F8袋式过滤器与初效、高效过滤器的级配使用方案

一、引言

在现代工业生产、洁净室环境控制、医疗设施及大型商业建筑中，空气过滤系统作为保障空气质量的核心组成部分，其设计与选型直接影响到系统的运行效率、能耗水平以及最终的洁净度等级。空气过滤器按照过滤效率可分为初效过滤器、中效过滤器（如F5-F9级）、高效过滤器（HEPA/ULPA）等。其中，F8袋式过滤器作为中效过滤器的典型代表，广泛应用于空气净化系统的中间级过滤环节，与初效和高效过滤器形成多级过滤体系，实现对空气中不同粒径颗粒物的高效拦截。

本文将系统阐述F8袋式过滤器的结构特点、技术参数及其与初效、高效过滤器的级配使用方案，结合国内外权威文献与实际工程案例，分析多级过滤系统的协同作用机制、选型原则、运行维护策略，并通过表格对比不同过滤器的技术性能，为工程设计与运维提供科学依据。

二、空气过滤器分类与标准体系

2.1 国际与国内标准

空气过滤器的性能评估主要依据国际标准ISO 16890（取代旧标准EN 779）和中国国家标准GB/T 14295-2019《空气过滤器》。ISO 16890根据过滤器对PM1、PM2.5、PM10等可吸入颗粒物的过滤效率进行分类，而GB/T 14295则延续了传统的“初效、中效、高中效、亚高效、高效”分类体系。

过滤器等级	ISO 16890分类	EN 779:2012（旧）	GB/T 14295-2019	典型应用场景
初效	Coarse	G1-G4	G1-G4	空调系统前端，去除大颗粒灰尘
中效	ePM1 50%-65%	F5-F6	F5-F6	商用空调、一般工业环境
F8袋式	ePM1 80%-90%	F8	F8	医院、电子厂、洁净室预过滤
高效	HEPA H13-H14	H13-H14	H13-H14	手术室、制药车间、半导体洁净室

注：ePM1指对0.3-1.0μm颗粒物的平均过滤效率。

资料来源：ISO 16890:2016《Air filters for general ventilation — Classification, performance testing and marking》；GB/T 14295-2019

三、F8袋式过滤器的技术特性

3.1 结构与材料

F8袋式过滤器通常由多个滤袋组成，滤袋数量一般为3-9个，采用无纺布或合成纤维（如聚酯、聚丙烯）作为滤料，支撑骨架为镀锌钢或不锈钢，外框为铝合金或镀锌钢板。其袋状结构显著增加了过滤面积，降低了风阻，提高了容尘量。

3.2 主要技术参数

参数项	典型值范围	说明
过滤效率（对0.4μm）	≥90%（F8级）	按EN 779标准测试
初始阻力	120-180 Pa	风速0.75 m/s时
额定风量	1000-3000 m³/h（单袋）	依袋数而定
容尘量	≥800 g	高于板式过滤器
滤料材质	聚酯纤维、玻纤复合	抗湿、抗撕裂
框架材质	镀锌钢板、铝合金	防腐蚀
使用寿命	6-12个月（视环境而定）	可清洗型较少
工作温度	-20℃ ~ 70℃	标准工况
湿度适应性	≤90% RH（非冷凝）	适用于多数环境

数据来源：Camfil集团技术手册（2022）、AAF International产品目录

F8袋式过滤器的优势在于其高容尘量和低终阻力特性。根据Camfil的研究，袋式过滤器在相同风量下，其单位面积阻力增长速率仅为板式过滤器的60%-70%，显著延长了更换周期，降低了运维成本（Camfil, 2021）。

四、初效过滤器的技术参数与功能

初效过滤器主要用于拦截空气中粒径大于5μm的颗粒物，如灰尘、花粉、纤维等，保护后级过滤器免受大颗粒堵塞，延长系统寿命。

4.1 初效过滤器类型与参数对比

类型	材质	初始阻力 (Pa)	过滤效率 (≥5μm)	容尘量 (g/m²)	应用场景
板式初效	无纺布/尼龙网	25-50	40%-60%	150-300	商场、办公楼
折叠式初效	合成纤维	30-60	60%-80%	300-500	工业厂房
自动卷绕式	可更换滤料卷	20-40	50%-70%	连续供料	高尘环境（如喷涂车间）

资料来源：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment (2020)

初效过滤器的选择应结合环境含尘浓度。例如，在城市商业建筑中，G4级初效过滤器足以满足需求；而在北方沙尘较多地区，建议采用G4+或折叠式初效，以提高预过滤效率（王伟等，2020，《暖通空调》）。

五、高效过滤器（HEPA）的技术特性

高效过滤器是空气净化系统的终端过滤设备，主要用于去除0.3μm以上的微粒，广泛应用于对空气质量要求极高的场所。

5.1 HEPA过滤器分类与参数

等级	过滤效率（0.3μm）	初始阻力 (Pa)	标准依据	典型应用
H13	≥99.95%	220-280	EN 1822, GB/T 6165	洁净室、实验室
H14	≥99.995%	240-300	EN 1822	手术室、制药GMP
U15	≥99.9995%	250-320	EN 1822	半导体洁净室

注：HEPA（High Efficiency Particulate Air）过滤器通常采用超细玻璃纤维纸作为滤料，通过扩散、拦截、惯性碰撞和静电吸附四种机制实现高效过滤（Kao, J. et al., 2019, Indoor Air）。

高效过滤器对前级过滤依赖性强。若前级过滤失效，大量粉尘将迅速堵塞HEPA滤芯，导致阻力急剧上升，甚至引发风机过载。因此，必须通过合理的级配设计保护高效过滤器。

六、F8袋式过滤器与初效、高效过滤器的级配方案

6.1 级配原理

多级过滤系统的设计遵循“逐级拦截、保护后级”的原则。其核心逻辑为：

初效过滤器：拦截大颗粒（>5μm），防止堵塞中效和高效过滤器；
F8袋式过滤器：去除中等粒径颗粒（1-5μm），显著降低进入高效过滤器的颗粒负荷；
高效过滤器：捕获亚微米级颗粒（<1μm），确保最终出风洁净度。

根据美国ASHRAE标准52.2，合理的级配可使高效过滤器的使用寿命延长2-3倍，系统总能耗降低15%-25%（ASHRAE, 2020）。

6.2 典型级配组合方案

应用场景	初效等级	中效等级	高效等级	设计风速 (m/s)	系统总阻力 (Pa)	参考标准
普通办公楼	G4	F7	—	0.6	300-400	GB 50736
医院普通病房	G4	F8	H13	0.7	600-750	GB 51039
手术室（百级）	G4	F8	H14	0.45	800-1000	GB 50333
制药C级洁净区	G4	F8	H13	0.5	700-900	GMP附录
半导体封装车间	G4	F9	U15	0.4	900-1200	ISO 14644-1

注：F9为更高一级中效过滤器，部分高要求场景可用F9替代F8。

6.3 级配系统性能模拟分析

根据清华大学建筑技术科学系的模拟研究（Zhang et al., 2021, Building and Environment），在相同风量（5000 m³/h）条件下，采用G4 + F8 + H13级配的系统，其高效过滤器更换周期可达18个月，而若仅使用G4 + H13，则H13在6个月内即达到终阻力（450 Pa），需更换。

方案	初效阻力终值	F8终阻力	H13终阻力	H13更换周期	年运维成本（元）
G4 + F8 + H13	150 Pa	300 Pa	400 Pa	18个月	12,000
G4 + H13（无中效）	120 Pa	—	450 Pa	6个月	36,000

数据来源：Zhang, Y. et al. (2021). Life cycle analysis of multi-stage air filtration systems in cleanrooms. Building and Environment, 195, 107732.

该研究证实，F8袋式过滤器作为中间级，可有效分担颗粒负荷，显著延长高效过滤器寿命，降低整体运维成本。

七、F8袋式过滤器在级配系统中的关键作用

7.1 延长高效过滤器寿命

F8过滤器对1-3μm颗粒的过滤效率可达85%以上，而这类颗粒正是导致HEPA过滤器压降快速上升的主要因素。通过前置F8过滤，可减少进入HEPA的颗粒物总量达70%以上（Liu et al., 2020, Journal of Aerosol Science）。

7.2 降低系统能耗

袋式过滤器的低终阻力特性使其在容尘过程中阻力增长平缓。对比板式F8过滤器，袋式在相同容尘量下阻力仅增加约40%，而板式可达80%。系统风机能耗与阻力成正比，因此采用袋式可节能10%-15%（Camfil Energy Audit Report, 2023）。

7.3 提高系统可靠性

F8袋式过滤器通常配备压差计接口，便于实时监测阻力变化，实现预测性维护。当阻力达到设定阈值（如300 Pa）时，系统可自动报警，提示更换，避免因过滤器堵塞导致风量下降或风机损坏。

八、实际工程案例分析

8.1 案例一：某三甲医院洁净手术部

系统配置：G4初效 + F8袋式 + H14高效
风量：8000 m³/h
运行周期：24个月
结果：H14过滤器终阻力为420 Pa（未达更换标准450 Pa），F8更换周期为12个月，系统风量稳定，洁净度达标（ISO 5级）。
结论：F8袋式过滤器有效保护了高效过滤器，实现了高效长周期运行。

8.2 案例二：北方某电子制造厂

环境特点：冬季沙尘严重，室外PM10浓度常超200 μg/m³
原方案：G3初效 + H13高效 → H13每4个月更换
优化方案：G4初效 + F8袋式 + H13高效 → H13更换周期延长至14个月
节能效果：年节电约18,000 kWh，运维成本下降42%

资料来源：李强等，《洁净技术在电子厂房中的应用》，《洁净与空调技术》，2022年第3期

九、选型与安装建议

9.1 选型要点

风量匹配：确保过滤器额定风量≥系统设计风量的1.1倍；
阻力匹配：各级过滤器阻力之和应小于风机全压的80%；
环境适应性：高湿环境应选用防霉滤料，腐蚀性环境应采用不锈钢框架；
维护便利性：袋式过滤器应预留足够更换空间，建议采用滑轨式安装。

9.2 安装注意事项

初效与F8之间应保持至少150mm间距，避免气流短路；
F8与高效之间建议设置均流段，确保气流均匀分布；
所有过滤器应密封安装，防止旁通漏风（漏风率应<3%）。

十、运行维护与监测

10.1 维护周期建议

过滤器类型	建议检查周期	更换条件
初效	每月	阻力达初始1.5倍或目视脏污
F8袋式	每2个月	阻力≥300 Pa 或使用满12个月
高效	每季度	阻力≥450 Pa 或扫描检漏不合格

10.2 监测手段

压差监测：安装U型压差计或电子压差传感器；
颗粒物浓度监测：在高效出风口设置粒子计数器，实时监控洁净度；
定期检漏：对HEPA过滤器每半年进行DOP或PAO检漏测试（依据GB/T 13554-2020）。

参考文献

ISO 16890:2016. Air filters for general ventilation — Classification, performance testing and marking. International Organization for Standardization.
GB/T 14295-2019. 空气过滤器. 中国国家标准化管理委员会.
ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
Camfil. (2021). The Role of Bag Filters in Energy Efficient Air Filtration. Camfil Group Technical White Paper.
Zhang, Y., Chen, Q., & Wang, S. (2021). Life cycle analysis of multi-stage air filtration systems in cleanrooms. Building and Environment, 195, 107732.
Liu, X., Li, B., & Zhao, M. (2020). Particle loading behavior of HEPA filters under different pre-filtration conditions. Journal of Aerosol Science, 147, 105589.
Kao, J., Sadrzadeh, M., & Perng, Y. (2019). Mechanisms of particle capture in fibrous filters: A review. Indoor Air, 29(4), 515-532.
李强, 王磊. (2022). 洁净技术在电子厂房中的应用. 《洁净与空调技术》, (3), 45-49.
王伟, 张华. (2020). 不同气候区空调系统初效过滤器选型研究. 《暖通空调》, 50(8), 112-116.
GB 50333-2013. 医院洁净手术部建筑技术规范. 中华人民共和国住房和城乡建设部.
GB 51039-2014. 综合医院建筑设计规范. 中国计划出版社.
Camfil. (2023). Energy Audit Report: Comparison of Bag and Panel Filters in Industrial Applications. Camfil China.
AAF International. (2022). Product Catalog: Air Filtration Solutions. AAF Flanders.
GB/T 6165-2020. 高效空气过滤器性能试验方法. 中国标准出版社.
GB/T 13554-2020. 高效空气过滤器. 中国标准出版社.

（完）