影响空气过滤器阻力的因素

影响空气过滤器阻力的因素

乔亚丽   梁婷婷

 山西新华防化装备研究院有限公司 山西省太原市 030008 

摘要：本文主要介绍了空气过滤器阻力的概念及阻力研究的意义。空气过滤器的寿命是靠阻力来指示的，随着捕集灰尘的增加，空气过滤器的阻力逐渐升高，达到规定的阻力值，就意味着要更换新的空气过滤器。为了保证空气过滤器的过滤性能，延长使用时间，应尽可能地降低空气过滤器阻力，减少产品的更换频次、降低功耗、减小噪音，实现节约成本、节约能源、增加人员舒适度的目的。文章分析了空气过滤器阻力相关的因素，并提出了降阻设计的思路，为空气过滤器设计提供一定的参考价值。

关键词：空气过滤器、阻力、空气过滤

一、空气过滤器阻力

空气过滤器用于将外界污染空气过滤成洁净的空气送入空间内，主要功能是对空气中各种微粒、气溶胶进行过滤。空气过滤器的工作原理是以过滤介质为主要过滤手段，当空气通过过滤式空气过滤器时，滤纸会阻挡空气中的杂质，并将它们粘在滤芯上，从而实现空气过滤的效果。在使用过程中随着使用时间的增加，空气过滤器内不断堆积物理拦截的灰尘颗粒，阻力不断上升。空气过滤器的寿命是靠阻力来指示的，随着捕集灰尘的增加，空气过滤器的阻力逐渐升高，达到规定的阻力值，就意味着要更换新的空气过滤器。

二、研究空气过滤器阻力的意义

空气过滤器生产完成后未使用前的阻力值一般称作初阻力，使用寿命终止时达到的阻力一般称作终阻力。ＧＢ／Ｔ１４２９５—２００８《空气过滤器》规定：当过滤器在额定风量下运行，过滤器的终阻力等于初阻力的２倍时，认为过滤器不能再使用，其积尘量已达到标准容尘量。ＧＢ／Ｔ　１８８０１—２０１５《空气净化器》指出产品滤芯使用时间主要取决于过滤网能够吸附污染物的多少，以累计净化量（ＣＣＭ）（单位：ｍｇ）作为指标，依此计算滤芯的实际使用时间，即更换时间。该标准规定：当净化器的洁净空气量（ＣＡＤＲ）小于等于初始值时的５０％时，认为滤芯需要更换。对于空气过滤器，其洁净风量的寿命的下降实际反映的是阻力的增加。从初阻力达到规定终阻力值所经历的时间越长，过滤器的寿命也就越长，这就会减少用户更换空气过滤器的次数，既减少了用户购买新空气过滤器的费用，又减少了更换空气过滤器的人工费用。

使用过程随着阻力增大相应还会造成配套通风风机功耗的增大。在美国，HVAC（暖通空调）能耗占商业、民用建筑能耗的 40%—60%，而降低过滤器阻力是提高 HVAC（暖通空调）系统能源效率的最简单的方法。LCC（周期成本）是设计人员在设计节能的过滤系统时需要考虑的，LCC=最初投资+维护费用+能源费用+处理费用，LCC 分析的主体部分是过滤器在工作期间的能源费用，它直接取决于空气过滤器的压降、流速、风机的效率和能源价格。装有低阻力空气过滤器的设备或系统可以选用较小的风机，从而减小系统或设备的能耗、噪音和振动。

《空气过滤器寿命实验研究及经济性分析》一文中总结一般小风量民用建筑中过滤器的实际使用寿命远高于 ＧＢ／Ｔ　１４２９５—２００８《空 气 过 滤 器》规定的使用寿命和目前厂家推荐的使用寿命。实际使用中可以基于过滤器电耗费用变化规律及过滤器更换成本综合考量过滤器的实际使用寿命。提出了基于经济性考虑的过滤器更换评价方法，即应综合考虑单位风量的更换成本和运行电耗成本来确定空气过滤器的更换时间。

通过以上分析：充分说明了空气过滤装置随着使用阻力不断增加，相应造成的功耗也越来越大，按照相关标准要求超过规定值时建议更换，但由于考虑到更换成本，人们往往会权衡更换成本和阻力增大带来的性能低、功耗高的影响，并不是按照规定使用要求来使用。为了保证空气过滤器的过滤性能，延长使用时间，应尽可能地降低空气过滤器阻力，减少产品的更换频次、降低功耗、减小噪音，实现节约成本、节约能源、增加人员舒适度的目的。

三、空气过滤器阻力影响因素

空气过滤器的阻力主要包括所采用滤材的阻力和结构阻力两部分。

3.1过滤纸材料阻力

目前，空气过滤器材料有玻纤滤纸、驻极体聚丙烯、PTFE等,其中玻纤滤纸性能稳定、价格合理,是主流的高效空气过滤材料,而其他过滤材料或价格昂贵或性能不稳定,尚未得到广泛应用。玻璃纤维空气过滤纸材料是以玻璃纤维为主要材料,玻璃纤维具有优异的耐油性、耐酸碱腐蚀和耐热性等特性，并且抗张强度大、纤维直径均匀且可控，纤维表面光滑，因此，玻璃纤维过滤纸阻力小、效率高。此外，在制备过程中玻璃纤维不需要打浆步骤，操作过程简便，因而是目前过滤装备的主要作用材料。

3.2结构阻力

空气过滤器的结构阻力主要是由过滤芯的结构决定的，结合单元的空间要求，过滤芯在结构上采用无隔板折叠式结构，工艺采用自动折叠成型工艺，既能简化结构，最大限度地提高了空间利用率，又可保证风道均匀、增大过滤层的展开面积，降低阻力。过滤芯的加工参数决定了结构阻力，主要包括纸层阵面尺寸、折间距、折高等。

阵面尺寸一般有过滤器的大小决定。

纸层的折高对其性能影响很大，随着折高的增加，滤料的挺度将下降，在气流作用下滤料很容易发生粘连，使滤料有效过滤面积下降;折高增加后，气道变深，气流摩擦阻力加大、导致结构阻力上升;折高增加后，使在相同过滤面积情况下气道数目变小，气道内气流平均速度变大，气流阻力也将随之增加。虽然理论上说，折高越小，精滤层的性能越好。但折高过小将使相同过滤面积时过滤层阵面变大，体积增加，空间利用率下降。因此，应该在外形尺寸允许的范围内，按预定比速，尽可能使折高减小。

折间距增大使气道变宽，气道风速下降，气流流动阻力下降，但折间距变大后，相同阵面上的滤料的有效过滤面积下降，相同过滤面积下滤芯的体积将会变大。

四、空气过滤器降阻设计

结合空气过滤器阻力影响因素，空气过滤器的降阻设计主要思路是优先选取低阻过滤材料，在保证性能的前提下对比速、有效面积、结构参数等开展设计计算，确定空气过滤器的结构。同时可采用软件对过滤器内部气流进行仿真分析，得到流速分布模拟仿真图、流体压力分布模拟仿真图，比对选出最优方案。最后采用优选出的方案进行实物样机加工并测试，测试方法可参照GB 6165-2008《高效空气过滤器性能试验方法—效率和阻力》。

参考文献：

[1] 章重洋,李景广.空气过滤器寿命实验研究及经济性分析[J]. 暖通空调. 2020 (05)

[2] 李寒羽.大型空气净化器及过滤器颗粒物过滤性能研究与评价. 天津大学. 2019

[3] 中国建筑科学研究院.空气过滤器：GB/T 14295-2008[S].北京：中国标准出版社.2009：3-7

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 6165-2008 高效空气过滤器性能试验方法效率和阻力. 北京：中国标准出版社，2009-04