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过滤器相关知识
过滤器相关知识
◎过滤概述
过滤材料
既有效地拦截尘埃粒子,又不对气流形成过大的阻力。
杂乱交织的纤维形成对粒子的无数道屏障,纤维间
宽阔的空间允许气流顺利通过。
效率
过滤器捕集粉尘的量与未过滤空气中的粉尘量之比为“过滤效率”。
小于0.1m(微米)的粒子主要作扩散
运动,粒子越小,效率越高;大于0.5m的粒子主要作惯性运动,粒子越大,效率越高。
阻力
纤维使气流绕行,产生微小阻力。
无数纤维的阻力之和就是过滤器的阻力。
过滤器阻力随气流量增加而提高,通过增大过滤材料面积,可以降低穿过滤料的相对风速,减小过滤器阻力。
动态性能
被捕捉的粉尘对气流产生附加阻力,于是,使用中过滤器的阻力逐渐增加。
被捕捉到的粉尘形成新的障碍物,
于是,过滤效率略有改善。
被捕捉的粉尘大都聚集在过滤材料的迎风面上。
滤料面积越大,能容纳的粉尘越多,过滤器寿命越长。
使用寿命
滤料上积尘越多,阻力越大。
当阻力大到设计所不允许的程度时,过滤器的寿命就结束。
有时,过大的阻力会
使过滤器上已捕捉到的灰尘飞散,出现这种二次污染时,过滤器也该报废。
静电
若过滤材料带静电或粉尘带静电,过滤效果可以明显改善。
因静电使粉尘改变运动轨迹并撞向障碍物,静电力
参与粘住的工作。
◎过滤效率
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不同。
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。
离开测试方法,过滤效率就无从谈起。
◎过滤器阻力
过滤器对气流形成阻力。
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”;对应过滤器报废时的阻力值称“终阻力”。
终阻力
终阻力的选择直接关系到过滤器的使用寿命、系统风量变化范围、系统能耗。
大多数情况下,终阻力是初阻力的2~4倍。
终阻力建议值
效率规格
建议终阻力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(亚高效)
400~450
高效与超高效
400~600
过滤器越脏,阻力增长越快。
过高的终阻力值并不意味着过滤器的使用寿命会明显延长,但它会使空调系
统风量锐减。
因此,没有必要将终阻力值定得过高。
低效率过滤器常使用直径≥10m的粗纤维滤料。
由于纤维间空隙大,过大的阻力有可能将过滤器上的积
灰吹散,此时,阻力不再增高,但过滤效率降为零。
因此,要严格限制G4以下过滤器的终阻力值。
每个过滤段都应安装阻力监测装置。
终阻力要靠仪表来判定,不能仅凭操作者的感觉。
◎容尘量
容尘量是在特定试验条件下,过滤器容纳特定试验粉尘的重量。
这里的“特定”是指:
a.标准试验风洞,以及相关试验与测量设备;
b.比实际大气粉尘颗粒大得多的标准“道路尘”;
c.委托方与试验方商定、或标准规定的试验方法与计算方法;
d.委托方与试验方商定的终止试验的条件。
容尘量与过滤器实际容纳粉尘的重量没有直接对应关系,孤立的容尘量数据对用户没有任何意义。
◎可吸入颗粒物
空气中的大颗粒粉尘被人的鼻腔阻拦,小颗粒粉尘可能随气流进入气管和肺部,这些粉尘被气管和肺部的“
巨噬细胞”吞食并消化,巨噬细胞吃不净的那些细菌和病毒还会被白血球消灭掉。
人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以将大多数大于10m的粉尘过滤掉,只有小于10m的颗粒物才会随
气流进入气管和肺部。
因此,人们将“可吸入颗粒物”定义为“空气中≤10m的颗粒物”。
空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”,去掉10m以上的颗粒物,剩下的就是“可吸入颗粒物”,技术上标
为TM10。
我们经常听到的“可吸入颗粒物”就是这个TM10。
如果将5m以上的颗粒物去掉,剩下的“可吸
入颗粒物”为TM5。
可吸入颗粒物与健康效应
浓度 mg/m3
健康效应
总悬浮颗粒物
可吸入颗粒物
>0.29
>0.20
免疫功能改变的阈浓度,居民呼吸道疾病患病率开始增加。
0.21
0.15
居住区空气日平均最高允许浓度。
<0.16
<0.11
不引起小学生免疫功能改变的阈下浓度,不引起人群呼吸道患病率增加。
◎化学过滤器
化学过滤器清除空气中的气体污染物。
在通风和空调领域,化学过滤器使用活性炭作为主要过滤材料。
化学
过滤器典型应用场所有:
芯片厂、核工业、飞机场、环保、博物馆等,有些家电中也使用了化学过滤材料。
化学过滤原理
化学过滤器有选择性地吸附有害气体分子,而不是像普通过滤器那样机械地清除杂质。
活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔,其中绝大部分微孔的孔径在5Å~500Å之间,单位材料中
微孔的总内表面积可高达700~2300m2/g,也就是说,在一个米粒大小的活性炭颗粒中,微孔的内表面积相当
于一个大客厅内墙面的大小。
没有明显化学反应的吸附称为物理吸附,这种吸附主要靠的是范德瓦尔斯力。
空气中沸点高(常温或更高
)的游离分子接触活性炭后,有些在微孔中凝聚成液体并因毛细管原理呆在那,有些填满与分子尺寸相当的微孔
而与材料成为一体。
大气中的氮气、氧气、二氧化碳、氢气、氩气等主要成分的沸点都很低,活性炭吸附不了它们。
普通活性炭是疏水性材料,所以对水蒸汽的吸附能力也有限。
此外,活性炭还能吸附某些空气微生物并杀死它们。
经化学处理而使材料与有害气体产生化学反应的吸附称化学吸附。
活性炭靠范德瓦尔斯力抓到气体分子,
材料上的化学成分与污染物起反应,生成固体成分或无害的气体。
进行化学处理的主要方法是在活性炭中均匀
地掺入特定的试剂,所以经化学处理的活性炭也称“浸渍炭”。
使用过程中,吸附能力会不断减弱,当减弱到某一程度,过滤器报废。
如果仅为物理吸附,用加热或水
蒸汽熏蒸的办法可使有害气体脱离活性炭,使活性炭再生。
活性炭材料
活性炭材料分颗粒炭、纤维炭、粉炭。
纤维活性炭由含碳有机纤维制成。
它的孔径小(<50Å)、吸附容量大、吸附快、再生快。
常用的纤维基
材有酚醛、植物纤维、聚丙烯腈、沥青。
吸附性能
吸附容量。
单位活性炭所能吸附污染物的最大量称吸附容量。
不同材料的吸附容量会不同;同一材料对
不同气体的吸附容量会不同;温度、背景浓度改变,吸附容量也会变化。
滞留时间。
空气在活性炭层中逗留的时间称滞留时间。
滞留时间越长,吸附越充分。
为保持足够的滞留时
间,炭层要足够厚,过滤风速要尽可能低。
使用寿命。
新的活性炭吸附效率高,使用中效率不断衰减,当过滤器下游有害气体接近允许的浓度极限时,
过滤器报废。
报废前的使用时间就是使用寿命,也称有效防护时间。
选择性。
一般说来,在物理吸附中易被吸附的有:
分子量大的气体、沸点高的气体、挥发性有机气体。
若活
性炭经化学浸渍,还可以清除平时难以对付的气体,或突出对某类气体的吸附能力。
活性炭过滤器的选用
影响活性炭过滤器吸附效果和使用寿命的主要因素有:
污染物的种类和浓度、气流在过滤材料中的滞留时间、
空气的温度和湿度。
实际选用时,要根据污染物种类、浓度和处理风量等条件,确定过滤器形式和活性炭种类。
活性炭过滤器的上下游均应有好的除尘过滤器,其效率规格应不低于F7。
上游过滤器防止灰尘堵塞
活性炭材料;下游过滤器拦住活性炭本身的发尘。
过滤器规格尺寸标注方法
◎板式过滤器及高效过滤器的标注:
宽×高×厚/效率
例如:
595×290×46/G4
宽:
过滤器安装时的水平方向尺寸mm;
高:
过滤器安装时的竖直方向尺寸mm;
厚:
过滤器安装时的沿风向方向的尺寸mm;
◎袋式过滤器的标注:
宽×高×袋长/袋数/效率/过滤器框架厚度
例如:
595×595×500/6/F5/25 290×595×500/3/F5/20
宽:
过滤器安装时的水平方向尺寸mm;
高:
过滤器安装时的竖直方向尺寸mm;
袋长:
过滤器安装时的沿风向方向的尺寸mm;
袋数:
过滤器的袋数;
框架厚度:
过滤器安装时的沿风向方向框架的厚度尺寸mm;
595×595mm系列
袋式过滤器是中央空调和集中通风系统中最常用过滤器品种。
在发达国家,这种过滤器的名义尺寸为
610×610mm(24”×24”),对应的实际外框尺寸为595×595mm。
名义尺寸
实际边框尺寸
额定风量
实际过滤风量
占产品总数
mm(英寸)
mm
m3/h(cfm)
m3/h
%
610×610(24”×24”)
592×592
3400(2000)
2500~4500
75%
305×610(12”×24”)
287×592
1700(1000)
1250~2500
15%
508×610(20”×24”)
508×592
2830(1670)
2000~4000
5%
其它尺寸
-
-
-
5%
常用袋式过滤器尺寸与过滤风量
过滤段由若干610×610mm的单元拼成。
为了排满过滤断面,在过滤段的边缘配有模数为305×610mm
和508×610mm的过滤器。
484系列
320系列
610系列
◎合理确定各级过滤器效率
过滤器的选择:
一般情况下,最末一级过滤器决定空气净化的程度,上游的各级过滤器只起保护作用,它保护下风端过滤器以延长其使用寿命,或保护空调系统以确保其正常工作。
空调设计中,应首先根据用户的洁净要求确定最末一级过滤器的效率,然后,选择起保护作用的过滤器,如果这级过滤器亦需保护,再在它的上风端增设过滤器。
起保护作用的过滤器统称“预过滤器”。
应妥善匹配各级过滤器的效率。
若相邻两级过滤器的效率规格相差太大,则前一级起不到保护后一级的作用;若两级相差不大,则后一级负担太小。
洁净室末端高效过滤器的使用寿命应为5~15年,影响使用寿命的最主要因素是预过滤器的优劣。
当使用“G~F~H~U”效率规格分类时,可方便地估计所需各级过滤器的效率。
在G2~H12中,每隔2~4档设置一级过滤器。
例如:
G4→F7→H10,其中,末端H10(亚高效)过滤器决定送风的洁净水平,F7保护H10,G4保护F7。
洁净室末端高效(HEPA)过滤器前要有效率规格不低于F8的过滤器来保护;超高效(ULPA)过滤器前可选用F9~H11的过滤器。
中央空调本身应有效率规格不低于F5的过滤器来保护。
在无风沙、低污染地区,F7过滤器前可不设预过滤器;在城市中央空调系统中,G3~F6是常见的初级过滤器。
究竟应设什么效率级别的预过滤器来保护后一级过滤器,这需要设计师和现场工程师将使用环境、备件费用、运行能耗、维护费用等因素综合考虑后决定。
实例
●某100级洁净室,设置了F5→F8→H10→H13四级过滤,末端H13过滤器用了8年。
●某洁净室高效过滤器前只有F5过滤器保护,用户每年都要更换高效过滤器。
●重度污染城市的某新风净化系统中过滤器设置为G3→H10,系统运行半个月后H10过滤器报废。
●某汽车喷漆流水线,过滤器设置为G3→F6→F5。
其中,末端F5为屋顶满布的过滤材料,它仅起工艺要求的均流作用;F6决定了送风的净化水平。
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。
初级过滤器的维护要方便。
◎典型场所过滤器的选取
编号
使用场所
主滤器效率
常见过滤元件
特殊要求
说明
1
普通中央空调中的主过滤器
F5~F7
袋式、无隔板过滤器
过滤效率合理
卫生,保护室内装潢,保护空调系统
2
普通中央空调中的预过滤器
G3~F5
各种便宜、使用方便的过滤器
容尘能力高,供货有保证
保护空调系统,保护下一级过滤器
3
高档公共场所中央空调
F7
袋式、无隔板过滤器
-
防止风口黑渍,防止室内装潢褪色
4
机场航站楼
F7
袋式、无隔板过滤器
-
旅客第一印象
5
学校、幼儿园
F7
袋式、无隔板过滤器
防火
特殊安全考虑
6
诊室与病房
F7~F8
袋式、无隔板过滤器
-
防止交叉传染
7
博物馆、图书馆
F7
袋式、无隔板过滤器
-
保护珍品
8
音像工作室
F7
袋式、无隔板过滤器
-
保护光学设备和制品
9
10万级、1万级非均匀流洁净室
HEPA
有隔板、无隔板高效过滤器
逐台测试,无易燃材料
过滤器装在高效送风口内
10
100级洁净室
HEPA
或ULPA
有隔板、无隔板高效过滤器
出厂前经过逐台扫描检验
洁净室末端
11
一般洁净室预过滤
F8~H10
袋式、无隔板、有隔板过滤器
-
保证末端过滤器正常使用寿命
12
芯片厂10级、1级洁净厂房
ULPA
无隔板ULPA过滤器
扫描检验,流速均匀,无挥发物
当今对过滤器性能要求最高的过滤器
13
芯片厂10级、1级洁净厂房预过滤
HEPA
无隔板、有隔板过滤器
迎面风速高
保证末端过滤器的使用寿命为“一辈子”
14
制药行业30万级洁净厂房
F8~H10
HEPA
袋式、无隔板、有隔板过滤器
过滤器不含营养物
末端过滤器可以设在中央空调器内
15
负压洁净室排风过滤
HEPA
无隔板、有隔板过滤器
可靠
禁止危险物品的排放
16
轿车涂装流水线主过滤器
G4~F7
袋式过滤器
不含硅酮,不掉毛,阻燃
满足面漆无疵点,保护均流材料
17
轿车烤漆流水线主过滤器
F6~F7
耐高温有隔板过滤器
不含硅酮
工艺要求
18
高要求静电喷涂生产车间
F7~F8
袋式、无隔板过滤器
不含硅酮,不掉毛
保证外观无疵点
19
核电站排风
HEPA
有隔板、无隔板过滤器
防火、耐冲击、专门机构认证
-
20
采用中央空调的机房、交换台、中控室
F5~F7
袋式、无隔板过滤器
-
防止因灰尘引起的散热不良和电路故障
21
采用柜式空调的机房、交换台、中控室
G3~F5
简易的平板过滤器
-
因场地限制,柜式空调很难采用其它形式的过滤器
22
化纤抽丝工序
F8
袋式过滤器
-
防止断丝
23
纺纱车间
G4~F7
袋式过滤器,静电过滤器
-
防止“煤灰纱”
24
食品工业
F7
袋式、无隔板过滤器
无营养物
生产环境的卫生
25
洁净工作台,风淋室
HEPA
有隔板、无隔板高效过滤器
-
-
26
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
27
卷烟厂中央空调
F7
自洁式过滤装置,袋式过滤器
-
国内烟草行业目前流行自洁式过滤装置
28
家庭中央空调
G3~G4
平板过滤器
便宜、美观
摆在超市的商品
29
普通家用空调
尼龙网过滤器
可清洗
阻挡纤维和粗粉尘
30
风沙地区预过滤
-
惯性除尘装置,水浴除尘装置,卷帘过滤器
-
清除大颗粒粉尘,只在刮风时工作
31
燃气轮机与离心式空压机
F7~F8
无隔板、袋式、有隔板过滤器,自洁式过滤器
抗冲击,阻燃
防止设备内部结垢、磨损、腐蚀
32
轴流式空压机
F5~F7
无隔板、袋式过滤器
抗冲击,阻燃
防止叶片磨损
33
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
防止汽缸磨损
34
高级轿车空调
F7
无隔板过滤元件
-
防尘,防花粉
35
高档家用吸尘器
F7
HEPA
无隔板过滤元件
结实,抗水
防止排风二次污染
36
洁净室用吸尘器
HEPA
无隔板过滤元件
结实,抗水
防止排风二次污染
37
家用空气净化器
F7~F9
HEPA
筒状和方形无隔板过滤元件
便宜,美观
摆在超市的商品
38
防毒面具
HEPA
无隔板过滤元件
耐温,抗水
常与活性炭组合使用
注:
“主过滤器”指最末一级的过滤器,或指定部位的过滤器。
◎洁净度分级
1963年,美国洁净室标准FED-STD-209中,按每立方英尺中≥0.5mm粉尘数量的最高允许浓度,将洁净室分成若干等级,如100级、10,000级、100,000级。
世界上许多国家都加以效仿。
1999年,国际标准化组织ISO颁布了一项国际标准《ISO14644-1洁净室与受控洁净环境》第一部分:
空气洁净度分级。
标准中采用了新的分级。
2001年,中国新颁布的洁净室设计标准中采用了ISO分级。
ISO洁净度等级以及与传统分级的对应关系
ISO14644
分级
最高浓度极限(颗粒数/m3)
近似对应
传统规格
0.1m
0.2m
0.3m
0.5m
1.0m
5.0m
ISO1
10
2
-
-
-
-
-
ISO2
100
24
10
4
-
-
-
ISO3
1000
237
102
35
8
-
1
ISO4
10000
2370
1020
352
83
-
10
ISO5
100000
23700
10200
3520
832
29
100
ISO6
1000000
237000
102000
35200
8320
293
1000
ISO7
-
-
-
352000
83200
2930
10000
ISO8
-
-
-
3520000
832000
29300
100000
ISO9
-
-
-
35200000
8320000
293000
-
电子工业和制药业是与洁净室关系最密切的两个行业。
ISO标准一出现,电子行业立刻改用ISO标准定义的洁净室级别,而制药业目前仍沿用老的洁净级别规定。
中国1998年版GMP规范中比前一版增加了个30万级。
中国GMP规定的洁净度
洁净级别
尘粒最大允许数/m3
微生物最大允许数
相当于
ISO分级
≥0.5m
≥5m
浮游菌/m3
沉降菌/皿
100
3,500
0
5
1
ISO5级
10,000
350,000
2,000
100
3
ISO7级
100,000
3,500,000
20,000
500
10
ISO8级
300,000
10,000,000
60,000
-
15
-
A,B,C,D
集成电路制造业对气载分子污染物的分类。
A代表酸性气体(Acids),B代表碱性气体(Bases),C代表
可凝聚化合物(Condensables),D代表其它掺杂气体(Dopants)。
AbsoluteFilter,绝对过滤器
早期国外某公司为有隔板高效过滤器起的商品名,对应过滤效率99.97%(0.3mmDOP)。
ACfine(AirCleanerTestDust,fine),AC细灰
美国规定用于过滤与除尘设备性能试验的标准粉尘,除中国和日本之外各国通用。
该粉尘取自美国亚利桑
那荒漠地区,俗称ArizonaRoadDust。
在AC细灰中掺入规定量的短纤维和碳黑,就成了过滤器试验常用的ASHRAE标准粉尘。
国际标准化组织ISO规定用AC细灰测量汽车滤清器的过滤效果。
Aerosol,气溶胶
固体或液体颗粒物与气体形成的一种相对稳定的悬浮体系。
国际上,搞过滤理论的人多数参与气溶胶学会的活动,但搞过滤应用的人更喜欢在暖通空调行业扎堆儿。
AFI(AirFilterInstitute),美国空气过滤研究所
过滤效率的试验方法计重法和比色法首先由AFI使用,有人称AFI效率。
若见到“AFI效率”,你要自己判别是计
重效率(Arrestance)还是比色效率(Dust-spot)。
AHU(AirHandlingUnit),中央空调器
中央空调是最经常见到空气过滤器的地方。
AirFilter,空气过滤器
用在中央空调和洁净室时,称为空气过滤器;用在活塞发动机和小型空压机上,它叫空气滤清器。
AMC(AirborneMolecularContaminant),气载分子污染物
半导体制造业对分子污染物的称呼。
Arrestance,计重效率
对低效率过滤器采用计重法得出的效率。
ASHRAEEfficiency
用美国采暖、制冷与空调工程师协会标准ASHRAE52.1规定方法测出的效率。
一般指的是比色法
(dust-spot)效率,有时也称NBS效率、
AFI效率。
b值
描述液体过滤材料和液体过滤器过滤效果的一个常用参数。
b值也称过滤比。
b值是透过率的倒数,与过滤
效率的关系为:
过滤效率=1–1/b
b5=200,表示粒径为5mm的颗粒,200个中有一个透过。
CelluloseMedia,木浆滤纸
以木质纤维(木浆)为主要原料的过滤纸。
木浆滤纸是制作滤清器的最常见过滤材料。
ChemicalFilter,化学过滤器
在空调领域,化学过滤器一般指的就是活性炭过滤器。
CNC(CondensationNucleusCounter)凝结核计数器
以微小粉尘为核,凝结了其它物质,使颗粒增大,仪器就可以检测到它。
在过滤器的试验中CNC可用于
高效过滤器的
扫描试验、滤材的检测。
Deep-Pleat
对传统有隔板过滤器的习惯称呼。
DOP邻苯二甲酸二辛酯
DOP为塑料工业一种常用增塑剂,也是一种常见清洗剂。
用0.3mm的DOP液滴做粒子,测量高效过滤器得出的过滤效率称为“DOP效率”。
Dust-Spot,比色法
多年来国际流行的,对一般通风用过滤器的测试方法。
Efficiency
过滤效率
Fiberglass,玻璃纤维
常见过滤材料。
FFU(FanFilterUnit)
自带风机的高效过滤单元。
当代集成电路生产中高洁净度厂房流行过滤装置。
G,F,H,U
欧洲对过滤器的分类代号,用的是德语字头。
G代表Grob,F代表Fein,H为HEPA,U为ULPA。
GMP(GoodManufacturePractice),药品生产质量管理规范
GMP是制药厂必须执行的强制性标准。
HEPA(HighEfficiencyParticulateAir)Filter,高效过滤器
对0.3mm尘埃粒子过滤效率≥99.97