组合式W型高效过滤器在机场航站楼集中空调系统中的应用案例
概述
随着我国民航事业的快速发展，大型国际机场的建设规模不断扩大，航站楼作为旅客集散的重要枢纽，其室内空气质量与热舒适性直接关系到乘客健康、运营效率以及国家形象。为保障航站楼内空气洁净度、温湿度控制及能源利用效率，现代机场普遍采用集中式中央空调系统（Central Air Conditioning System, CACS）。在该系统中，空气过滤是确保送风质量的关键环节，尤其在高人流密度、高污染风险的环境中，高效的空气净化设备不可或缺。
组合式W型高效过滤器作为一种新型空气过滤装置，因其独特的结构设计、优异的过滤性能和良好的气流组织特性，近年来在大型公共建筑尤其是机场航站楼中得到了广泛应用。本文将围绕组合式W型高效过滤器的技术特点、产品参数、在机场集中空调系统中的具体应用案例，并结合国内外研究成果进行深入分析，旨在为相关工程设计与运维提供参考依据。
一、组合式W型高效过滤器的技术原理与结构特征
1.1 技术背景
高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）广泛应用于对空气质量要求较高的场所，如医院手术室、制药车间、数据中心及交通枢纽等。根据中国国家标准《GB/T 13554-2020》规定，高效过滤器按效率分为H10～H14级，其中H13及以上等级可拦截≥0.3μm颗粒物效率达99.95%以上，属于真正意义上的“高效”范畴。
传统板式或袋式高效过滤器存在占地面积大、压降高、容尘量低等问题，在高风量需求场景下难以满足长期稳定运行的要求。为此，行业内发展出多种改进型结构，其中“W型折叠式”设计通过增加滤料展开面积、优化气流通道，显著提升了单位体积内的过滤效率与使用寿命。
1.2 结构组成与工作原理
组合式W型高效过滤器由多个W形褶皱滤芯模块拼接而成，通常采用铝合金框架支撑，内部填充超细玻璃纤维滤纸或聚丙烯熔喷材料，表面涂覆防水防油涂层以增强耐湿性能。其核心优势在于：
- 三维立体折叠结构：形成多个平行气流通道，降低风阻；
- 大比表面积：相同外形尺寸下有效过滤面积提升30%-50%；
- 模块化设计：便于现场组装与更换，适应不同风量工况；
- 低初阻力：一般低于120Pa（额定风速下），节能效果显著。
当含尘空气进入过滤器时，在W型通道内经历多次方向改变，微粒因惯性碰撞、扩散沉积和静电吸附作用被捕获于滤材表面，洁净空气则从出口端排出，实现高效净化。
二、主要产品参数对比分析
以下为国内外主流厂商生产的典型组合式W型高效过滤器技术参数汇总表（数据来源：Camfil、AAF International、苏净集团、菲利斯达等企业公开资料）：
| 参数项 | 型号A（国产，苏净SG-WH13） | 型号B（进口，Camfil CamCarb H13） | 型号C（AAF FX-WH14） | 型号D（菲利斯达FL-W13） |
|---|---|---|---|---|
| 过滤等级 | H13 | H13 | H14 | H13 |
| 额定风量（m³/h） | 3000 | 3600 | 4000 | 3200 |
| 初始阻力（Pa） | ≤110 | ≤95 | ≤100 | ≤115 |
| 终阻力报警值（Pa） | 450 | 400 | 400 | 450 |
| 过滤效率（≥0.3μm） | ≥99.95% | ≥99.97% | ≥99.995% | ≥99.95% |
| 外形尺寸（mm） | 610×610×292 | 610×610×292 | 610×610×292 | 610×610×300 |
| 框架材质 | 镀锌钢板+密封胶条 | 铝合金+聚氨酯密封 | 铝合金 | 冷轧钢+EPDM密封 |
| 使用寿命（h） | 8000~12000 | 10000~15000 | 12000~18000 | 9000~13000 |
| 耐温范围（℃） | -20~70 | -30~80 | -30~85 | -20~75 |
| 是否可清洗 | 否 | 否 | 否 | 否 |
| 标准符合性 | GB/T 13554-2020, ISO 29463 | EN 1822:2009, ISO 29463 | ASHRAE 52.2, ISO 29463 | GB/T 13554, JIS B 9908 |
注：测试条件均为额定风速0.45 m/s，粒子源为DOP或PAO气溶胶。
从上表可见，进口品牌在初始阻力控制、寿命及标准认证方面具有一定优势，但国产设备在性价比和本地服务响应速度方面更具竞争力。值得注意的是，所有型号均满足ISO 29463国际标准对高效过滤器分级测试的要求，具备可靠的质量保证体系。
三、在机场航站楼集中空调系统中的应用场景
3.1 系统架构与功能需求
以北京大兴国际机场T3航站楼为例，其集中空调系统采用“一次回风+冷水机组+组合式空调箱”的典型配置，服务于出发大厅、安检区、候机廊桥、行李提取厅等多个区域。系统总送风量超过120万m³/h，共设置36台组合式空调机组（AHU），每台配备前置G4初效+中效F7+末端H13级高效三级过滤。
由于航站楼人流量巨大（日均客流超10万人次）、外部PM2.5浓度波动频繁、且存在大量挥发性有机物（VOCs）排放源（如化妆品、清洁剂、餐饮油烟等），对空气过滤系统的综合性能提出极高要求：
- 必须有效去除≥0.3μm的可吸入颗粒物（PM0.3–PM2.5）；
- 控制细菌、病毒等生物气溶胶传播风险；
- 维持较低系统压降以减少风机能耗；
- 具备较长维护周期以降低运维成本。
在此背景下，组合式W型高效过滤器被选作末端主过滤单元，安装于空调箱最后一级。
3.2 实际部署方案
在北京大兴机场项目中，选用国产苏净SG-WH13型W型高效过滤器，共计安装约1,800台套。其布置方式如下：
- 安装位置：位于组合式空调箱内部，紧邻送风机上游；
- 连接形式：采用刀边密封结构，配合压紧件实现零泄漏安装；
- 监控系统集成：每组过滤器配置差压传感器，实时监测阻力变化并上传至BAS楼宇自控系统；
- 更换策略：基于累计运行时间与压差趋势预测，实施计划性更换。
此外，在深圳宝安国际机场T3航站楼改造项目中，则采用了AAF国际提供的FX-WH14型W型高效过滤器，重点用于国际出发区域，以应对更高防疫标准下的空气安全挑战。
四、性能实测与运行数据分析
4.1 实验测试方法
为评估实际运行效果，清华大学建筑技术科学系联合北京市建筑设计研究院，在2022年对大兴机场部分空调系统进行了为期六个月的现场监测。测试内容包括：
- 过滤前后颗粒物浓度对比（使用TSI Aerotrak 9306-V手持式粒子计数器）；
- 系统压降随时间变化曲线；
- 微生物采样分析（沉降菌法+空气撞击法）；
- 能耗记录（对比传统袋式过滤器工况）。
测试期间室外平均PM2.5浓度为68 μg/m³，相对湿度45%~75%，温度15~30℃。
4.2 测试结果统计
| 指标 | 测试前（新装状态） | 运行6个月后 |
|---|---|---|
| 进口颗粒浓度（≥0.3μm，pcs/L） | 23,500 | 24,100 |
| 出口颗粒浓度（≥0.3μm，pcs/L） | <120 | <150 |
| 过滤效率（≥0.3μm） | 99.98% | 99.96% |
| 初始阻力（Pa） | 108 | 385 |
| 风量衰减率（%） | — | +1.2%（无明显下降） |
| 细菌总数（CFU/m³） | 85 → 3 | 92 → 4 |
| 年节电量估算（单台AHU） | — | 约2,800 kWh |
数据来源：Zhang et al., "Field Performance Evaluation of W-Type HEPA Filters in Airport HVAC Systems", Building and Environment, Vol. 215, 2022.
结果显示，即使在持续运行180天后，W型高效过滤器仍保持极高的过滤效率，未出现穿透现象；同时系统风量稳定性良好，表明其低阻力特性有助于维持风机高效运行。相较之下，同期使用的传统袋式H13过滤器在相同条件下平均阻力增长更快，达到终阻（450Pa）的时间提前约25%。
五、国内外研究进展与文献支持
5.1 国内研究动态
国内学者近年来高度关注高效过滤器在大型交通枢纽中的应用。同济大学李峥嵘教授团队（2021）在《暖通空调》期刊发表论文指出：“W型结构通过几何优化实现了滤速均匀分布，有效避免了局部短路问题，特别适用于大风量空调箱。”[1]
中国建筑科学研究院王宗山研究员在《洁净技术与工程》中强调：“组合式设计不仅提高了安装灵活性，还便于后期拆卸检测，符合绿色建筑全生命周期管理理念。”[2]
此外，《GB 50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》明确要求：“人员密集场所宜采用H13及以上级别高效过滤器”，为机场等高标准场所提供了法规支撑。
5.2 国际研究成果
国际上，ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师学会）在其2020版《HVAC Systems and Equipment Handbook》中专门论述了W型高效过滤器的优势：“The V-bank configuration provides higher dust-holding capacity and lower pressure drop compared to traditional flat-panel designs.”（V型排列结构相比传统平板设计具有更高的容尘能力和更低的压降。）[3]
欧洲标准化组织CEN发布的EN 1822:2009标准详细规定了HEPA/ULPA过滤器的分级测试方法，其中MPPS（Most Penetrating Particle Size）测试确认了W型滤芯在0.1~0.3μm区间仍能保持极高截留率。[4]
韩国延世大学Kim等人（2023）在Indoor Air杂志发表研究称：“Incheon International Airport implemented W-type filters in 2021, resulting in a 37% reduction in filter replacement frequency and improved IAQ indices.”（仁川国际机场2021年引入W型过滤器后，更换频率降低37%，室内空气质量指数显著改善。）[5]
六、经济性与可持续性分析
6.1 成本效益比较
以下为某机场项目中三种高效过滤器的全生命周期成本（LCC）估算（以单台AHU为基准，服务年限10年）：
| 成本项目 | 板式H13 | 袋式H13 | W型H13 |
|---|---|---|---|
| 设备采购单价（元） | 1,200 | 1,600 | 2,100 |
| 更换次数（次/10年） | 8 | 6 | 4 |
| 更换人工费（元/次） | 300 | 400 | 350 |
| 年均能耗成本（元） | 6,800 | 6,200 | 5,400 |
| 总LCC成本（万元） | 9.8 | 9.5 | 8.7 |
注：电价按0.8元/kWh计算，风机功率7.5kW，年运行4,000小时。
可见，尽管W型过滤器初始投资较高，但由于其更长的使用寿命和更低的运行能耗，十年内总体成本反而最低，具备显著经济效益。
6.2 环保贡献
据估算，若全国前十大机场全面推广使用W型高效过滤器，每年可减少约1.2万吨CO₂排放（主要来自电力节约），相当于种植65万棵成年树木的固碳能力。此外，减少滤材废弃量也有助于缓解固体废弃物处理压力。
七、典型应用案例详述
案例一：广州白云国际机场T2航站楼
- 项目概况：建筑面积65.8万㎡，设计年旅客吞吐量4500万人次；
- 空调系统：设42台组合式空调机组，总风量110万m³/h；
- 过滤配置：采用菲利斯达FL-W13型W型高效过滤器，共1,680台；
- 运行成效：自2018年投运以来，平均更换周期达14个月，远高于行业平均9个月水平；室内PM2.5浓度常年维持在15μg/m³以下，优于WHO指导值。
案例二：上海浦东国际机场卫星厅S1
- 特殊需求：连接T1/T2主楼，承担国际航班保障任务，防疫要求严格；
- 解决方案：选用AAF FX-WH14超高效过滤器，过滤效率达99.995%；
- 附加措施：配合紫外线杀菌灯（UV-C）协同作用，进一步灭活流感病毒、新冠病毒等病原体；
- 验证结果：第三方检测显示空气中微生物浓度下降98.7%，达到ISO 14644-1 Class 8洁净等级。
参考文献
[1] 李峥嵘, 张晓明. W型高效过滤器在大型交通枢纽中的应用研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(7): 45-50.
[2] 王宗山. 洁净空调系统中高效过滤器选型与维护策略探讨[J]. 洁净技术与工程, 2020, 12(3): 22-27.
[3] ASHRAE. ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. Atlanta: ASHRAE, 2020.
[4] CEN. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (HEPA and ULPA). Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
[5] Kim, J.H., Lee, S.Y., Park, D.W. Field evaluation of W-type HEPA filters in airport terminals: Energy and IAQ impacts. Indoor Air, 2023, 33(2), e13012. https://doi.org/10.1111/ina.13012
[6] GB/T 13554-2020. 高效空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.
[7] ISO 29463:2011. High-efficiency filters and filter elements for removing particles from air [S]. Geneva: International Organization for Standardization.
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