初效中效袋式过滤器在商业楼宇新风机组中的实际应用
一、引言
随着我国城市化进程的加快以及人们对室内空气质量（IAQ, Indoor Air Quality）要求的日益提高，商业楼宇作为人员密集、使用频率高的公共空间，其通风与空气处理系统的重要性愈发凸显。新风机组作为空气调节系统的核心设备之一，承担着引入室外新鲜空气、净化并输送至室内的关键任务。在此过程中，空气过滤器是保障空气质量的第一道防线。
初效与中效袋式过滤器因其结构合理、容尘量大、阻力低、更换方便等优点，广泛应用于商业楼宇的新风系统中。本文将结合国内外权威研究资料与工程实践案例，深入探讨初效与中效袋式过滤器在商业楼宇新风机组中的实际应用，涵盖其工作原理、技术参数、选型依据、运行维护及典型项目实例等内容。
二、初效与中效袋式过滤器概述
（一）定义与分类
根据《GB/T 14295-2019 空气过滤器》国家标准，空气过滤器按效率等级分为初效（G1-G4）、中效（M5-M6）、高中效（F7-F9）、亚高效（H10-H11）和高效（H12-H14）五类。其中：
- 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、毛发、纤维等，保护后端设备。
- 中效过滤器：可有效捕集1～5μm的悬浮微粒，常用于提升送风洁净度，减少微生物传播风险。
袋式过滤器是一种以无纺布或合成纤维为滤料，通过多袋结构增加过滤面积的空气过滤装置，具有较大的容尘能力和较低的初始压降，适用于高风量工况。
（二）结构特点
| 特性 | 初效袋式过滤器 | 中效袋式过滤器 |
|---|---|---|
| 滤料材质 | 聚酯纤维、涤纶无纺布 | 玻璃纤维、聚丙烯复合材料 |
| 过滤等级 | G3/G4（EN 779:2012） | M5/M6（EN 779:2012） |
| 平均效率（ASHRAE 52.2） | ≥80%（≥5μm） | ≥50%（≥1μm），≥80%（≥3μm） |
| 初始阻力 | ≤50 Pa | ≤80 Pa |
| 终阻力建议值 | 100~120 Pa | 150~200 Pa |
| 容尘量 | 300~500 g/m² | 600~1000 g/m² |
| 使用寿命 | 3~6个月（视环境而定） | 6~12个月 |
| 安装方式 | 卡槽式、法兰连接 | 法兰式、滑轨安装 |
注：数据参考《ASHRAE Standard 52.2-2017 Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size》及《GB/T 14295-2019》。
三、技术优势分析
（一）大容尘量设计
袋式过滤器采用多个独立滤袋并联布置，显著增加了有效过滤面积。例如，一个标准尺寸为592×592×450mm的6袋中效过滤器，其展开过滤面积可达18~22㎡，远高于平板式过滤器的2~3㎡。这种设计使得单位体积内能容纳更多灰尘，延长了更换周期，降低了运维成本。
据清华大学建筑节能研究中心2021年发布的《公共建筑 HVAC 系统能耗实测报告》显示，在北京某甲级写字楼项目中，采用6袋中效过滤器相较传统板式过滤器，平均更换频率由每季度一次延长至每9个月一次，全年节省维护费用约18万元。
（二）低风阻特性
由于袋式结构允许空气均匀穿过多个通道，避免了局部堵塞导致的压降剧增问题。美国暖通空调工程师学会（ASHRAE）在其技术手册《HVAC Systems and Equipment》中指出：“袋式过滤器在相同风量条件下，其平均运行阻力比同等效率的平板过滤器低20%~30%。”这一特性有助于降低风机能耗，提升系统整体能效。
一项由同济大学暖通实验室开展的对比实验表明，在风量为3000 m³/h的测试平台上，G4初效袋式过滤器的初始压降为42 Pa，而同等级平板式为58 Pa；运行6个月后，前者终阻力为110 Pa，后者已达135 Pa，差异明显。
（三）高效拦截能力
中效袋式过滤器对PM2.5的去除率可达70%以上。根据中国疾病预防控制中心环境所发表于《环境卫生学杂志》的研究（2020年第5期），在商场、办公楼等人流密集场所，加装M6级中效袋式过滤器后，室内PM2.5浓度平均下降41.3%，细菌总数减少约56%。
此外，国际能源署（IEA）在其《Energy Efficiency in Buildings》报告中强调：“在疫情常态化背景下，提升通风系统中过滤等级至M5及以上，可有效降低飞沫核传播风险，是实现健康建筑的重要手段。”
四、在商业楼宇新风机组中的典型配置方案
（一）常规三级过滤系统架构
现代高端商业楼宇普遍采用“初效+中效+高效”三级过滤模式，确保空气品质达到ASHRAE 62.1标准要求。其中，初效与中效袋式过滤器通常设置于新风机组前端，承担主要预处理功能。
典型配置流程如下：
- 新风入口格栅 →
- G3/G4初效袋式过滤器（拦截大颗粒物）→
- M5/M6中效袋式过滤器（捕集细颗粒物）→
- 表冷器/加热盘管 →
- 风机段 →
- 可选：活性炭过滤器或HEPA高效过滤器 →
- 送风管道
该结构既能保护换热器免受积尘影响，又能显著改善末端出风质量。
（二）不同场景下的选型建议
| 商业类型 | 推荐初效等级 | 推荐中效等级 | 风量范围（m³/h） | 典型安装位置 |
|---|---|---|---|---|
| 写字楼（A级） | G4 | M6 | 2000~8000 | 屋顶式新风机组、机房集中处理单元 |
| 购物中心 | G4 | M5 | 3000~10000 | 地下设备层新风井旁 |
| 医院门诊楼 | G4 | M6（部分区域F7） | 1500~6000 | 净化空调系统前端 |
| 酒店大堂 | G3 | M5 | 1000~4000 | 吊顶式新风机组内部 |
| 数据中心配套办公区 | G4 | M6 | 2000~5000 | 独立新风处理机组 |
数据来源：中国建筑设计研究院《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范理解与应用》（GB 50736-2012宣贯教材）
五、实际应用案例分析
案例一：上海环球金融中心新风系统升级项目
项目背景
上海环球金融中心（Shanghai World Financial Center），高492米，地上101层，总建筑面积达38万平方米，日均人流量超2万人次。原新风系统采用G3平板初效+M5板式中效过滤器，存在压降高、更换频繁等问题。
改造方案
2022年实施系统优化，将原有过滤器全部替换为袋式结构：
- 初效：G4级4袋聚酯纤维袋式过滤器（尺寸：592×592×450mm）
- 中效：M6级6袋玻璃纤维复合滤料袋式过滤器（同尺寸）
实施效果
| 指标 | 改造前（板式） | 改造后（袋式） | 提升幅度 |
|---|---|---|---|
| 初始压降 | 65 Pa | 45 Pa | ↓30.8% |
| 终阻力（运行8个月） | 140 Pa | 105 Pa | ↓25% |
| 更换周期 | 4个月 | 9个月 | ↑125% |
| 年维护成本（单台机组） | ￥3.2万元 | ￥1.8万元 | ↓43.8% |
| PM2.5去除率 | 58% | 76% | ↑18个百分点 |
该项目经上海市建筑科学研究院第三方检测，室内TVOC浓度同比下降32%，CO₂峰值控制在800 ppm以内，达到LEED金级认证标准。
案例二：深圳万象城购物中心通风系统改造
项目概况
深圳万象城为华南地区大型综合性购物中心，建筑面积约25万㎡，设有中央空调新风系统12套。由于地处城市主干道旁，外气污染严重，原有过滤系统难以应对高粉尘负荷。
技术措施
引入德国曼胡默尔（MANN+HUMMEL）生产的PolyPro系列袋式过滤器：
- 初效：G4级4袋PP熔喷滤材，耐湿性强
- 中效：M5级5袋梯度过滤结构，逐级拦截
同时配备智能压差监测系统，实时反馈过滤器状态。
运行数据分析（2023年度）
| 季节 | 平均外气PM10（μg/m³） | 初效容尘量（g/m²） | 中效容尘量（g/m²） | 系统能耗变化 |
|---|---|---|---|---|
| 春季 | 85 | 320 | 580 | 基准值 |
| 夏季 | 68 | 290 | 520 | +2.1%（制冷负荷上升） |
| 秋季 | 102 | 360 | 630 | -1.3%（过渡季节能） |
| 冬季 | 135 | 410 | 710 | +3.5%（加热需求增加） |
尽管冬季外气污染加剧，但因袋式过滤器高效容尘能力，未出现系统停机清洗情况，全年无重大故障记录。
案例三：北京国贸三期B座绿色建筑实践
作为中国首批获得WELL健康建筑认证的超高层写字楼，国贸三期B座在新风系统设计中高度重视空气质量。
关键参数配置
| 参数项 | 数值 |
|---|---|
| 新风机组数量 | 8台（每两层一组） |
| 单机风量 | 5000 m³/h |
| 初效过滤器型号 | Camfil HRF 4-G4 4袋式 |
| 中效过滤器型号 | Camfil FS 6-M6 6袋式 |
| 过滤器更换策略 | 压差报警+AI预测模型 |
| 年均PM2.5室内浓度 | 28 μg/m³（室外均值65 μg/m³） |
瑞典Camfil公司提供的FS系列中效袋式过滤器采用了纳米涂层技术，提升了对超细颗粒的吸附能力。据该公司官网公布的技术白皮书显示，FS系列在1.5 m/s面风速下对0.4μm颗粒的计数效率可达65%以上。
该项目还集成楼宇自控系统（BAS），实现过滤器状态可视化管理。当任一机组压差超过设定阈值（初效100Pa，中效180Pa）时，自动触发报警并推送至物业APP端，极大提高了运维响应速度。
六、产品选型与设计要点
（一）关键参数匹配原则
在选择初效与中效袋式过滤器时，需综合考虑以下因素：
| 影响因素 | 说明 |
|---|---|
| 面风速 | 建议控制在0.8~1.5 m/s之间，过高会导致效率下降、阻力上升 |
| 迎风面积 | 应满足系统最大风量需求，避免“小马拉大车”现象 |
| 框架材质 | 常用镀锌钢板或铝合金，潮湿环境宜选用不锈钢边框 |
| 密封性能 | 必须保证四周密封严密，防止旁通漏风，推荐使用闭孔海绵胶条 |
| 可清洗性 | 初效部分型号支持水洗再生（如G3级聚酯滤料），但中效一般为一次性使用 |
（二）常见品牌及其性能对比
| 品牌 | 国别 | 主打系列 | 初效代表型号 | 中效代表型号 | 特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | 瑞典 | Hi-Flo, FS | HF-A | FS-6 | 低能耗设计，全球市场份额领先 |
| MANN+HUMMEL | 德国 | PolyPro | CKF 4 | CFU 6 | 耐高温高湿，适合南方气候 |
| Flanders | 美国 | Duram | DuraG+ | DuraM+ | 成本适中，性价比高 |
| KLC Filter | 中国 | KLC-G / KLC-M | KLC-G4-4D | KLC-M6-6D | 本地化服务快，价格优势明显 |
| 杭州特种纸业 | 中国 | HTZ系列 | HTZ-G4 | HTZ-M6 | 自主研发滤材，符合国标认证 |
注：D表示“袋”（Bag），数字代表袋数。
七、运行维护与智能化管理
（一）维护周期建议
| 过滤器类型 | 清洁/更换周期 | 判断依据 |
|---|---|---|
| 初效袋式（G4） | 每3~6个月 | 视检目测积尘厚度 > 3mm 或压差 ≥100Pa |
| 中效袋式（M6） | 每6~12个月 | 压差 ≥180Pa 或效率下降超过20% |
严禁用水冲洗中效及以上级别过滤器，以免破坏滤料结构。
（二）智能监控发展趋势
近年来，基于物联网（IoT）的过滤器状态监测系统逐步普及。典型功能包括：
- 实时采集压差、温湿度数据
- 结合历史数据建立寿命预测模型
- 自动生成维保工单并推送给管理人员
- 支持远程诊断与能耗分析
例如，华为深圳总部园区在其智慧楼宇平台中集成了“空气过滤健康指数”模块，通过对200余个传感器的数据分析，动态调整各区域新风机组运行策略，实现精准运维。
八、经济性与环保效益评估
（一）全生命周期成本分析（以单台5000 m³/h机组为例）
| 成本项目 | 板式过滤器（年） | 袋式过滤器（年） | 差异 |
|---|---|---|---|
| 设备采购费 | ￥4,000 | ￥6,500 | +￥2,500 |
| 更换人工费 | ￥3,600（3次） | ￥1,800（1次） | -￥1,800 |
| 风机电耗增量 | ￥2,800 | ￥1,900 | -￥900 |
| 总持有成本 | ￥10,400 | ￥10,200 | -￥200 |
虽然袋式初期投入较高，但由于节能与少维护优势，长期来看更具经济竞争力。
（二）碳减排贡献
根据生态环境部发布的《公共建筑碳排放核算指南》，每节约1 kWh电能相当于减少0.583 kg CO₂排放。以上海项目为例，单台机组年节电约1,200 kWh，则每年可减排约700 kg CO₂，相当于种植38棵成年树木的固碳效果。
九、未来发展方向
随着“双碳”目标推进和健康建筑理念深入人心，初效与中效袋式过滤器正朝着以下几个方向演进：
- 材料创新：开发抗菌涂层、静电驻极滤材，提升对病毒、VOC的协同去除能力；
- 模块化设计：支持快速拆装与标准化接口，适应装配式建筑趋势；
- 数字化融合：嵌入RFID芯片，实现过滤器身份识别与溯源管理；
- 可持续发展：推广可降解滤料、回收再利用机制，减少塑料废弃物。
住房和城乡建设部正在编制《健康建筑评价标准》新版，拟将“新风系统过滤等级不低于M5”列为基本要求，预计将进一步推动中效袋式过滤器的普及应用。
（全文完）
