提升HVAC係統能效：B類高效過濾器選型關鍵技術 引言 在現代建築環境控製係統中，暖通空調（Heating, Ventilation and Air Conditioning，簡稱HVAC）係統是保障室內空氣質量與熱舒適性的核心組成部分。...
提升HVAC係統能效：B類高效過濾器選型關鍵技術
引言
在現代建築環境控製係統中，暖通空調（Heating, Ventilation and Air Conditioning，簡稱HVAC）係統是保障室內空氣質量與熱舒適性的核心組成部分。隨著全球對能源效率和可持續發展的日益重視，提升HVAC係統的運行能效已成為工程設計、設備製造與運營管理中的關鍵課題。其中，空氣過濾器作為HVAC係統的重要組件，直接影響係統的氣流阻力、能耗水平以及室內空氣品質（IAQ）。在眾多過濾器類型中，B類高效過濾器因其在顆粒物去除效率與壓降之間的良好平衡，被廣泛應用於商業樓宇、醫院、數據中心及工業潔淨室等對空氣潔淨度有較高要求的場所。
本文將圍繞B類高效過濾器的定義、性能參數、選型原則、國內外標準體係、能效影響機製及實際應用案例展開係統分析，結合權威文獻與行業數據，深入探討如何通過科學選型實現HVAC係統整體能效的優化。
一、B類高效過濾器的定義與分類
根據中國國家標準《GB/T 14295-2019 空氣過濾器》以及國際標準ISO 16890:2016《Air filters for general ventilation — Classification, performance testing and marking》，空氣過濾器按照其對不同粒徑顆粒物的過濾效率進行分級。B類高效過濾器屬於中高效過濾範疇，通常指對0.3~1.0μm顆粒物具有較高捕集能力的過濾設備。
1.1 國內外標準中的分類體係
| 標準體係 | 分類方式 | B類對應等級 | 主要測試粒徑 |
|---|---|---|---|
| GB/T 14295-2019（中國） | 按效率分為粗效、中效、高中效、亞高效、高效 | 高中效（F7-F9）部分屬於B類 | 0.4μm鈉焰法或計數法 |
| ISO 16890:2016（國際） | 按ePMx效率劃分（ePM1, ePM2.5, ePM10） | ePM1 ≥ 50% ~ <80% 定義為B類 | 0.3~1.0μm顆粒 |
| EN 779:2012（歐洲舊標） | G1-G4（粗效）、M5-M6（中效）、F7-F9（高效） | F7-F8 屬於B類高效 | 0.4μm人工塵 |
| ASHRAE 52.2-2017（美國） | MERV 13-16 對應高效中效 | MERV 13-14 可視為B類 | 0.3–1.0μm |
注：自2018年起，歐洲已逐步以ISO 16890取代EN 779，強調基於實際大氣顆粒物分布的性能評估。
根據ISO 16890標準，B類過濾器特指ePM1效率介於50%至80%之間的產品，適用於需要控製細顆粒物（PM1）但不需達到HEPA級別（H13以上）的應用場景。這類過濾器在保證較高淨化效率的同時，顯著降低了係統風阻與風機能耗。
二、B類高效過濾器的關鍵性能參數
在HVAC係統設計中，過濾器的選型必須綜合考慮多個技術指標。以下是決定B類高效過濾器性能的核心參數：
2.1 過濾效率（Filter Efficiency）
過濾效率是指過濾器對特定粒徑顆粒物的捕集能力，通常以百分比表示。對於B類過濾器，重點考察其對0.3~1.0μm顆粒的過濾性能。
| 參數名稱 | 測試方法 | 典型值範圍 | 測試標準依據 |
|---|---|---|---|
| ePM1 效率 | 計重+計數法 | 50% ~ 80% | ISO 16890 |
| 初始效率（0.4μm） | 鈉焰法或DOP法 | ≥60%（F7級） | GB/T 6165 |
| 平均效率（ASHRAE Dust Spot） | 人工塵測試 | MERV 13-14：75%-85% | ASHRAE 52.2 |
資料來源：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment (2020)
研究表明，B類過濾器在城市環境中可有效去除約60%-75%的PM2.5成分，顯著改善室內空氣質量（Liu et al., 2021，《Indoor Air》）。
2.2 初阻力與終阻力（Initial and Final Pressure Drop）
阻力是影響風機能耗的關鍵因素。阻力過高將導致風機功率上升，增加運行成本。
| 過濾器類型 | 初始阻力（Pa） | 終阻力設定值（Pa） | 建議更換周期 |
|---|---|---|---|
| F7 板式中效 | 60 ~ 90 | 250 ~ 300 | 6-12個月 |
| F8 袋式中效 | 80 ~ 110 | 300 | 8-14個月 |
| F9 折疊式高效 | 100 ~ 140 | 350 | 12-18個月 |
數據參考：《暖通空調》雜誌2022年第5期“中央空調過濾器阻力特性研究”
清華大學建築節能研究中心指出，在典型辦公建築中，若將G4初效+無中效改為G4+F8組合，雖然初投資增加約15%，但因PM濃度下降，末端盤管積塵減少，全年風機能耗反而降低約8.3%（Zhang & Chen, 2020）。
2.3 容塵量（Dust Holding Capacity）
容塵量反映過濾器在達到終阻力前可容納的灰塵總量，單位為克（g）。高容塵量意味著更長的使用壽命和更低的維護頻率。
| 結構形式 | 典型容塵量（g/m²） | 使用壽命對比 |
|---|---|---|
| 平板式 | 200 ~ 300 | 較短 |
| 袋式（3-6袋） | 500 ~ 800 | 中等 |
| V型/折疊式 | 700 ~ 1200 | 長 |
數據來源：Camfil Group Technical Report, "Life Cycle Cost Analysis of HVAC Filters", 2021
2.4 風速適應性與麵風速匹配
過濾器的實際性能受安裝位置風速影響顯著。推薦麵風速一般控製在0.8~1.2 m/s之間。
| 麵風速（m/s） | 對效率影響 | 對阻力影響 |
|---|---|---|
| <0.6 | 效率略升，但占地大 | 阻力低 |
| 0.8~1.0 | 佳平衡區 | 設計基準 |
| >1.3 | 效率下降，穿透率升高 | 阻力急劇上升 |
引用：Wang et al., "Performance degradation of HVAC filters under variable airflow conditions", Energy and Buildings, Vol. 234, 2021.
三、B類高效過濾器的結構類型與材料選擇
不同結構形式直接影響過濾器的性能表現與適用場景。
3.1 常見結構類型比較
| 類型 | 結構特點 | 優點 | 缺點 | 適用場合 |
|---|---|---|---|---|
| 平板式 | 單層濾料，鋁框或紙框 | 成本低，安裝簡便 | 容塵量小，壽命短 | 小型機組、住宅 |
| 袋式 | 多袋結構（3-6袋），無隔板 | 表麵積大，阻力低 | 占空間較大 | 商業中央空調 |
| 折疊式（V-bank） | 波紋狀濾芯，玻璃纖維介質 | 高效穩定，耐高溫 | 成本較高 | 醫院、實驗室 |
| 濾筒式 | 圓柱形深層過濾 | 極高容塵量 | 更換不便 | 工業通風 |
3.2 濾料材質對比分析
| 材料類型 | 材質構成 | 過濾機製 | 耐溫性 | 是否可清洗 |
|---|---|---|---|---|
| 玻璃纖維 | 無機纖維，微孔結構 | 擴散、攔截、慣性碰撞 | ≤300℃ | 否 |
| 聚酯纖維（PET） | 合成纖維，駐極處理 | 靜電吸附增強 | ≤80℃ | 否 |
| 複合纖維（PP+PET） | 多層複合，梯度過濾 | 逐級捕集 | ≤100℃ | 否 |
| 不鏽鋼絲網（預過濾） | 金屬網，機械篩分 | 大顆粒攔截 | ≤400℃ | 是（需清潔） |
注：駐極體材料可通過靜電效應提升對亞微米顆粒的捕集效率達20%-30%（Li et al., Journal of Aerosol Science, 2019）
四、B類高效過濾器對HVAC係統能效的影響機製
4.1 風機能耗模型分析
風機功率 $ P $ 與風量 $ Q $ 和全壓 $ Delta P $ 的關係為：
$$
P = frac{Q cdot Delta P}{eta_f}
$$
其中 $ eta_f $ 為風機效率。當過濾器阻力增加時，$ Delta P $ 上升，直接導致 $ P $ 增加。
假設某寫字樓AHU係統風量為10,000 m³/h，原使用F6過濾器（初阻70Pa），更換為F8袋式過濾器（初阻100Pa），則額外壓損30Pa。按風機效率70%計算：
$$
Delta P{extra} = 30 , text{Pa}, quad Q = frac{10000}{3600} ≈ 2.78 , text{m³/s}
$$
$$
Delta P{power} = frac{2.78 times 30}{0.7} ≈ 119.1 , text{W}
$$
年運行3000小時，則年增耗電量約為：
$$
119.1 times 3000 / 1000 = 357.3 , text{kWh}
$$
盡管初期能耗上升，但由於過濾效率提高，減少了表冷器、加熱器等部件的積塵，長期來看可降低換熱器清洗頻率和傳熱惡化帶來的能耗損失。
4.2 全生命周期成本（LCC）分析
| 成本項 | F7平板式 | F8袋式 | F9折疊式 |
|---|---|---|---|
| 初購成本（元/台） | 300 | 600 | 900 |
| 年電費（元） | 1200 | 1350 | 1500 |
| 年維護費（更換+人工） | 800 | 600 | 400 |
| 清潔設備附加成本 | 500 | 300 | 200 |
| 年總成本 | 2800 | 2850 | 3000 |
數據模擬基於北京某甲級寫字樓項目（建築麵積3萬㎡），引自《建築科學》2023年第2期
結果顯示，雖然F8袋式過濾器初始投入和電耗略高，但因維護間隔長、換熱器性能保持良好，整體年成本與F7相當，且IAQ更優。
五、B類高效過濾器選型關鍵技術要點
5.1 明確應用場景需求
| 應用場所 | IAQ要求 | 推薦過濾等級 | 特殊要求 |
|---|---|---|---|
| 辦公樓 | 中等 | F7-F8 | 節能優先 |
| 醫院病房 | 高 | F8-F9 | 抑菌塗層 |
| 數據中心 | 高 | F8 + 活性炭 | 防腐蝕氣體 |
| 實驗室 | 極高 | F9 + HEPA前置 | 氣密性好 |
| 商場 | 中 | F7 | 成本敏感 |
5.2 匹配係統風量與安裝空間
- 風量匹配：確保過濾器額定風量 ≥ 係統設計風量；
- 尺寸兼容：注意框架密封性，避免旁通泄漏；
- 檢修便利性：優先選用快裝式、滑軌結構。
5.3 關注動態性能而非僅靜態參數
許多廠商僅提供“初始效率”和“初阻力”，但實際運行中，隨著粉塵積累，效率可能先升後降，阻力持續上升。建議索取容塵量-阻力曲線與效率衰減測試報告。
例如，某國產F8袋式過濾器在加載ASHRAE人工塵至300g後，阻力由90Pa升至280Pa，而ePM1效率從62%升至68%，表明其具備良好的“深度過濾”特性（來源：江蘇某過濾器企業檢測報告，2023）。
5.4 優選智能化監測功能產品
新型智能過濾器內置壓差傳感器，可通過Modbus或BACnet協議接入樓宇自控係統（BAS），實現：
- 實時阻力監控；
- 自動更換提醒；
- 能耗趨勢分析；
- 故障預警。
此類產品已在深圳平安金融中心、上海中心大廈等超高層建築中推廣應用。
六、國內外典型產品參數對比
以下選取五款主流B類高效過濾器進行橫向比較：
| 型號 | 品牌 | 國家 | 過濾等級 | ePM1效率 | 初阻力(Pa) | 容塵量(g) | 結構形式 | 參考價格(元) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil CityCarb C2 | Camfil | 瑞典 | F8 | 65% | 98 | 750 | 袋式 | 680 |
| Freudenberg Viledon FB7 | Freudenberg | 德國 | F7 | 55% | 75 | 600 | 折疊式 | 520 |
| 3M Filtrete 2800 | 3M | 美國 | MERV 13 | 60% | 105 | 500 | 平板複合 | 480 |
| 蘇州佳環 JH-F8B | 佳環 | 中國 | F8 | 63% | 90 | 700 | 袋式 | 420 |
| AAF International AAF-F9 | AAF | 美國 | F9 | 78% | 135 | 850 | V型折疊 | 860 |
數據來源：各品牌官網技術手冊（更新於2024年3月）
從表中可見，國產產品在性價比方麵優勢明顯，而歐美品牌在材料穩定性與長期性能一致性上更具競爭力。
七、政策導向與發展趨勢
7.1 國內政策推動
- 《公共建築節能設計標準》GB 50189-2015 明確要求：“人員密集場所宜采用F7及以上等級過濾器”；
- 《綠色建築評價標準》GB/T 50378-2019 將“PM2.5淨化效率≥50%”納入評分項；
- 住建部《建築節能與可再生能源利用通用規範》GB 55015-2021 提出“合理配置過濾係統以降低輸配能耗”。
7.2 技術發展趨勢
- 低阻高效材料研發：納米纖維塗層、靜電紡絲濾材可使相同效率下阻力降低20%-30%（Wu et al., Advanced Materials, 2022）；
- 多功能集成設計：如F8+活性炭複合濾芯，兼具顆粒物與TVOC去除能力；
- 數字化運維支持：結合IoT平台實現遠程診斷與預測性維護；
- 可持續發展導向：推廣可回收濾材（如PLA生物基材料）、減少塑料使用。
參考文獻
- 國家市場監督管理總局, 國家標準化管理委員會. GB/T 14295-2019 空氣過濾器. 北京: 中國標準出版社, 2019.
- ISO. ISO 16890:2016 Air filters for general ventilation — Classification, performance testing and marking. Geneva: International Organization for Standardization, 2016.
- ASHRAE. ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2017 Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. Atlanta: ASHRAE, 2017.
- Liu, W., et al. "Impact of HVAC filtration on indoor PM2.5 in urban offices: A field study in Beijing." Indoor Air, vol. 31, no. 2, 2021, pp. 321–333. http://doi.org/10.1111/ina.12756
- Zhang, Y., & Chen, H. "Energy saving potential of optimized air filtration in commercial buildings." Building and Environment, vol. 180, 2020, p. 107032.
- Camfil. Life Cycle Cost Analysis of HVAC Filters – A Global Study. Stockholm: Camfil Group, 2021.
- Wang, L., et al. "Performance degradation of HVAC filters under variable airflow conditions." Energy and Buildings, vol. 234, 2021, p. 110678.
- Li, Z., et al. "Electret enhancement in synthetic fiber filters for submicron particle capture." Journal of Aerosol Science, vol. 135, 2019, pp. 1–12.
- Wu, J., et al. "Nanofiber-based ultra-low pressure drop air filters for energy-efficient buildings." Advanced Materials, vol. 34, no. 15, 2022, p. 2107890.
- 中國建築科學研究院. 公共建築節能設計標準實施指南. 北京: 中國建築工業出版社, 2016.
- 百度百科. “空氣過濾器”詞條. http://baike.baidu.com/item/空氣過濾器 （訪問日期：2024年4月5日）
- 江蘇省產品質量監督檢驗研究院. 中效空氣過濾器性能檢測報告（編號：JSQJ2023-F0821）, 2023.
（全文約3,680字）
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