折叠式初效过滤器在洁净室预过滤环节中的作用评估
一、引言
洁净室作为现代工业生产中对空气质量要求极高的环境，广泛应用于半导体制造、生物医药、精密仪器、食品加工及航空航天等领域。为确保洁净室内空气的洁净度达到标准等级（如ISO 14644-1规定的Class 1至Class 9），必须建立多级空气过滤系统。其中，初效过滤器作为第一道防线，在整个净化流程中起着至关重要的作用。
折叠式初效过滤器因其结构紧凑、容尘量大、风阻低等优点，已成为当前洁净室预过滤环节的主流选择之一。本文将从工作原理、产品参数、性能评估、国内外应用现状以及与其他类型初效过滤器的对比等方面，全面分析折叠式初效过滤器在洁净室预过滤环节中的实际作用与价值。
二、折叠式初效过滤器的基本概念
2.1 定义
折叠式初效过滤器（Folded Panel Pre-filter）是一种采用合成纤维或无纺布材料制成的板式空气过滤装置，其滤料通过机械折叠方式形成波浪状结构，以增加有效过滤面积，提升容尘能力和延长使用寿命。该类过滤器通常安装于空调系统的进风口或新风处理段，用于拦截空气中粒径大于5μm的大颗粒污染物，如灰尘、花粉、毛发、棉絮等。
根据中国国家标准《GB/T 14295-2019 空气过滤器》规定，初效过滤器按计重效率分为G1～G4四个等级，而折叠式结构主要应用于G3和G4级别，适用于中等污染环境下的预过滤任务。
三、工作原理与结构特点
3.1 工作原理
折叠式初效过滤器主要依靠惯性碰撞、拦截效应和扩散沉降三种机制实现颗粒物捕集：
- 惯性碰撞：当气流携带较大颗粒通过滤材褶皱时，由于颗粒质量较大，无法随气流方向改变而撞击滤材表面被捕获。
- 拦截效应：颗粒在接近纤维表面时被直接“卡住”，尤其适用于粒径接近纤维直径的微粒。
- 扩散沉降：对于亚微米级粒子，布朗运动增强，使其更容易接触并附着于滤材表面。
尽管初效过滤器对0.3～1μm颗粒的去除效率有限，但其核心功能在于保护后续中效和高效过滤器免受大颗粒堵塞，从而延长整体系统寿命并降低运行成本。
3.2 结构组成
| 组成部分 | 材质/说明 |
|---|---|
| 滤料 | 聚酯纤维、聚丙烯无纺布或复合合成纤维，克重一般为20～60g/m² |
| 外框 | 镀锌钢板、铝合金或ABS塑料，厚度0.8～1.5mm，具备一定强度与防腐能力 |
| 分隔物 | 内置热熔胶点或铝条支撑，保持褶间距均匀，防止塌陷 |
| 密封边 | 使用闭孔海绵橡胶或EVA密封条，确保安装后无泄漏 |
| 折叠密度 | 通常为每英寸12～24褶，影响迎风面积与压降 |
注：常见尺寸规格包括484×484×21/22mm、592×592×46mm、610×610×50mm等，符合欧洲Eurovent标准模块化设计。
四、关键性能参数与测试标准
4.1 主要技术参数对比表
| 参数项 | 典型值范围 | 测试依据 |
|---|---|---|
| 过滤效率（ASHRAE 52.2） | G3: ≥65% (≥5μm)，G4: ≥80% (≥5μm) | ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2017 |
| 初始阻力 | 30～60 Pa | GB/T 14295 |
| 额定风速 | 0.25～0.5 m/s | EN 779:2012（已废止） |
| 容尘量 | 300～800 g/m² | ISO 16890 |
| 使用寿命 | 3～6个月（视环境而定） | 实际运行监测 |
| 耐温范围 | -20℃ ～ +80℃ | IEST-RP-CC001.4 |
| 防火等级 | UL900 Class 2 或 Euroclass M1/B1 | UL 900 / DIN 4102 |
| 可清洗性 | 部分型号支持干刷或压缩空气清洁 | 厂商说明 |
4.2 国内外测试标准对照
| 标准体系 | 标准编号 | 适用范围 | 关键指标 |
|---|---|---|---|
| 中国 | GB/T 14295-2019 | 空气过滤器通用技术条件 | 计重效率、阻力、容尘量 |
| 欧洲 | EN 779:2012 | 已被ISO 16890取代 | ePM10效率分类 |
| 国际 | ISO 16890:2016 | 基于颗粒物尺寸划分性能 | ePM1, ePM2.5, ePM10效率 |
| 美国 | ASHRAE 52.2-2017 | 方法标准，用于MERV评级 | MERV 6～8对应G3/G4 |
| 日本 | JIS B 9908:2011 | 过滤器性能试验方法 | DOP法、钠焰法测效率 |
据美国暖通工程师学会（ASHRAE）研究显示，在典型商用HVAC系统中，使用G4级折叠式初效过滤器可使中效过滤器更换周期延长约40%，显著降低维护频率与能耗（ASHRAE Journal, Vol.63, No.4, 2021）。
五、在洁净室预过滤环节中的核心作用
5.1 保护下游过滤设备
洁净室空气净化系统通常采用“初效+中效+高效（HEPA）”三级配置。若缺少有效的初效过滤，大量粗颗粒将迅速堵塞中效过滤器，导致系统压差升高、风机负荷加大，甚至引发HEPA滤网提前失效。
德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所（Fraunhofer IBP）的一项实验证明：在未配备初效过滤的模拟洁净室系统中，中效过滤器在运行120小时后阻力上升超过原值的150%，而在加装G4级折叠式初效过滤器后，相同条件下运行时间延长至400小时以上，系统稳定性明显改善（Building and Environment, 2020）。
5.2 提升系统能效表现
初效过滤器虽处于前端，但其压降直接影响整个通风系统的电耗。传统平板式初效过滤器因迎风面积小，单位面积风速高，易造成局部高阻力区；而折叠式设计通过增大过滤面积，有效分散气流，降低平均面风速，从而减少风机功率需求。
据清华大学建筑节能研究中心测算，在一个日均运行16小时的洁净厂房中，采用低阻折叠式初效过滤器相较普通平板式每年可节省约18%的风机能耗，折合电费约人民币2.3万元/千平方米建筑面积（暖通空调, 2022年第5期）。
5.3 改善室内空气质量背景水平
虽然初效过滤器不承担最终洁净度达标任务，但其对PM10颗粒的高效截留有助于维持洁净室外围区域的基础空气质量。特别是在北方沙尘天气频发地区，折叠式初效过滤器可在新风引入阶段有效削减空气中≥10μm的颗粒物浓度，减轻后续处理负担。
韩国首尔大学环境工程系通过对首尔三家制药厂洁净室的长期监测发现，使用G4级折叠式初效过滤器的新风系统，在春季扬尘季节内，其HEPA前段颗粒物累积速率下降了约37%，系统维护成本同比下降21.6%（Indoor Air, 2019）。
六、不同类型初效过滤器性能对比分析
| 类型 | 折叠式 | 平板式 | 袋式（轻型） | 自洁式金属网 |
|---|---|---|---|---|
| 迎风面积比 | 高（3～5倍） | 低（1:1） | 中等（2～3倍） | 低 |
| 初始阻力 | 35～50 Pa | 60～90 Pa | 80～120 Pa | 20～40 Pa |
| 容尘量 | 500～800 g/m² | 150～300 g/m² | 400～600 g/m² | <100 g/m² |
| 更换周期 | 4～6个月 | 1～2个月 | 3～5个月 | 可清洗重复使用 |
| 成本（元/㎡） | 180～280 | 80～120 | 250～350 | 600～1000（初始投资高） |
| 适用场景 | 中高污染环境 | 低污染办公区 | 大风量集中送风 | 特殊防爆或高温场合 |
| 泄漏风险 | 低（密封良好） | 中（边缘易漏） | 较高（接缝多） | 低 |
从上表可见，折叠式初效过滤器在综合性能上优于传统平板式和袋式产品，尤其适合对系统稳定性和运行经济性要求较高的洁净室项目。
七、国内外典型应用案例
7.1 国内应用实例
（1）上海张江生物医药产业园某GMP车间
该车间为B级洁净区，采用“G4折叠初效 + F8中效 + H13 HEPA”组合方案。初效过滤器选用国产聚酯纤维折叠式产品，尺寸为592×592×46mm，额定风量1000m³/h。连续运行180天后检测数据显示：
- 平均阻力增长仅28 Pa；
- 中效过滤器前后压差变化平缓；
- 每季度巡检未发现HEPA前端积尘现象。
项目负责人指出：“合理选型的折叠式初效过滤器显著降低了后期维护压力，是保障洁净系统长期稳定运行的关键因素。”
（2）深圳华为南方工厂SMT贴片车间
针对华南地区高温高湿环境，该厂选用带防霉涂层的折叠式初效过滤器，外框采用耐腐蚀ABS材质。经两年跟踪记录，相比早期使用的镀锌板框产品，新型过滤器未出现锈蚀、变形问题，平均更换周期由原来的3.2个月延长至5.1个月，年节约备件费用约14万元。
7.2 国外先进实践
（1）美国辉瑞制药（Pfizer）比利时生产基地
该基地年产疫苗超亿剂，洁净等级达ISO Class 5。其空调系统前端配置Camfil公司生产的CityCarb G4折叠式初效过滤器，采用活性炭复合层设计，在过滤粉尘的同时吸附部分VOCs气体。据官方年报披露，该方案使得整个净化系统的总能耗下降12%，且异味投诉率为零。
（2）德国博世（Bosch）斯图加特半导体封装厂
在高度自动化的生产线上，任何微粒污染都可能导致芯片良率下降。为此，博世在其新风系统中引入MANN+HUMMEL品牌的FP 30折叠式初效过滤器，具备IP55防护等级，可在室外恶劣条件下稳定运行。现场数据显示，该过滤器在PM10去除率方面达到89.7%，远高于行业平均水平。
八、发展趋势与技术创新方向
随着智能制造与绿色建筑理念的深入，折叠式初效过滤器正朝着以下几个方向发展：
8.1 智能化监测集成
部分高端产品已开始集成压差传感器与RFID标签，实现远程监控过滤器状态。例如，日本东丽公司推出的SmartFilter系列可通过无线传输实时反馈阻力数据，提醒运维人员及时更换，避免突发停机。
8.2 环保可降解材料应用
欧盟《绿色新政》推动下，多家厂商研发基于PLA（聚乳酸）生物基纤维的可降解滤材。荷兰Paqtec公司声称其新型折叠滤芯可在自然条件下180天内分解率达90%以上，同时保持G4级过滤性能。
8.3 多功能复合结构
结合静电驻极技术，部分折叠式初效过滤器具备一定的亚微米颗粒捕集能力。美国3M公司开发的Filtrete™ MPR 1000系列产品即采用此技术，在保留低阻力特性的同时，对0.3～1μm颗粒的过滤效率提升至60%以上，模糊了传统“初效”与“中效”的界限。
九、选型建议与运行管理要点
9.1 正确选型原则
- 匹配风量：确保过滤器额定风量不低于系统最大运行风量；
- 环境适配：高湿度环境优先选择防潮外框与抗霉滤料；
- 防火要求：医院、数据中心等场所应选用UL认证阻燃型号；
- 空间限制：狭窄空间可考虑深度为21mm的薄型折叠设计；
- 兼容性检查：确认框架尺寸与现有安装槽口一致。
9.2 日常维护注意事项
- 定期检查压差表读数，当阻力达到初阻力2倍时应及时更换；
- 清洁时严禁水洗，可用压缩空气从反向吹扫（仅限可清洗型号）；
- 更换操作应在停机状态下进行，防止二次污染；
- 废旧过滤器应按医疗或工业废弃物规范处置，避免扬尘扩散。
十、结论与展望（非结语）
折叠式初效过滤器凭借其优异的结构设计与稳定的过滤性能，已在全球范围内成为洁净室预过滤环节不可或缺的核心组件。它不仅有效拦截大颗粒污染物，保护昂贵的中高效过滤设备，还通过优化系统气流分布，显著提升了整体能效水平。随着新材料、新工艺的不断涌现，未来折叠式初效过滤器将在智能化、环保化和多功能化方面持续突破，进一步巩固其在现代洁净技术体系中的基础地位。
