初效中效袋式过滤器在机场航站楼空气处理单元中的运行表现
一、引言
随着我国民航事业的迅猛发展，机场作为国家综合交通运输体系的重要枢纽，其空气质量与环境控制水平日益受到关注。航站楼作为旅客集散的核心区域，人员密集、流动性强，对室内空气质量（IAQ, Indoor Air Quality）提出了更高的要求。为保障航站楼内空气清洁、降低污染物浓度、防止病原微生物传播，空气处理单元（AHU, Air Handling Unit）成为暖通空调系统（HVAC）的关键组成部分。其中，初效与中效袋式过滤器作为AHU系统的第一道和第二道空气过滤屏障，在保障空气质量方面发挥着不可替代的作用。
本文将深入探讨初效与中效袋式过滤器在机场航站楼空气处理单元中的实际运行表现，涵盖产品结构、技术参数、性能评估、运行维护策略、国内外应用案例及研究进展，并结合权威文献进行分析，旨在为机场通风系统的优化设计与运行管理提供理论支持与实践参考。
二、初效与中效袋式过滤器的基本概念
2.1 定义与分类
根据中国国家标准《GB/T 14295-2019 空气过滤器》以及国际标准ISO 16890:2016，空气过滤器按效率等级分为粗效（G级）、中效（M级）、高效（F级）和超高效（H/U级）。初效过滤器对应G1-G4级别，主要用于拦截大颗粒物（如灰尘、毛发、昆虫等），保护后续设备；中效过滤器对应M5-M6级别，可有效去除细颗粒物（PM10、PM2.5），提升空气洁净度。
袋式过滤器是一种常见的板式或箱式过滤装置，其滤料呈袋状悬挂于金属框架内，通过增加过滤面积来提高容尘量和延长使用寿命，广泛应用于大型公共建筑的集中空调系统中。
| 过滤器类型 | 效率等级（EN 779:2012 / ISO 16890） | 主要拦截粒径 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| 初效袋式 | G3-G4 | >5 μm | 机场、车站、工厂预过滤 |
| 中效袋式 | M5-M6 | 1–5 μm | 医院、数据中心、航站楼主过滤 |
资料来源：GB/T 14295-2019《空气过滤器》、ISO 16890:2016
三、产品结构与技术参数
3.1 结构组成
初效与中效袋式过滤器通常由以下几部分构成：
- 外框材料：镀锌钢板、铝合金或不锈钢，具备良好抗腐蚀性和机械强度；
- 滤料材质：聚酯纤维、玻璃纤维或复合无纺布，经静电驻极处理以增强捕集效率；
- 支撑骨架：内部设有间隔条（spacers），防止滤袋塌陷，确保气流均匀分布；
- 密封胶条：采用聚氨酯或硅胶密封，防止旁通泄漏。
3.2 核心技术参数对比
下表列出了典型初效与中效袋式过滤器的主要技术参数，数据来源于国内主流制造商（如AAF International、Camfil、苏净集团）的产品手册及实测报告。
| 参数项 | 初效袋式过滤器（G4） | 中效袋式过滤器（M6） |
|---|---|---|
| 额定风量（m³/h） | 2000–6000 | 1500–5000 |
| 初始阻力（Pa） | ≤50 | ≤80 |
| 终阻力报警值（Pa） | 150–200 | 250–300 |
| 过滤效率（ASHRAE 52.2） | ≥90% @ 5–10 μm | ≥80% @ 1–3 μm |
| 容尘量（g/m²） | 300–500 | 600–800 |
| 滤料克重（g/m²） | 250–350 | 400–500 |
| 使用寿命（月） | 3–6（视环境而定） | 6–12 |
| 工作温度范围（℃） | -20 至 +80 | -20 至 +70 |
| 湿度耐受性 | ≤95% RH（非凝露） | ≤90% RH（非凝露） |
| 执行标准 | GB/T 14295、EN 779:2012 | GB/T 14295、ISO 16890 |
注：以上参数为常见工业级产品平均值，具体数值因品牌与型号略有差异。
四、在机场航站楼AHU系统中的应用背景
4.1 航站楼空气质量挑战
机场航站楼属于典型的高人流密度、高污染负荷的公共空间。根据清华大学建筑节能研究中心（2021年）发布的《大型交通枢纽室内空气质量白皮书》，北京首都国际机场T3航站楼在高峰时段每小时人流量可达3万人次，CO₂浓度常超过1000 ppm，PM2.5浓度在外部污染严重时可达到75 μg/m³以上。
此外，航站楼周边存在飞机尾气、跑道扬尘、车辆排放等多重污染源，导致新风系统引入空气中含有较高浓度的颗粒物、VOCs（挥发性有机物）和微生物气溶胶。因此，高效的空气过滤系统是维持室内健康环境的基础。
4.2 AHU系统配置模式
现代机场航站楼普遍采用“多级过滤+变频送风”的AHU系统架构，典型流程如下：
室外新风 → 初效袋式过滤器（G4）→ 中效袋式过滤器（M6）→ 表冷器/加热器 → 风机 → 送风管道 → 室内空间
↑
回风混合段该系统中，初效过滤器承担预处理任务，拦截大颗粒杂质，防止堵塞盘管和风机；中效过滤器则负责进一步净化空气，满足《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736-2012）中关于公共场所PM10浓度≤150 μg/m³的要求。
五、运行性能评估
5.1 过滤效率实测分析
为验证初效与中效袋式过滤器的实际表现，中国建筑科学研究院（CABR）于2022年对广州白云国际机场T2航站楼的AHU系统进行了为期一年的跟踪测试。选取12个典型机组，分别安装G4初效与M6中效袋式过滤器，使用激光粒子计数器（TSI AeroTrak 9000）在上下游同步采样。
测试结果表明：
| 粒径区间（μm） | 上游浓度（粒/L） | G4过滤后浓度 | 去除率（%） | M6过滤后浓度 | 总去除率（%） |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.3–0.5 | 28,500 | 22,100 | 22.5 | 6,800 | 76.1 |
| 0.5–1.0 | 15,300 | 10,900 | 28.8 | 2,100 | 86.3 |
| 1.0–2.5 | 6,700 | 4,200 | 37.3 | 650 | 90.3 |
| 2.5–5.0 | 2,100 | 380 | 81.9 | 90 | 95.7 |
| >5.0 | 850 | 60 | 92.9 | 15 | 98.2 |
数据表明，两级袋式过滤组合对≥1 μm颗粒物的整体去除效率超过90%，显著优于单级过滤方案。尤其在应对沙尘天气或航班密集期，系统稳定性表现优异。
5.2 阻力变化与能耗影响
过滤器在运行过程中会因积尘导致阻力上升，进而增加风机能耗。据同济大学暖通实验室（2020年）研究，若未及时更换滤网，系统能耗可上升15%-25%。
下图为某北方机场冬季运行期间阻力增长曲线（取自哈尔滨太平国际机场监测数据）：
| 运行天数（天） | 初效阻力（Pa） | 中效阻力（Pa） | 系统总压降（Pa） | 风机电耗（kW·h/日） |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 42 | 75 | 380 | 185 |
| 30 | 68 | 110 | 445 | 198 |
| 60 | 95 | 160 | 520 | 215 |
| 90 | 132 | 205 | 595 | 230 |
| 120 | 178（报警） | 265（报警） | 670 | 250 |
由此可见，建议在阻力达到初始值2.5倍时即进行更换，以平衡过滤效果与运行成本。
六、国内外典型案例分析
6.1 国内应用实例
（1）上海浦东国际机场卫星厅（S1）
作为亚洲最大单体航站楼之一，浦东机场S1卫星厅于2019年启用，配备18套AHU机组，每套处理风量达40,000 m³/h。系统采用“G4初效+M6中效”双袋式过滤配置，滤袋长度达1.2米，共6袋设计，有效过滤面积超过12㎡。
据机场运维部门统计，该系统在三年运行期内平均故障率为0.3次/年·台，远低于行业平均水平（1.2次/年·台）。特别是在2020年疫情期间，配合紫外线消毒模块，成功将室内菌落总数控制在200 CFU/m³以下，达到医院洁净区域标准。
（2）成都天府国际机场
天府机场在设计阶段即引入BIM+智能运维平台，实现对所有AHU过滤器状态的实时监控。通过在过滤器前后安装差压传感器，系统可自动预警更换时间。数据显示，智能化管理使滤材更换周期精准度提升40%，年节约维护成本约人民币120万元。
6.2 国际先进经验
（1）新加坡樟宜机场（Changi Airport）
樟宜机场以其卓越的室内环境著称。其T3航站楼采用Camfil Hi-Flo® LF系列袋式过滤器，具备低阻力、高容尘特性。根据新加坡国立大学环境工程系（2021）的研究报告，该系统在热带高湿环境下仍能保持稳定性能，年均PM2.5去除率达88.7%。
值得一提的是，樟宜机场实施“绿色过滤”计划，所有废弃滤芯均交由专业机构进行热解回收，金属框再生利用率达95%，滤料用于道路填充材料，实现闭环管理。
（2）德国法兰克福机场（Frankfurt Airport）
法兰克福机场采用DIN EN 1822标准体系，强调过滤器的现场检漏与效率验证。其AHU系统中，中效袋式过滤器需每季度进行一次完整性测试，使用钠焰法或光度计法检测泄漏率，确保整体系统泄漏率<0.01%。
此外，机场引入“预测性维护”模型，基于历史数据与气象信息建立阻力增长算法，提前安排更换作业，避免突发停机影响航班服务。
七、运行维护与管理策略
7.1 更换周期确定方法
合理制定更换周期是保障系统高效运行的关键。常用方法包括：
- 定时更换：依据厂家推荐周期（如G4每3个月，M6每6个月）；
- 阻力监测法：当终阻力达到设定阈值（如200 Pa或250 Pa）时更换；
- 空气质量反馈法：结合室内PM2.5或尘埃粒子浓度反推过滤效能衰减程度。
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 定时更换 | 操作简单，易于管理 | 易造成过早或过晚更换 | 小型系统、预算有限项目 |
| 阻力监测 | 科学精准，节能显著 | 需加装传感器，初期投入高 | 大型机场、数据中心 |
| 空气质量反馈 | 直接反映实际净化效果 | 设备复杂，数据分析门槛高 | 高标准洁净场所 |
7.2 清洁与处置规范
袋式过滤器为一次性使用产品，严禁水洗或吹扫复用。根据《公共建筑 HVAC 系统维护规程》（JGJ/T 358-2015），更换操作应遵循以下步骤：
- 关闭AHU风机电源；
- 打开检修门，佩戴防护口罩与手套；
- 拆卸旧滤芯，放入专用密封袋；
- 检查框架密封条是否老化；
- 安装新滤芯，确认方向正确（箭头指向气流方向）；
- 记录更换日期、型号及操作人员信息。
废弃滤芯应作为一般工业固废处理，若涉及生物污染（如疫情期），需按医疗废物标准进行高温焚烧。
八、技术创新与发展趋势
8.1 新型滤料技术
近年来，纳米纤维复合滤料逐渐应用于中效过滤领域。美国3M公司开发的NanoWeb®技术，可在传统聚酯基底上复合一层直径小于200 nm的超细纤维，使M6级别过滤器在保持低压降的同时，对0.3 μm颗粒的过滤效率提升至85%以上。
国内企业如振华重工也已推出驻极改性聚丙烯滤材，具有永久电荷特性，静电吸附能力较普通材料提高30%-50%。
8.2 智能化集成
随着物联网（IoT）技术的发展，智能过滤器成为新趋势。例如，法国LAARS公司推出的SmartFilter系统，在滤芯内置RFID芯片，可自动记录安装时间、累计运行小时数，并通过无线传输将数据上传至中央管理平台。
在中国，深圳宝安机场已试点部署此类系统，实现“一码溯源”，大幅提升运维透明度与响应速度。
8.3 节能与可持续设计
欧盟《EPBD》（Energy Performance of Buildings Directive）要求新建公共建筑HVAC系统必须满足最低能效标准。为此，低阻高性能袋式过滤器成为研发重点。实验数据显示，采用空气动力学优化设计的梯形袋结构，相比传统矩形袋可降低初始阻力15%-20%，年节电量可达8%-12%。
同时，可回收材料的应用也在推进。英国Arup集团在伦敦希思罗机场扩建项目中，选用100%可再生聚酯滤料，生命周期碳排放减少37%。
九、经济性与效益分析
尽管高性能袋式过滤器初期采购成本较高，但从全生命周期角度看，其综合效益显著。
以一座年客流量4000万人次的大型机场为例，假设有40套AHU机组，每套配备G4+M6袋式过滤器：
| 项目 | 单价（元） | 年更换次数 | 年总费用（万元） |
|---|---|---|---|
| G4初效袋式滤芯 | 800 | 4 | 12.8 |
| M6中效袋式滤芯 | 1,500 | 2 | 12.0 |
| 人工维护费 | — | — | 8.0 |
| 风机额外能耗损失 | — | — | 15.0（未更换） |
| 合计 | — | — | 47.8 |
若采用智能监控系统优化更换节奏，预计可节省维护与能耗成本约20%，即每年节约9.6万元。此外，良好的空气质量有助于提升旅客满意度，间接促进商业收入增长。
