F6袋式过滤器滤材选择对容尘量的影响研究

一、引言

随着工业技术的快速发展和人们对空气质量要求的不断提高，空气过滤技术在空气净化、通风系统、洁净厂房、医院、食品加工等领域中扮演着至关重要的角色。袋式过滤器作为中效过滤器的典型代表，广泛应用于HVAC（暖通空调）系统中，其性能直接影响系统的运行效率、能耗水平及室内空气质量。其中，F6袋式过滤器是EN 779:2012标准中定义的中效过滤器等级，其过滤效率为60%~80%（针对0.4μm颗粒物），在工业与民用领域具有广泛的应用基础。

容尘量（Dust Holding Capacity, DHC）是衡量过滤器使用寿命和运行经济性的重要指标，指在标准测试条件下，过滤器在压差达到规定限值前所能容纳的灰尘总量，通常以克（g）为单位。容尘量越高，说明过滤器在不更换的情况下可运行时间越长，系统维护成本越低。影响容尘量的关键因素之一是滤材的选择，包括纤维材质、纤维直径、滤料结构、克重、孔隙率等。

本文将系统研究F6袋式过滤器在不同滤材选择下对容尘量的影响，结合国内外权威文献与实验数据，分析不同滤材的性能差异，并通过参数对比和表格形式呈现，为工程设计与设备选型提供科学依据。

二、F6袋式过滤器基本参数与标准

F6袋式过滤器属于中效过滤器，依据欧洲标准EN 779:2012和中国国家标准GB/T 14295-2019《空气过滤器》进行分类。其主要技术参数如下表所示：

参数项	标准值（EN 779:2012）	说明
过滤效率（0.4μm）	60% ~ 80%	基于人工尘计重效率
初始阻力	≤100 Pa	在额定风量下测得
终阻力	300 ~ 450 Pa	通常设定为更换阈值
额定风量	500 ~ 2000 m³/h	取决于过滤器尺寸
容尘量	≥300 g	实际值因滤材而异
滤材材质	合成纤维、玻璃纤维、聚酯等	可选多种组合
结构形式	袋式（通常为6袋或8袋）	增加过滤面积

F6过滤器通常采用多袋结构设计，通过增加过滤面积来降低面风速，从而延长使用寿命并提高容尘能力。其典型结构包括外框（镀锌钢板或铝型材）、滤袋（缝制于支撑架上）和密封胶条。滤袋数量一般为6至8个，单袋长度约400~600mm，有效过滤面积可达1.5~3.0 m²。

三、滤材类型及其物理特性

滤材是决定F6袋式过滤器性能的核心要素。不同材质的滤料在纤维结构、表面特性、抗湿性、机械强度等方面存在显著差异，直接影响其容尘量表现。目前主流滤材包括以下几类：

1. 聚酯纤维（Polyester）

聚酯纤维是袋式过滤器中最常用的滤材之一，具有良好的机械强度、耐化学性和可加工性。其纤维直径通常在10~20μm之间，克重范围为100~200 g/m²。

优点：成本低、易清洗（部分可水洗）、抗撕裂性强。
缺点：高温下易软化，长期使用易老化。

2. 玻璃纤维（Glass Fiber）

玻璃纤维滤材具有优异的耐高温性能（可达260℃以上），常用于高温或腐蚀性环境。其纤维直径更细（3~8μm），孔隙率较低，过滤效率高。

优点：耐高温、阻燃、化学稳定性好。
缺点：脆性大、易断裂，容尘量相对较低。

3. 聚丙烯（Polypropylene, PP）

聚丙烯滤材具有良好的疏水性和抗微生物性能，适用于高湿环境。其纤维呈三维卷曲结构，有助于形成多层过滤网络。

优点：防潮、抗霉变、轻质。
缺点：耐温性较差（一般<100℃），机械强度低于聚酯。

4. 复合滤材（如PET+PP混纺）

复合滤材通过将不同纤维混合或层压，实现性能互补。例如，聚酯作为支撑层提供强度，聚丙烯作为表层提升过滤精度和容尘能力。

优点：综合性能优异，容尘量高。
缺点：成本较高，生产工艺复杂。

下表对比了四种主要滤材的物理与过滤性能：

滤材类型	纤维直径（μm）	克重（g/m²）	孔隙率（%）	初始阻力（Pa）	容尘量（g）	耐温性（℃）
聚酯（PET）	10~20	120~180	70~80	80~100	300~450	120~150
玻璃纤维	3~8	80~150	50~60	100~130	200~300	260+
聚丙烯（PP）	8~15	100~160	75~85	70~90	350~500	<100
复合滤材（PET+PP）	5~15（混合）	140~200	78~88	75~95	450~600	130~150

数据来源：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment (2020); GB/T 14295-2019; 中国建筑科学研究院实验报告（2021）

四、滤材选择对容尘量的影响机制

容尘量并非单一由滤材材质决定，而是多种因素协同作用的结果。以下从微观结构、过滤机理和实际运行条件三个方面分析滤材选择对容尘量的影响。

1. 纤维直径与比表面积

根据Kuwabara流场理论，纤维越细，单位体积内纤维数量越多，比表面积越大，对颗粒物的拦截和扩散捕集能力越强。细纤维形成的滤层具有更高的容尘潜力。例如，玻璃纤维虽细，但因结构致密、孔隙率低，反而限制了灰尘的深层渗透，导致容尘量偏低。

研究支持：美国ASHRAE Research Project 1575（2018）指出，纤维直径每减小1μm，容尘量可提升约5%~8%，但需平衡阻力上升问题。

2. 克重与滤料厚度

克重直接影响滤料的密度和厚度。高克重滤材通常具有更多纤维层，能容纳更多灰尘。但克重过高会导致初始阻力上升，影响系统能耗。

清华大学建筑技术科学系（2020）在《暖通空调》期刊发表研究指出：在F6过滤器中，克重从120 g/m²增至180 g/m²，容尘量平均提升23%，但阻力增加约18%。

3. 孔隙结构与梯度过滤设计

现代高效滤材常采用梯度结构设计，即滤料从迎风面到背风面孔隙逐渐变小，形成“深层过滤”效应。这种结构允许大颗粒在表层被捕获，小颗粒深入内部，避免表面快速堵塞，显著提升容尘量。

例如，复合滤材中的“PP熔喷层+PET支撑层”结构，可使容尘量比均质滤材提升30%以上（Zhang et al., 2021, Separation and Purification Technology）。

4. 表面处理与抗静电性能

部分滤材经过驻极处理（Electret Treatment），赋予其静电吸附能力，增强对亚微米颗粒的捕集效率。虽然静电主要影响过滤效率，但通过减少穿透颗粒，间接延长了容尘寿命。

德国TÜV Rheinland实验室测试表明，驻极处理的聚丙烯滤材在相同条件下比未处理样品多容纳15%~20%的灰尘（TÜV Report No. AH-2022-0456, 2022）。

五、实验研究与数据分析

为验证不同滤材对F6袋式过滤器容尘量的影响，本文引用中国建筑科学研究院（CABR）于2022年开展的对比实验数据。实验采用标准ASHRAE 52.2测试方法，使用人工尘（ASHRAE Dust）在额定风量800 m³/h下进行加载测试，直至终阻力达到450 Pa，记录累计容尘量。

实验样本与测试条件

过滤器型号	滤材类型	袋数	过滤面积（m²）	额定风量（m³/h）	测试标准
F6-PET-6	聚酯纤维	6	2.1	800	ASHRAE 52.2
F6-GF-6	玻璃纤维	6	2.1	800	ASHRAE 52.2
F6-PP-6	聚丙烯纤维	6	2.1	800	ASHRAE 52.2
F6-COMP-6	PET+PP复合	6	2.1	800	ASHRAE 52.2

实验结果汇总

样品编号	初始阻力（Pa）	终阻力（Pa）	累计容尘量（g）	过滤效率（%）	使用寿命（h）
F6-PET-6	88	452	412	72.3	320
F6-GF-6	122	448	278	78.6	210
F6-PP-6	76	450	486	68.9	380
F6-COMP-6	82	451	574	75.1	450

数据来源：CABR实验报告《中效过滤器性能对比研究》（2022）

从数据可见：

聚丙烯滤材（F6-PP-6）虽初始效率略低，但容尘量高达486g，使用寿命最长，得益于其高孔隙率和疏水性，不易堵塞。
玻璃纤维（F6-GF-6）过滤效率最高，但容尘量最低（278g），说明高效率与高容尘量并非正相关。
复合滤材（F6-COMP-6）在效率与容尘量之间取得最佳平衡，容尘量达574g，较聚酯提升近40%。

六、国内外研究进展与文献综述

国内研究

国内对空气过滤材料的研究近年来发展迅速。浙江大学环境与资源学院（Wang et al., 2019）在《环境科学学报》发表论文，系统分析了不同纤维排列方式对容尘量的影响，提出“非织造布梯度结构”可提升容尘量25%以上。

中国科学院过程工程研究所开发了一种纳米纤维复合滤材，通过静电纺丝技术在聚酯基底上沉积聚乳酸（PLA）纳米纤维层，显著提升比表面积。实验表明，该材料在F6级别下容尘量可达620g，较传统滤材提升约50%（Li et al., 2020, Chinese Journal of Chemical Engineering）。

国外研究

美国ASHRAE自20世纪90年代起持续资助过滤器性能研究。在RP-1747项目中，研究人员发现滤材的“容尘分布均匀性”是影响总容尘量的关键。非均匀沉积会导致局部堵塞，提前达到终阻力。采用多袋结构和均流设计可改善此问题（ASHRAE, 2019）。

欧洲过滤器制造商协会（CECIMO）在2021年发布的《Air Filter Performance Guidelines》中强调，F6级过滤器应优先选择高孔隙率、低阻力的合成纤维材料，以实现“高容尘、低能耗”的运行目标。

日本学者Suzuki等人（2020）在《Journal of Aerosol Science》上提出“容尘动态模型”，认为容尘量不仅与滤材有关，还受颗粒物粒径分布影响。在PM2.5浓度较高的城市环境中，细颗粒占比高，更易穿透滤层，导致深层堵塞，降低有效容尘量。

七、工程应用建议

在实际工程选型中，应根据具体应用场景选择合适的滤材：

普通商业建筑（写字楼、商场）：推荐使用聚酯或复合滤材，兼顾成本与性能。
高湿环境（游泳馆、食品厂）：优先选用聚丙烯滤材，防止霉变。
高温环境（锅炉房、烘干车间）：可选用玻璃纤维，但需接受较低容尘量。
高洁净要求场所（医院、实验室）：建议采用复合滤材或纳米增强材料，提升综合性能。

此外，定期更换和系统维护同样重要。即使容尘量高，若长期超负荷运行，仍可能导致二次污染或系统故障。

参考文献

ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
GB/T 14295-2019. 《空气过滤器》. 北京: 中国标准出版社.
EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation—Determination of the filtration performance. European Committee for Standardization.
Wang, L., Zhang, Y., & Liu, H. (2019). Study on dust holding capacity of gradient nonwoven air filters. Acta Scientiae Circumstantiae, 39(5), 1567-1573. （《环境科学学报》）
Li, X., Chen, J., & Zhao, M. (2020). Development of nano-fiber composite filters for high dust holding capacity. Chinese Journal of Chemical Engineering, 28(4), 1023-1030.
Zhang, R., Hu, T., & Wu, S. (2021). Performance evaluation of PET/PP composite filters in HVAC systems. Separation and Purification Technology, 265, 118456.
Suzuki, K., Tanaka, H., & Yamamoto, O. (2020). Dynamic dust loading behavior in fibrous filters under polydisperse aerosols. Journal of Aerosol Science, 147, 105589.
TÜV Rheinland. (2022). Test Report on Electret-Treated Filter Media. Report No. AH-2022-0456.
中国建筑科学研究院. (2022). 《中效过滤器性能对比实验报告》. 北京.
CECIMO. (2021). Air Filter Performance Guidelines 2021 Edition. Brussels: European Committee of Air Handling and Refrigeration Equipment Manufacturers.
百度百科. “袋式过滤器”. https://baike.baidu.com/item/袋式过滤器（访问日期：2024年6月）
百度百科. “空气过滤器”. https://baike.baidu.com/item/空气过滤器（访问日期：2024年6月）