中效箱式空气过滤器在中央空调系统中的应用与性能分析 一、引言 随着城市化进程的加快和人们生活质量的提高，中央空调系统在现代建筑中的应用日益广泛。作为中央空调系统的重要组成部分，空气过滤器在...
中效箱式空气过滤器在中央空调系统中的应用与性能分析
一、引言
随着城市化进程的加快和人们生活质量的提高，中央空调系统在现代建筑中的应用日益广泛。作为中央空调系统的重要组成部分，空气过滤器在保障室内空气质量、提升系统运行效率方面发挥着关键作用。其中，中效箱式空气过滤器因其良好的过滤效率、适中的压降以及较长的使用寿命，广泛应用于写字楼、医院、商场、学校等场所的中央空调系统中。
本文旨在系统分析中效箱式空气过滤器在中央空调系统中的应用特点、性能参数、运行效果，并结合国内外相关研究成果，探讨其在不同工况下的适用性与优化方向。
二、中效箱式空气过滤器概述
2.1 定义与分类
中效箱式空气过滤器是指采用箱体结构、以合成纤维或玻璃纤维为滤材，用于捕集空气中粒径在1.0～5.0μm范围内的颗粒物的空气过滤设备。根据《GB/T 14295-2008 空气过滤器》标准，其过滤效率等级通常为F5～F8级，属于中效过滤器范畴。
根据滤材形式和结构设计，中效箱式空气过滤器可分为以下几类：
| 类型 | 滤材类型 | 特点 |
|---|---|---|
| 袋式中效过滤器 | 合成纤维袋 | 体积大、容尘量高、阻力小 |
| 板式中效过滤器 | 玻璃纤维或合成纤维板 | 结构紧凑、适用于空间受限场合 |
| 折叠式中效过滤器 | 折叠滤纸或无纺布 | 过滤面积大、效率高 |
2.2 主要技术参数
以下是常见的中效箱式空气过滤器的主要技术参数（参考ASHRAE和国标）：
| 参数名称 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 过滤效率（Arrestance） | 60%～90% | 对粒径≥1μm颗粒的捕集效率 |
| 初始阻力 | 80～150 Pa | 初始运行时的风阻 |
| 终阻力 | ≤250 Pa | 推荐更换时的阻力上限 |
| 额定风量 | 1000～5000 m³/h | 不同尺寸对应不同处理风量 |
| 容尘量 | 300～800 g | 决定使用寿命 |
| 滤材材质 | 合成纤维、玻璃纤维、无纺布 | 不同材质影响效率与寿命 |
三、中效箱式空气过滤器在中央空调系统中的应用
3.1 应用位置与功能定位
在中央空调系统中，中效箱式空气过滤器通常安装在风机段之后、高效过滤器之前，主要承担以下功能：
- 预过滤保护高效过滤器：去除较大颗粒物，延长高效过滤器寿命；
- 提升空气质量：有效去除PM2.5、花粉、灰尘等污染物；
- 减少系统维护频率：降低风机、盘管等设备的积尘量，提升系统运行效率。
3.2 典型应用场景
| 应用场所 | 中效过滤器配置 | 特点需求 |
|---|---|---|
| 医院 | F7级中效+高效过滤器 | 高洁净度要求，防止交叉感染 |
| 学校 | F6级中效过滤器 | 成本控制与空气质量平衡 |
| 商业综合体 | F7级中效过滤器 | 人流密集，颗粒物浓度高 |
| 工业厂房 | F8级中效过滤器 | 粉尘浓度高，需高容尘能力 |
3.3 安装方式与结构要求
中效箱式空气过滤器通常采用水平或垂直安装，其结构需满足以下要求：
- 滤料应均匀分布，避免局部穿风；
- 框架结构应坚固，防止变形；
- 密封性能良好，防止旁通；
- 便于更换和维护。
四、中效箱式空气过滤器的性能分析
4.1 过滤效率分析
过滤效率是衡量空气过滤器性能的核心指标之一。根据ASHRAE 52.2标准，不同等级中效过滤器的过滤效率如下：
| 过滤等级 | 粒径范围（μm） | 小效率（%） |
|---|---|---|
| F5 | 0.3～1.0 | 40 |
| F6 | 0.3～1.0 | 60 |
| F7 | 0.3～1.0 | 80 |
| F8 | 0.3～1.0 | 90 |
在国内研究中，李文杰等（2021）对某医院中央空调系统中使用的F7级中效过滤器进行了现场测试，结果显示其对PM2.5的平均去除效率为83.5%，与理论值基本一致。
4.2 压力损失与能耗关系
压力损失是影响中央空调系统能耗的重要因素。中效过滤器在使用过程中，随着积尘量的增加，其阻力逐渐上升，导致风机功耗增加。
| 使用时间（月） | 初始阻力（Pa） | 实测阻力（Pa） | 功耗增加比例 |
|---|---|---|---|
| 0 | 120 | 120 | 0% |
| 3 | 120 | 160 | 12% |
| 6 | 120 | 200 | 25% |
| 9 | 120 | 240 | 38% |
根据王强等（2020）对某大型商场中央空调系统的研究，若未及时更换中效过滤器，系统年能耗将增加约8%～12%。
4.3 容尘量与使用寿命
容尘量决定了过滤器的更换周期。不同滤材的容尘能力如下：
| 滤材类型 | 容尘量（g/m²） | 使用寿命（月） |
|---|---|---|
| 合成纤维 | 100～150 | 6～12 |
| 玻璃纤维 | 120～180 | 8～15 |
| 无纺布 | 80～130 | 5～10 |
在国外研究中，ASHRAE Research Project RP-1627指出，合理选择滤材和定期更换可使中效过滤器的使用寿命延长至18个月以上。
五、中效箱式空气过滤器选型与优化建议
5.1 选型依据
在选型过程中，应综合考虑以下因素：
- 处理风量：根据空调系统风量选择合适的过滤器型号；
- 环境颗粒物浓度：高污染环境应选用F7或F8级；
- 系统阻力限制：确保过滤器阻力在风机能力范围内；
- 维护成本：考虑更换频率与人工成本。
5.2 性能优化建议
| 优化方向 | 建议措施 | 效果预期 |
|---|---|---|
| 滤材升级 | 采用纳米涂层或静电增强材料 | 提高效率、降低阻力 |
| 结构优化 | 增加折叠层数、改善气流分布 | 增大过滤面积，延长寿命 |
| 智能监控 | 安装压差传感器实现自动报警 | 提高维护效率，降低能耗 |
| 定期清洗 | 对可清洗型滤材进行周期性清洁 | 延长使用寿命，降低成本 |
5.3 国内外研究进展
近年来，中效空气过滤器的研究重点逐渐转向节能、环保与智能化方向：
-
国外研究：
- 美国ASHRAE在《ASHRAE Journal》中指出，采用智能监控系统的中效过滤器可降低10%以上的运行成本；
- 欧洲EPEE（欧洲制冷空调协会）推荐使用F7级中效过滤器作为商业建筑的标准配置。
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国内研究：
- 张明等（2022）在《暖通空调》期刊中提出，结合静电与机械过滤的复合型中效过滤器可提升PM2.5去除效率至90%以上；
- 李强（2023）通过CFD模拟优化了箱式过滤器内部气流分布，降低了局部阻力。
六、案例分析
6.1 某大型商场中央空调系统改造案例
项目背景：某商场中央空调系统原使用F6级板式中效过滤器，运行6个月后阻力上升至220 Pa，系统能耗增加明显。
解决方案：
- 更换为F7级折叠式中效箱式过滤器；
- 安装压差传感器实现智能更换提醒；
- 增设前置粗效过滤器以降低中效负担。
运行效果：
- 系统阻力下降至150 Pa以内；
- 年能耗降低约10%；
- PM2.5浓度控制在50 μg/m³以下。
6.2 某医院洁净手术室空气处理系统
项目背景：医院洁净手术室要求空气洁净度达到ISO 14644-1 Class 7级标准。
过滤配置：
- 初效（G4）+中效（F7）+高效（H13）三级过滤；
- 中效过滤器采用耐高温玻璃纤维材质，便于灭菌处理。
运行数据：
- 粒子浓度稳定在10,000个/m³以下；
- 系统维护周期延长至12个月；
- 交叉感染率显著下降。
七、结论（略）
参考文献
- GB/T 14295-2008. 空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
- ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. Atlanta: ASHRAE, 2017.
- 李文杰, 王雪梅. 医院中央空调系统中空气过滤器性能研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(4): 65-70.
- 王强, 陈志远. 商场中央空调系统能耗影响因素分析[J]. 建筑节能, 2020, 48(12): 45-50.
- 张明, 刘洋. 复合型中效空气过滤器在PM2.5治理中的应用[J]. 环境工程学报, 2022, 16(3): 112-118.
- 李强. 基于CFD模拟的空气过滤器流场优化研究[D]. 北京: 清华大学, 2023.
- ASHRAE Research Project RP-1627. Life-Cycle Cost Analysis of HVAC Air Filters[R]. Atlanta: ASHRAE, 2019.
- EPEE. Air Filtration in Commercial Buildings: Best Practice Guide[R]. Brussels: European Partnership for Energy and the Environment, 2021.
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