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凈化過濾器基礎知識

閱讀：154發布時間：2022-11-17

凈化過濾器基礎知識

◎過濾概述
過濾材料
既有效地攔截塵埃粒子，又不對氣流形成過大的阻力。雜亂交織的纖維形成對粒子的無數道屏障，纖維間寬闊的空間允許氣流順利通過。

效率
m的粒子主要作慣性運動，粒子越大，效率越高。mm（微米）的粒子主要作擴散運動，粒子越小，效率越高；大于0.5m過濾器捕集粉塵的量與未過濾空氣中的粉塵量之比為“過濾效率”。小于0.1

阻力
纖維使氣流繞行，產生微小阻力。無數纖維的阻力之和就是過濾器的阻力。
過濾器阻力隨氣流量增加而提高，通過增大過濾材料面積，可以降低穿過濾料的相對風速，減小過濾器阻力。

動態性能
被捕捉的粉塵對氣流產生附加阻力，于是，使用中過濾器的阻力逐漸增加。被捕捉到的粉塵形成新的障礙物，于是，過濾效率略有改善。
被捕捉的粉塵大都聚集在過濾材料的迎風面上。濾料面積越大，能容納的粉塵越多，過濾器壽命越長。

使用壽命
濾料上積塵越多，阻力越大。當阻力大到設計所不允許的程度時，過濾器的壽命就結束。有時，過大的阻力會使過濾器上已捕捉到的灰塵飛散，出現這種二次污染時，過濾器也該報廢。

靜電
若過濾材料帶靜電或粉塵帶靜電，過濾效果可以明顯改善。因靜電使粉塵改變運動軌跡并撞向障礙物，靜電力參與粘住的工作。

◎過濾效率
在決定過濾效率的因素中，粉塵“量”的含義多種多樣，由此計算和測量出來的過濾器效率數值也就不同。實用中，有粉塵的總重量、粉塵的顆粒數量；有時是針對某一典型粒徑粉塵的量，有時是所有粉塵的量；還有用特定方法間接地反映濃度的通光量（比色法）、熒光量

（熒光法）；有某種狀態的瞬時量，也有發塵全過程變化效率值的加權平均量。
對同一只過濾器采用不同的方法進行測試，測得的效率值就會不一樣。離開測試方法，過濾效率就無從談起。

◎過濾器阻力
過濾器對氣流形成阻力。過濾器積灰，阻力增加，當阻力增大到某一規定值時，過濾器報廢。
新過濾器的阻力稱“初阻力”；對應過濾器報廢時的阻力值稱“終阻力”。

終阻力
終阻力的選擇直接關系到過濾器的使用壽命、系統風量變化范圍、系統能耗。大多數情況下，終阻力是初阻力的2～4倍。

終阻力建議值
效率規格建議終阻力 Pa
G3(粗效) 100～200
G4（初中效） 150～250
F5～F6（中效） 250～300
F7～F8（高中效） 300～400
F9～H11（亞高效） 400～450
高效與超高效 400～600

過濾器越臟，阻力增長越快。過高的終阻力值并不意味著過濾器的使用壽命會明顯延長，但它會使空調系統風量銳減。因此，沒有必要將終阻力值定得過高。
低效率過濾器常使用直徑≥10m的粗纖維濾料。由于纖維間空隙大，過大的阻力有可能將過濾器上的積灰吹散，此時，阻力不再增高，但過濾效率降為零。因此，要嚴格限制G4以下過濾器的終阻力值。每個過濾段都應安裝阻力監測裝置。終阻力要靠儀表來判定，不能僅憑操作者的感覺。

◎容塵量
容塵量是在特定試驗條件下，過濾器容納特定試驗粉塵的重量。這里的“特定”是指：
a. 標準試驗風洞，以及相關試驗與測量設備；
b. 比實際大氣粉塵顆粒大得多的標準“道路塵”；
c. 委托方與試驗方商定、或標準規定的試驗方法與計算方法；
d. 委托方與試驗方商定的終止試驗的條件。

容塵量與過濾器實際容納粉塵的重量沒有直接對應關系，孤立的容塵量數據對用戶沒有任何意義。

◎可吸入顆粒物
空氣中的大顆粒粉塵被人的鼻腔阻攔，小顆粒粉塵可能隨氣流進入氣管和肺部，這些粉塵被氣管和肺部的“巨噬細胞”吞食并消化，巨噬細胞吃不凈的那些細菌和病毒還會被白血球消滅掉。只有小于10m人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以將大多數大于10m的顆粒物以上的顆粒物去掉，剩下的“可吸入顆粒物”為TM5。mm以上的顆粒物，剩下的就是“可吸入顆粒物”，技術上標為TM10。我們經常聽到的“可吸入顆粒物”就是這個TM10。如果將5m空氣中的全部粉塵量為“總懸浮顆粒物”

可吸入顆粒物與健康效應
濃度 mg/m3 健康效應
總懸浮顆粒物可吸入顆粒物
>0.29 >0.20 免疫功能改變的閾濃度，居民呼吸道疾病患病率開始增加。
0.21 0.15 居住區空氣日平均允許濃度。
<0.16><0.11>

◎化學過濾器
化學過濾器清除空氣中的氣體污染物。在通風和空調領域，化學過濾器使用活性炭作為主要過濾材料。化學過濾器典型應用場所有：芯片廠、核工業、飛機場、環保、博物館等，有些家電中也使用了化學過濾材料。

化學過濾原理
化學過濾器有選擇性地吸附有害氣體分子，而不是像普通過濾器那樣機械地清除雜質。
活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔，其中絕大部分微孔的孔徑在5Å～500Å之間，單位材料中微孔的總內表面積可高達700～2300m2/g，也就是說，在一個米粒大小的活性炭顆粒中，微孔的內表面積相當于一個大客廳內墻面的大小。
沒有明顯化學反應的吸附稱為物理吸附，這種吸附主要靠的是范德瓦爾斯力。空氣中沸點高（常溫或更高）的游離分子接觸活性炭后，有些在微孔中凝聚成液體并因毛細管原理呆在那，有些填滿與分子尺寸相當的微孔而與材料成為一體。大氣中的氮氣、氧氣、二氧化碳、氫氣、氬氣等主要成分的沸點都很低，活性炭吸附不了它們。普通活性炭是疏水性材料，所以對水蒸汽的吸附能力也有限。此外，活性炭還能吸附某些空氣微生物并殺死它們。
經化學處理而使材料與有害氣體產生化學反應的吸附稱化學吸附。活性炭靠范德瓦爾斯力抓

到氣體分子，材料上的化學成分與污染物起反應，生成固體成分或無害的氣體。進行化學處理的主要方法是在活性炭中均勻地摻入特定的試劑，所以經化學處理的活性炭也稱“浸漬炭”。
使用過程中，吸附能力會不斷減弱，當減弱到某一程度，過濾器報廢。如果僅為物理吸附，用加熱或水蒸汽熏蒸的辦法可使有害氣體脫離活性炭，使活性炭再生。

活性炭材料
活性炭材料分顆粒炭、纖維炭、粉炭。
纖維活性炭由含碳有機纖維制成。它的孔徑小（<>

吸附性能
吸附容量。單位活性炭所能吸附污染物的量稱吸附容量。不同材料的吸附容量會不同；同一材料對不同氣體的吸附容量會不同；溫度、背景濃度改變，吸附容量也會變化。
滯留時間。空氣在活性炭層中逗留的時間稱滯留時間。滯留時間越長，吸附越充分。為保持足夠的滯留時間，炭層要足夠厚，過濾風速要盡可能低。
使用壽命。新的活性炭吸附效率高，使用中效率不斷衰減，當過濾器下游有害氣體接近允許的濃度極，過濾器報廢。報廢前的使用時間就是使用壽命，也稱有效防護時間。
選擇性。一般說來，在物理吸附中易被吸附的有：分子量大的氣體、沸點高的氣體、揮發性有機氣體。若活性炭經化學浸漬，還可以清除平時難以對付的氣體，或突出對某類氣體的吸附能力。

活性炭過濾器的選用
影響活性炭過濾器吸附效果和使用壽命的主要因素有：污染物的種類和濃度、氣流在過濾材料中的滯留時間、空氣的溫度和濕度。
實際選用時，要根據污染物種類、濃度和處理風量等條件，確定過濾器形式和活性炭種類。
活性炭過濾器的上下游均應有好的除塵過濾器，其效率規格應不低于F7。上游過濾器防止灰塵堵塞活性炭材料；下游過濾器攔住活性炭本身的發塵

過濾效率
計重法 Arrestance
試驗塵源為大粒徑、高濃度標準粉塵。粉塵的主要成分是經篩選的、規定地區的浮塵，再摻入規定量的細碳黑和短纖維。大多數國家規定使用美國亞利桑那荒漠地帶的“道路塵”（Arizona Road Dust），中國標準曾規定使用黃土高原某村落的塵土，日本標準規定使用

源于日本的“關東亞黏土”。測量的“量”為粉塵重量。
過濾器裝在標準試驗風洞內，上風端連續發塵。每隔一段時間，測量穿過過濾器的粉塵重量或過濾器上的集塵量，由此得到過濾器在該階段按粉塵重量計算的過濾效率。最終的計重效率是各試驗階段效率依發塵量的加權平均值。
計重法試驗的終止試驗的條件為：約定的終阻力值，或效率明顯下降時。這里的所謂“約定”是指客戶與試驗者間的約定，或試驗者自己的規定。顯然，約定終止試驗的條件不同，計重效率值就不同。
終止試驗時，過濾器容納試驗粉塵的重量稱為“容塵量”。
計重法用于測量低效率過濾器，那些過濾器一般用于空調系統中的預過濾。
計重法試驗是破壞性試驗，不能用于制造廠的日常產品性能檢驗。
相關標準：美國ANSI/ASHRAE 52.1-1992，歐洲EN779-1993，中國GB12218-89。

比色法 Dust-spot
試驗臺和試驗粉塵與計重法所用相同。粉塵“量”為采樣點高效濾紙的通光量。
在過濾器前后采樣，采樣頭上有高效濾紙，顯然，過濾器前后采樣點高效濾紙的污染程度會不同。試驗中，每經過一段發塵試驗，測量不發塵狀態下過濾器前后采樣點高效濾紙的通光量，通過比較濾紙通光量的差別，用規定計算方法得出所謂“過濾效率”。最終的比色效率是試驗全過程各階段效率值依發塵量的加權平均值。
終止試驗的條件與計重法條件相似：約定的終阻力值，或效率明顯下降時。
比色法用于測量效率較高的一般通風用過濾器，空調系統中的大部分過濾器屬于這種過濾器。比色法曾是國外通行的試驗方法，這種方法逐漸被計數法所取代。
嚴格的比色法是破壞性試驗。
相關標準：美國ANSI/ASHRAE 52.1-1992，歐洲EN 779-1993。

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