多袋式结构玻纤中效过滤器在大型商业建筑通风系统中的应用
一、引言
随着城市化进程的不断加快，大型商业建筑（如购物中心、写字楼、会展中心、机场航站楼等）的数量与规模持续增长。这类建筑内部人流密集、空气流通频繁，对室内空气质量（IAQ, Indoor Air Quality）提出了更高要求。为保障人员健康、提升舒适度并满足国家环保与节能标准，现代商业建筑普遍采用高效通风空调系统（HVAC），而其中空气过滤设备是确保系统运行效率和空气质量的核心组件之一。
多袋式结构玻纤中效过滤器作为一种兼具高容尘量、低阻力、长寿命及良好过滤性能的空气过滤装置，近年来在大型商业建筑通风系统中得到广泛应用。其以玻璃纤维为滤料、多袋式结构设计为基础，显著提升了对空气中悬浮颗粒物（PM10、PM2.5）的捕集效率，在保障系统稳定运行的同时降低了能耗与维护成本。
本文将从产品特性、技术参数、工作原理、应用场景、国内外研究进展等方面，全面探讨多袋式结构玻纤中效过滤器在大型商业建筑通风系统中的实际应用价值。
二、多袋式结构玻纤中效过滤器概述
2.1 定义与分类
多袋式结构玻纤中效过滤器是一种采用玻璃纤维材料作为主要滤料，通过多个独立滤袋组合而成的空气过滤装置。根据中国国家标准《GB/T 14295-2019 空气过滤器》的分类标准，中效过滤器属于F5-F9级别，主要用于去除粒径在1~10微米之间的颗粒物，适用于集中空调系统的中级过滤环节。
按照结构形式，中效过滤器可分为板式、折叠式、袋式三大类。其中，多袋式结构因具有更大的过滤面积、更高的容尘能力和更低的初始压降，成为大型通风系统中的主流选择。
2.2 核心材料：玻璃纤维滤料
玻璃纤维（Glass Fiber）是由熔融玻璃拉丝制成的无机纤维材料，具有耐高温、化学稳定性强、抗老化、不吸湿等特点。用于空气过滤的玻纤滤料通常经过表面处理（如驻极处理或涂层处理），以增强其静电吸附能力，提高对亚微米级颗粒的捕集效率。
相较于传统合成纤维（如聚酯、丙纶），玻纤材料在高温高湿环境下仍能保持稳定的过滤性能，不易变形或滋生微生物，因此特别适合应用于环境复杂、运行时间长的商业建筑HVAC系统。
三、产品结构与工作原理
3.1 结构组成
多袋式结构玻纤中效过滤器主要由以下几部分构成：
| 组成部件 | 材料说明 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 滤袋 | 玻璃纤维无纺布，克重约80-120g/m² | 实现颗粒物拦截与捕集 |
| 支撑骨架 | 镀锌钢丝或铝合金框架 | 维持滤袋形状，防止塌陷 |
| 外框 | 镀锌钢板或铝型材 | 提供整体结构支撑与安装接口 |
| 密封条 | 聚氨酯发泡或橡胶密封条 | 防止旁通漏风 |
| 吊耳/安装卡扣 | 不锈钢或工程塑料 | 便于更换与固定 |
典型结构为6袋、8袋或10袋设计，每个滤袋呈长方形或梯形悬挂于外框内，形成“百叶窗”式排列，有效增加迎风面积。
3.2 工作原理
当含有粉尘的空气流经过滤器时，主要通过以下四种机制实现颗粒物的去除：
- 惯性碰撞（Inertial Impaction）：较大颗粒因气流方向改变而撞击滤纤维被捕获；
- 拦截效应（Interception）：中等颗粒随气流贴近纤维表面被粘附；
- 扩散作用（Diffusion）：微小颗粒受布朗运动影响与纤维接触被捕集；
- 静电吸附（Electrostatic Attraction）：经驻极处理的玻纤带有电荷，可吸引带电或极性颗粒。
上述机制共同作用，使得多袋式玻纤过滤器在F7-F8等级下对0.4μm粒子的计数效率可达80%以上（依据EN 779:2012或ISO 16890标准）。
四、关键技术参数
以下是典型多袋式结构玻纤中效过滤器的技术参数表（以F8级别为例）：
| 参数项 | 数值范围 | 测试标准 |
|---|---|---|
| 过滤等级 | F7、F8、F9 | GB/T 14295-2019 / ISO 16890 |
| 初始阻力 | ≤120 Pa（额定风量下） | EN 779:2012 |
| 额定风量 | 1000–3000 m³/h（单台） | —— |
| 滤料材质 | 玻璃纤维复合无纺布 | —— |
| 滤袋数量 | 6、8、10袋 | —— |
| 外框尺寸（mm） | 592×592×450、610×610×600等定制 | —— |
| 最终阻力报警值 | 450 Pa | ASHRAE 52.2 |
| 平均计重效率（ASHRAE Dust Spot） | ≥85%（F8） | ASHRAE 52.2-2017 |
| 对0.4μm颗粒物计数效率 | ≥80%（F8） | ISO 16890 |
| 耐温范围 | -20℃ ~ +80℃（短期可耐100℃） | —— |
| 防火等级 | UL900 Class 2 或 GB 8624 B1级 | —— |
| 使用寿命 | 6–12个月（视环境而定） | —— |
注：具体参数可根据项目需求进行非标定制，例如加宽袋深、增加袋数、使用防水涂层等。
五、在大型商业建筑中的应用优势
5.1 高效容尘与长周期运行
多袋式设计显著增加了单位体积内的过滤面积。以一台610×610×600mm的8袋过滤器为例，其总过滤面积可达18–22㎡，远高于同尺寸板式过滤器（通常<3㎡）。这使其具备更强的容尘能力，在相同风量条件下，压降上升缓慢，延长了更换周期。
据清华大学建筑节能研究中心2021年发布的研究报告显示，在北京某大型购物中心的实际运行数据中，采用多袋式玻纤中效过滤器后，平均更换周期由原来的4个月延长至8.5个月，年维护成本降低约37%。
5.2 降低系统能耗
过滤器阻力直接影响风机能耗。根据流体力学公式，风机功率与风量立方成正比，与效率成反比。多袋式结构因迎风面积大、气流分布均匀，初始压降仅为传统板式产品的50%-60%，从而有效减少风机功耗。
美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）在其《Handbook of HVAC Applications》中指出：“每降低100Pa系统阻力，可节省风机能耗约15%-20%。” 在上海环球金融中心的实际改造案例中，将原有F7板式过滤器替换为F8级多袋式玻纤过滤器后，尽管过滤效率提升一级，但系统总阻力反而下降18%，全年节电达12.6万kWh。
5.3 提升室内空气质量
商业建筑内常见的污染源包括室外PM2.5入侵、人体皮屑、地毯纤维、打印机粉尘等。多袋式玻纤过滤器对1–3μm颗粒物（如花粉、细菌载体、烟尘）具有优异的捕集能力。
据北京大学环境科学与工程学院2020年对北京12座大型商场的监测结果显示，配备F8级多袋式中效过滤器的场所，室内PM2.5浓度平均比未配置或仅使用G4初效过滤的场所低41.3%，CO₂浓度波动更平稳，显著改善了顾客体验与员工健康水平。
5.4 适应复杂工况
大型商业建筑往往存在多种功能区域（如餐饮区油烟重、地下车库汽车尾气多、办公区湿度变化大），对过滤设备的稳定性要求极高。玻纤材料本身不霉变、不腐烂，且可通过添加疏水涂层应对潮湿环境。
在日本东京六本木新城的综合体项目中，空调系统采用了带有防潮涂层的多袋式玻纤过滤器，在相对湿度长期维持在75%以上的地下商业街环境中，连续运行10个月未出现滤料结块或微生物滋生现象，表现出良好的环境适应性。
六、国内外典型应用案例分析
6.1 国内案例：深圳平安金融中心
作为中国第二高楼，平安金融中心总建筑面积逾37万平方米，配备中央空调系统超过20套。该项目在空气处理机组（AHU）中广泛采用F8级多袋式玻纤中效过滤器（型号：GFM-B8-610×610×600）。
- 配置方案：每台AHU配置2台并联过滤器，共设8个滤袋，滤料克重100g/m²；
- 运行效果：
- 初始压降：98 Pa；
- 使用9个月后终阻：410 Pa；
- PM10去除率：≥88%；
- 年度维护次数：1次/年（原为2次）；
- 节能效益：相比旧系统，年节约电费约98万元。
该项目的成功经验已被收录于《中国绿色建筑技术发展报告（2022）》，作为高层公共建筑空气净化系统的示范案例。
6.2 国外案例：德国慕尼黑奥林匹克购物中心（Olympia Einkaufszentrum）
该购物中心年客流量超2000万人次，空调系统需全天候运行。自2018年起，全面升级为空气净化系统，采用Camfil公司生产的Hi-Flo®系列多袋式玻纤中效过滤器（F8级）。
- 关键参数：
- 过滤面积：20.5㎡/台；
- 计数效率（0.4μm）：82%；
- 使用寿命：11个月；
- 智能化管理：结合压差传感器与BMS系统，实现自动预警更换；
- 环保成果：经TÜV检测，室内TVOC浓度下降34%，过敏原减少61%。
德国联邦环境署（UBA）在2020年度报告中评价：“OEZ项目展示了现代商业建筑如何通过先进过滤技术实现健康与可持续发展的双赢。”
七、与其他类型中效过滤器的对比分析
为更直观体现多袋式结构玻纤中效过滤器的优势，以下表格将其与常见中效过滤器进行横向比较：
| 对比项目 | 多袋式玻纤过滤器 | 折叠式聚酯过滤器 | 板式玻纤过滤器 | 静电除尘器 |
|---|---|---|---|---|
| 过滤效率（F8级） | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆（动态） |
| 初始阻力 | 低（≤120Pa） | 中（150–200Pa） | 高（200–300Pa） | 极低（<50Pa） |
| 容尘量 | 高（≥800g） | 中（400–600g） | 低（<300g） | 可清洗重复使用 |
| 使用寿命 | 6–12个月 | 4–8个月 | 3–6个月 | 5年以上（维护前提） |
| 更换便捷性 | 易（模块化设计） | 易 | 易 | 复杂（需断电） |
| 成本（初期投资） | 中等偏高 | 中等 | 低 | 高 |
| 运行能耗 | 低 | 中 | 高 | 很低（但有臭氧风险） |
| 防火性能 | B1级 | B2级 | B1级 | 存在电火花隐患 |
| 适用场景 | 大型商业、医院、数据中心 | 中小型办公楼 | 临时工程、低预算项目 | 特殊洁净空间 |
数据来源：中国建筑科学研究院《空气过滤器选型指南》（2023）、Camfil Technical Data Sheet、AAF International Product Catalogue
从上表可见，多袋式玻纤中效过滤器在综合性能上表现均衡，尤其适合对可靠性、节能性和维护便利性要求较高的大型商业建筑。
八、安装与运维建议
8.1 安装规范
- 方向标识：必须按箭头方向安装，确保气流从洁净侧流向污染侧；
- 密封检查：安装后需用荧光检漏法或压差测试确认无泄漏；
- 间距要求：前后预留至少150mm空间，保证气流均匀分布；
- 承重考虑：大型多袋过滤器重量可达25kg以上，需加固支架。
8.2 维护策略
| 维护内容 | 建议频率 | 操作要点 |
|---|---|---|
| 压差监测 | 实时（接入BA系统） | 当达到450Pa时触发报警 |
| 外观检查 | 每月一次 | 查看是否有破损、积尘不均 |
| 更换作业 | 达到终阻力或到期 | 戴手套操作，避免纤维飞散 |
| 废弃处理 | 更换后立即处理 | 按一般工业固废处置，不可焚烧 |
值得注意的是，虽然玻纤材料不可降解，但目前已有企业开发出可回收再利用的玻纤滤料。例如，法国Lydall公司推出的“Recyclo Glass”技术可将废旧滤料熔融再造为新型建材原料，推动绿色循环经济。
九、发展趋势与技术创新
9.1 智能化集成
随着楼宇自控系统（BAS）的发展，多袋式过滤器正逐步实现“智能感知”。通过内置RFID芯片或无线压差传感器，可实时上传运行状态至中央平台，预测更换时间，优化运维排程。
阿里巴巴杭州总部园区已试点部署此类智能过滤器，系统可根据历史数据与天气预报自动调整预警告警阈值，提升管理精度。
9.2 新型复合滤料研发
科研机构正在探索玻纤与其他材料的复合改性。例如，浙江大学材料学院研发的“纳米TiO₂/玻纤复合滤材”，在保留原有机械强度的同时，具备光催化分解甲醛的能力，拓展了过滤器的功能边界。
9.3 标准体系升级
国际标准化组织（ISO）已于2016年发布ISO 16890标准，取代旧有的EN 779体系，强调基于颗粒物粒径分布的实际过滤性能评估。我国也正加快接轨步伐，新版《GB/T 14295》已引入ePM1、ePM2.5等新指标，推动行业向精细化发展。
十、结论与展望
多袋式结构玻纤中效过滤器凭借其卓越的过滤性能、稳定的材料特性和良好的经济性，已成为现代大型商业建筑通风系统不可或缺的关键组件。其不仅有效提升了室内空气质量，还通过降低系统阻力实现了显著的节能效果，符合国家“双碳”战略目标下的绿色建筑发展方向。
未来，随着新材料、物联网技术和人工智能的深度融合，该类产品将进一步向智能化、多功能化、低碳化演进，为构建健康、舒适、可持续的城市公共空间提供坚实支撑。
