空气过滤器浅析

FFiltration8

2020-05-11  环球过滤分离技术网   FFiltration8

中国分类


   一般通风用过滤器分级

级对于一般通风用过滤器，两项国家标准按新过滤器的计数法效率将过滤器分成五个和四个等级。这两项标准曾对过滤器市场起了很好的规范作用，它们结束了部门间各自为战的局面，并在过去的"中效"范围增加了一级"高中效"，以适应当时人们对改善洁净室预过滤器性能的要求。

GB12218-89分级

I

II

III

IV

V

粒径，

5.0

1.0

5.0

计数效率，%

40

40E80

20E70

70E99

95E99.9

GB/T14295-93分级

粗效

中效

高中效

亚高效

粒径，

5.0

1.0

.5

计数效率，%

20E80

20E7

70E9

95E99.9

额定风量下初阻力

50

80

100

120

  表中的分级基于80年代末至90年代初的国内技术水平，尤其是考虑了当时国产光学粒子计数器的水平。这两项标准的修订工作已经被列入相关部门的议事日程。
  中国现有标准的计数法与国外计数法的主要差别在于：
  1. 国内仅测量新过滤器效率，国外测量发尘各阶段效率的平均值；
  2. 国内测量大于某粒径全部粒子的过滤效率，国外测量某粒径段粒子的效率；
  3. 国外计数测量时使用标准人工粉尘，国内使用大气粉尘。

  高效过滤器

  国家标准GB13554-92规定，高效过滤器为：
  1. 按GB6165规定的钠焰法测试，其效率≥99.9%的过滤器；A
  2. 钠焰法测试，效率≥99.99%的过滤器B
  3. 钠焰法测试，效率≥99.999%的过滤器C
  4. 对粒径≥0.1 m的粒子，其效率≥99.999%的过滤器。D
  前者指一般高效过滤器，相比之下，国外一般定义高效过滤器的效率为≥99.97%。
  后者指超高效过滤器。


7

     过滤器的结构和选材

初效


  结构：外框主要包括：纸框、镀锌框、铝合金框、不锈钢板。有板式、和袋式结构。

滤料：纤维滤料主要有:化纤类无纺布,玻璃纤维滤料,某些厂家有棉纤与化纤的混合滤料,其它还有金属网等。
制作方法：大多为折叠成型，金属网和滤料复合折叠。



中效过滤器


  结构：外框材料主要包括：镀锌钢板、铝合金型材、塑料框、纸框等
  滤料主要包括：化纤类、玻璃纤维以及PP材料。
  目前使用最多的是玻璃纤维和PP滤料的袋式结构中效过滤器。由于国内生产粗、中效过滤器的厂家不计其数，采用的材料、结构也是多种多样。目前主流生产厂及国外厂多采用玻璃纤维滤料及部份化纤滤料，化纤靠其价格低及阻力小的优势挤占越来越大的市场。



高效空气过滤器


  结构：外框主要使用：铝合金型材、多层板框、铝板框、镀锌钢板框，使用最多为铝合金型材框，主要制作成立方体形结构。
  滤料：多采用玻璃纤维，化纤类逐渐在使用，目前国外有些厂家采用带静电的聚四氟乙烯纤维（驻极体）制造高效过滤器、俗称PTFE。
  高效结构又有无隔板和有隔板之分。无隔板主要采用热溶胶作为滤芯的分隔物，便于机械化生产。加之其具有体积小、重量轻、便于安装、效率稳定、风速均匀的优点，目前洁净厂房所需的大批量的过滤器多采用无隔板结构。有隔板高效，多采用铝箔、纸做成折叠状作为滤芯分隔物，形成空气通道。分隔板有采用优质牛皮纸，热滚压成形或采用胶版纸作分隔板。目前，多采用双面上胶的铜版纸作分隔板，主要目的是为了防止分隔板受冷热干湿的影响发生收缩，从而散发微粒。但根据我公司多年来的经验，在温湿度发生变化时，这种隔板纸可能会有较大颗粒散发，从而造成洁净厂房洁净度测试不合格。（已有几次客户关于这方面的投诉）所以，对于洁净度要求较高的场所，应推荐客户使用无隔板高效空气过滤器。国外的有隔板过滤器的价格要高于无隔板价格，所以国外使用有隔板的场所较少。此外，与有隔板过滤器的矩形通道相比，无隔板过滤器的V形通道进一步改善了容尘的均匀性，延长了使用寿命。通风用无隔板过滤器可避免使用金属部件，易于废弃处理，符合日益严格的环保要求。除了某些耐高温和高安全性要求的特殊场合，无隔板过滤器均可取代有隔板过滤器。




8

     过滤器的参数

  3-1面速和滤速

  面速和滤速可以反映过滤器的通过风量的能力。
  面速指过滤器断面上的通过气流速度，一般以m/s表示，V=Q/F*3600，面风速是反映过滤器结构特性的重要参数。
  滤速是指滤料面积上的通过气流的速度，一般以L/cm2.min或cm/s表示.滤速反映滤料的通过能力,反映滤料的过滤性能。滤速低，一般来说可以获得较高得效率。允许通过的滤速低，滤料的阻力较大。

  3-2过滤效率

  3-2-1空气过滤器的"过滤效率"是被捕集粉尘量与原空气含尘量的比值：
  过滤效率= 过滤器捕集粉尘量/上游空气含尘量= 1 -下游空气含尘量/上游空气含尘量
  效率的意义看似简单，可它的含义和数值却因试验方法的不同而大不一样。
  在决定过滤效率的因素中，粉尘"量"的含义多种多样，由此计算和测量出来的过滤器效率数值也就五花八门。实用中，有粉尘的总重量、粉尘的颗粒数量；有时是针对某一典型粒径粉尘的量，有时是所有粉尘的量；还有用特定方法间接地反映浓度的通光量（比色法）、荧光量（荧光法）；有某种状态的瞬时量，也有发尘全过程变化效率值的加权平均量。
  对同一只过滤器采用不同的方法进行测试，测得的效率值就会不一样。各国家、各厂商使用的测试方法不统一，对过滤器效率的解释和表达大相径庭。离开测试方法，过滤效率就无从谈起。
  目前过滤器（高效）效率的标注种类：1、钠焰法，主要是国内的一些生产厂家在使用，可能某些小的个体户没有测试设备也标注这种效率值。一般高效的标注效率值大于99.99%。这种方法的前景：钠焰法的测试精度决定了此种方法只能完成普遍高效的测试，测试的效率是过滤器的综合效率，对于特定粒子的效率不能体现，国家虽然在修订此标准，个人认为如果一个过滤器生产厂家仅有此一种测试手段，肯定难以满足客户日益多样性、高标准的要求。2、DOP法，有50多年历史。曾今为国际最常用的标注方法，相信，在国外可能会逐渐被取代。3、MPPS法，目前在国际上已经逐渐流行，又叫最易穿透效率法。被认为是测试高效空气过滤器的最严格的方法。
  3-2-2穿透率
  穿透率来表示经过过滤器后仍然可以透过多少尘粒的程度。K=（1-η）×100%
  3-3阻力
  过滤器对气流形成阻力。过滤器的阻力主要由两部分组成，滤料的阻力，过滤器结构的阻力。根据经验,在滤料性能确定的情况下,过滤器的阻力与过滤器的结构关系很大,由此造成的影响可能在50Pa左右。过滤器积灰，阻力增加，当阻力增大到某一规定值时，过滤器报废。
  新过滤器的阻力称"初阻力"；对应过滤器报废的阻力值称"终阻力"。
  设计时，常需要一个有代表性的阻力值，以核算系统的设计风量，这一阻力值称"设计阻力，惯用的方法是取初阻力与终阻力的平均值。
  3-4容尘量
  容尘量:简单说：过滤器容纳灰尘的能力。过滤器容尘量和过滤器的使用期限有直接关系。通常指运行中的过滤器的终阻力达到其初阻力的一倍的数值时，或者效率下降到初始效率的85%以下时，过滤器上的集尘量作为过滤器的标准容尘量，简称容尘量。如果过滤器以超过额定风量的风量工作，其阻力将随着集尘的增加而更快的增加。
  过滤器在达到容尘量的集尘过程中，效率低的过滤器容易显示出效率先增加后下降的特点，效率低的过滤器集的尘埃大而多，滤料稀疏，尘粒由于阻力的增加容易穿透滤料和剥落，造成二次污染。在使用过程中的高效过滤器，随着积尘的增加，效率一般都会上升。
  当风量为1000m3/h时，一般折叠形无纺布过滤器的容尘量在100g上下，玻璃纤维过滤器在250-300g，高效过滤器在400-500g左右。同类过滤器若尺寸不同，容尘量也就不同。




9

     为什么要用空气过滤器

  4-1-1通风空调系统需要空气过滤器的保护

空调维护人员通常会发现空调系统在使用较长时间后会发现如下问题:
  1. 风机,热交换器,风阀,管道等部件严重积灰,且还有异味
  2. 系统运行数年后,风量和冷/热处理量偏低,难以达到原设计要求;
  3. 舒适性空调送风口的周围出现黑渍;
  4. 室内人员抱怨空气污浊,身体不适;
  5. 洁净室系统的高效空气过滤器阻力增长过快,甚至1-2年就需更换;
  6. 对于空调机中目前长配的金属/尼龙网和化纤无纺布,即使不清洗,阻力也不会持续上升；
  造成这些问题的主要原因是灰尘，所谓耐洗的过滤器对灰尘的阻挡是有限的。除了把空调系统停下来进行清洗，或更换昂贵的系统部件，更有效的措施是增设效率足够高的空气过滤器。（国内能提供空调系统清洗服务的公司很少。
  经过发达国家的调查和研究证明，玻璃纤维袋式过滤器是用户最经济有效的选择。
  4-1-2各种洁净等级的洁净室更离不开高效甚至是超高效空气过滤器
  洁净室内与室外的尘埃粒子浓度相差成千上万倍（单单是计数），要达到一定级别的洁净度，必须要设置高效空气过滤器，对进入室内的空气进行过滤器。

  4-2过滤器的选用

  根据场所的使用要求合理确定各级过滤器的效率
  通常情况下，末端过滤器决定了空气的洁净程度，前级过滤器起保护末端过滤器的作用，即延长末端过滤器的使用寿命，减少维护费用，保护空调系统正常工作。
  具体过程：
  1. 根据洁净度的要求确定末级过滤器的效率;
  2. 选择末级过滤器的保护过滤器,如果需要,在选择中级过滤器的前级保护过滤器,通常起保护作用的过滤器称为预过滤器;
  3. 选择预过滤器要和使用环境,备件费用,运行能耗(目前国内用用户关心能耗的不多),维护与供货等因素综合考虑后决定；
  4. 特别关注的问题：洁净室末端的高效空气过滤器需要有效率不低于F8的过滤器的保护（主要应是针对新风的处理），空调系统也需要空气过滤器的保护；
  5. 确定过滤器的要点：末级过滤器的性能要可靠，预过滤器的效率规格要合理，且要维护方便。
  根据经验，各种场合的典型配置：

场所

主过滤器效率

常见过滤元件

特殊要求

作用

普通中央空调
主过滤器

F5-F7

袋式、无隔板组合式

效率合理、容易维护

卫生、保护室内装修、保护空调

普通中央空调
主预滤器

G3-F5

便宜、维护容易

容尘能力高，供货有保证

保护空调系统、保护下级过滤器

高档场所
中央空调

F7

袋式、无隔板组合式

-

防止风口黑渍、防止室内装修退色

机场航站楼

F7

袋式、无隔板组合式

-

旅客舒适性，受重视程度日益提高

学校、幼儿园

F7

袋式、无隔板组合式

防火

安全考虑

诊室、病房

F7-F8

袋式、无隔板组合式

无营养物

防止交叉感染

博物馆、图书馆

F7

袋式、无隔板组合式

-

保护馆藏

普通影响工作室

F7

袋式、无隔板组合式

-

保护光学设备和制品

乱流洁净室

高效

有隔板、无隔板高效

逐台测试，无易燃材料、无营养

一般装在高效送风口内

层流洁净室

高效或超高效

有隔板、无隔板高效

逐台扫描检验、流速均匀

送风末端

洁净室预过滤

F8-H10

袋式及有隔板、无隔板

-

保证末端高效的寿命

芯片厂10级、1级洁净室

超高效ULPA

无隔板ULPA

逐台扫描、流速均匀，无挥发物

对过滤器要求最高的场所

芯片厂10级、1级洁净室预过滤

HEPA

无隔板、有隔板过滤器

能承受大风量

保证末端过滤器使用寿命和产品生命同期

制药行业30万级

F8-H10 HEPA

袋式及有隔板、无隔板

无营养物

末端过滤器可以设在空调内

负压洁净室排风

HEPA

无隔板、有隔板

可靠

禁止危险品的排放

轿车涂装流水作业主过滤

HEPA

袋式

不含硅酮、不掉毛、阻燃

满足面漆无疵点，保护匀流材料

轿车烤漆流水线主过滤

F6-F7

耐温有隔板过滤器

不含硅酮

工艺要求

高要求静电，涂车间

F7-F8

袋式、无隔板过滤器

不含硅酮、不掉毛

保证外观无疵点

核电站排风

HEPA

有隔板、无隔板

防火、耐冲击、专门机构认证

防止核污染

采用集中空调的机房、交换台、控制室

F5-F7

袋式、无隔板过滤器

-

防止因灰尘引进的散热不良和电路故障

柜式空调的机房

G3-F5

板式过滤器

-

-

化纤抽丝工序

F8

袋式过滤器

-

防断丝，防煤灰纱

纺纱车间

G4-F7

袋式过滤器、静电过滤器

-

防煤灰纱

食品工业

F7

袋式、无隔板过滤器

无营养物

生产环境的卫生

洁净工作室、
风淋

HEPA

有隔板、无隔板高效

-

-

轧钢主电机

F7

袋式过滤器

阻燃

防止因粉尘造成的电机故障

卷烟厂中央空调

F7

自洁过滤装置、传统袋式高效

-

国内烟草行业目前流行自洁式过滤器

家用空调

G3-G4

平板过滤器

便宜、美观

-

燃气轮机与离心式空压机

F7-F8

无隔板、袋式、有隔板、自洁式过滤器

抗冲击、阻燃、憎水

防止设备内部结垢、磨损、腐蚀

轴流式空压机

F5-F7

无隔板、袋式过滤器

抗冲击、憎水

防叶片磨损

往复式空压机、内燃机

G3-F5

袋式过滤器、滤清器，平板过滤器

抗冲击、耐超阻

防止气缸磨损

高级轿车空调

F7

无隔板过滤元件

-

防尘、防花粉

高档家用洗尘器

F7 HEPA

无隔板过滤元件

结实、抗水

防止排风二次污染

洁净室用洗尘器

HEPA

无隔板过滤元件

结实、抗水

防止排风二次污染

家用空气净化器

F7-F9 HEPA

桶状、或方形无隔板过滤元件

便宜、美观


防毒面具

HEPA

无隔板过滤元件

耐温、抗水

与活性碳组合使用



　洁净度、通风参数与高效空气过滤器的关系

ISO14644
分级

对应传统规格

气流形式

平均风速m/s

换气次数

末端过滤器
效率

过滤器检测
方法

ISO1

-

-

-

-

≥99.9999%

扫描

ISO2

-

U

0.3-0.5

-

≥99.9999%

扫描

ISO3

1

U

0.3-0.5

-

≥99.999%

扫描

ISO4

10

U

0.3-0.5

-

≥99.999%

扫描

ISO5

100

U

0.2-0.5

-

≥99.97%

总效率或扫描

ISO6

1，000

N，M

-

70-160

≥99.97%

总效率或扫描

ISO7

10，000

N，M

-

20-70

≥99.97%

总效率或扫描

ISO8

10，000

N，M

-

10-20

≥99.97%

总效率或扫描

ISO9

100，000

-

-

-

-


  注:U-单向流,N-非单向流,M-单向与非单流
  不同等级的洁净室,所用的高效空气过滤器基本是一致的.过滤器的质量如果有了保证,通风参数(唤气次数或平均风速)是决定洁净工程质量的关键因素。目前要求较为严格的洁净室工程中所用的高效空气过滤器一般都要求经过扫描检验。（目前国内对于高效过滤器出厂100%检漏很少）。国内可以开展洁净室施工的单位成千上万，所以对于各种洁净室的唤起次数及平均风速的取值也有差别。换气次数少，投资省，运行成本低，洁净度上有风险。（根据经验，国内施工单位为了能顺利通过洁净室的验收，很多都采用远高于标准要求的换气次数）。
  很多单位的洁净室验收都是在静态状态下进行，经过长时间的自净，一般都可以获得很高的洁净度测试结果，但实际的运行情况，未必如此。
  单向流洁净室也称"层流"或匀流洁净室，这种洁净室的平均风速至关重要，粉尘的自由扩散速度是0.15-0.2m/s,如果风速压不住粉尘的扩散速度,使用效率再高的过滤器也达不到预期的效果。
  非单向流洁净室，也称乱流洁净室，洁净室靠送风来稀释尘埃，以达到一定的洁净度要求。乱流洁净室由于室内操作人员较多、设备和生产过程中发尘量也较大，高效效率的高低不是决定性因素。
  美国防火等级
  过滤器的防火等级，美国UL保险商试验所标准，UL-900-1997
  二级（Class 1）
  过滤器（干净时）遇明火不燃烧，仅散发极微量的烟雾。
  二级（Class 2）
  过滤器（干净时）遇明火轻微燃烧，或散发有限的烟雾，或两者同时发生。
  过滤器结构与防火分类，美国环境科学与技术研究所IES-RP-CC001.3-1993
  第一类（Grade 1）：
  不燃结构，能承受恶劣的环境，结构坚固。主要用于军事、原子能、重要工业。
  满足美国军用标准MIL-F-51068。
  第二类（Grade 2）：
  阻燃结构，经耐水试验、耐低温试验、以及军用标准MIL-F-51068中的部分试验。
  满足美国UL-586标准的试验（火焰试验）。
  第三类（Grade 3）：
  遇火不燃烧，仅散发微量烟雾。符合UL-900标准中的一级。
  第四类（Grade 4）：
  遇火轻微燃烧，或散发有限烟雾。符合UL-900标准中的二级。
  第五类（Grade 5）：
  阻燃材料结构，无助燃物质，遇火仅产生少量烟雾或不产生烟雾。用于洁净室顶送风或侧送风处的空气过滤。
  第六类（Grade 6）：
  用于无特殊防火要求和不十分重要的场所。

来源于：实验室生物安全管家   www.guolvfenlitech.com