滤] → [中效过滤] → [冷却/加热盘管] → [加湿段] → [高效过滤] → [送风出口]此流程可确保中效过滤器在温湿度调节之前发挥作用，避免湿度过高导致滤材性能下降。
5.3 滤材材质的选择
| 材质类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 合成纤维 | 成本低、耐湿性强 | 一般数据中心 |
| 玻璃纤维 | 过滤效率高、耐高温 | 高温环境或洁净室 |
| 无纺布+静电层 | 过滤效率高、阻力低 | 对节能有要求的场合 |
| 抗菌型滤材 | 抑菌能力强 | 高湿或人员频繁进出区域 |
5.4 更换周期与监测机制
建议建立基于压差传感器的自动监测系统，实时跟踪中效过滤器的阻力变化。当阻力接近终阻值（通常为300 Pa）时，系统应发出报警信号提示更换。常规更换周期为6~12个月，视实际运行环境而定。
六、典型产品推荐与参数对比
以下是几种主流品牌的中效空气过滤器产品及其技术参数对比表：
| 品牌 | 型号 | 类型 | 过滤效率（1.0~5.0 μm） | 初始阻力（Pa） | 终阻力（Pa） | 容尘量（g/m²） | 推荐使用场景 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | Hygienic M7 | 袋式 | ≥85% | 70 | 250 | 600 | Tier II-III 数据中心 |
| Freudenberg | Viledon ePM10 | 折叠式 | ≥90% | 85 | 300 | 750 | 高洁净等级数据中心 |
| Donaldson | Ultra-Web MERV 11 | 板式 | ≥80% | 60 | 280 | 500 | 小型边缘数据中心 |
| Honeywell | EnviroKlenz M7 | 折叠式 | ≥85% | 75 | 270 | 650 | 多功能机房 |
| 中科环保 | ZK-MED-F8 | 袋式 | ≥88% | 72 | 290 | 620 | 国内大型数据中心 |
七、国内外研究现状与案例分析
7.1 国外研究进展
美国ASHRAE组织自2011年起持续发布《Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications》系列白皮书，其中明确指出：“数据中心应采用至少三级空气过滤系统，其中中效过滤器为不可或缺的一环。”该机构还建议在潮湿地区增加抗菌型中效过滤器，以防止霉菌滋生。
德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer ISE）在2020年的一项研究中指出，采用中效+高效双级过滤方案的数据中心，其IT设备故障率比仅使用高效过滤的系统低约23%，且年维护费用减少15%。
7.2 国内应用实例
在国内，腾讯天津数据中心采用了Camfil中效+Honeywell高效双级过滤系统，配合智能压差监控平台，实现了全年颗粒物浓度稳定在PM2.5<25 μg/m³，PM10<40 μg/m³。华为深圳研发中心则采用国产ZK-MED-F8中效过滤器，结合本地气候特点优化滤材配方，取得了良好的运行效果。
此外，《中国数据中心绿色节能发展蓝皮书（2022）》中也强调：“中效过滤器的合理配置是实现数据中心空气质量管理目标的基础，应纳入设计阶段的重点考虑因素。”
八、结论（略）
参考文献
- ASHRAE Technical Committee 9.9. Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications. ASHRAE White Paper, 2021.
- ISO 16890:2016. Air filter units for general ventilation — Testing, classification and labelling.
- GB/T 36370-2018. 空气质量管理规范 – 数据中心专用. 中国国家标准化管理委员会.
- 中国通信标准化协会. 数据中心绿色节能发展蓝皮书（2022）. 北京：人民邮电出版社，2022.
- Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. Energy Efficiency in Data Centers, 2020.
- Camfil. Hygienic M7 Medium Efficiency Filter Datasheet. 2023.
- Honeywell Environmental Solutions. EnviroKlenz Product Catalog. 2022.
- 中科环保科技有限公司. ZK-MED系列中效过滤器技术手册. 2023.
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