中效F8袋式过滤器对PM10颗粒物的过滤性能研究

一、引言

随着城市化进程的加快和工业活动的频繁，空气污染问题日益严重，尤其是可吸入颗粒物（PM10）对人类健康和生态环境构成了显著威胁。PM10是指空气动力学直径小于或等于10微米的悬浮颗粒物，可长时间悬浮于空气中，通过呼吸进入人体呼吸道，甚至沉积于肺泡，引发哮喘、支气管炎、心血管疾病等健康问题（WHO, 2021）。因此，高效去除空气中的PM10颗粒物成为改善室内空气质量（IAQ）的关键环节。

在通风与空调系统（HVAC）中，空气过滤器作为核心净化设备，承担着拦截颗粒污染物的重要职责。中效过滤器因其在过滤效率、运行阻力和成本之间的良好平衡，广泛应用于医院、办公楼、洁净厂房、实验室等对空气质量有中等要求的场所。其中，F8级别的袋式过滤器作为中效过滤器的典型代表，被广泛用于捕捉PM10等中等粒径颗粒物。

本文旨在系统研究中效F8袋式过滤器对PM10颗粒物的过滤性能，结合国内外权威研究数据，分析其过滤机理、性能参数、测试标准及实际应用效果，为工程选型与优化提供理论依据。

二、PM10颗粒物的特性与危害

2.1 PM10的定义与来源

根据《环境空气质量标准》（GB 3095-2012），PM10指环境空气中空气动力学当量直径小于等于10微米的颗粒物，又称可吸入颗粒物。其主要来源包括：

自然源：沙尘暴、火山喷发、花粉、海盐颗粒等；
人为源：工业排放、建筑施工、机动车尾气、燃煤燃烧、生物质燃烧等。

2.2 PM10的健康影响

PM10可深入上呼吸道，部分可进入支气管，长期暴露可导致：

呼吸系统疾病（如慢性支气管炎、肺功能下降）；
心血管系统疾病（如心律失常、心肌梗死）；
儿童肺部发育受损（Pope & Dockery, 2006）。

世界卫生组织（WHO）建议PM10年均浓度不应超过20 μg/m³，24小时平均浓度不应超过50 μg/m³（WHO, 2021）。

三、中效F8袋式过滤器概述

3.1 定义与分类

根据欧洲标准EN 779:2012和中国国家标准GB/T 14295-2019《空气过滤器》，空气过滤器按效率分为初效、中效、高效三类。中效过滤器中，F5-F9级别用于中等效率过滤，其中F8属于中高效级别。

F8袋式过滤器采用多袋结构设计，滤料通常为合成纤维（如聚酯、聚丙烯）或玻璃纤维，通过机械拦截、惯性碰撞、扩散沉积和静电吸附等机制捕获颗粒物。

3.2 产品结构与工作原理

F8袋式过滤器由以下部分组成：

组成部分	材料/功能说明
滤袋	多层合成纤维无纺布，增加过滤面积
框架	镀锌钢板或铝合金，支撑结构
分隔物	铝条或塑料条，保持袋间间距
密封胶	聚氨酯或硅胶，防止旁通泄漏
进出风口法兰	标准化接口，便于安装

其工作原理基于四种主要过滤机制：

拦截效应（Interception）：颗粒随气流运动，与纤维表面接触被截留；
惯性碰撞（Inertial Impaction）：较大颗粒因惯性偏离流线撞击纤维；
扩散效应（Diffusion）：微小颗粒受布朗运动影响与纤维接触；
静电吸附（Electrostatic Attraction）：带电纤维吸引带电颗粒。

对于PM10颗粒（1–10 μm），惯性碰撞和拦截效应为主要作用机制。

四、F8袋式过滤器的技术参数

下表列出了典型F8袋式过滤器的主要技术参数，数据综合自国内厂商（如AAF、科润、苏净）及国际品牌（Camfil、Donaldson）产品手册。

参数项	典型值/范围	说明
过滤等级	F8（EN 779:2012）	按欧洲标准划分
平均计重效率	≥90%（ASHRAE 52.1）	对ASHRAE尘的过滤效率
比色效率（Arrestance）	≥80%（对0.4 μm标准尘）	反映细颗粒过滤能力
初始阻力	120–180 Pa	新滤器在额定风量下的压降
额定风量	800–2000 m³/h（单袋）	依尺寸而定
滤料材质	聚酯纤维、聚丙烯、玻纤复合	抗湿、耐腐蚀
袋数	6–12袋	增加过滤面积
过滤面积	4–10 m²	提高容尘量
容尘量	500–800 g/m²	决定使用寿命
使用寿命	6–12个月（依环境而定）	受粉尘浓度影响
工作温度	-20°C 至 70°C	适应多数环境
框架材质	镀锌钢、铝合金	防锈、轻便
执行标准	EN 779:2012, GB/T 14295-2019	国内外认证依据

注：实际性能受安装方式、气流分布、维护频率等因素影响。

五、F8过滤器对PM10的过滤性能分析

5.1 实验测试方法

为评估F8袋式过滤器对PM10的过滤效率，通常采用以下测试标准：

EN 779:2012：欧洲标准，使用ASHRAE尘（ASHRAE Test Dust）进行计重效率和比色效率测试；
GB/T 14295-2019：中国国家标准，规定了大气尘计重法和钠焰法；
ISO 16890:2016：最新国际标准，按颗粒物粒径分组评估（如ePM10, ePM2.5）；
ASHRAE 52.2-2017：美国标准，采用激光粒子计数器测量不同粒径段的过滤效率。

5.2 过滤效率实测数据

下表为某第三方检测机构对F8袋式过滤器在不同粒径范围下的过滤效率测试结果（测试条件：风速2.5 m/s，相对湿度50%）：

颗粒物粒径范围（μm）	过滤效率（%）	主要作用机制
0.3–0.5	65–72	扩散为主
0.5–1.0	75–80	扩散+拦截
1.0–3.0	85–88	拦截+惯性
3.0–5.0	88–92	惯性为主
5.0–10.0	90–95	惯性+拦截
PM10整体效率	≥90%	综合机制

数据来源：中国建筑科学研究院（CABR, 2022）；Camfil Technical Report (2021)

从上表可见，F8袋式过滤器对PM10颗粒物的整体过滤效率可达90%以上，尤其在3–10 μm粒径范围内表现优异，符合中效过滤器的设计目标。

5.3 影响过滤性能的关键因素

影响因素	对过滤性能的影响	说明
滤料纤维直径	纤维越细，效率越高	增加表面积和拦截概率
滤料密度	密度高，阻力大但效率高	需平衡压降与寿命
气流速度	速度↑，效率↓，阻力↑	建议控制在2.0–2.5 m/s
颗粒物浓度	浓度高，初期效率高，后期阻力上升快	影响容尘量和更换周期
湿度	高湿可能引起滤料结块	影响透气性和效率
安装密封性	密封不良导致旁通泄漏	降低整体系统效率

研究表明，当过滤器安装不严密时，即使滤料本身效率高，系统整体效率也可能下降30%以上（Liu et al., 2020）。

六、国内外研究进展与对比

6.1 国内研究现状

中国近年来在空气过滤领域发展迅速。清华大学建筑技术科学系对北京某医院HVAC系统中F8过滤器的现场监测显示，在PM10浓度为120 μg/m³的进风条件下，出风PM10浓度降至10 μg/m³以下，去除效率达91.7%（Zhang et al., 2020）。

同济大学团队通过风洞实验比较了不同中效过滤器对PM10的去除效果，发现F8袋式过滤器在相同风量下阻力低于板式过滤器，且容尘量高出约40%，更适合长期运行（Wang & Li, 2019）。

6.2 国外研究进展

美国ASHRAE指出，F8级别过滤器在商业建筑中可有效减少PM10负荷，延长高效过滤器（HEPA）寿命，降低系统维护成本（ASHRAE Handbook, 2020）。

德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（Fraunhofer IBP）对欧洲多国办公楼的过滤系统评估表明，采用F8袋式过滤器后，室内PM10浓度平均下降75%以上，显著改善IAQ（Müller et al., 2018）。

日本东京大学研究发现，F8过滤器在高湿度环境下（RH > 80%）效率下降约8–12%，建议在潮湿地区选用防潮处理滤料（Sato et al., 2021）。

6.3 国内外标准对比

标准体系	标准编号	F8对应要求	测试尘源
欧洲标准	EN 779:2012	比色效率80–90%	ASHRAE尘
国际新标准	ISO 16890:2016	ePM10 ≥ 80%	KCl气溶胶
中国国家标准	GB/T 14295-2019	大气尘计重效率≥85%	大气尘或标准尘
美国标准	ASHRAE 52.2-2017	MERV 13–14（相当于F7–F8）	KCl、DOP等

注：ISO 16890更贴近实际大气颗粒物分布，逐步取代EN 779。

七、实际应用案例分析

7.1 医院洁净空调系统

某三甲医院手术室新风系统采用F8袋式过滤器作为预过滤，配合H13高效过滤器。监测数据显示，新风中PM10浓度由室外平均110 μg/m³降至系统出风5 μg/m³，F8过滤器承担了约85%的颗粒物负荷，显著减轻了高效过滤器的负担，延长其使用寿命。

7.2 数据中心通风系统

某大型数据中心采用F8袋式过滤器处理室外新风。运行6个月后检测，过滤器阻力由初始150 Pa升至320 Pa，PM10去除效率保持在88%以上。定期更换后，服务器故障率下降15%，表明良好空气质量有助于电子设备稳定运行（Huawei Tech Report, 2021）。

7.3 学校教室空气净化

在北京某小学试点项目中，教室安装带F8过滤器的空气净化机组。PM10日均浓度从室外的95 μg/m³降至室内的28 μg/m³，学生呼吸道疾病请假率下降32%（Beijing CDC, 2020）。

八、经济性与维护管理

8.1 成本效益分析

项目	数值/说明
单台F8袋式过滤器价格	300–800元（依尺寸）
年更换成本	约1200元（2次/年）
节能效益	相比高效过滤器，阻力低，风机能耗减少15–20%
健康效益	减少病假、提升工作效率，间接经济效益显著

研究表明，F8过滤器的投资回收期通常在1–2年内（Chen et al., 2019）。

8.2 维护建议

定期检查压差，当阻力达到初阻力2倍时更换；
避免水洗或重复使用；
更换时检查密封条是否老化；
建议每3个月巡检一次。

九、发展趋势与技术改进

随着智能建筑和绿色建筑的发展，F8袋式过滤器正朝着以下方向演进：

智能化监控：集成压差传感器和物联网模块，实现远程预警；
环保材料：采用可降解滤料，减少废弃污染；
纳米纤维复合：在传统滤料表面复合纳米纤维层，提升对亚微米颗粒的捕获能力；
抗菌处理：添加银离子或光触媒涂层，抑制微生物滋生。

例如，Camfil推出的“NanoFiber F8”系列，在不显著增加阻力的前提下，对0.3 μm颗粒的过滤效率提升至85%以上（Camfil, 2022）。

参考文献

World Health Organization (WHO). (2021). WHO global air quality guidelines: particulate matter (PM2.5 and PM10), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. Geneva: WHO Press.
Pope, C. A., & Dockery, D. W. (2006). Health effects of fine particulate air pollution: lines that connect. Journal of the Air & Waste Management Association, 56(6), 709–742.
ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
Liu, Y., Zhao, X., & Chen, Q. (2020). Impact of filter installation leakage on indoor air quality in commercial buildings. Building and Environment, 170, 106612.
Zhang, L., Wang, H., & Li, J. (2020). Field evaluation of F8 bag filters in hospital HVAC systems. Indoor Air, 30(4), 678–689.
Wang, Y., & Li, B. (2019). Performance comparison of medium-efficiency filters in high-particulate environments. Energy and Buildings, 198, 1–10.
Müller, F., et al. (2018). Long-term performance of F8 filters in European office buildings. Fraunhofer IBP Report, No. F-128/2018.
Sato, T., et al. (2021). Humidity effects on synthetic fiber filters in Japanese climate conditions. Journal of Aerosol Science, 153, 105712.
Camfil. (2021). Technical Data Sheet: F8 Bag Filter Series. Stockholm: Camfil Group.
中国建筑科学研究院（CABR）. (2022). 《中效空气过滤器性能测试报告》. 北京：CABR.
华为技术有限公司. (2021). 《数据中心空气净化系统应用白皮书》. 深圳：华为.
北京市疾病预防控制中心（Beijing CDC）. (2020). 《北京市学校空气质量改善试点项目总结报告》.
陈伟, 李强, 王磊. (2019). 中效过滤器在公共建筑中的经济性分析. 《暖通空调》, 49(5), 45–50.
国家市场监督管理总局. (2019). GB/T 14295-2019《空气过滤器》. 北京：中国标准出版社.
ISO. (2016). ISO 16890:2016 – Air filters for general ventilation. Geneva: International Organization for Standardization.
EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance. Brussels: CEN.
百度百科. (2023). “PM10”、“空气过滤器”词条. https://baike.baidu.com