初中效板式过滤器在机场航站楼空气处理机组中的实际表现
概述
随着我国民用航空业的迅猛发展，机场作为国家重要的交通枢纽和城市门户，其室内空气质量（IAQ, Indoor Air Quality）日益受到关注。航站楼作为人员高度密集、空间开放、气流复杂的大型公共建筑，其空调系统必须具备高效、稳定、节能的空气处理能力。空气处理机组（Air Handling Unit, AHU）是实现这一目标的核心设备之一，而其中配置的初中效板式过滤器则在保障送风洁净度、延长末端高效过滤器寿命、降低能耗等方面发挥着不可替代的作用。
本文将围绕初中效板式过滤器在机场航站楼空气处理机组中的实际应用表现，从产品定义、结构原理、技术参数、性能指标、运行实测数据、国内外研究现状及典型案例等多个维度进行系统分析，结合权威文献与工程实践，全面评估其在复杂环境下的适应性与综合效能。
1. 初中效板式过滤器的基本概念
1.1 定义与分类
根据中华人民共和国国家标准《GB/T 14295-2019 空气过滤器》的规定，空气过滤器按效率等级分为初效（G级）、中效（M级）、高中效（F级）和高效（H级及以上）。其中，初中效板式过滤器通常指过滤效率介于G3至F6之间的平板式结构过滤器，广泛应用于中央空调系统的预过滤与中间过滤环节。
板式过滤器因其结构简单、安装便捷、成本低廉、维护方便等优点，在机场、医院、商场、写字楼等大型公共建筑中被广泛采用。
1.2 结构组成与工作原理
初中效板式过滤器一般由以下几部分构成：
| 组成部件 | 材料类型 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 滤料 | 合成纤维、玻璃纤维、聚酯无纺布 | 实现颗粒物拦截，主要依靠惯性碰撞、扩散、拦截等机制 |
| 框架 | 铝合金、镀锌钢板、塑料 | 支撑滤料，保证结构强度与密封性 |
| 分隔网/支撑网 | 镀锌钢丝网或塑料网 | 防止滤料塌陷，提高容尘量 |
| 密封边条 | 聚氨酯泡沫或橡胶条 | 确保安装时与箱体无缝贴合，防止旁通泄漏 |
其工作原理基于多机制协同作用：
- 惯性撞击：大颗粒（>1μm）因气流方向改变而撞击滤料纤维被捕获；
- 拦截效应：中等粒径颗粒随气流接近纤维表面时被直接捕获；
- 扩散沉积：亚微米级颗粒（<0.1μm）因布朗运动与纤维接触而附着；
- 静电吸附（部分带电滤料）：增强对细小颗粒的捕捉能力。
2. 主要技术参数与性能标准
为科学评估初中效板式过滤器的实际表现，需参考国际通用标准体系。目前主流标准包括：
- 中国：GB/T 14295-2019
- 欧洲：EN 779:2012（已被EN ISO 16890取代）
- 国际：ISO 16890:2016
- 美国：ASHRAE 52.2-2017
下表对比了不同标准下初中效过滤器的分级与性能要求：
| 过滤等级 | GB/T 14295-2019 | EN 779:2012 | ISO 16890:2016 | ASHRAE 52.2 MERV | 典型效率范围（针对0.4μm颗粒） |
|---|---|---|---|---|---|
| G3 | ≥50% (计重法) | F5 | Coarse | MERV 6–7 | 20–35% |
| G4 | ≥80% (计重法) | F6 | Coarse+ | MERV 8 | 35–50% |
| M5 | ≥40% (比色法) | M5 | ePM1 50–65% | MERV 11 | 50–65% |
| M6 | ≥60% (比色法) | M6 | ePM1 65–80% | MERV 12 | 65–80% |
| F7 | ≥80% (比色法) | F7 | ePM1 80–90% | MERV 13–14 | 80–90% |
| F8 | ≥90% (比色法) | F8 | ePM1 90–95% | MERV 15 | 90–95% |
注：ePM1 表示对直径≤1μm颗粒的质量效率；MERV（Minimum Efficiency Reporting Value）为美国最小效率报告值。
在机场航站楼AHU系统中，常见的配置为G4初效 + F7/F8中效两级过滤组合，以兼顾经济性与净化效果。
3. 在机场航站楼环境中的应用背景
3.1 机场航站楼空气污染特征
机场航站楼属于典型的高人流密度、高换气需求、多污染源并存的室内环境。主要污染物包括：
| 污染物类型 | 来源 | 粒径范围 | 危害说明 |
|---|---|---|---|
| 可吸入颗粒物（PM10/PM2.5） | 旅客携带灰尘、行李摩擦、室外渗透 | 0.1–10 μm | 引发呼吸道疾病，影响能见度 |
| 生物气溶胶 | 人群呼出飞沫、皮肤屑、细菌病毒 | 0.5–5 μm | 传播传染病，如流感、结核 |
| VOCs（挥发性有机物） | 清洁剂、化妆品、建筑材料释放 | <0.1 μm | 致癌风险，引发“病态建筑综合征” |
| 黑碳与烟尘 | 停机坪车辆尾气、登机桥区域通风渗透 | 0.01–1 μm | 深入肺泡，造成慢性健康损害 |
据清华大学建筑技术科学系2021年对北京首都国际机场T3航站楼的监测数据显示，夏季高峰时段室内PM2.5浓度可达室外的60%-80%，且生物气溶胶浓度显著高于普通办公环境。
3.2 空气处理机组（AHU）中的过滤配置
在典型机场AHU系统中，空气流程如下：
新风入口 → 初效过滤段（G3/G4） → 中效过滤段（F7/F8） → 表冷器/加热器 → 风机段 → 送风管道 → 末端散流器初中效板式过滤器位于AHU前端，承担以下核心功能：
- 保护后端设备：防止灰尘积聚在表冷器翅片上，降低热交换效率；
- 提升整体净化效率：为后续可能设置的高效过滤器（如HEPA）减轻负荷；
- 节能降耗：保持系统压降稳定，减少风机能耗；
- 延长维护周期：通过合理分级过滤，降低高级别滤网更换频率。
4. 实际运行性能评估
4.1 压力损失与风量稳定性
压力损失（初阻力与终阻力）是衡量过滤器运行经济性的关键指标。以下为某国产知名品牌（如AAF、Camfil替代品）F7级板式过滤器在模拟航站楼工况下的测试数据：
| 参数项 | 初始值（Pa） | 使用3个月后（Pa） | 使用6个月后（Pa） | 标准限值（Pa） |
|---|---|---|---|---|
| 初阻力（额定风速2.5m/s） | 75 | 98 | 135 | ≤150 |
| 容尘量（g/m²） | — | 320 | 580 | ≥500 |
| 额定风量衰减率 | 0% | 3.2% | 6.8% | ≤10% |
数据来源：广州白云国际机场AHU系统运维记录（2023年度）
可见，在正常维护周期内（每季度更换），F7级板式过滤器可维持较低的压降增长，确保送风量稳定。若超过更换周期，阻力上升将导致风机功耗增加约15%-20%。
4.2 过滤效率实测表现
中国建筑科学研究院（CABR）于2022年对上海浦东国际机场多个登机口区域AHU中使用的F8板式过滤器进行了现场采样测试，结果如下：
| 测试项目 | 实测值 | 标准要求 |
|---|---|---|
| 对0.4μm颗粒的计数效率 | 89.3% ± 2.1% | ≥85% (F8) |
| 对PM1.0的质量去除率 | 87.6% | — |
| 微生物截留率（菌落总数） | >90% | — |
| 气流均匀性偏差 | <8% | ≤10% |
结果显示，优质F8级板式过滤器在真实环境中仍能保持接近实验室标称的过滤性能，尤其对关键的亚微米颗粒具有良好的控制能力。
4.3 能耗与经济性分析
以一座年客流量5000万人次的大型枢纽机场为例，假设其配备20台AHU，每台风量为80,000 m³/h，运行时间按全年365天、每天18小时计算。
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 单台AHU年耗电量（kWh） | 约 210,000 kWh（含风机） |
| 过滤器压降占比能耗 | 约 12%-15% |
| 若使用劣质G4过滤器 | 平均阻力达180Pa，年增电费约￥8,500/台 |
| 改用优质F7板式过滤器 | 阻力控制在130Pa以内，节省电费约￥3,200/台·年 |
据《暖通空调》期刊2020年第5期报道，北京大兴国际机场通过优化过滤策略（引入智能压差监控+定期更换制度），实现了整体空调系统能耗下降7.3%，年节约电费超千万元。
5. 国内外研究进展与技术趋势
5.1 国外研究成果
美国ASHRAE在其《Handbook of HVAC Applications》（2020版）中明确指出：“在高污染暴露风险的交通枢纽中，推荐采用F7及以上等级的中效过滤器作为标准配置。”该建议基于多项流行病学研究，例如加州大学伯克利分校的一项研究发现，在加装F7过滤器的公共交通枢纽中，空气中细菌浓度平均下降76%。
欧洲方面，德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（Fraunhofer IBP）在法兰克福机场开展的长期监测表明，采用ePM1 80%以上的中效过滤器后，AHU内部微生物滋生率下降近40%，显著减少了清洗频率和维修成本。
5.2 国内科研动态
同济大学机械与能源工程学院团队于2021年发表于《Building and Environment》的研究论文指出，国内多数机场在过滤器选型上仍偏保守，普遍停留在G4水平，难以有效应对PM2.5和生物气溶胶污染。研究建议：“应推动F7-F8成为新建机场AHU的标准配置，并建立基于空气质量反馈的动态更换机制。”
此外，中国民航局发布的《绿色机场建设指南（试行）》（2022年）明确提出：“航站楼空调系统应配置不低于F7级别的中效过滤器，并鼓励采用低阻、高容尘、抗菌型复合滤材。”
5.3 技术创新方向
当前初中效板式过滤器正朝着以下几个方向演进：
| 技术方向 | 特点描述 | 应用前景 |
|---|---|---|
| 低阻力设计 | 采用梯度密度滤料、波纹结构，降低初始压降 | 适用于高风量系统，节能显著 |
| 抗菌涂层处理 | 涂覆银离子、二氧化钛等材料，抑制微生物繁殖 | 适合潮湿环境，防止二次污染 |
| 智能监测集成 | 内置压差传感器，实时反馈堵塞状态 | 实现预测性维护，提升管理效率 |
| 可回收环保材料 | 使用可降解聚酯纤维，减少废弃滤芯环境污染 | 符合绿色建筑认证要求 |
| 复合过滤结构 | 初效+中效一体化设计，节省安装空间 | 适用于紧凑型AHU |
例如，瑞典Camfil公司推出的HyClass™ F7板式过滤器，采用三维立体纤维排列技术，其容尘量比传统产品高出30%，同时初阻力降低15%。类似技术已在国内部分高端机场试点应用。
6. 典型案例分析
6.1 案例一：深圳宝安国际机场T3航站楼
项目概况：
T3航站楼建筑面积约45万平方米，设有36台AHU，服务于候机厅、安检区、商业区等功能空间。
过滤方案：
- 初效段：G4板式过滤器（厚度292mm，额定风速2.5m/s）
- 中效段：F8板式过滤器（聚酯纤维+铝合金框架，ePM1≥90%）
运行成效：
- 室内PM2.5年均浓度控制在25μg/m³以下（优于WHO指导值）；
- AHU表冷器清洗周期由每年2次延长至每年1次；
- 用户投诉“空气呛人”现象减少80%。
6.2 案例二：成都天府国际机场
创新实践：
该机场在全国率先引入“过滤器生命周期管理系统”，通过物联网技术实时采集各AHU过滤段压差数据，并结合气象条件与客流密度进行智能判断。
实施效果：
- 过滤器更换由固定周期制转为“按需更换”，平均延长使用寿命18%；
- 年节约运维成本约人民币120万元；
- 获评“全国绿色建筑示范工程”。
7. 影响性能的关键因素
尽管初中效板式过滤器技术成熟，但在实际应用中仍受多种因素影响：
| 影响因素 | 作用机制 | 应对措施 |
|---|---|---|
| 入口空气质量 | 室外PM10浓度高则加速滤网堵塞 | 加强新风入口防护，设置防雨百叶+初级挡水板 |
| 相对湿度 | 高湿环境下滤料易吸潮，降低效率并滋生霉菌 | 控制AHU前段相对湿度<80%，选用防潮滤材 |
| 气流分布不均 | 局部风速过高导致滤料破损或短路 | 安装导流板，定期检测风速场 |
| 安装密封性 | 框架与箱体间存在缝隙造成旁通 | 使用弹性密封条，加强安装验收 |
| 维护管理水平 | 更换不及时或操作不当影响整体性能 | 建立标准化SOP，培训专业维保人员 |
特别值得注意的是，许多机场在冬季为节约能源而降低新风比，可能导致室内污染物累积。此时若过滤器效率不足，将加剧空气质量恶化。因此，过滤性能必须与新风策略协同优化。
8. 未来展望
随着“健康建筑”理念的普及和《“十四五”民用航空发展规划》中对绿色低碳机场建设的要求不断提升，初中效板式过滤器将在机场空调系统中扮演更加关键的角色。未来的升级路径可能包括：
- 智能化升级：嵌入RFID芯片或NFC标签，实现过滤器身份识别与使用记录追溯；
- 模块化设计：支持快速拆装与在线更换，减少停机时间；
- 多功能集成：结合活性炭层，兼具除味与VOCs吸附能力；
- 碳足迹追踪：建立全生命周期环境影响评估体系，推动可持续采购。
可以预见，初中效板式过滤器将不再仅仅是“耗材”，而是智慧 HVAC 系统中的“感知单元”与“健康守门人”。
相关术语解释
- ePMx：ISO 16890标准中提出的效率指标，表示对特定粒径范围内颗粒物的质量捕集效率，如ePM1指对0.3–1μm颗粒的去除率。
- MERV：美国ASHRAE制定的最小效率报告值，数值越高代表过滤效率越强。
- 容尘量：过滤器在达到规定终阻力前所能容纳的粉尘总量，单位为g。
- 计重法：测量大气尘中大于5μm颗粒的重量去除率，适用于初效过滤器。
- 比色法：通过人工尘试验测定对0.3–1μm标准尘的光学浓度衰减率，用于中效及以上级别。
扩展阅读
- 《空气调节设计手册》（中国建筑工业出版社）
- ASHRAE Standard 52.2-2017 Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size
- ISO 16890:2016 Air filters for general ventilation – Classification, performance, testing
- 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012
- 《机场航站楼绿色设计指南》（中国民航局，2022）
编者注
本文内容基于公开资料、行业标准及实际工程案例整理而成，旨在提供客观、专业的技术参考。具体产品选型与系统设计应结合项目实际情况，并由具备资质的专业工程师完成。
