提升空氣處理機組效率：高效低阻過濾器的選型指南 引言 隨著我國建築節能標準的不斷提升以及公眾對室內空氣質量（IAQ）關注度的日益提高，空氣處理機組（Air Handling Unit, AHU）作為暖通空調係統（HV...
提升空氣處理機組效率：高效低阻過濾器的選型指南
引言
隨著我國建築節能標準的不斷提升以及公眾對室內空氣質量（IAQ）關注度的日益提高，空氣處理機組（Air Handling Unit, AHU）作為暖通空調係統（HVAC）中的核心設備，其運行效率與能耗問題愈發受到重視。在空氣處理過程中，空氣過濾是保障空氣質量、延長設備壽命和降低能耗的關鍵環節。其中，高效低阻過濾器因其在保證高過濾效率的同時顯著降低氣流阻力，成為提升空氣處理機組整體能效的重要技術手段。
本文旨在係統闡述高效低阻過濾器的技術原理、性能參數、選型方法及其在實際工程中的應用策略，結合國內外權威研究文獻與產品數據，為暖通工程師、係統設計師及運維管理人員提供科學、實用的選型參考。
一、空氣處理機組與過濾係統的關係
空氣處理機組的主要功能包括空氣的輸送、溫濕度調節、淨化和能量回收等。在眾多功能模塊中，空氣過濾係統承擔著去除空氣中顆粒物（PM10、PM2.5）、花粉、細菌、病毒、粉塵等汙染物的任務，直接關係到室內空氣質量與人員健康。
然而，傳統過濾器往往存在“高效率—高阻力”的矛盾：過濾效率越高，濾材越密，導致氣流通過時壓降增大，風機能耗隨之上升。據美國ASHRAE（美國采暖、製冷與空調工程師學會）統計，在典型商業建築中，風機能耗可占空調係統總能耗的30%~50%，而其中約40%的能耗用於克服過濾器的阻力。
因此，選用高效低阻過濾器成為優化AHU能效的關鍵路徑。這類過濾器通過優化濾材結構、改進氣流分布設計、采用新型複合材料等手段，在保持高過濾等級的同時顯著降低初阻力與終阻力，從而實現節能與淨化的雙重目標。
二、高效低阻過濾器的技術分類與工作原理
（一）按過濾效率分級（依據EN 779:2012 / ISO 16890:2016）
國際上廣泛采用歐洲標準EN 779（已更新為ISO 16890）對空氣過濾器進行分級。該標準根據過濾器對不同粒徑顆粒物的捕集效率進行劃分，取代了傳統的“G級”、“F級”、“H級”模糊分類。
| 過濾等級 | 標準依據 | 顆粒物捕集效率（≥0.3μm） | 典型應用場景 |
|---|---|---|---|
| ePM1 50% | ISO 16890 | 對1μm顆粒物過濾效率≥50% | 普通住宅、輕工業 |
| ePM1 70% | ISO 16890 | ≥70% | 商業建築、醫院走廊 |
| ePM1 80% | ISO 16890 | ≥80% | 醫院病房、實驗室 |
| ePM1 90% | ISO 16890 | ≥90% | 手術室、製藥潔淨區 |
| HEPA H13 | EN 1822 | ≥99.95%（0.3μm） | 生物安全實驗室、半導體車間 |
說明：ePM1指對直徑≥1μm顆粒物的質量捕集效率；HEPA為高效微粒空氣過濾器（High Efficiency Particulate Air），由美國DOE標準定義。
（二）高效低阻過濾器的核心技術特征
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三維立體濾材結構
采用波浪形或折疊式深層濾紙，增加有效過濾麵積，降低單位麵積風速，從而減少壓降。例如，Camfil公司的NanoCel® 技術通過納米纖維層疊加在傳統濾紙上，實現高效率與低壓損的平衡。 -
低密度高孔隙率材料
使用聚丙烯（PP）、玻璃纖維與靜電駐極材料複合，提升帶電粒子捕集能力，減少機械攔截所需的密實度。 -
優化的框架與密封設計
防止旁通泄漏，確保全部氣流通過濾材，避免因漏風導致效率下降或局部高阻力。 -
智能壓差監測接口
部分高端型號集成壓差傳感器，實時反饋堵塞狀態，便於預測更換周期，避免過度運行導致能耗激增。
三、關鍵性能參數對比分析
為科學選型，需綜合評估以下核心參數：
| 參數名稱 | 定義 | 測試標準 | 推薦值範圍 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力（Pa） | 新濾芯在額定風量下的壓降 | EN 779 / ISO 16890 | ≤80 Pa（ePM1 80%以上） |
| 終阻力（Pa） | 建議更換時的大壓降 | 同上 | ≤250–300 Pa |
| 額定風量（m³/h） | 設計通過濾器的大風量 | GB/T 14295-2019 | 匹配AHU風量 |
| 過濾效率（%） | 對特定粒徑顆粒的去除率 | ISO 16890, EN 1822 | ePM1 ≥80% 或 HEPA H13 |
| 容塵量（g/m²） | 單位麵積可容納灰塵總量 | ASHRAE 52.2 | ≥500 g/m²（F8級） |
| 使用壽命（月） | 實際運行中的更換周期 | 工程經驗 | 6–24個月（視環境） |
| 能耗因子（kWh/1000m³） | 每千立方米空氣處理耗電量 | 自定義計算 | <0.8（理想值） |
注：國內標準《GB/T 14295-2019 空氣過濾器》與ISO 16890接軌，推薦使用ePM指標替代舊G/F分級。
表：主流品牌高效低阻過濾器性能對比（以ePM1 80%等級為例）
| 品牌 | 型號 | 初始阻力 (Pa) | 過濾效率 (ePM1) | 容塵量 (g/m²) | 額定風速 (m/s) | 材料類型 | 參考價格（元/㎡） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | FB3 | 65 | 82% | 620 | 0.75 | 納米複合濾紙 | 850 |
| Donaldson | PowerCore™ | 70 | 85% | 680 | 0.80 | 微纖維褶皺濾芯 | 920 |
| 3M | Cubit™ F8 | 68 | 80% | 580 | 0.70 | 靜電駐極PP | 780 |
| Honeywell | HEPA-Pro 80 | 75 | 83% | 600 | 0.75 | 玻璃纖維+合成纖維 | 820 |
| 中材科技 | ZC-F8 | 72 | 81% | 590 | 0.72 | 國產玻纖複合 | 650 |
數據來源：各廠商官網技術手冊（2023年更新），測試條件：風速0.75 m/s，大氣塵源。
從表中可見，進口品牌在初始阻力控製和容塵量方麵略占優勢，但國產產品性價比更高，且近年來在材料工藝上進步顯著。
四、選型原則與工程應用建議
（一）選型流程圖解
確定AHU風量 → 分析空氣質量要求 → 選擇過濾等級（ePM1或HEPA）→
↓
計算係統允許壓降 → 對比初/終阻力 → 選定候選型號 →
↓
評估容塵量與更換周期 → 考慮安裝空間與維護便利性 → 終決策（二）不同應用場景的推薦配置
| 應用場景 | 推薦過濾等級 | 初阻力要求 | 特殊考慮 |
|---|---|---|---|
| 商務辦公樓 | ePM1 70%~80% | ≤75 Pa | 注重節能與維護成本 |
| 醫院普通病房 | ePM1 80%~90% | ≤80 Pa | 防交叉感染，定期更換 |
| 手術室/ICU | HEPA H13 | ≤100 Pa | 必須無泄漏，需DOP檢漏 |
| 數據中心 | ePM1 80% + 活性炭層 | ≤70 Pa | 防腐蝕性氣體侵蝕設備 |
| 製藥潔淨車間 | HEPA H14 | ≤110 Pa | 符合GMP認證，雙層密封 |
| 地下軌道交通站 | ePM1 70% + 自清潔預過濾 | ≤65 Pa | 高粉塵負荷，頻繁更換 |
（三）節能效益量化分析
以某50,000 m³/h風量的中央空調係統為例，比較傳統F8袋式過濾器與高效低阻ePM1 80%板式過濾器的年能耗差異：
| 項目 | 傳統F8過濾器 | 高效低阻過濾器 | 差值 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力 | 110 Pa | 70 Pa | -40 Pa |
| 終阻力 | 300 Pa | 250 Pa | -50 Pa |
| 平均阻力 | 205 Pa | 160 Pa | -45 Pa |
| 風機功率（kW） | 28.7 | 22.4 | -6.3 kW |
| 年運行時間 | 3000 h | 3000 h | — |
| 年節電量 | — | 18,900 kWh | +18,900 kWh |
| 電價（0.8元/kWh） | — | — | 節省15,120元/年 |
計算依據：風機功率 $ P = frac{Q times Delta P}{eta times 3600} $，其中$ Q $為風量（m³/h），$ Delta P $為壓降（Pa），$ eta $取0.7。
由此可見，僅通過更換過濾器，即可實現顯著節能效果，投資回收期通常在1~2年內。
五、國內外研究進展與標準支持
（一）國外研究綜述
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ASHRAE Research Project RP-1691（2017）指出，在辦公建築中使用ePM1 80%過濾器相比G4+F7組合，可使全年顆粒物暴露濃度降低60%，同時風機能耗減少18%。
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丹麥技術大學（DTU） 在《Building and Environment》期刊發表研究表明，采用低阻力HEPA過濾器的AHU係統，在維持相同IAQ條件下，比傳統係統節能達23%（Jensen et al., 2020）。
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歐盟EPBD（Energy Performance of Buildings Directive） 明確要求新建公共建築必須采用高能效通風係統，鼓勵使用低阻高效過濾技術以滿足nZEB（近零能耗建築）目標。
（二）國內政策與標準推動
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《公共建築節能設計標準》（GB 50189-2015）規定：
“空調係統應設置初效、中效兩級過濾，必要時增設亞高效或高效過濾器，且過濾器阻力不宜超過150 Pa。”
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《綠色建築評價標準》（GB/T 50378-2019）將“空氣淨化效率”與“係統能耗”納入評分項，鼓勵采用高效低阻產品。
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中國建築科學研究院（CABR）牽頭編製的《空氣過濾器能效分級》團體標準（T/CECS 745-2020）首次提出“過濾器能效比”（FER）概念：
$$
FER = frac{text{過濾效率（%）}}{text{平均阻力（Pa）}}
$$
建議FER ≥1.2為高效節能型產品。
六、常見誤區與解決方案
| 誤區 | 正確認知 | 解決方案 |
|---|---|---|
| “過濾效率越高越好” | 過高效率可能導致阻力劇增，反而增加能耗 | 根據實際需求選擇ePM1等級，避免過度配置 |
| “低價濾芯更經濟” | 低質濾芯易堵塞、泄漏，維護頻繁 | 綜合考慮全生命周期成本（LCC） |
| “隻要HEPA就安全” | HEPA若安裝不當或框架漏風，實際效率大打折扣 | 嚴格密封，定期進行DOP或PAO檢漏測試 |
| “阻力隻影響風機” | 高阻力導致風量不足，影響溫濕度控製精度 | 在設計階段進行係統壓損核算 |
| “所有場所都可用低阻過濾器” | 高汙染環境仍需前置粗效保護 | 采用“G4 + F7 + H13”多級過濾策略 |
七、未來發展趨勢
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智能化過濾係統
集成物聯網（IoT）傳感器，實時監測壓差、溫濕度、顆粒物濃度，實現預測性維護。如Honeywell推出的SmartFilter™係統可通過APP提醒更換時間。 -
自清潔與可再生技術
日本Daikin公司研發的“光催化+靜電”複合過濾器可在運行中自動分解有機汙染物，延長使用壽命。 -
生物基環保濾材
歐盟Horizon 2020項目資助開發以竹漿、玉米纖維為基底的可降解濾材，減少廢棄濾芯對環境的影響。 -
AI輔助選型平台
利用機器學習模型，結合氣象數據、建築用途、人員密度等參數，動態推薦優過濾方案。
參考文獻
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ASHRAE. (2017). ASHRAE Handbook—HVAC Applications. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
-
ISO 16890:2016. Air filters for general ventilation – Classification, performance testing and marking. International Organization for Standardization.
-
Jensen, R. L., et al. (2020). "Energy-efficient air filtration in commercial buildings: Field measurements and modeling." Building and Environment, 172, 106689. http://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.106689
-
Camfil. (2023). Technical Data Sheet: FB3 Low Energy Panel Filter. Retrieved from http://www.camfil.com
-
中國國家標準化管理委員會. (2019). GB/T 14295-2019 空氣過濾器. 北京: 中國標準出版社.
-
住房和城鄉建設部. (2015). GB 50189-2015 公共建築節能設計標準. 北京: 中國建築工業出版社.
-
中國工程建設標準化協會. (2020). T/CECS 745-2020 空氣過濾器能效分級標準. 北京: 中國計劃出版社.
-
Donaldson Company. (2022). PowerCore® Air Filtration Technology Overview. Minneapolis: Donaldson Corporation.
-
3M China. (2023). Cubit™ F8 Synthetic Media Filter Product Guide. Shanghai: 3M China Ltd.
-
European Committee for Standardization. (2012). EN 779:2012 Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration efficiency. Brussels: CEN.
-
Honeywell International. (2023). HEPA-Pro Series High-Efficiency Filters Technical Manual. Morristown: Honeywell Inc.
-
中材科技股份有限公司. (2023). ZC係列高效低阻空氣過濾器產品說明書. 南京: 中材科技 filtration division.
-
百度百科. (2023). 空氣處理機組. 檢索於2023年10月15日。
-
百度百科. (2023). 高效空氣過濾器. 檢索於2023年10月16日。
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孫一堅, 吳元煒. (2020). 《簡明空調設計手冊》（第三版）. 北京: 中國建築工業出版社.
（全文約3,680字）
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