过滤器的特性

空气净化系统中过滤器的作用与分类

在空气净化系统中，一般采用由粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器（或亚高效过滤器）组成的三级过滤方式。各级过滤器的作用是：的10μm以上的沉降性微粒和各种异物进入系统。

中效过滤器：主要用以阻挡1～10μm的悬浮性微粒，以免其在高效过滤器表面沉降而很快将高效过滤器堵塞。

高效过滤器（亚高效过滤器）：主要用以过滤送风中含量最多、用粗效过滤器和中效过滤器都不能或很难过滤掉的1μm以下的亚微米级微粒，以控制送风系统关键的最后部位。

由于各种过滤器主要过滤的微粒大小不同，而且过滤效率也有很大差别，所以对过滤器应根据其不同测定方法的效率范围来进行分类。

一般按以下原则分类：

粗效过滤器：宜用重量法测得的效率分类。

中效过滤器：宜用比色法或浊度法测得的效率分类。

高效过滤器：宜用计数法测得的效率分类。

用上述方法对过滤器分类后，每一类过滤器相互间容易比较，例如对粗效过滤器而言，重量效率可达90%，效率的变化幅度很大，容易彼此比较。但是对于设计空气净化系统来说，由于空气洁净标准是以≥0.5μm的微粒数来衡量的，该方法就显得不方便了。因此《空气净化技术措施》曾建议在没有统一的国家标准之前，先按对0.3μm微粒的计数效率将过滤器分为四类。表4—1中列出了该方法与上述一般宜用的效率的比较。

名     称	计数 粗（初）效过滤器：主要用以阻挡新风所携带效率（%） （对粒径为0.3μm的微粒）	相当于其它效率 （%）	阻力 （mm H2O）
粗效过滤器	＜20	计重效率40～90	≤3
中效过滤器	20～90	比色效率45～98	≤10
亚高效过滤器	90～99.9		≤15
高效过滤器	≥99.91		≤25

 

根据国家标准GB/T14295—93《空气过滤器》和GB13554—92《高效空气过滤器》规定，按过滤器性能划分可分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器和高效过滤器，见表4—2。

 

 

 

过滤器效率、阻力                  表4—2

性能指标性能		规定风量下的效率η（%）		规定风量下的初阻力（Pa）
		粒径（μm）	大气尘计数效率
粗效过滤器		≥5.0	80＞η≥20	≤50
中效过滤器		≥1.0	70＞η≥20	≤80
高中效过滤器		≥1.0	99＞η≥70	≤100
亚高效过滤器		≥0.5	99.9＞η≥95	≤120
		粒径（μm）	钠焰和DOP效率	初阻力（Pa）
高效过滤  器	HEPA	≥0.3	≥99.97	≤250
	ULRA	≥0.1	≥99.999	≤250

注：高效过滤器可细分为高效过滤器（HEPA）和超低透过率过滤器（ULRA）

4—2过滤器的特性指标

评价任何过滤器，最重要的特性指标有四项：

面速和滤速、效率、阻力、容尘量。

除此之外，还有其它一些特性指标，如重量、消耗动力和再生特性等。这些指标主要和滤料以及过滤器的结构有关。

一、面速和滤速

面速是指过滤器断面上通过气流的速度，以m/s表示。

式中：Q——风量（m³/h）

      F——过滤器截面积即迎风面积（㎡）

面速反映过滤器的通过能力和安装面积。采用过滤器的面速越大，安装过滤器所需的面积越小。

滤速是指滤料面积上的通过气流的速度，以cm/s、L/㎝²·min表示。

  l/㎝²·min

或     cm/s

式中：f——滤料净面积（即去除粘结等占去的面积），m²。

滤速反映滤料的通过能力，特别是反映滤料的过滤性能。采用的滤速越低，一般说将获得较高的效率。而过滤器允许的滤速越低，说明其滤料性能越差，阻力也大。

在特定的过滤器结构条件下，统一反映面速和滤速的是过滤器的额定风量。在相同的截面积下，希望允许的额定风量越大越好，而在低于额定风量下运行，效率越高，阻力越低。

二、效率

被过滤器除去的大气尘含量与过滤器进口大气尘含量比值的百分数称为过滤器效率。表示效率的方法有计重效率、计数效率等。

1.用过滤器进出口气流中的含尘浓度表示：

式中：G_1、G₂——过滤器进出口气流中微粒的重量或数量（mg/h或粒/h）

N_1、N₂——过滤器进出口气流中的含尘浓度（mg/m³或粒/h）

Q——通过过滤器的风量（m³/h或升/h）

这种表示方法对于计重效率和计数效率都可以采用。

2.用进入过滤器前气流中的尘粒含量和过滤器捕集的尘粒量来表示。

G₃——过滤器捕集到的尘粒重量（mg/h）

该方法仅在计重效率时采用，有些国家将由此方法求得的η称为除尘率。

3.有过滤器所捕集到的尘粒数量和过滤器出口气流中尘粒的含量来表示。

该方法也用于计重效率。

4.用各粒径的分级效率表示

η=η₁ n₁+…+η_n n_n

式中：η₁…η_n——各粒径的分级效率，以小数表示。

       n₁ …n_n——各粒径的微粒的含量占全体微粒的比例，以小数表示。

5.过滤器效率的其它检测方法（《空气调节》p220）：

①比色法  

②钠焰法       

③油雾法

④粒子计数法

三、穿透率

在很多情况下，人们关心的不只是过滤捕集多少尘粒，而是经过过滤器后仍然穿透过来多少尘粒。这时用穿透率（或穿透系数）这一概念更能直接的表示这种结果的程度。在排气净化中用穿透率代替过滤效率。

穿透率用K（%）表示：

K=（1-η）×100%        （）

例：现有两个过滤器，其过滤效率分别为η₁=0.9999，η₂=0.9998，求其各自的穿透率。

K₁=（1-η₁）×100%=0.01%                K₂=（1-η₂）×100%=0.02%

在上述结果中，两个过滤器的过滤效率基本相等，两者之间的差别已没有实在意义。但换算成穿透率之后，则K₂ 比K₁大一倍。也就是说第二个过滤器穿透过来的微粒比第一个过滤器多一倍。

四、净化系数

净化系数K_C以穿透率的倒数表示

净化系数表示经过滤器以后微粒降低的程度。K=0.01%时，K_C=100/0.01=10⁴

说明过滤器前后的微粒浓度相差一万倍。

从以上内容可以看出穿透率和净化系数同是效率的表现形式。

五、阻力

过滤器阻力由两部分组成：一是滤料的阻力，二是过滤器结构的阻力。

Δp=Δp₁+Δp₂

=Av+Buⁿ

v——滤速（cm/s）

u——面速（m/s）

空气净化系统的过滤器阻力在系统的总阻力损失中占有相当大的比例，对系统的能耗有重要影响。任何过滤器的阻力均随容尘量的增加而增加。也就是说随着过滤器运行时间的延长，过滤器积尘使阻力逐渐增大。人们习惯把过滤器没有积尘时的阻力称为初阻力，把需要更换时的阻力称为终阻力。为保证系统的风量能保持在正常运行条件，一般取过滤器初阻力的两倍作为终阻力，并按此选择风机。

六、容尘量

在额定风量下，过滤器的阻力达到终阻力时，其所容纳的尘粒总质量称为该过滤器的容尘量。由于滤料的性质不同，粒子的组成、形状、粒径、密度、粘滞性及浓度的不同，因此过滤器的容尘量也有较大的变化范围。

过滤器的容尘量是和使用期限有直接关系的指标。一般将运行中的过滤器终阻力达到初阻力的二倍或效率下降到初始效率的85%以下时（一般对于预过滤器来说）过滤器上沉积的灰尘重量，作为该过滤器的容尘量。

七、过滤器的串联效率

在空气净化系统中，为保证空气的净化效果，过滤器一般都串联使用。其串联后的总效率为：

η=1-（1-η₁）（1-η₂）…（1-η_n）

或：η=1-P₁P₂……P_n

同一过滤器采用不同的检测方法其效率值是不同的，因此应特别注意，采用上述公式计算时，必须用同一种方法测定的各过滤器效率值。同时，应考虑经前级过滤后。由于进入次级过滤器的尘粒粒径分布频数的变化对次级过滤器效率的影响。