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过滤机理

发布日期:2019-12-19 18:43

过滤机理
     
粉尘与过滤介质的
电子显微镜照片

撞上→粘住
  空气中的尘埃粒子,或随气流作惯性运动,或作无规则运动,或受某种场力的作用而移动。当运动中的粒子撞到障碍物时,粒子与障碍物表面间的引力使它粘在障碍物上。
纤维过滤材料
  过滤材料应能:既有效地拦截尘埃粒子,又不对气流形成过大的阻力。非织造纤维材料和特制的纸张符合这一要求。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。
  
惯性碰撞与扩散碰撞
效率随尘粒大小而异
  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0.1m(微米)的粒子主要作扩散运动,粒子越小,效率越高;大于0.5m的粒子主要作惯性运动,粒子越大,效率越高。在0.1m与0.5m之间,效率有一处最低点。 
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的增加而提高,通过增大过滤材料面积,可以降低穿过滤料的相对风速,以减小过滤器阻力。
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。
过滤器报废
  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,过滤器的寿命就到头了。有时,过大的阻力会使过滤器上已捕捉到的灰尘飞散,出现这种危险时,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。其原因: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
  空气过滤器的“过滤效率”是被捕集粉尘量与原空气含尘量的比值:
过滤效率 = 过滤器捕集粉尘量
——————————
上游空气含尘量  = 1 - 下游空气含尘量
—————————
上游空气含尘量
 
 
 
  效率的意义看似简单,可它的含义和数值却因试验方法的不同而大不一样。
  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五花八门。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。各国家、各厂商使用的测试方法不统一,对过滤器效率的解释和表达大相径庭。离开测试方法,过滤效率就无从谈起。
  历史上,搞通风和洁净室过滤器的是一伙人,搞汽车滤清器的是另一伙人,此外还有搞除尘器的,搞液体过滤的,他们各用各的方法,各说各的效率。当空气过滤器厂掺和汽车滤清器的买卖时,或除尘器厂开发空气过滤器时,他们自己也难免会被自己所说的过滤效率搞糊涂。
  为了省事并减少误解,国外出现了一些用代号表示效率的方法,那些代号既明确了试验方法,也确定了效率指标,详见“常识”中《常见标识体系》和《比较图》。如今,全世界的过滤器厂商都来挤占中国市场,国内厂商为了向各种背景的用户推销产品,也随心所欲地使用效率标识。各种各样的效率数值和效率名词使用户、设计师和制造厂云山雾罩。
  此外,过滤理论中还有个“单纤维效率”,它是个可以大于100%的几何定义,稍不小心,搞理论的人也会在效率问题上晕菜。
  在这种混乱的局面下,如果你一定要知道具体的效率数值,请别忘记规定具体的试验方法和计算效率的方法
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”;对应过滤器报废的阻力值称“终阻力”。
  设计时,常需要一个有代表性的阻力值,以核算系统的设计风量,这一阻力值称“设计阻力,惯用的方法是取初阻力与终阻力的平均值。
确定终阻力
  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。
  一般情况下,终阻力的选取是空调设计师的事。有经验的工程师可以根据现场情况改变原设计的终阻力值。
  有的设计师会忘记告诉用户他所选定的终阻力值;有时用户会改换其它型号过滤器或其它供应商,这时,现场工程师不得不自己确定终阻力值。
  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 150~250
F5~F6(中效) 250~300
F7~F8(高中效) 300~400
F9~H11(亚高效) 400~450
高效与甚高效 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≥10m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。
阻力监测
  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。
  最便宜的阻力监测装置是U型管压差计。斜管压差计和曲管压差计比较美观。压差表档次和价格都高一些。此外,还有将阻力变成电信号的差压变送器。
  除了能读数的阻力监测装置外,还应加上终阻力报警装置。省事的办法是在压差计上划红杠;保险的方法是使用差压开关。
粘住粉尘的力
  两个物体接触时,表面间存在一种微小的引力,它不是人们熟悉的万有引力,不是磁力,也不是静电力,它是一种分子与分子,分子团与分子团之间的力,课本上管它叫“范德瓦尔斯力”,或“范德华力”。
  从微观上讲,带负电的电子云有个中心,带正电的原子核也有个中心,两个中心不重合,就有了电偶极,单个偶极可能瞬息万变,也可能相对稳定,但多个分子的偶极凑在一起,就会对于周围的物体产生引力。这种引力很微弱,其量值比化学键小1~2个数量级。它的作用区间也很窄,距离太近时(<7),电子云重叠,相邻分子互相排斥,距离太远时,引力消失。
  粉笔末留在黑板上,因为范德瓦尔斯力可以对付那些粉末;粉笔不会被黑板粘住,因为与重力相比,范德瓦尔斯力微不足道。
  空气中的粉尘互相碰撞,因范德瓦尔斯力而合为一体,聚成大颗粒粉尘。室内的粉尘撞到墙上并留在那里,形成黑渍或使壁面“褪色”。粗糙表面因粉尘的接触面大,更容易粘住粉尘。
  在过滤器中,过滤介质是迷宫,粉尘在其中,它们比平时有更多的机会撞上障碍物,并因过滤介质上无处不在的范德瓦尔斯力而留下来。
  在特定情况下,静电力也参与捕捉粉尘的过程。如果过滤介质带静电,过滤效果会明显改善,其原因之一是静电力使粉尘改变轨迹而撞击障碍物,之二是静电力比范德瓦尔斯力更容易将粉尘粘住。粉尘也可以被人为地加上静电,使它们容易被其它物体吸附,例如空调用的静电过滤器和工业用的静电除尘器
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。例如,一只过滤器的试验容尘量为600g,实际使用中它可能会容纳2.5kg的大气粉尘;另一只的容尘量为900g,到你手里它也许只能兜住1.5kg粉尘。只有试验条件和试验粉尘相同时,才能根据容尘量数据来估计哪只过滤器会比另一只的使用寿命更长一些。
  专业试验室和过滤器厂家在评估一般通风用过滤器产品时,要对过滤器进行破坏性发尘试验,其目的是按相关试验标准评价过滤器在试验全过程的平均效率,容尘量是这类试验得出的一批数据中的一个数据。如果试验室长期坚持对过滤器进行发尘试验,试验者就可以利用大量历史数据来比较某只过滤器的优劣,外人很难搞清容尘量数据的实际意义。
  欧美一些标准中规定的试验终止条件是:①阻力达到初阻力的2倍或更高时;②瞬时过滤效率低于最高效率值的85%时。大多数过滤器的阻力只升不降,只有用蓬松的粗纤维(≥10m)材料制成的低效率过滤器可能出现第二种情况。显然,试验时终阻力定得越高,得到的容尘量数值就越大。所以,委托人和试验者要明确规定终止试验的条件,否则,容尘量数据就没多少意义。欧洲Eurovent4/9标准规定的终止试验阻力为450Pa,这个数据远远高于2倍初阻力,但那是效率试验而不是容尘量试验。中国标准只规定对“粗效”过滤器进行发尘试验,其目的是获得计重效率而不是容尘量。当与他人讨论容尘量时,你得知道对方说的是哪国话。
  欧美标准规定的试验粉尘俗称ASHRAE尘,其主要成分为“AC细灰”,那是美国亚利桑那荒漠地带某特定地点的浮尘(Arizona Road Dust),在AC细灰中混入规定比例的细炭黑和短纤维后就成了ASHRAE尘。中国曾规定用黄土高原的浮尘,日本规定用自己的“关东亚黏土”。
  20世纪80年代,当时的冶金部建筑研究总院刘爱芳搞出了中国自己的“道路尘”,其主要成分是陕北某村落的浮尘,中国还出了几个相关标准。而后的十多年间,她的小组总共生产过不到500公斤标准尘,其中大部分用于除尘器试验,只有两个过滤器制造厂向她买过50公斤标准尘,充其量能做100个发尘试验。1998年刘老太太退休了,她那套粉尘加工设备再没转动过。一个让人寒心的推断:二十年间全国所有过滤器厂做的发尘试验总计不到100次。由此派生一个令许多制造商和专家们脸红的推断:他们说的容尘量数据是编造的。
  在滤清器行业,国际标准化组织指定了AC细灰作为滤清器试验粉尘,其成分与美国浮尘相同。刘老太太的徒弟们不动弹,我们只好去美国买尘土。


大气中的粉尘

粉尘粒度分布
  空气中小颗粒粉尘间因相互碰撞形成大颗粒,大颗粒粉尘因重力而沉降。在自然界,碰撞不那么厉害、又难以沉降的0.05~5m的粉尘会长时间悬浮在大气中。
  古时候,粉尘主要来自于自然界的运动,如刮风、火山、森林大火、海浪、花粉。现代,人类活动扬起大量灰尘,如燃烧、工业污染、建筑活动、汽车、核试验。与祖先相比,我们遇到的粉尘,数量多了,粒径小了,性质也不那么友好了。
  室外大气中,按数量计,99.9%的粉尘粒径小于1m。按重量计,小于10m的粉尘占总重量的50%~95%。
粉尘浓度的差异  
  城市空气污染主要源于人的活动。城市人口多寡直接影响市区空气含尘浓度。粗略地讲,城市越大,污染越严重。
  由于采暖和气候干燥,许多城市冬季的大气粉尘明显高于其它季节。雨季,由于雨水的洗涤,空气中的粉尘浓度低于其它季节。
  海浪和海水蒸发产生微小盐粒(氯化钠),沿海地区盐雾浓度高。
  城市的空气微生物浓度并不比乡村高,但城市中对人体有害的空气微生物浓度高。
  室内外相比,室内粉尘数量浓度高,室外粉尘颗粒大。
 
 
谁关心什么浓度  
  搞环保的关心粉尘的重量浓度,搞洁净室的关心粉尘的数量浓度,搞医药和卫生的要额外操心空气微生物的浓度。搞过滤器产品的要应付所有人的需求,所以要对各种浓度指标都有些了解。
 

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。
  正常情况下,人体本身自有办法对付那些颗粒物,只有当颗粒物太多或性质太恶劣时,才可能危害健康。若吸入的颗粒物太多,巨噬细胞们忙不过来,就会出现免疫功能障碍;如果吸入了太多可能致病的病菌和病毒,人可能会闹传染病;如果吸入的颗粒物中含有巨噬细胞啃不动的物质,时间长了可能得“尘肺”;有些肺部的沉积物还可能引起恶性病变。
  人的鼻子是个“过滤器”,那里的鼻毛、分泌物和黏膜可以将大多数大于10m的粉尘过滤掉,只有小于10m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≤10m的颗粒物”。在医学界,人们可能对≤5m的颗粒物更感兴趣,说这些颗粒物更危险。
  吸入点儿颗粒物并非坏事,它们能刺激并锻炼人的免疫机能。没了颗粒物,人也会生病。例如,高山上的人到了平原,先要面临呼吸道疾病的威胁。1999年,英国的科学家提到,近十年中患花粉过敏和哮喘的人数是十年前的十倍,其原因是,人生活在过于洁净的环境中,主管免疫功能的白血球和巨噬细胞得不到刺激和锻炼,它们要么变懒,要么内讧,致使人的免疫功能降低。有人做了对比实验,两组人同样生活在较为干净的环境中,其中一组定期接受人为注射的颗粒异物,一段时间后,让他们接触某些污染物,未接受注射的那组人中很多人病了,而另一组则啥事都没有。
  空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”,去掉10m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5m以上的颗粒物去掉,剩下的“可吸入颗粒物”为TM5。
 表1、可吸入颗粒物与健康效应(尹先仁,公共场所卫生标准宣贯教材,中国标准出版社1996)
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。
  1988年,我国颁布了一套有关公共场所卫生的强制性标准。1996年,这套标准经过修订。标准中对可吸入颗粒物的规定见下表。
 表2、国家标准规定的可吸入颗粒物浓度
场所 可吸入颗粒物mg/m3 名称 标准号
3~5星级饭店、宾馆 ≤0.15 旅店业卫生标准 GB9663-1996
1~2星级饭店、宾馆和非星级带空调的饭店、宾馆 ≤0.15 
普通旅店、招待所 ≤0.20  
影剧院、音乐厅、录像厅 ≤0.20 文化娱乐场所卫生标准 GB9664-1996
游艺厅、舞厅 ≤0.20 
酒吧、茶座、咖啡厅 ≤0.20 
公共浴室 未规定 公共浴室卫生标准 GB9665-1996
理发店 ≤0.20 理发店、美容店卫生标准 GB9666-1996
美容店 ≤0.15 
天然与室内游泳场所 未规定 游泳场所卫生标准 GB9667-1996
体育馆 ≤0.25 体育馆卫生标准 GB9668-1996
图书馆、博物馆、美术馆 ≤0.15  图书馆、博物馆、美术馆和展览馆卫生标准 GB9669-1996
展览馆 ≤0.25  
商场、书店 ≤0.25  商场(店)、书店卫生标准 GB9670-1996
医院候诊室 ≤0.15  医院候诊室卫生标准 GB9671-1996
候车室、候船室 ≤0.25  公共交通等候室卫生标准 GB9672-1996
候机室 ≤0.15  
旅客列车车厢 ≤0.25  公共交通工具卫生标准 GB9673-1996
轮船客舱 ≤0.25  
飞机客舱 ≤0.15  
饭馆、餐厅 ≤0.25  饭馆(餐厅)卫生标准 GB16153-1996
















这两年,电视台的天气预报中出现了“空气污染指数”,播音员每每说到“主要污染物为可吸入颗粒物”。衡量空气污染程度的“可吸入颗粒物”指标见下表。国家标准没有规定与4级和5级空气质量相对应的颗粒物浓度,大概是希望以后我们不会再遇到比3级更脏的环境。

 表3、大气日平均颗粒物与空气质量级别(GB3095-1996)
空气质量级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
总悬浮颗粒物,mg/m3 0.12 0.30 0.50
可吸入颗粒物TM10,mg/m3 0.05 0.15 0.25
    “总悬浮颗粒物”总会比“可吸入颗粒物”多。但是,两者之间很难建立起可以换算的对应关系。在自然界中,空气中的大颗粒物主要源于刮风、植物、火山,人类活动则更多地扬起小颗粒物。在室内空气中,小颗粒物常占主导地位。我们接触的“可吸入颗粒物”主要是由我们自己制造的。与我们的祖先和我们的父辈相比,我们呼入的空气更脏。总悬浮颗粒物可能还是那么多,但小颗粒粉尘(可吸入颗粒物)则越来越多。
 
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。
  随着工业发展和城市扩大,我们身边有害气体的浓度在增加,而随着技术进步和生活改善,人们对纯净空气的要求却在提高,于是,人们对化学过滤器的需求也就逐年增加。
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。
  根据材料的处理方法,活性炭吸附分“物理吸附”和“化学吸附”。
  习惯上人们把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,活性炭管不了它们。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。从原则上讲,所有多孔物质都是吸附材料,活性炭并不是惟一的,但活性炭吸附的那些物质刚好是空调领域要对付的那些有害气体。
  物理吸附难以有效地清除所有化学污染物,有些场合,人们对活性炭材料进行化学处理,以增强它们对特定污染物的清除能力。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”。
  涉及吸附时,空气中的有害气体称“吸附质”,活性炭为“吸附剂”。在吸附剂抓住吸附质的同时,也会有部分吸附质逃离。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。
  人们从纳米技术中得知,在紫外光照射下,纳米级二氧化钛粉末可以将某些有害气体转化为无害的二氧化碳和水蒸气,学术上称“光催化”,商业上叫“光触媒”。这种技术的前景非常诱人,但目前光催化产品的反应速度太慢,还不能用于大的空调系统。
活性炭材料
  活性炭材料分颗粒炭、纤维炭、粉炭。
  传统的颗粒活性炭有煤质炭、木质炭、果壳炭、骨炭。
  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。
  有时,人们将粉炭或纤维炭粘在其它材料上或混入其它材料中,再加工成型。
  普通木炭和焦炭本身就是多孔物质,人们最初使用的吸附材料就是那些普通炭。为了增加吸附性能,人们对普通炭进行“活化”,使材料中的微孔更多、更小,活化后的炭就是活性炭。
  除活性炭之外,硅胶、氧化铝、沸石等也是吸附材料,但与活性炭相比,那些材料或吸水、或成本高、或比表面积小而不宜被用来作空气过滤材料。对于被我们污染了的自然界,大地是最好的吸附材料。
活性炭吸附性能
  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。
  通过比较过滤器中活性炭材料的多少可以粗略估计过滤器的能力。例如,一只迎风面为610×610mm过滤器中含30kg最普通的颗粒活性炭,另一只所谓高科技新产品中含2kg活性炭,那个新产品的活性炭可能比颗粒炭的单位吸附容量大许多,但它的使用寿命也就是那只普通颗粒炭过滤器的十分之一。
  通过监测过滤器前后污染物的浓度变化,可以判定活性炭是否应更换。但目前国内尚无实用、方便的监测手段,因此,用户只能按规定周期或凭经验决定活性炭过滤器的使用寿命。
  使用过程中,活性炭过滤器阻力不变,但重量会增加,有经验的专业人员可根据重量变化估计过滤器的使用寿命。
  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。

过滤器不是筛子
  细小颗粒物碰到固定物体,两者表面间的引力将它们粘在一起。这是过滤器的工作原理。
  如果用电子显微镜观察用过的过滤材料,你会看到,被捕捉的颗粒物比材料的空隙要小的多。想一想口罩,它可能稀松透亮,但它确实挡住了肉眼看不见的空气微生物。
  所有人都知道筛子的原理,筛孔的大小决定了颗粒物的去留。例如,100目(每英寸长度上有100个孔)的筛网留住0.25mm以上的颗粒物,20目的纱窗挡住蚊子。过去有个词儿叫“过滤精度”,这个词儿使人想到筛子,由此产生了很多误会。
  从工作原理上讲,过滤器与筛子完全不同。如果非要把它们扯到一起,你可以将鱼网、栅栏之类算作过滤器的一个分支,但请别把马尾罗筛面粉的功能想成主要过滤原理。
  在造纸行业,人们将纸张假想成多孔材料,并用相应的方法测出流体力学上等效的“孔径”,用以评估纸的透气性能。喜欢顾名思义的人以为孔径就是精度,实际上这个孔径不是筛孔,它是被过滤颗粒物尺寸的数十倍,孔径大小与被捕捉颗粒物的尺寸之间没有直接对应关系。对两种滤纸比较时,你可以说,孔径小的那种比大的那种过滤精度高,但你不知道具体的过滤效率。
  即使是多孔过滤材料如陶瓷、核孔膜,用显微镜看到的孔径比较均匀,但那个孔径也不代表过滤精度。这时,粘住粉尘的力仍是范德瓦尔斯力,粉尘撞击过滤介质的原因仍是惯性和扩散。孔径均匀的材料对大颗粒杂物有筛阻效果,但它照样能过滤掉比孔径小得多的粉尘。


过滤效率标识
欧美发展
  美国人先搞了过滤器效率试验方法标准,当时忘了顺手搞个简便的效率标识。70年代,西欧学美国的试验方法,顺便加了个EU标识,将不同效率分成14个档次,分别用EU1~EU14来表示。
  EU是英语,表示“欧洲”。欧洲人自己也觉着不妥,90年代初,又搞了个G~F~H~U分级。用的是德语,蓝本是瑞士标准,这下就公平了。
  EU挺方便,弄得美国人也时常说EU。终于有一天,美国人要自己搞效率标识,欧洲的点子他们当然不用。1996年,美国C~L~M~H~UH效率分档出笼。
 
中国情况
  国内讲“高、中、粗”,后来又增加了“亚高效”和“高中效”两档。它简单、顺口,因此流行了多年。现在看来,分档粗了点。洁净界前辈们退休了,在位的忙各自的生意,年轻的尚不成气候,没人去修订标准。
  宝源净化(原烟净厂)于1993年试着使用欧洲的G~F~H~U,效果不错。随后,这套标识体系很快在国内流行。
  目前,“高中粗”的说法仍最普及,占第二位的是G~F~H~U,再往后是EU,美国新方法因他们自己不努力用,所以没流行。
  各国产品都来挤占中国市场,国人拿不出过硬的效率体系,只好听老外的。在中国买一只比色法效率85%的过滤器可能有多种效率标识:Ashrae 85%,高中效,F7,EU7,F85,NBS 85%,精过滤,M13。
高效过滤器
  人们在使用高效过滤器时,坚持将试验方法和效率值一并标在产品上,如:99.97% (0.3m DOP),MPPS 99.9995%。多数情况下,人们不使用简单的效率标识体系,
  高效过滤器的效率测试方法是一大卖点,为此,人们喜欢将效率搞得复杂些。
对策
  能被世界各国以及各行各业都接受的效率标识方案,目前尚不存在,今后若干年内也难出现。
  对于厂商,采用那种标识产品好销就用那种;对于技术人员,用那种标识交流起来方便就用那种。用户是上帝,你想要那种,别人肯定会按你的要求贴标签。


一般通风用过滤器试验方法
计重法 Arrestance
  源于美国,国际通行,中国实行。
  试验尘源为大粒径、高浓度标准粉尘。粉尘的主要成分是经筛选的、规定地区的浮尘,再掺入规定量的细碳黑和短纤维。大多数国家规定使用美国亚利桑那荒漠地带的“道路尘”(Arizona Road Dust),中国标准曾规定使用黄土高原某村落的尘土,日本标准规定使用源于日本的“关东亚黏土”。测量的“量”为粉尘重量。
  过滤器装在标准试验风洞内,上风端连续发尘。每隔一段时间,测量穿过过滤器的粉尘重量或过滤器上的集尘量,由此得到过滤器在该阶段按粉尘重量计算的过滤效率。最终的计重效率是各试验阶段效率依发尘量的加权平均值。
  计重法试验的终止试验的条件为:约定的终阻力值,或效率明显下降时。这里的所谓“约定”是指客户与试验者间的约定,或试验者自己的规定。显然,约定终止试验的条件不同,计重效率值就不同。
  终止试验时,过滤器容纳试验粉尘的重量称为“容尘量”。
  计重法用于测量低效率过滤器,那些过滤器一般用于中央空调系统中的预过滤。
  计重法试验是破坏性试验,不能用于制造厂的日常产品性能检验。
  相关标准:美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992,欧洲EN779-1993,中国GB12218-89。
比色法 Dust-spot
  传统方法,源于美国,除中国外世界通行。
  试验台和试验粉尘与计重法所用相同。粉尘“量”为采样点高效滤纸的通光量。
  在过滤器前后采样,采样头上有高效滤纸,显然,过滤器前后采样点高效滤纸的污染程度会不同。试验中,每经过一段发尘试验,测量不发尘状态下过滤器前后采样点高效滤纸的通光量,通过比较滤纸通光量的差别,用规定计算方法得出所谓“过滤效率”。最终的比色效率是试验全过程各阶段效率值依发尘量的加权平均值。
  终止试验的条件与计重法条件相似:约定的终阻力值,或效率明显下降时。
  比色法用于测量效率较高的一般通风用过滤器,空调系统中的大部分过滤器属于这种过滤器。比色法曾是国外通行的试验方法,这种方法逐渐被计数法所取代。
  严格的比色法是破坏性试验,一只过滤器的试验往往需要一天时间。这种方法不是日常检验产品的手段。中国从来没有使用过比色法,国内也没有比色法试验台。
  相关标准:美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992,欧洲EN 779-1993。
大气尘计数法
  中国标准。
  尘源为自然大气中的“大气尘”。粉尘的“量”为大于等于某粒径的全部颗粒物个数。测量粉尘的仪器为普通光学或激光尘埃粒子计数器。效率值为新过滤器的初始效率。
  大气尘计数法用于测量一般通风用过滤器。其效率值只代表新过滤器的性能。
  中国的效率分级是建立在大气尘计数法基础上的。中国的计数法标准早于欧美,但方法比较粗糙,它是建立在20世纪80年代国产计数器和相应测量技术水平上的。
  标准:GB12218-89。
计数法 Particle Efficiency
  欧洲通行,美国试行,替代其它方法的大趋势。
  试验台与计重法和比色法所用类似,发尘所用的高浓度试验粉尘也与计重法和比色法所用类似。粉尘的“量”是微小粒径段颗粒物的个数。测量粉尘的仪器为激光粒子计数器。
  试验过程中,在每次发尘试验的之前和之后,进行计数测量,并计算过滤器对各种粒径颗粒物的过滤效率。当达到终止试验的条件时停止试验。过滤器的典型效率值是在规定粒径范围内,各阶段瞬时效率依发尘量的加权平均值。
  欧洲标准规定,计数测量时使用的特定的多分散相液滴,如用Laskin喷管吹出的DEHS喷雾,或使用与标定计数器所用标准颗粒物相同的Latex乳胶球。美国规定计数测量使用漂白粉。
  计数效率不再是个单一的数值,而是一条沿不同粒径的过滤效率曲线。欧洲的试验表明,当试验的终阻力为450Pa时,0.4m处的计数效率值与传统比色法效率值接近。美国标准规定针对不同档次的过滤器测量不同粒径范围的效率值,其试验终阻力仍是“2倍初阻力或更高”。
  完整的计数效率测试是破坏性试验,不能用于产品的日常检验。但在平时,制造厂可以省去发尘过程,仅测量过滤器的初始计数效率,以检查产品性能的稳定性和过滤材料的稳定性。
  计数法效率正在取代比色法效率。
  标准:欧洲Eurovent 4/9-1993,美国ASHRAE 52.2-1999,欧洲PREN 779( CEN草案,1999年,该标准将取代EN 779-1993规定的计重法和比色法)
高效过滤器试验方法
钠焰法 Sodium Flame
  源于英国,中国通行,欧洲部分国家于20世纪70~90年代实行。
试验尘源为单分散相氯化钠盐雾。“量”为含盐雾时氢气火焰的亮度。主要仪器为光度计。
盐水在压缩空气的搅动下飞溅,经干燥形成微小盐雾并进入风道。在过滤器前后分别采样,含盐雾气样使氢气火焰的颜色变蓝、亮度增加。以火焰亮度来判断空气的盐雾浓度,并以此确定过滤器对盐雾的过滤效率。
  国家标准规定的盐雾颗粒平均直径为0.4m,但对国内现有装置的实测结果为0.5m。欧洲对实际试验盐雾颗粒中径的测量结果为0.65m。
  随着扫描法的普及,欧洲已经不再使用钠焰法。国内有关部门正在修订原有的国家标准,是废止还是继续使用钠焰法,两种意见的都没有结论。
  相关标准:英国BS3928-1969,欧洲Eurovent 4/4,中国GB6165-85。
DOP法
  源于美国,国际通行,中国从未实行过。
  试验尘源为0.3m单分散相DOP(塑料工业常用增塑剂)液滴。“量”为含DOP空气的浑浊程度。测量粉尘的仪器为光度计(photometer)。以气样的浊度差别来判定过滤器对DOP颗粒的过滤效率。
  对DOP液体加热成蒸汽,蒸汽在特定条件下冷凝成微小液滴,去掉过大和过小的液滴后留下0.3m左右的颗粒,雾状DOP进入风道。测量过滤器前后气样的浊度,并由此判断过滤器对0.3m 粉尘的过滤效率。
  DOP法已经有50多年的历史,这种方法曾经是国际上测量高效过滤器最常用的方法。早期,人们认为过滤器对0.3m的粉尘最难过滤,因此规定使用0.3m粉尘测量高效过滤器。
  DOP中含苯环,人们怀疑它致癌,因此许多实验室改用性能类似但不含苯环的替代物,如DOS,但试验方法仍称“DOP法”。
  通过改变发尘参数,可以获得其它粒径的DOP液滴。于是就有20年前欧美国家测量超高效过滤器的0.1m DOP法,有时测量仪器也改为凝结核激光粒子计数器。有些国外厂家曾标出对0.05m或0.03m DOP的过滤效率,那都是商业上无科学依据的标新立异。
  测量高效过滤器的DOP法也称“热DOP法”。与此对应的“冷DOP”是指Laskin喷管(用压缩空气在液体中鼓气泡,飞溅产生雾态人工尘)产生的多分散项DOP粉尘,在对过滤器进行扫描测试时,人们经常使用冷DOP。
  相关标准:美国军用标准MIL-STD-282。
计数扫描法
  欧洲通用,美国类似,其他国家紧跟。目前国际上高效过滤器的主流试验方法。
  主要测量仪器为大流量激光粒子计数器或凝结核计数器(CNC)。用计数器对过滤器的整个出风面进行扫描检验,计数器给出每一点粉尘的个数和粒径。这种方法不仅能测量过滤器的平均效率,还可以比较各点的局部效率。
  欧洲人的经验表明,对于高效过滤器,最容易穿透的粉尘粒径在0.1~0.25m之间的某一点,先确定测试条件最易穿透的粉尘粒径,然后连续扫描测量过滤器对该粒径粉尘的过滤效果,欧洲人将这种方法称为MPPS。美国标准干脆规定只测量0.1~0.2m区间。
  试验中使用的尘源为是Laskin喷管产生的多分散相液滴,或确定粒径的固体粉尘。有时,过滤器厂商要按照用户的特殊要求,使用大气粉尘或其它特定粉尘。若测试中使用的是凝结核计数器,就必须采用粒径已知的单分散相试验粉尘。
  用计数器扫描一台过滤器需要较长时间。为了节省时间,国外将4组大流量采样头和激光测量装置合为一体,这使检测速度大大提高,但一台扫描台的检测速度仍赶不上一条普通过滤器生产线的生产速度,所以主流过滤器厂经常需要配置数台扫描装置。
  计数扫描法是测试高效过滤器最严格的方法,用这种方法替代其它各种传统方法是大趋势。
  相关标准:欧洲EN 1882.1~1882.5-1998~2000,美国IES-RP-CC007.1-1992。
光度计扫描
  尘源一般为多分散相液滴,如Laskin喷管产生的DOP烟雾。使用光度计对过滤器的全平面进行扫描检漏。这种扫描方法能快速、准确地找到过滤器的漏点。由于尘源为多分散相,而光度计不能确定粉尘粒径,所以这种扫描法给出“过滤效率”没有什么实际意义。
  有些厂家和用户认为,只要对滤纸的品质和规格严加控制,过滤器的效率就已经确定了,因此,仅进行以检漏为目的的扫描就可以保证过滤器的质量。
  光度计扫描检漏的方法没有相应标准可依,但这种方法对生产过程的质量控制很有效,所用的测试设备又相对简单,因此有些厂家目前使用这种方法。光度扫描测试台很容易改成计数扫描台,花些钱将买台激光粒子计数器就可以了。
油雾法 Oil Mist
  原西德,原苏联,中国。
  尘源为油雾。“量”为含油雾空气的浊度。仪器为浊度计。以气样的浊度差别来判定过滤器对油雾颗粒的过滤效率。
  德国规定用石蜡油,油雾粒径为0.3~0.5m。中国标准规定的油雾平均重量直径为0.28~0.34m,对油的种类未做具体规定。
  油雾法在德国本土已经成为历史,德国于1993年率先搞出了计数扫描法的国家标准,欧洲标准EN1882就是以德国计数扫描法标准为蓝本制定的。
  虽然中国标准规定可以用油雾法,但国内厂家更愿意使用同一标准规定的另一种钠焰法,只有部分生产滤材的厂家在测量过滤材料时仍使用油雾法。
  相关标准:中国GB6165-85,德国DIN24184-1990。
荧光法 Uranine
  只有法国使用,目前仅限于对部分核工业过滤器的测试。
  试验尘源为喷雾器产生的荧光素钠粉尘。试验中,首先在过滤器前后采样,然后用水溶解采样滤纸上的荧光素钠,再测量含荧光素钠水溶液在特定条件下的荧光亮度,这一亮度间接地反映出粉尘的重量。以过滤器前后样品的荧光亮度差别来判断过滤器效率。
  根据法国标准,发尘装置产生的粉尘粒径的计数平均值为0.08m,粒径的体积平均值为0.15m。
  荧光法比较麻烦,测量时要先采样,再清洗试样,然后再到另一处去测量荧光。实际上,法国过滤器厂过去最常使用的是DOP法,而不是自己规定的荧光法,现在法国人又将欧洲标准化协会的计数扫描法定为国家标准,荧光法成了摆设。只有当涉到核级高效过滤器时,为了满足20年前传统客户的要求,他们才使用荧光法。
  相关标准:法国NF X44-011-1972。
其它方法
  变风量检漏。使用标准试验风道,如果降低风量后过滤器的效率降低,则肯定有漏点。在过去的高效过滤器试验方法标准中,经常出现变风量检漏的方法。变风量检查只能判断过滤器是否有漏点,不能对漏点定位。
  发烟检漏。在暗室中,在过滤器上游发烟,用一束强光照射过滤器出风面,当过滤器有漏点时,可以明显地看到漏点处的一缕青烟。这种方法可以准确地对漏点定位,以便进行可能的修补。发烟检漏方法不那么讲究,但十分有效。
  无污染检验。有些客户担心试验用的粉尘污染过滤器,过滤器制造厂不得不在测试时使用客户认为不污染过滤器的粉尘。例如,半导体芯片厂讨厌钠盐、油雾、DOP,他们经常要求制造厂家使用他们认为安全的固体颗粒粉尘;有些制药厂要求直接使用室外大气中的粉尘测量过滤器。

中国效率分类
一般通风用过滤器分级
  对于一般通风用过滤器,两项国家标准按新过滤器的计数法效率将过滤器分成五个和四个等级。这两项标准曾对过滤器市场起了很好的规范作用,它们结束了部门间各自为战的局面,并在过去的“中效”范围增加了一级“高中效”,以适应当时人们对改善洁净室预过滤器性能的要求。
 
GB12218-89分级  I  II  III  IV  V
粒径,m  ≥5.0  ≥1.0  ≥0.5
计数效率,%  <40  40≤E<80  20≤E<70  70≤E<99  95≤E<99.9
GB/T14295-93分级  粗效  中效  高中效  亚高效
粒径,m  ≥5.0  ≥1.0  ≥0.5
计数效率,%  20≤E<80  20≤E<70  70≤E<99  95≤E<99.9
 
  表中的分级基于80年代末至90年代初的国内技术水平,尤其是考虑了当时国产光学粒子计数器的水平。这两项标准的修订工作已经被列入相关部门的议事日程。
  中国现有标准的计数法与国外计数法的主要差别在于:
  1,国内仅测量新过滤器效率,国外测量发尘各阶段效率的平均值;
  2,国内测量大于某粒径全部粒子的过滤效率,国外测量某粒径段粒子的效率;
  3,国外计数测量时使用标准人工粉尘,国内使用大气粉尘。
 
高效过滤器
  国家标准GB13554-92规定,高效过滤器为:
  1,按GB6165规定的钠焰法测试,其效率≥99.9%的过滤器;
  2,对粒径≥0.1m的粒子,其效率≥99.999%的过滤器。
  前者指一般高效过滤器,相比之下,国外一般定义高效过滤器的效率为≥99.97%。
  后者指超高效过滤器。
  国家有关部门已经计划对高效过滤器的相关标准进行修订。


欧洲效率分类(CEN EN779)
  EN779-1993 EN1882-1998
规格 计重法 Arrestance
% 计径计数法
Particle Eff
0.4m 平均,%  最易穿透粒径法
MPPS
%
G1
G2
G3
G4  ≤E<65
65≤E<80
80≤E<90
90≤E        
F5
F6
F7
F8
F9     40≤E<60
60≤E<80
80≤E<90
90≤E<95
95≤E     
H10
H11
H12
H13
H14
H15
H16
H17       85≤E<95  
95≤E<99.5
99.5≤E<99.95
99.95≤E<99.995
99.995≤E<99.9995
99.9995≤E<99.99995
99.99995≤E<99.999995
99.999995≤E         
注1:当试验终阻力为450Pa时,对0.4m处的平均计数效率值相当于比色法效率值。
注2:由于是发尘试验,平均计数效率值高于中国现行方法测出的初始效率值。
   欧洲标准化协会新的计数法标准将取代原有EN779中规定的比色法。
 
欧洲旧分类,欧洲通风协会 Eurovent
  Eurovent 4/5-1979 Eurovent 4/4
规格  计重法 Arrestance  
%  比色法  
Dust-spot  
%  钠焰法  
Sodium Flame  
%
EU1
EU2
EU3
EU4 ≤E<65
65≤E<80
80≤E<90
90≤E        
EU5
EU6
EU7
EU8
EU9    40≤E<60
60≤E<80
80≤E<90
90≤E<95
95≤E     
EU10
EU11
EU12
EU13
EU14       95≤E<99.9  
99.9≤E<99.97  
99.97≤E<99.99  
99.99≤E<99.999  
99.999≤E    



美国分类(ASHRAE 52.2-1999)
  规格  计重法  
Arrestance  
%  计径计数法,%  
Particle Efficiency  
0.30~1.0m    1.0~3.0m    3.0~10m
C-1
C-2
C-3
C-4    E<65
65≤E<70
70≤E<75
75≤E<80        
L-5
L-6
L-7
L-8 (80 ~ 85)
(85 ~ 90)
( > 90)       20≤E<35
35≤E<50
50≤E<70
70≤E<85
M-9
M-10
M-11
M-12          E<50
50≤E<65
65≤E<80
80≤E<90  
H-13
H-14
H-15
H-16        E<75
 75≤E<85
 85≤E<95
 95≤E      
UH-17
UH-18
UH-19 HEPA过滤器,参见IES标准  
DOP法,对0.3μm单分散相DOP粒子。  ≥99.97%
≥99.99%
≥99.999%
UH-20 ULPA过滤器,参见IES标准  
计数法,扫描,对0.1~0.2m粒子。  ≥99.999%
美国环境科学院高效过滤器性能分类,IES-RP-CC001.3-1993
A类(Type A):额定风量下DOP试验,对0.3m粒子的过滤效率≥99.97%。
B类(Type B):满足A类性能,并经过100%与20%额定风量比较捡漏试验。
C类(Type C):0.3mDOP试验过滤效率≥99.99%,并经过多分散相DOP扫描试验。
D类(Type D):0.3mDOP试验过滤效率≥99.999%,并经过多分散相DOP扫描试验。
E类(Type E):满足美国军用与原子能标准MIL-F-51477,MIL-F-51068,用于过滤毒物、核污染物等危险粉尘的过滤器,0.3mDOP试验过滤效率≥99.97%。
F类(Type F):粒子计数扫描试验,对0.1~0.2μm粒子的过滤器效率>99.999%。

一般通风系统过滤器尺寸
袋式过滤器 — 592×592mm
  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592×592mm。
过滤段由若干610×610mm的单元拼成。有时,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。
 
常用袋式过滤器尺寸与过滤风量
袋式过滤器
名义尺寸
mm(英寸)  实际     额定风量   实际
边框尺寸          过滤风量
 mm     m3/h (cfm)   m3/h 占产品
总数
%
610×610(24”×24”)
305×610(12”×24”)
508×610(20”×24”)
其它尺寸 592×592  3400(2000)  2500~4500
287×592  1700(1000)  1250~2500
508×592  2830(1670)  2000~4000
   75%
15%
5%
5%
 
过滤断面布置实例
  
  以前,国产袋式过滤器没有统一尺寸规定。制造厂和设计师各行其是,这使得过滤器尺寸繁多。设计师费事、用户麻烦、过滤器生产水平低。
  进口中央空调涌入中国,24英寸随之而来。我们很难改变过滤器的英制尺寸,正如我们难以改变人们对电视机和自行车的习惯说法。尽管从未有人规定过,但近些年来24英寸这个外来尺寸成了国产过滤器的主流尺寸。
其它形式过滤器 — 仍是24英寸
  在通风系统中,除袋式过滤器外,人们开发了多种其它形式的过滤器。在确定尺寸时,只有少数厂家推行别出心裁的规格,多数厂家和用户固守着24”,过滤器的安装方式也大同小异。
  市场上有不少替代袋式过滤器的产品,如W型无隔板过滤器、带安装边框的箱形过滤器。为了夺取袋式过滤器的市场,它们中许多能与袋式过滤器互换,安装形式和边框尺寸也就要与袋式过滤器的相同。有些替代产品在尺寸上的微小差异,如:595mm,593mm,597mm。
  其它形式过滤器大都也是24”,实际尺寸因过滤器形式和生产厂家而异。如平板过滤器的边框尺寸多为595mm,箱形过滤器(有隔板或无隔板)的外框尺寸为592 mm、595 mm、或610mm。
用户喜欢通用性
  某用户,年消耗一般通风用过滤器6000多只,全部只有4种效率规格,2种安装尺寸规格。这给维护、备件存放和采购工作带来不少好处。多数过滤器厂家可以批量生产这些过滤器。批量集中,规格通用,供货没问题,质量好保证,价格也优惠。
  某用户,过滤器装机量200余只,有多达26种规格,这给日常维护和备件管理带来许多麻烦。供应商不肯降价,交货期长,质量没保证,改换供应商又不那么容易

高效过滤器尺寸
484系列
  1965年,国产高效过滤器亮相于蚌埠,它的外形尺寸为484×484×220mm。当时研制者设计的安装模数为500×500mm,考虑到周边需预留吊杆的位置,确定过滤器的断面为484×484 mm。另一种说法是,当时测绘了一只英国过滤器,它的尺寸是484×484mm。
  484mm尺寸过滤器的早期商品代号是GS-01和GB-01。其中,G代表“过滤器”,S代表“石棉纤维”,B代表“玻璃纤维”,01代表边框长484mm。这里的GB与“国标”毫不相干。
  484mm是中国高效过滤器的经典。30多年来,484×484×220mm一直是国产高效过滤器的主流。
630系列
  中国高效过滤器的另一流行尺寸为630×630×220mm。与484mm产生的背景类似,研制者确定的安装模数为650mm,减去安装间隙,就成了630mm。630mm的派生尺寸为315mm,945 mm和1260mm。
  630mm过滤器的早期商品代号为GB-03,其中03代表边框长630mm。
320mm
  320×320×260mm过滤器的早期商品代号为GB-02。这一规格曾与484mm和630mm系列并存,但现在已不多见。
国标系列
  国家标准曾规定高效过滤器的外框边长为400、500、600、700、800、900mm。这套尺寸标准从未得到过市场的认可。
610系列
  自40年代高效过滤器问世以来,发达国家的高效过滤器外框宽度始终以610mm(24")为主。80年代,进口过滤器随成套设备进入中国。90年代,610mm这一尺寸在国内流行。今天,610mm要反客为主。
    610mm的派生尺寸为203、305、762、915、1219、1524、1829mm(8”,12”,30”,36”,48”,60”,72”)。
  610系列传统有隔板过滤器的厚度为292mm和150 mm两种。70年代后出现的无隔板过滤器厚度多在65~100之间。
  空调器内使用的高效过滤器的厚度仍是292mm。宽度尺寸为610mm和305mm两种,有些过滤器以610mm和305mm为安装模数,实际尺寸略小些。
高效过滤器的额定风量
  习惯上,国产484mm和630mm高效过滤器的额定风量标为1000m3/h和1500m3/h。实际使用中,这种额定风量要打不少折扣。过滤器是按额定风量卖钱的,尽管不合理,但有商业好处,因此没人主动将额定数据中的“水分”挤掉。好在设计师们已经习惯了,无非是乘个“保险系数”。
  610mm系列过滤器的风量数据比较实在,一般无须乘保险系数。
设计师的对策
  今后若干年内,484mm、630mm、610mm三套尺寸系列会在中国并存。鉴于此,设计师可按照自己的嗜好,在这三套系列中任选其一。
  但是,要避免在同一工程中混用不同尺寸系列的过滤器,因为那样会给设计、施工、以及日后的维护和备件选购带来麻烦
美国防火等级
 
过滤器的防火等级,美国UL保险商试验所标准,UL-900-1997
二级(Class 1)
  过滤器(干净时)遇明火不燃烧,仅散发极微量的烟雾。
二级(Class 2)
  过滤器(干净时)遇明火轻微燃烧,或散发有限的烟雾,或两者同时发生。
 
过滤器结构与防火分类,美国环境科学与技术研究所IES-RP-CC001.3-1993
第一类(Grade 1):
  不燃结构,能承受恶劣的环境,结构坚固。主要用于军事、原子能、重要工业。
  满足美国军用标准MIL-F-51068。
第二类(Grade 2):
  阻燃结构,经耐水试验、耐低温试验、以及军用标准MIL-F-51068中的部分试验。
  满足美国UL-586标准的试验(火焰试验)。
第三类(Grade 3):
  遇火不燃烧,仅散发微量烟雾。符合UL-900标准中的一级。
第四类(Grade 4):
  遇火轻微燃烧,或散发有限烟雾。符合UL-900标准中的二级。
第五类(Grade 5):
  阻燃材料结构,无助燃物质,遇火仅产生少量烟雾或不产生烟雾。用于洁净室顶送风或侧送风处的空气过滤。
第六类(Grade 6):
  用于无特殊防火要求和不十分重要的场所。
  在滤清器行业,国际标准化组织指定AC细灰作为试验粉尘,虽然没指明产地,但依其成分
选用有效过滤面积大的过滤器
  气流实际通过滤料的面积称为“有效过滤面积”。除少量低效率过滤器外,有效过滤面积经常是过滤器迎风面的数倍、数十倍,有时达一百倍。
  被捕捉到的粉尘大都集中在过滤材料的迎风面上。过滤器中的有效过滤面积大,能容纳的粉尘就多,过滤器的使用寿命就长。
  有效面积大,穿过单位面积的风速就低,过滤器的阻力就小。
  增大有效过滤面积是延长过滤器使用寿命的最显著手段。
  经验表明,对于同种结构、同样滤料的过滤器,当终阻力确定时:滤料面积增加50%,过滤器的使用寿命会延长70%~80%;增加一倍,过滤器的使用寿命是原来的约3倍。
  滤料多,过滤器的价格会相应地提高,但提高的幅度肯定不如过滤器寿命延长的幅度。再则,有效面积大了,初阻力降低,系统的能耗也会下降。对用户来说,选用有效面积大的过滤器肯定合算。
  当然,要根据过滤器的特定结构和现场条件来考虑增加有效过滤面积的可能性。例如袋式过滤器,可以增加滤袋的数量和滤袋的长度;对于传统有隔板过滤器,可以同厂家探讨降低隔板的间隔以增加滤纸的褶数;对于设计中的项目,可以选择能容纳过滤材料多的那种过滤器。

高效过滤器必须经过逐台测试
  在国外,制造厂对高效过滤器进行逐台测试是不言而喻的事。在很讲究的制造厂内,对刚下生产线的高效过滤器进行测试,能拣出3%的过滤器有漏点,其中大部分可以修复成合格品,但仍有约1%因无法修复而报废。
  在国内制造厂家,对刚下线的高效过滤器进行测试,不合格率达3%~10%,极端情况下的不合格率可高达30%。可悲的是,国内数百家高效过滤器制造厂,有测试手段的不足10%,其中能坚持逐台测试的厂家更是屈指可数。大量未经测试的高效过滤器流入市场,而许多用户并不追究。
  目测是查不出过滤器的漏点的。对于高洁净度场合,一只漏气的过滤器就足以使整个工程失败。所以,每一只高效过滤器在出厂前,都必须在专门的试验台上进行标准性能检验。一旦选用了未经逐台测试的高效过滤器,用户就要承担工程失败的风险。
   各过滤器制造商间可能采用的是不同的测试方法,用户可能赞成或怀疑特定的方法。最基本的原则是,制造商必须对每台高效过滤器都进行例行测试,而具体的测试方法则可以另商量。  
   大多数制造商持有第三方对高效过滤器的检验报告或鉴定证书。这些文件只代表送检样品的性能,不保证您选购的那批过滤器是否合格。许多时候,商家向人们出示的第三方报告越多,人们越是要怀疑他自己是否真有测试手段,是否真对高效过滤器进行逐台测试。
  国内有个怪现象,长期以来很多厂家和科研部门不断地研制高效过滤器,但很少有人去操心检测手段,以致于用来说事儿的成果一大片,像样的产品却不多见。直到 2001年,仍有人要重新研制所谓“0.1m高效过滤器”。研制了多年,当今国内大手笔的洁净项目,其高效过滤器仍被国外少数厂家垄断。
   当前,对于国内众多高效过滤器生产厂家而言,建立测试手段,并坚持逐台测试,这是改变国产高效过滤器名声的最紧迫任务,是提高产品竞争性的最直接手段,也是厂家目前最容易作到的事。
  坚持逐台测试会提高生产成本(测试费用,废品),价格也会略微提高,只要你能证明每台高效过滤器都经过测试,用户会相信你的产品。

比较纤维直径,粗辨过滤性能
  在过滤过程中,纤维是拦截粉尘的障碍物。纤维细,单位体积内的纤维数量就多;纤维多,过滤效率就高。
  气流绕纤维运动产生能耗,表现为纤维对气流的阻力。两块过滤效率相同的材料,粗纤维阻力大,细纤维阻力小。
   粉尘除了被纤维挡住外,还可以被先期捕捉住的粉尘阻拦,于是,纤维表面的粉尘以“树枝状结构”松散地堆积,纤维是“干”,粉尘是“枝”。纤维多,能形成的枝状结构就多,单位面积能容纳的粉尘就多,过滤器的使用寿命就长。纤维多,纤维间空当就小,由粉尘形成的枝状结构就牢固,集尘被吹散而造成二次污染的可能性就小。 
  同样厚度,同样蓬松度的两块滤料,细纤维滤料过滤效率高,细纤维滤料容尘能力大。  
  同样效率、同样结构,由不同纤维组成的两块滤料,细纤维滤料阻力低。
空调系统本身需要好的过滤器
  多年来,空调设计师根据用户的需求选择过滤器,如今,人们意识到,中央空调本身也要有好的过滤器来保护。
  只用低效率过滤器,空调系统毛病多:
    气道阻塞、风机结垢,使风量减小;
    换热部件效率降低;
    温湿度等测量与控制元件失灵;
    动态末端送风装置失灵;
    全热交换装置失效;
    管道内温湿度适中的积灰是微生物繁衍的理想场所。
  许多中央空调器,使用一、两年后,性能明显下降,打开空调器,症结一目了然。其现象:积灰;其根源:过滤器效率偏低。
  在发达国家,使用效率规格为F5的过滤器时(比色法45%,欧洲旧规格EU5,中国规格“中效”),中央空调系统每5~8年需清扫一次;使用F7效率过滤器(45%,EU5,高中效)的中央空调器,用过30多年后无须清扫。我国现有舒适性空调中,过滤器常为"粗效",有的甚至没有过滤段,用过几年后,系统内部内不堪入目。
    因积灰引起空调性能下降造成的经济损失远远大于使用最好过滤器的费用;
    因积灰使空调器寿命缩短造成的经济损失大于使用最好过滤器的费用;
    清扫费用(你会发现空调需要清扫)也会高于使用最好过滤器的费用。
  在发达国家,清扫空调系统的费用是好与坏过滤器差价的20倍。国内暂时缺少清扫空调系统的公司,若干年后,用户会发现清扫空调要多么昂贵。
  好的空调系统,过滤器效率规格应不低于F6~F7。
吃亏的业主
  国内某星级宾馆,中央空调设计中没有过滤段。大楼交付使用前,送风口已出黑渍,业主请人在空调器内临时增设了“中效”过滤段。宾馆启用一年多后,空调系统性能锐减,打开空调器一看,表冷器堵塞、管道积灰、风机结垢。业主下决心改造空调系统,改造所花的钱百倍于初建时使用最好过滤器的费用。
倒霉的承包商
  巴黎一栋90年代建造的办公楼,采用了带有动态末端送风装置的空调系统。承包商在空调器内安装了低效率的过滤器,因此节省了20万法郎。大楼启用一年后,许多末端装置失灵。承包商不得不请人清扫整个空调系统,清扫费花了600万法郎。
 
要点  中央空调本身需要好的过滤器来保护。
    低效率过滤器将会让用户和承包商付出昂贵的代价。
    F7效率过滤器保护空调系统30年。
 
风速对过滤器的影响
  在绝大多数情况下,风速越低,过滤器的使用效果越好。
  小粒径粉尘的扩散作用(布朗运动)明显,风速低了,气流在过滤材料中滞留的时间就长一些,粉尘就有更多的机会撞击障碍物,因此过滤效率就高。经验表明,对于高效过滤器,风速减少一半,粉尘的透过率会降低近一个数量级(效率数值增加一个9),风速增加一倍,透过率会增加一个数量级(效率降低一个9)。
  与扩散的效果类似,当过滤材料带静电时(驻极体材料),粉尘在滤材中滞留的时间越长,被材料吸附的可能性就越大。改变风速,带静电材料的过滤效率会明显改变。如果你知道材料上有静电,进行空调系统设计时就应该尽可能地减少通过每只过滤器的风量。
  对于以惯性机理为主的大颗粒粉尘,根据传统理论,风速降低后,粉尘与纤维碰撞的几率会减少,过滤效率会随之降低。但在实践中这种影响并不明显,因为风速小了,纤维对粉尘的反弹力也小了,粉尘更容易被粘住。
  风速高,阻力就大。如果过滤器的使用寿命以终阻力为依据,风速高,过滤器的使用寿命就短。一般用户很难实际观察到风速对过滤效率的影响,但观察风速对阻力的影响要容易得多。
  对于高效过滤器,气流穿过滤材的速度一般在0.01~0.04m/s,在这个范围内,过滤器的阻力与过滤风量呈正比关系。例如,一只484×484×220mm的高效过滤器,在额定风量1000m3/h下的初阻力为250Pa,如果使用中的实际风量是500m3/h,它的初阻力可降为125Pa。对于空调箱中的一般通风用过滤器,气流穿过滤材的速度在0.13~1.0m/s范围内,阻力与风量不再是线性关系,而是一条上扬的弧线,风量增加30%,阻力可能会增加50%,若过滤器阻力对你来说是个非常重要的参数,你就要向过滤器供应商索要阻力曲线。
 
过滤器没有多功能
  过滤器能捕捉任何形式的颗粒物,包括液滴。过滤材料柔软,呈多孔状,多少有些消声作用。过滤器对气流产生阻力,有某些均流作用。
  但是,任何时候都不能拿过滤器当挡水板,不能当消声器,也不能当挡风板。
  过滤器带水,上面的积灰与水混合形成泥浆。如果过滤材料是致密的滤纸或滤布,泥浆会很快将过滤器糊死。对于比较蓬松的过滤材料,吸水后,已经捕捉到的粉尘可能会随水滴进入过滤器下风端,再一风干,粉尘会重新飞扬。有时,过滤器带水不至于严重到滴水的程度,但微量水分足以将滤料迎风面上的粉尘运送到背风面,过滤器风干后,粉尘有重新飞散的风险。
  有人做过试验,向袋式过滤器上喷雾并发尘,过滤器的阻力并不上升。阻力不变,说明粉尘没留住,哪去了?当然是随水跑了。
  过滤器是藏污纳垢的地方,潮湿有利于微生物的繁殖,其它霉菌还好说,遇上“军团菌”(35℃,潮湿,空调系统),麻烦就大了。
  过滤器是对付粉尘的,虽有些吸声作用,但你无法用考核消声器的办法去追究过滤器。若用户要求消声,还是老老实实地使用专门的消声装置,不要打过滤器的主意。
  特别地,对于燃气轮机和大型离心空压机的入口过滤器,更换过滤元件时也许不允许停机,如果没有专门的消声装置,过滤室内的工作环境会非常恶劣,操作工也就不会细心操作。
  此外,不能拿过滤器挡风板用。过滤器没钢板那么结实,现实中,曾有过不少因挡风板故障或设计失误,而让风机直吹过滤器,造成过滤器非正常损坏的例子。任何时候,任何形式的过滤器,你都不能拿它做挡风板用。
要点 过滤器只对付粉尘,它没有多功能义务,也没有多功能的本事。
 
过滤器的防火与可燃  
  有的用户要求过滤器防火,有的用户要求过滤器能燃烧,各有各的道理。
  洁净室高效过滤器应该有防火要求,为此,过滤器的主要原材料应为不燃材料。国外
相应的试验标准规定,用明火试验时,过滤器应不燃烧、不冒烟,或轻微燃烧、产生少量
烟雾。为此,国内传统的木框结构、纸隔板高效过滤器,在今天的洁净工程中遇到越来越
多的麻烦。
  中央空调和集中通风系统中的过滤器要经常更换,于是,垃圾成了大问题。考虑到环
保与减少垃圾处理费用,越来越多的用户要求使用可燃烧的过滤器。
  核电站和国防工业大都要求过滤器不可燃。但在前些年,法国要在核电站的非重要通
风系统中使用可燃型过滤器。
  除了某些特殊行业的特殊要求外,国内没有对过滤器防火方面的规定。
清洗与一次性


  通风与洁净室用的大多数过滤器是一次性的。或不能清洗,或从经济角度上考虑不值得去清洗。
  效率高的过滤器,使用场合可能很讲究,过滤器即使洗不坏,也最好别去洗,除非你有把握彻底清洗干净、清洗后性能不改变,而且你有试验手段来证明这一点。
  F6以上效率通风过滤器的过滤材料,其纤维一般在0.5~5m之间,它不结实,经不住揉搓,因此,F6以上的过滤器大都是一次性的。实际上,你一看滤料,就能判断出它是否能清洗。
  传统上说的清洗是用水冲或手搓。所以,可清洗过滤器的滤料要结实,纤维要粗(直径≥10)。此类滤料多是些价格低廉的非织造纤维毡,它们是制造G2~G4效率过滤器的理想材料。当然,你还要判断过滤器的辅助材料是否抗水。
  二十多年前,国内曾有过泡沫塑料过滤器,它可以清洗,但它的过滤效果太差,现在已经很少见了。尼龙网、金属网可以清洗,可过滤界人士说那是“挡蚊子的”,不属于过滤器。
  由于劳动强度大、劳务费用高,而过滤器价格又相对低廉,发达国家的用户很少去清洗过滤器,尽管有些原则上是可以清洗的。近些年来,国内许多用户也不再去操心过滤器的清洗问题。
  用于空气过滤的“驻极体”材料大都是憎水性化学纤维材料,一般情况下,水不破坏“驻极体”材料上的静电。但添加的清洗剂可能会对静电有影响。为了保险,在考虑清洗带静电材料的过滤器时,要进行一些实验,要确认水和清洗剂对过滤效果没有影响。
超声波清洗
  利用超声波原理清洗过滤器,这是个很好的想法。超声波清洗时没有揉搓,过滤材料一般不会损坏。
  为了迎合环保,国外已经研制出用超声波清洗过滤器的流水线,只是目前的清洗成本并不比制作新过滤器低多少,所以一时难以推广。
  如果你有兴趣,也有条件,可以尝试一下。最近两年,国内有人试过用超声波清洗过滤器,尝试者遇到的最大问题是污水处理,而不是当初设想的其它技术问题。
  超声波清洗不是什么新技术,但用超声波清洗过滤器有新的商机。国外目前清洗后的过滤器售价是新过滤器价格的60%~70%(过滤器完好如新,并在清洗后经过严格的性能测试)。如果你能把价格降到新过滤器的一半,你就可以创办过滤器清洗连锁店。


合理确定各级过滤器效率
  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;甚高效(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;在城市的中央空调系统中,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。
过滤器认输的场合
柳絮  
  整个北方乃至江南许多地区,自古至今,人们颂杨叹柳。新兴的大庆市更选柳树为“市树”。但是,春天的杨柳絮对过滤器来说,可就是场灾难,飘絮会阻塞任何试图阻截它的空气过滤器。
  从环境的角度考虑,有些城市已经在考虑消灭植物飘絮。例如北京,传统的杨柳树正在被新的树种替代,新树种中也有不少杨树和柳树,但不再是飘絮的那种。2005年,北京人就再也见不到多年伴随他们度过4月中旬至5月初的柳絮和杨絮了。
  南方也有不少产生飘絮的植物。但南方的飘絮不似杨柳絮那般轻浮和广泛,因此对过滤器影响不那么严重。
  若你那个地方杨柳成荫(老的那种),你只好在空调系统设计时采取相应措施,如改变进风口高度或在进风口加护网。否则,你只剩一招:在飘絮的季节勤换过滤器。
冻雨和树挂  
  北方,可能有个初春的早晨,细雨在地面结成薄冰,人称“冻雨”。那天早上的上班时间,急诊室会排队,过滤器也会告急。
   过滤器视细雨为颗粒物而阻拦,水滴在零度以下的滤材上结冰,并迅速地将过滤器封堵。任何过滤器遇到冻雨也会认输。由蓬松材料制成的过滤器(大多数低效率过滤器)能挺的时间长一些,或许它能熬到中午温度回升,并蒙混过关。当滤材为致密的滤纸时,一、两个小时就足以将过滤器冻死。
  北方还有一种令过滤器不敢去爱的美景:树挂,或称“雾松”。雾,更小、更轻的水滴,在零度以下的物体表面结成冰晶。这冰晶附在什么东西上都是美,但过滤器可实在美不起来,它会因冰晶附身而透不过气来。
  如果你那里可能出现“冻雨”或“树挂”,最好备一套过滤器备件。 
持续大雾  
  雾是微小水滴。碰到过滤器,它与滤料上的积灰混成泥巴。如果滤料很蓬松,泥浆随风进入过滤器下风端,过滤器还能凑合着用。如果滤料致密,泥巴会将过滤器糊死。
  对于带有脉冲反吹清灰功能的过滤或除尘装置,滤料上有泥巴,清灰功能失灵。一天两天还好说,怕的是一个星期不开天。
  你可能不信,过滤器不怕连阴雨,但怕持续的雾。阴雨天粉尘少, 而且稍有措施就能将雨滴挡在过滤器之外,所以过滤器不怕连阴雨。雾天的粉尘可一点也不会少,更何况,任何措施也挡不住雾。 
氢氟酸  
  氟化氢与水形成氢氟酸。氢氟酸对玻璃有强腐蚀作用。高效过滤器的滤材是玻璃纤维。可偏偏有些洁净厂房内会出现高效过滤器最惧怕的氢氟酸。
  例如,电视机显像管制造中的“屏清洗”工序。显像管的玻璃罩要先用氢氟酸清洗一遍,而清洗工作又必须在装有高效过滤器的洁净厂房内进行。此处,空气中的氟化氢会被控制在对人无害的安全浓度之内,但微量氟化氢就足以破坏高效过滤器。有些“屏清洗”车间, 空调采用全新风系统 (车间内空气全部排放, 没有任何循环风)。但在另一些设计中,为了节能,空调系统使用大量循环风,这时,高效过滤器中的纤细的玻璃纤维成了氟化氢的“保险丝”。在使用循环风的屏清洗车间,无一幸免地遇到过高效过滤器被腐蚀的问题,有时甚至造成恶性事故。可怕的是,你没有办法检查使用中的高效过滤器受腐蚀的程度。
  当高效过滤器不得不接触氟化氢时,过滤器的“终阻力”就不再成为更换过滤器的依据。在达到终阻力之前,过滤器就已经被氟化氢破坏了。遇到这种场合,你就不能再心疼过滤器,你得强制性地规定过滤器的更换周期,这一期限可能会远远少于高效过滤器的正常使用寿命。



燃气轮机与空压机入口过滤
 
  在许多企业中,昂贵的空气动力设备是必须常年运转,停机可能意味着停产。为了确保它们无故障、高效率运行,最大限度地减少停机次数和维护工作量,就要在空气吸入口设置空气过滤装置,以减少粉尘对设备的破坏。
  对于高速运行的空气动力设备,粉尘的三种危害:
  结垢:小颗粒粉尘(粒径<5m)在设备内部形成坚实的结垢,这些结垢影响气流运动,造成设备运行效率降低,使“喘振曲线”漂移,有时还会破坏“动平衡”;
  磨损:大颗粒粉尘(粒径≥5m)撞击叶片和气流通道,造成表面磨损;
  腐蚀:腐蚀性粉尘引起设备化学腐蚀。
  选用什么结构和效率规格的过滤器,没太多道理好讲。你的经验、同行的招数、他人的做法,加到一起,就形成了燃气轮机和空压机五花八门的过滤装置。
  国外和进口燃气轮机与离心式空压机最常用的末端过滤器效率规格为F7(比色法85%),这种效率过滤器能保证设备叶片上5年内没有明显结垢。如果要求再高些,可选用F8效率过滤器。粉尘对大型轴流鼓风机的危害主要是磨损而不是结垢,因此过滤器的效率可以低一些,常见的是F5和F6效率过滤器。
  新建项目,如果资金许可,应设计大一点的过滤器,即选用大号“口罩”。背着抱着一样沉,开始多花钱(建造),就那么一次,日后多花钱(备件),老是个话把。
 
常见过滤形式
多级过滤
  钢结构或砖混结构外壳,内部有2~3级过滤段,每个过滤段有若干标准过滤元件。
  最末一级过滤器的过滤效率为F7或更高,前面的起保护作用(预过滤),使被保护的过滤器有足够长的使用寿命。预过滤器要有合适的过滤效率,供货方便,价格合理。
  典型的过滤段布置为:
    第一级预过滤,效率G3,袋式过滤器;
    第二级预过滤,效率F6,袋式过滤器;
    末级,效率F7,无隔板过滤器,高强度结构。
  多级过滤是燃气轮机与大型空压机最常见的过滤结构。这种结构的造价可以很便宜,也可能非常昂贵,取决于过滤室的结构。用户可以自行设计建造过滤室,无须委托专业过滤器厂家,除非你图省事。
  第一级过滤元件可以有多种形式,经济实用的是有效过滤面积足够大、可以清洗、价格便宜的袋式过滤器。一些进口装置的第一级为惯性除尘装置,那种装置只适合沙漠地带,在我国的城市环境中的使用效果不好,明白的用户纷纷将惯性除尘装置拆除了。
  末级过滤器至关重要。选用预过滤器时可以马虎些,但选用末级过滤器时绝不能马虎。要确保过滤效果(过滤效率)和产品的可靠性。
  轴流式鼓风机入口过滤器的效率可以低一些,例如F5。此时,用两级过滤就够了。
自洁式过滤器
  过滤元件为若干刚性筒状过滤器,滤筒积灰后,阻力上升,当阻力过高时,脉冲反吹系统启动,气流自滤筒内部反向冲击滤筒,滤筒上多余的灰尘被吹落,阻力随之回落。这种过滤器的过滤元件使用寿命为1~3年。
  自洁式过滤器的最大卖点是“零维护”,过滤元件使用寿命长,更换过滤元件时无须停机。它的最大缺点是价格高。
  自洁式过滤器适合用在干旱地区。这种过滤器只有一级过滤元件,而过滤材料是一层较薄的滤纸,在某些场合,如:潮湿多雨,空气中含有机物(燃烧烟雾、汽车尾气),可能出现“冻雨”、“雾松”的地方,过滤元件的使用寿命可能明显缩短。在上述场合使用时,过滤器要流有较大的裕量。
布袋除尘器
  80~90年代,许多大型离心式空压机采用布袋除尘器。布袋除尘器比更早期的油浸式过滤器和卷帘过滤器强多了。如果用过滤器的测试方法去测量布袋除尘器的效率,其规格大致相当于F5。
  布袋除尘器的目的是将高浓度的烟尘处理到达到排放标准的程度,而过滤器是将已经远远高于排放标准的空气处理到更加干净的程度。如果过滤器厂家不那么懒惰,除尘器也占不了空气动力设备这块地盘。
小型离心空压机过滤装置
  每个24”×24”过滤元件的额定风量为3400m3/h,如果空压机的风量不大,可以用几个过滤元件拼装比较简单的过滤箱。
  例如,两级过滤器紧靠在一起,预过滤采用低效率平板过滤器,末级采用结实的有隔板或无隔板过滤器。这种过滤装置的优点是结构简单、制作容易、价格便宜,缺点是第一级过滤器的有效过滤面积小,因此使用寿命短。
 
部分考虑事项
过滤风量
  过滤器是“口罩”,它本身没有动力,动力来自设备吸入口的负压。对于使用者和过滤器厂商来说,当然是口罩越大越好。在燃气轮机和空压机入口过滤器的设计中,经常见到保守设计(Over-designed),有时甚至是双倍保险设计(double-designed)。有些业主更注意价格,结果是价格越低,口罩越小。有时用户报怨过滤器使用寿命短,其原因当初口罩买小了。
消声
  当空气流量大于50000m3/h时,过滤器与设备间的风道中应设置消声器,以降低由设备入口管道传出的噪声。否则,更换过滤元件的操作环境会非常恶劣,你就是把劳模找来,他也不会仔细操作。
喘振
  当高速气流在叶片表面产生“边界层脱流”时,设备会发生“喘振”。喘振有多种表现形式,其中之一是气流倒流,此时,高速、高温的回流可能破坏末级过滤器。
从安全考虑,最末一级过滤器应抗冲击、耐温、阻燃。为防止可能的破碎物进入风道,末级  过滤器后的气流应水平或向上进入风道,风道必须设在末级过滤器的下方时,过滤器出口应设阻挡杂物的金属护网措施。
  在有些大型过滤器设计中,过滤器与主风道的结合处设有向外打开的泻压门,以减轻喘振倒流对过滤器的威胁。
  喘振属于设备事故,其原因在于设备本身或运行工况,过滤器只是牺牲品。但发生喘振事故后,过滤器经常被提审,尤其当喘振倒流使过滤器遭到破坏时。
不停机更换过滤器
  许多空气动力设备常年不停机,操作者需在设备运行状态下更换过滤元件。
  更换过滤元件时气流短时间短路,这对设备影响不大。我敷衍客户的话是,若过滤效率为95%,意味着仍有5%的粉尘跑进去了,更换过滤器时多跑进了1%,无关紧要。
  大多数过滤装置都允许在不停机的状况下更换过滤元件。此时惟一需要注意的是安全。
  大型过滤装置的出风口处应设置钢网,以防工具、手套等物品吸入空压机。
大气压与入口真空度
  过滤器设计时,考虑的是实际体积流量,而空气动力设备有时是按标准立方米流量。设计者经常要在两者间进行换算,稍不注意,就可能把自己给绕进去。
  海拔高度是影响大气压力的最主要因素,过滤器设计者应尽可能地掌握现场大气压参数。此外,当用户的风量单位是标准立方米时,你还要注意环境温度对实际风量的影响。
  一般情况下,除了对大气压的考虑,燃气轮机与空压机入口允许2000~3000Pa的真空度。影响入口真空度的主要因素有:过滤器阻力、风道阻力、消声器阻力、差压测点的位置。在允许的真空度范围内,设备应正常工作,不因入口真空度变化而产生喘振。
超阻保护
  大型设备的过滤器上经常有超阻保护装置。最简单的是一扇向内打开的门,过滤器阻力过大时,门向内打开,气流短路进入风道。
杨柳絮
  在有杨柳絮的场合,最好选用多级过滤装置,并在过滤器进风口处加金属护网。防止风口黑渍
  
  装备了中央空调的地方,人们经常可以见到送风口周围呈辐射装的黑渍。 辉煌殿堂 ,豪华客房, 因天花板上的污秽让客人扫兴 ,令主人不安。
 

 
原因与现象
  黑渍的起因是空气污浊,杜绝的办法是清除空气中的粉尘。
  空气中弥漫的尘埃,或随气流移动,或做无规则运动。当尘粒撞到壁面时,因范德华引力被壁面吸附。
  风口处气流速度高,粉尘撞击壁面的机会多,因此,风口比别处脏得快。当壁面与周围空气存在温差时,形成自然对流,这种现象叫“热置换”,此处也比别处脏得快些。
  风口附近,既有因送风产生的强迫对流,又有因温差产生的自然对流。若空调系统中没有好的过滤器,少则数月,多则两年,风口四周必被"染"成黑色。   扩音器附近也可能出现黑渍,这时,黑渍形成的动因是气流震荡,根源还是空气污浊。
  室内空气污浊,不仅风口脏,整个墙壁都会“褪色”。
  暖气片上方的黑渍曾多年困扰北方人,伴随中央空调的普及,黑渍从墙壁攀到屋顶,从北国漫至江南。黑渍成了空调设计师们的心病。
对策
  杜绝黑渍的根本方法很简单:在空调系统中使用好的空气过滤器。
  对业主来说,处理内装修褪色与风口黑渍是非常昂贵的,所花的费用远远高于使用最高级过滤器的费用。
  F7效率规格的过滤器(美国比色法85%,欧洲旧规格EU7,中国规格“高中效”)是优先选择对象;如果追求高质量,可选用F8过滤器;F6和F5过滤器(中国规格“中效”)不足以消除黑渍,但能延缓其产生和扩散。
  G3效率规格的过滤器(计重法80%,中国规格"粗效")对防止黑渍无济于事。
  黑渍产生后,应请空调工程师在中央空调器上下工夫。
  当然,降低风口气流速度、改变风口形状,也能改善延缓黑渍形成速度。但室内灰尘依旧,墙壁褪色依旧。
 
  ● 空气污浊 → 内装修褪色
  ● 空气污浊 + 局部气流 → 黑渍
  ● 风口黑渍是空调设计师的败笔
  ● 采用F7效率规格的过滤器
 





机场空调系统的过滤
  飞机场是宾客对城市的第一印象,是主人亮相的第一地点。机场空调系统理所当然地选用了当地、当时的最好配置,机场空调系统表明主人的实力和空调设计师的水平。
  在发达国家大型机场的空调系统中,空气过滤器常见配置为:
    G4~F6预过滤器 → 活性炭过滤器 → F7末端过滤器
  F7过滤器(Ashrae Dust-spot 85%)是上档次的公共场所中最常见过滤器。经过F7过滤器后,空气含尘浓度可以达到旅游景区的水平。除非你钱多,没有必要将过滤效率进一步提高到F8。国家标准中规定,候机厅可吸入颗粒物的浓度上限为0.15mg/m3,这是个从健康角度考虑的最低要求,这一浓度相当于大气污染水平2级,机场室外空气也比这个浓度低。设计中,机场空调考虑的是档次,而不仅仅是健康。此外,如果要求航站楼内部装修多年如新,设计时就要考虑选用F7过滤器。
  机场有汽油味,尽管多数客人不会抱怨,但主人依然要加以掩饰。因此,消除气味的活性炭过滤器成了发达国家机场空调中的标准配置。这里没什么技术可言,论的只是档次。如果过滤器是空调中的奢侈品,活性炭过滤器就是极品,它检验机场投资者和运营者的实力。
  预过滤器的作用是保护空调系统,并延长末端过滤器的使用寿命。如果一道预过滤不够,可以设两道;如果要求预过滤器使用寿命长,可以选过滤面积大的过滤器。只要过滤效率合理,预过滤器的选用没有多少其它讲究,仅要求它有足够的使用寿命、更换容易、供货方便、价格便宜。
  在20世纪90年代的国内机场项目中,建筑和内部装潢上有不少大手笔,有时你会觉得我们的门脸儿比发达国家还气派。国人讲究“好钢用在刀刃上,好粉抹在脸蛋上”,可人们看不见空调,它的地位连刀背都轮不上,所以经常因费用问题而从简了。在上海浦东机场空调系统最初规划中,有活性炭过滤器,末端为F7过滤器,但工程设计时活性炭首先被砍掉了,在进一步的设计中,末端的F7降为F5。北京机场航站楼用的过滤器比浦东还要低一个档次。目前国内机场过滤器档次最高的是海南三亚市的凤凰机场,那是老外设计的,主过滤器效率为F7,因是个小机场,没那么多汽油味,所以未设置活性炭过滤器。
  2002年,西安咸阳机场新航站楼选用了活性炭过滤器,这是我国第一个使用活性炭过滤器的航站楼,美中不足的是,那个
项目中普通过滤器的效率规格仅为G4。我们已经有实力用好钢锻造整把钢刀,而不仅仅去镶刀刃。在下一轮机场建设项目中,
F7过滤器将是末端过滤器的主流,活性炭过滤器也会成为大型机场的常规配置
半导体工业空气过滤器
  粘在集成电路上的粉尘可能造成断路、短路,粉尘直接影响产品的成品率。当今,半导体工业(芯片厂)对生产环境空气洁净程度高挑剔,对空气过滤器的要求也最苛刻。
  衡量芯片集成度的指标之一是“线宽”,即电路上导线的宽度。在以微米计算线宽的年代,人们说制造环境对粉尘粒径的限制是小于线宽的1/10,随着线宽不断变小,1/10之说又变成了1/4、1/2。2002年,普通微机中P4处理器的线宽缩小到了0.13m,此时任何粉尘都可能损害电路,粒径与线宽的传统比较已经过时了。
  芯片厂传统的通风形式是“大循环”,车间的整个天花板上布满高效过滤器,整个地面为回风栅板。现在芯片厂有些车间使用自带风机的过滤装置,即FFU。大循环和FFU两种形式都能达到足够的洁净度,只是在运行管理和能耗上有所差异。
  不论是普通高效过滤器还是FFU,出厂前都要经过逐台扫描测试。国内目前没有扫描测试方法标准,能挤进芯片厂的过滤器厂家是按欧美标准对过滤器进行扫描测试的。芯片厂的人认为,过滤器传统检验方法用的试验粉尘本身就是污染源,所以芯片厂不买钠焰法和DOP法的帐。
  空气中的海盐粒子是所有电子工业的大敌,但空气中海盐粉尘的颗粒比较大,普通过滤器就能将其过滤掉。有人说搞电子工业的理想地点应该远离海岸,可沿海地区经济发达,芯片厂一窝蜂似的就建在了沿海地区,在过滤器上多花点钱就是了。
  20世纪90年代初,国外曾对高效过滤器玻纤滤纸的含硼问题争吵了一阵,随后,过滤器的微量挥发元素成了芯片厂关注的事情。近几年,国外出现了聚四氟乙烯纤维高效过滤材料,这种材料没有挥发物,但它是带静电的“驻极体”,少了个隐患,多了个麻烦,过滤后的空气要进行电中和以消除空气中的离子。目前这种材料的价格偏高,大部分过滤器仍使用玻璃纤维滤纸。过滤器上可能的微量挥发元素主要来源于粘结剂和清洗剂,为芯片厂供货的过滤器厂商要在这上面下些功夫。
  当今的过滤技术可以将洁净室的粉尘浓度降到近乎为零,你想要多干净都能达到。当芯片上的线宽小到0.5m时,人们发现空气中的化学污染物成了影响成品率的主要危害,于是,在线宽小于0.5m的芯片厂空调系统中普遍配置了化学过滤器。化学过滤器的原理和制造工艺并不复杂,它就是活性炭过滤器,但传统的活性炭过滤器制造厂和军工厂没有搭上芯片厂这班车,芯片厂的化学过滤器大都是空调过滤器的制造厂家提供的。
  化学污染物的来源可能是:室外空气、工艺本身、人、装修材料。多数情况下,设计师和现场人员也说不清污染物的种类和浓度,因此,为他们提供的化学过滤器至少应具有两个特点:广谱吸附性能、足够多的活性炭材料。所谓广谱吸附就是对什么都能多少吸附些,能有这种功能的就是最普通、最便宜的颗粒活性炭。如果能确定污染物种类,就可以对活性炭材料进行有针对性的化学处理,以增强对特定污染物的吸附能力。过滤器供应商有时还要提供相应的现场检测服务,以帮助用户确定化学过滤器的使用情况,这就要求供应商中有搞化学过滤的专家,并与名气大的化学实验室有密切的关系。遗憾的是,国内过滤器厂商没有几家在那上面下功夫,所以国内芯片厂目前使用的化学过滤器多数是进口产品。
  半导体工业并非人们普遍认为的“无烟工业”,它也有环境问题。那里经常采用最新的工艺和材料,有些化学物品在其安全性尚未得到评估前就已经大量使用了,稍不小心就会造成严重的化学污染,既有地下水污染,也有空气污染,硅谷就曾为此付出过惊人的代价。为了保险,有些企业在排风系统中也使用化学过滤器。
  中国正处在新一轮芯片厂建设的狂热中,为此,今后几年国内需要数亿元的高效过滤器和化学过滤器,如果国内过滤器商家像以往那样只热衷于抄袭、猜疑、各顾各地瞎忙活,不在技术上进取、不相互交流,芯片厂这个难得的市场将属于外来者。
核电站用的过滤器
  核工业消耗大量空气过滤器,也成全了一批过滤器公司。
  初期因瞄准核工业而成立的著名过滤器公司有:美国Cambridge公司(曾是国际最著名过滤器公司,20世纪80年代被日本近滕公司收购),法国Sofiltra公司(法国最大过滤器公司,1989年被瑞典Camfil公司兼并),英国Vokes公司(英国最大过滤器公司),Camfil-Farr公司(瑞典Camfil和美国Farr于2000年合并,两者都曾是Cambridge的合伙人)。尽管核工业已经不再是过滤器行业的最重要的市场,但从历史上讲,没有核工业就没有上述那些风风火火的过滤器厂商。
  核工业用的过滤器称“核级过滤器”。
高效过滤器
  为了防止放射性粉尘溢散到大气,核电站的排风系统需要大量高效过滤器。美国标准规定这种高效过滤器的效率为:对0.3mm的DOP粒子过滤效率99.97%。多数国家照搬了美国标准,有些国家规定了自己的试验方法,但过滤器性能与用美国方法测出的性能相当。
  大多数国家在核电站使用的高效过滤器是传统形式的有隔板过滤器,其中,过滤材料为玻璃纤维滤纸,隔板采用0.038mm的铝箔,外框是碳钢或不锈钢材料,滤纸与外框间的粘接剂为硅酮、PVC或其它耐温材料,过滤器的迎风面与背风面有金属防护网。核级过滤器的许多性能在平时属于“多余性能”,那些性能是为意外事故时的可靠性考虑的。
  法国是无隔板过滤器的鼻祖,法国人成功地在核电站中用无隔板过滤器替代了传统有隔板过滤器,韩国和中国进口了法国核电站,并各自实现了过滤器生产的本土化,除了这三个国家,谁都没敢在核电站的关键部位使用无隔板高效过滤器。
  中国早期的核反应堆用的高效过滤器与美国的大同小异,后来,中国引进了法国、加拿大、俄罗斯的核电站。中国的核级过滤器数量不多,样式不少。对中国核级高效过滤器规定感兴趣的人士可以查阅国家标准GB/T17939-1999,并将产品送到郑州核五院去进行试验认证。
活性炭过滤器
  甲基碘和碘是放射性元素铀的裂变产物,它们是核工业特有的放射性气体,为了清除空气中的甲基碘和碘蒸汽,核电站使用大量活性炭过滤器。这类用途的活性炭材料要经过特殊的化学浸渍处理,以提高对甲基碘和碘的吸附能力。习惯上,人们将核工业用的活性炭材料称为“核级炭”,活性炭过滤器称为“碘吸附器”。
与普通活性炭过滤器相比,核电站用的过滤器炭层厚、吸附效率高、耐温和抗震要求高。
  由于吸附是个放热过程,温度过高可能引燃活性炭,所以对碘吸附器有严格的耐温要求。核燃料处理厂中甲基碘和碘的浓度很高,这时就不能再使用活性炭,而是采用其它不燃的多孔吸附材料来制造碘吸附器。
通风过滤器
  按消耗量计算,核电站中用量最大的是一般通风用的过滤器,反应堆要用,辅助厂房要用,办公与服务区也要用。
  核电站用的通风过滤器的形式多种多样,它本不该那么有多的讲究,但过滤器的具体规格在建设初期就确定了,过滤器公司必须按原规格供货。除非意外,业主和供应商都不敢轻易改变原材料、制造工艺、试验方法和供货渠道。
安全第一
  核工业用的过滤器,其原理和结构与其它行业用的过滤器没多大差别。核工业过滤器不求高新、不搞市场经济、不侃价。
  安全第一,可靠第一。
  与其它行业使用的过滤器相比,核工业用的过滤器要经受更多的检测项目,要经过更多的认证。那些检验和认证经常是些政府把持的、与核工业有关的专门机构来做。此外,过滤器供应商必须具有可靠的资质和信誉,得到或多或少的政府支持,还要有相当的业绩和相应的技术实力。
  中国核级过滤器的认证机构是郑州核五院,但管生杀大权的核五院自己办了个过滤器厂,于是一些竞争对手就绕过核五院将过滤器卖给了核电站。
容量有限的铁饭碗
  由于客户稳定、价格诱人,核电站让许多过滤器公司垂涎,但真能挤进去的厂商寥寥无几。
  如果统计一下过滤器的总价值,就会发现核电站用的过滤器并非人们想象的那样多。在发达国家,一座反应堆只能为过滤器公司提供一两个就业机会,但这是个“铁饭碗”,一朝拥有,多年不愁。按照国内目前生产水平,一座反应堆尚能为国内过滤器公司提供十只饭碗,随着生产水平的提高,饭碗的数量会不断减少。
  核电站的建设周期是七年;由于核燃料的短缺,中国的核电事业很难达到美国和法国那些核电大国的水平。但这些并不妨碍成百上千的人去争夺核电站过滤器的饭碗,至少不会妨碍过滤器推销商的畅想。
 
汽车涂装空气过滤
  若5m的粉尘混入漆层,人的肉眼就可以看到由粉尘造成的瑕点。为了保证轿车表面的油漆质量,汽车制造厂的涂装车间(有时称油漆车间)使用大量空气过滤器,以清除喷漆和烘烤生产线空气中的粉尘。
  喷漆线一般是个很长的隧道,车身沿隧道行走,历经各种预处理和喷漆工序。整个隧道的顶部被一层厚实的无纺布覆盖,新风穿过无纺布均匀地进入隧道。隧道顶部无纺布的作用是阻尼均流,这层无纺布有些过滤作用,又是生产过滤材料的厂家提供的,所以人们习惯地把它归到空气过滤器。如果用评价过滤器效率的方法去试验,这层阻尼材料的效率规格大致相当于F5。其实过滤效率的高低在此并不重要,重要的是材料本身要均匀,不掉毛。你可以对着光亮看一看材料表面,再抖一下材料,滋毛或掉毛的那些材料不能用。这种无纺布挺占地方,运输、储存、切割和安装时要注意些,别让灰尘污染材料。
  喷漆线的主过滤器设在阻尼层的上方,或设在空气处理机组内。主过滤器的效率规格为F5~F7,主过滤器一般为普通的袋式过滤器。决定喷漆环境洁净水平是这一级主过滤器,而不是最靠近喷漆隧道的那层阻尼材料。如果室外空气含尘量大,主过滤器之前还要有预过滤器。由于近些年来新的汽车厂涂装车间都是进口生产线或仿造进口的生产线,所以袋式过滤器大都是592×592mm(名义尺寸24”×24”)的通用规格。
  在涂装车间的烘烤生产线上,送入的空气要预热到200℃左右,由于加热装置可能发尘,所以空气过滤器要放在热空气一端,这就要求过滤器能够长期承受200~250℃的高温。此处过滤器的效率规格一般为F7~F8,过滤器全部都是有隔板结构,褶距约8mm的玻璃纤维滤纸由瓦楞状的铝箔隔开。由于要耐高温,滤纸与过滤器金属外框间的粘合与密封问题是关键,密封结构要可靠,密封材料的成本又不能太高。过滤器上的密封垫多为有弹性、厚度5mm左右的玻璃纤维毡垫。烘烤生产线有隔板过滤器的外形尺寸为610×610×292mm。烘烤生产线的预过滤器设在送风机组的入口端,所以没有耐温要求。预过滤器多选用效率较低的普通袋式过滤器,为了方便管理,烘烤线的预过滤器与喷漆线的预过滤器经常为同一规格型号。
  硅酮是一种很好的材料,它可以用来做润滑剂、粘接剂、密封材料,甚至可以用来做隆胸填料,汽车上到处用到硅酮。但汽车厂的涂装车间却特别忌讳硅酮,因为金属表面沾上一点硅酮,漆层就会起泡。汽车厂明文禁用任何硅酮,所以过滤器供应商应该仔细检查过滤器制造过程中所用的各种材料,尤其是粘合剂,确保其中不含硅酮。
  一个中等规模的涂装车间,上述几种空气过滤器(喷漆线阻尼层材料、喷漆线袋式过滤器和预过滤器,烘烤线有隔板过滤器和预过滤器)的年用量在200~400万元之间,如果再加上其它车间以及办公区用的过滤器,一个汽车制造厂空气过滤器的年耗量抵得上几个核电站的用量。汽车制造厂是令所有空气过滤器供应商垂涎的肥肉。
 
典型场所过滤器的选取
场所 主过滤
器效率 常见过滤元件 特殊要求 说明
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
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
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
机场航站楼 F7 袋式、无隔板过滤器    旅客第一印象
学校、幼儿园 F7 袋式、无隔板过滤器 防火 特殊安全考虑
诊室与病房 F7~F8 袋式、无隔板过滤器    防止交叉传染
博物馆、图书馆 F7 袋式、无隔板过滤器    保护珍品
音像工作室 F7 袋式、无隔板过滤器    保护光学设备和制品
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
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
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
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
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”
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
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
轿车涂装流水线主过滤器 F4~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
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
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
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  
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
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
化纤抽丝工序 F8 袋式过滤器    防止断丝
纺纱车间 G4~F7 袋式过滤器,静电过滤器    防止“煤灰纱”
食品工业 F7 袋式、无隔板过滤器 无营养物 生产环境的卫生
洁净工作台,风淋室 HEPA 有隔板、无隔板高效过滤器     
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
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
家庭中央空调 G3~G4 平板过滤器 便宜、美观 摆在超市的商品
普通家用空调 — 尼龙网 可清洗 阻挡纤维和粗粉尘
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
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
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
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
高级轿车空调 F7 无隔板过滤元件    防尘,防花粉
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
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
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
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①:“主过滤器”指最末一级的过滤器,或指定部位的过滤器。
注②:有些行业不使用通风过滤器的效率规格,表中的规格大致相当于那些行业的效率规格。
注③:表中未列出压缩空气使用的过滤器(空气滤清器)。
洁净度分级
  1963年,美国出了个洁净室标准FED-STD-209,在这项标准中,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。长期以来,世界上许多国家都是按那个方法分级的,中国过去的洁净室标准也是按那种方法分级的。
  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见下表。
 
ISO14644
分级 最高浓度极限(颗粒数/m3)  近似对应
传统规格
0.1m 0.2m  0.3m  0.5m 1.0m  5.0m 
ISO 1 10 2               
ISO 2 100  24  10  4        
ISO 3 1,000 237  102  35 8     1
ISO 4 10,000 2,370  1,020  352 83     10
ISO 5 100,000 23,700  10,200  3,520  832  29  100
ISO 6  1,000,000 237,000  102,000  35,200  8,320  293  1,000
ISO 7           352,000  83,200  2,930  10,000
ISO 8           3,520,000  832,000  29,300  100,000
ISO 9           35,200,000  8,320,000  293,000   
 
  用公式表示上述指标:
        
式中:CN  = 每立方米空间大于某规定粒径颗粒物的最大允许浓度;
  N = ISO洁净度分级数;
  D = 颗粒物尺度,m;
  0.1 = 常数,m。
  人们已经说惯了“百级”、“万级”,它顺口、易记,今后一段时间内,人们可能照旧说下去,直到新一代设计师们不再记得老的分级和英制计量单位。
  电子工业和制药业是与洁净室关系最密切的两个行业,其它行业用到洁净室时大都跟着这两个行业的思路走。ISO试图在洁净室问题上将这两个行业拽到一起。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,见下表。中国1998年版GMP规范中比前一版增加了个30万级。
 
附: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
≥0.5m  ≥5m  浮游菌/m3  沉降菌/皿 
100级   3,500  0  5  1  ISO 5级
10,000级 350,000  2,000  100  3  ISO 7级
100,000级 3,500,000  20,000  500  10  ISO 8级
300,000级 10,000,000  60,000     15 
末端高效过滤器的使用寿命
  对于运行中的洁净室,末端高效过滤器的价值并不高,全部加起来可能还不到用户两个小时的产值,但更换过滤器的风险和间接费用会很高。
  更换过滤器时要停产,停产损失只有业主自己能算出来,这笔损失肯定比过滤器的备件费用高。更换过滤器是十分仔细的操作,洁净室内的任何东西都经不起折腾,碰坏一个不起眼的设备,其损失可能会高于全部过滤器的费用。更换过滤器后要由专业人员进行检测,有时还要对空调系统进行调试,然后还要经过一段时间的试运行。检测、调试、试运行,三项费用加到一起,可能会与过滤器价格不相上下。聪明的业主总是希望尽可能地延长高效过滤器的使用寿命,不是为了省过滤器那几个钱,他们是想避免因更换过滤器而产生的一堆麻烦。
  举个极端的例子,当代芯片厂洁净室末端高效过滤器的设计使用寿命为“一辈子”,即:投入运行后永远不操高效过滤器的心。那种工厂的技术日新月异,一个新项目投产后5~7年就落后了,工艺必须更新,厂房要改造,高效过滤器也同时报废。在那里,高效过滤器的“一辈子”也就是7年,为了保险,设计师将过滤器的设计使用寿命定为10~20年。
  高效过滤器上积灰过多时阻力增大,大到影响正常送风时,高效过滤器就该报废。增大高效过滤器的过滤面积或增加过滤器的数量,都能延长过滤器的使用寿命。但那些做法的游戏空间不大,你不可能无限地增大过滤面积,
  要延长高效过滤器的使用寿命,最根本的办法是将灰尘挡在预过滤器。更换预过滤器一般无须停产,无须调试,所以有经验的业主会把注意力和金钱花在预过滤器上。
  对于10000级和100000级洁净厂房,预过滤可选用F8过滤器(比色法95%),这样,末端高效过滤器的使用寿命一般可达5年。在国外项目中和国内新建项目中,F8过滤器是非均匀流洁净室最常见的预过滤器。
  对于芯片厂100级、10级或更高级别的洁净厂房,预过滤器的常见效率级别为H10(MPPS 85%),许多新建项目索性选用HEPA(对0.3m粒子的效率≥99.97%)。设计师号称保证末端高效过滤器使用“一辈子”,其方法不过如此。
  在国内过去的洁净室空调系统设计中,过滤器的常见配置为:粗效→中效→高效。那时末端高效过滤器的使用寿命仅为1~3年,最差的也就几个月。
  有些场合,对高效过滤器使用寿命的规定不是出于对阻力的考虑,而是其它因素。若厂房中有氢氟酸,而车间空调又不是全新风系统,高效过滤器中的玻璃纤维滤纸会受到回风的腐蚀,为了安全,必须定期更换高效过滤器。有些财大气粗的制药厂,每年雨季过后要更换高效过滤器,为的是防止过滤器上任何可能的霉菌污染。有些生物实验室和与危险品打交道的实验室,在开展一项新的重要课题前,为了可靠,上司会要求使用新的高效过滤器。
要点 预过滤器的效率高低决定末端过滤器使用寿命。 
换气次数与风速
  在决定洁净工程的质量诸多因素中,过滤器的品质至关重要。当过滤器的品质有保证时,通风参数(换气次数或平均风速)成了最关键的因素。
ISO14644
分级 对应传
统规格 气流
形式 平均风速
m/s 换气
次数 末端过滤器
效率 过滤器出厂
检验方法
ISO 1级             ≥99.9999% 扫描
ISO 2级    U 0.3~0.5    ≥99.9999% 扫描
ISO 3级 1 U 0.3~0.5    ≥99.999% 扫描
ISO 4级 10 U 0.3~0.5    ≥99.999% 扫描
ISO 5级 100 U 0.2~0.5    ≥99.97% 总效率或扫描
ISO 6级 1,000 N, M     70~160 ≥99.97% 总效率或扫描
ISO 7级 10,000 N, M    20~70 ≥99.97% 总效率或扫描
ISO 8级 100,000 N, M    10~20 ≥99.97% 总效率或扫描
注:U—单向流,N—非单向流,M—单向与非单向混合流。
     
  表中的“平均风速”只针对单向流洁净室,洁净室的平均风速必须压过粉尘的扩散速度。表中的“换气次数”是针对高3m左右的常规洁净室而言,这个参数通常仅对非单向流和混合流洁净室有意义。
  表中的“气流形式”、“平均风速”、“换气次数”指标源于ISO标准,“末端过滤器效率”和“过滤器出厂检验方法”是笔者自己加上的。
  任何洁净室,选用的过滤器必须是经过出厂前逐台检验的,见《高效过滤器必须经过逐台测试》。
  由于具体项目的不同以及设计理念的差异,设计中人们对换气次数和平均风速的选取也会不同。换气次数少,投资省,运行费用低,但会在洁净度上打些折扣。近几年,国内设计的洁净室,换气次数有提高的趋势。节能?可靠?仁者见仁,智者见智,商者见商。
  1998年,国内制药GMP规范中又出了个“30万级”。30万级是对前一版GMP规定的缓解。30万级环境相当于风平浪静的近海海面、“环境质量优”的景区、环境质量极佳的中小城市和乡村。要获得30万级,多数情况下没必要加装末端高效过滤器,在空调系统中选用好一些的过滤器(效率级别F8~H10)就可以了。
  “提高过滤效率可以降低换气次数或平均风速”,这是个十分可怕的念头。洁净室的主要尘源是人和设备,相比之下,经高效过滤器进入室内的粉尘量要少得多。如果通风参数相同,选用99.9999%的过滤器与选用99.99%的过滤器,洁净室的洁净程度不会有太大差别。
  单向流洁净室也称“层流”或“均匀流”洁净室,这种洁净室的平均风速至关重要,因为粉尘的自由扩散速度是0.15~0.2m/s,如果平均风速压不住粉尘扩散速度,使用再好的过滤器也白搭。
  非单向流洁净室也称“乱流”洁净室,另有个形象的称呼叫“稀释流”洁净室。这种洁净室的平均风速远远低于粉尘的扩散速度,送风仅起“稀释”(Dilution)作用,由于这些洁净室操作人员相对地多、设备和生产过程发尘量大,过滤器效率的高低不再是洁净度的决定因素,因为最差的高效过滤器效率也会是99.97%,它足以满足“稀释”室内粉尘浓度的要求。如果你手头宽裕,愿意买更好的过滤器,那就另当别论了。
洁净室不再考虑“亚高效”
  国内曾有一种观点,10万级洁净室可以选用“亚高效”过滤器(对≥0.5m粒子的过滤效率≥95%)作为末端过滤器,其理由是亚高效过滤器便宜、阻力小。
  就过滤器的价格而言,目前市场上同样尺寸规格的亚高效过滤器是高效过滤器价格的70~90%,亚高效过滤器并不比高效过滤器便宜多少。选用亚高效过滤器时,洁净室的换气次数要明显增大,为此,空调系统要加大、风送口的数量(以及过滤器数量)要增多,由此造成的投资增加远远大于高效与亚高效过滤器间的差价。
  就阻力而言,亚高效过滤器的初阻力确实比高效过滤器的小。但是,洁净室末端过滤器的使用寿命很长,不管什么样的过滤器,终阻力经常定为500~600Pa。设计中必须考虑到,过滤器接近终阻力时通风系统仍能正常工作。因此,初阻力的大小就不那么重要了。
  在生产过程中,对高效过滤器要进行逐台性能测试,而对亚高效过滤器只需进行少
量抽测。两者的外观可能是一样的,但它们的品质却有着明显差别。

  在洁净室末端使用亚高效过滤器,这种作法只会让你花冤枉钱
有隔板与无隔板
  有些过滤器,滤材为玻璃纤维或其它柔软纤维制成的滤纸。为了保证足够的容尘量(使用寿命)和低阻力(过滤风速),滤纸的面积经常是过滤器迎风面的数十倍。
  最早的高效过滤器是用瓦楞状铝质隔板分隔滤材。70年代之前,世界上所有高效过滤器都是采用这种结构。中国目前多数高效过滤器仍然是有隔板结构,为了省钱,许多厂家采用白卡纸作隔板。日本一些空调过滤器也是隔板结构。有些场合,如军事工业、汽车工业,由于安全性和耐温性要求,目前仍必须使用带隔板的过滤器。
  70年代,国外出现了用线状物替代瓦楞隔板的空气过滤器。国内所说的“无隔板”过滤器指的是用某种线状物或微小分隔物取代隔板的过滤器,有了“无隔板”一词,原始的隔板结构就成了“有隔板”。
  国外有些无隔板过滤器甚至连分隔物都去掉了,直接将玻纤滤纸制成带沟的瓦楞状,或让滤纸鼓“泡”,这里所说的无隔板暂时不包括这些过滤器。有些纸状多褶式过滤装置,如汽车行业的“滤清器”,它压根儿就没用过隔板,我们所说的“无隔板”也不包括那些过滤器。
  与传统有隔板过滤器相比,无隔板过滤器占用空间小,制作成本低(国外情况),制作质量容易控制。在国外,无隔板过滤器已经取代了大多数传统有隔板过滤器,并在一般通风用过滤器领域取得了越来越多的市场。在国内,人们对无隔板过滤器的热情已经保持了20年,但热情仅用在制作工艺上。

国外历史
  1936年,柏林的莱布斯基(Rabofsky)发明了一种打褶机器,这种机器由凸轮机构驱动上下两个刀板,将布料或纸张折成纸扇式的多褶结构,用于妇女的百褶裙和包装材料。这种设备俗称“莱氏折纸机”(Rabofsky Machine)。莱先生注册了自己的公司,并将他的技术卖给一家意大利公司和一家法国公司,而后法国那家公司用莱氏折纸机生产过滤器,那家法国公司成了无隔板过滤器的鼻祖。
  法国公司叫Poelman,它在1960年买了台莱氏折纸机,用于为防毒面具的滤料打褶。后来,Poelman被法国过滤器公司Sofiltra兼并。1971年,Sofiltra将两台莱氏机器连在一起,前面的为滤纸打褶,后面的在滤纸间插纸条,这就是最初的无隔板过滤器生产线。1975年,Sofiltra公司改用挂了胶的丝线替代纸条,用带楞的对辊折纸机替代了莱氏折纸机。Sofiltra曾将无隔板过滤器生产许可卖给瑞士Luwa公司,Luwa是最早将无隔板过滤器的卖到中国的,所以国内很多人以为无隔板技术是Luwa发明的。1989年,Sofiltra被瑞典Camfil公司兼并。Sofiltra和Camfil曾先后将无隔板生产许可卖给过瑞士Luwa公司、日本Nitta公司、烟净厂(宝源)。2000年,Camfil与烟净厂的合作因Camfil对中国另有所谋而终止。
  Sofiltra的几代折纸机均是由该公司的海德(Hyed)先生设计并亲手建造的,海德是一位在小公司就职的普通机械工程师,几年前退休了,他没什么名气,没得过“科技进步奖”,没评过“高级职称”,他30年前制造的设备至今仍在使用,他的作品让我们着迷了20年。
  90年代初,无隔板专利技术解密。而后,美国公司推出用热熔胶替代丝线的无隔板过滤器,这种改进使设备简化、生产成本降低。90年代,无隔板过滤器的生产遍地开花。目前,采用对辊折纸设备、用热熔胶做分隔物的过滤器是最常见的无隔板过滤器。

国内历史  
  改革开放后,无隔板过滤器随进口成套设备进入中国,国人那时开始对这种过滤器的结构产生兴趣。80年代,国内多家院所和企业研制无隔板过滤器,90年代,国内数家企业引进国外无隔板过滤器成套生产线。
  80年代初,当时的四级部11院与天津第二无线电专用设备厂(天津市净化设备厂的前身)合作研制出插纸条的无隔板过滤器,该项目1984年获天津市科技进步二等奖。十多年来,天津众多“净化设备厂”们一直在制造这种过滤器。80年代末,一家小型村办企业烟台市环球滤尘材料厂(烟台市净化设备厂的前身,现“宝源公司”)研制出用丝线做分隔物的无隔板过滤器,该项目获得1992年国家科技进步三等奖,无隔板过滤器一直是烟净厂的主要产品之一。自1986~1995年,国内登记的有关无隔板过滤器的专利有6项之多,这些专利对“评职称”有过不小作用,对技术进步没有多少实际意义。
  自己研制的戏不大,90年代,企业改用引进的方式。1993~1999年间,国内共引进了6条无隔板过滤器生产线,由于种种原因,这些生产线多数时间在睡大觉。
企业  引进时间  设备  现状  原因
苏州苏净  1993年  意大利,莱氏折纸机  失败  技术
重庆无专厂  1994年  美国MMC  失败  技术与经营
上海剑桥(日资)  1996年  日本Cambridge  正常生产,主要返销   
烟台宝源(烟净厂)  1997年  法国Camfil,二手设备  仅小批量生产  成本与价格
郑州核五院  1998年  美国GMD  市场上很少见  不详
华泰(苏净)  1999年  日本AirTech  正常生产  低价格
 
现状  
   今天,无隔板过滤器的生产技术已不再有任何神秘,国内一些小的私营企业也能制造出相当不错的无隔板过滤器生产设备,既有莱氏折纸机,也有对辊折纸机,而且价格相当便宜。国内厂家拥有无隔板过滤器生产线的数量已经无从统计。企业投资无隔板过滤器生产线时,已经没有多少技术问题,也不再像90年代那样需要谁的支持或谁的投资。今天,企业决策者面临的只是市场问题。
  每条对辊式无隔板过滤器生产线的年生产能力为2~3万只尺寸为1220x610mm的高效过滤器。目前国内高效过滤器的市场为15~20万台,其中大部分仍是传统有隔板过滤器。无隔板高效过滤器的最大用户是集成电路制造厂,而新建的集成电路厂几乎全部使用进口过滤器。今天,留给国产无隔板高效过滤器的市场空间为3~5万台。不计那些简易生产线,国内像样的生产线的生产能力已经数倍于市场需求量。
  1999~2000年,国外掀起了一阵“中国电子热”,扬言从2000~2005年间有30~40条集成电路生产线要落户上海和京津地区。想一想,每条这种生产线需要价值2000~4000万元的无隔板高效过滤器,于是,国外过滤器公司纷纷抢滩中国,并有多家公司着手在中国设立或筹建过滤器制造厂。令人莫名其妙的是,2001年,老外在中国建过滤器厂的热乎劲儿过去了,除了一、两家仍在努力,多数过滤器项目已经停了下来了。
  制造有隔板过滤器时使用大量人工,目前国内人工便宜,所以有隔板过滤器仍在高效过滤器市场上占主导地位。制造无隔板过滤器使用机器,当人工费用提高后,高效过滤器将是无隔板的天下。

方向
  目前,国内高性能无隔板过滤器的市场被国外公司垄断。其原因不是制造技术,有钱的主儿可以买现成的进口设备,钱不多时,国产设备也不错。进口无隔板高效过滤器的主要技术优势是:测试、原材料、服务。
  国际上MPPS测试已经是主流方法,而国内仍有大量高效过滤器未经任何测试就流入市场,这样下去,你凭什么和老外竞争?
  国产玻纤滤纸一直不过关,国内现有4家玻纤滤纸生产厂,其全部产量仅相当于国外5个人操作的一条造纸机产量的20%。国外正在追究滤材中的微量元素,而国内连滤材的均匀性、挺度、抗水性等最基本的技术指标都没保证。过滤器厂凭什么买你的材料?
  随着市场经济的完善和信息传播方式的变化,“关系”、“回扣”、“选型费”等在过滤器买卖中曾起关键作用的因素会逐渐淡化。服务,尤其是技术支持,在高效过滤器买卖中的作用会明显增强。
  在今后的竞争中,谁能在测试、原材料控制、服务方面走在前头,谁就能挤占高效过滤器市场。
  眼下该干的都是些非常明了的实际性工作。不需要豪言壮语、不需要“小聪明”,不需要花大价钱,只需要埋下头来扎扎实实地干些事情。
玻纤与化纤之争
  玻璃纤维在过滤器行业主要有两块地盘:一般通风系统的袋式过滤器,高效过滤器。作为袋式过滤器的滤材,玻纤与化纤有过三次交战,对于高效过滤器,化纤刚刚向玻纤发出挑战。
  对于袋式过滤器,玻纤曾长期占据主导地位,那时没多少化纤,即使有,过滤器上也用不起。化纤有个特点,材料可以带静电,过滤器的阻力没改变,但效率明显提高。20世纪80年代末,化纤不那么尊贵了,它匆匆忙忙向玻纤下了战书,玻纤爱搭不理地做了些试验,证明那时带静电滤材的过滤效率靠不住。当时用聚酯类化纤,因材料亲水,上面的静电不稳定。玻纤没费劲化纤就败了。
  90年代中期,化纤滤材有了长足进步,由于采用了疏水性材料和正确的“驻极体”技术,滤料上的静电被稳住了。这时,化纤打着环保招牌(可焚烧,生产过程能耗低)再次向玻纤挑战,并扬言在几年内废了玻纤。玻纤仍以“使用寿命”应战,声称,根据过滤原理,化纤粗且软,其使用寿命和容尘量不可能达到玻纤水平。这次双方在市场上打了个平手。
  90年代末,化纤第三次宣战。这一次,驻极体技术更加完善了,化纤滤材过滤器的容尘量大为改善。但这次化纤避开性能话题,收起环保招牌,化纤打的是价格战。我就是便宜,气死你。这次仗化纤赢了。
  空气过滤器作为工业产品已经有近百年的历史了,在这样长的岁月里,人们试用了几乎所有能找到的纤维材料,经过无数次筛选,确定了玻璃纤维的主导地位。但是,随着化纤的不断进取和目前明显的价格优势,玻纤那片天在袋式过滤器那儿已经塌了一大块。
  上边说的是国外,我们隔岸观火。没损失,也没得到什么好处。
  “玻璃纤维,吃下去,就会有那生命危险”,这话源于文革期间的革命样板戏《海港》。剧中,阶级敌人把玻璃纤维掺入援助非洲的大米中,试图破坏世界革命。因为那句台词,40岁以上的人至今仍对玻纤心有余悸。玻璃纤维就是玻璃,怎就没人去怀疑玻璃杯?南京有个玻璃纤维研究院,那儿的上千号人从来就不怕玻纤,还到处讲玻纤的好处。据说,玻纤院曾提过改台词的意见,被“军师”压下了。玻纤院再想争辩,《海港》换戏了。至今,你一提《海港》,玻纤院啥脾气都没了。
  玻纤派认为,玻纤是所有无机纤维中最安全的材料。与其它矿物纤维相比,玻纤不含活性物质,由它引起病变的可能性很小。玻纤的主要害处是扎人(当直径≥5m时),玻纤保温材料的纤维直径为7~20m,它确实不太招人待见,而袋式过滤器的滤料纤维很细,一般在0.1~5m之间,人们感觉不到它有多扎。
  搞理论的认为,过滤材料中的纤维要尽可能细,以求高效率(纤维多),低阻力。可太细的纤维又太软,有了积灰,阻力稍有增加,纤维就挺不住了,其结果是加速过滤器阻力的上升速度。玻纤可以很细,同时又保持某种挺度,化纤很难做到这点。
  袋式过滤器所用玻纤滤材的生产在国内一直是空白。为了引进设备的备件国产化和为讲究的中央空调系统配套,国内过滤器企业自1993年末开始进口玻纤滤材。由于目前国产化纤滤材的性能和质量欠佳,主流过滤器厂家至今没有大批量地使用国产化纤滤材。国外生产玻纤滤材的就那么几家,而化纤滤料厂家遍布全球。如果用功,国产材料也会不错。我期待着能说“国产化纤滤料不错”的那一天。这儿说的是“用功”,没说“决心”,下决心的我见的可太多了。
当化纤滤材的价格使人们不再那么在意它的使用寿命时,或化纤材料的使用寿命能够与玻纤抗衡时,玻纤就确实该退休了,说策略些,是“离休”。那时,玻纤还是化纤,随你所好。
  高效过滤器一直是玻纤的天下,但在近几年,国外有些厂家采用带静电的聚四氟乙烯纤维(驻极体)制造高效过滤器。这种滤纸耐氟化氢、强度高,但价格偏高,而且高效过滤器的材料带静电是好是坏目前还没定论。也许若干年后,玻纤在高效过滤器这块地盘也会让位给其它材料。
  谁在玩过滤理论
  管打仗的。过滤理论的形成归功于武器。搞原子弹,必然遇到清除空气中带放射性的尘埃粒子问题,细菌战和化学战也少不了同类问题。美国Langmuir于1942年关于烟尘与过滤的文章,建立了过滤的理论,Langmuir被尊为“过滤器之父”。在很多国家的核物理专业中有搞过滤理论的专家,当然,他们现在关心的是原子能的和平利用。
  玩纯理论的。前苏联Fuchs教授因政治问题入狱10年,出狱后,出版了著作《气溶胶力学》。1964年,该书被译成英文并得以广泛传播(汉译本更早,1960年)。Fuchs因该书被认为是“气溶胶之父”。由于过滤理论涉及较深的物理和数学问题,搞纯物理和纯数学的人也时常涉足过滤理论。南开物理系温景嵩教授和他那帮弟子写的文章,能看懂的人就不太多。
  搞医学的。过滤技术和医学紧密相连,尤其是军事医学。一代过滤宗师Davies供职于英国军事医学研究院。美国哈佛医学院一直有人在研究过滤理论。
  有兴趣的。当任何学科的人对过滤来了情绪,他们就会做出漂亮的工作,例如:机械、力学、 计算机、化工、动力、电子、建筑、测量界人士,当然,过滤技术与他们的专业也或多或少有些联系。对于具体院所,经常是专家在哪供职,哪就是研究中心, 例如美国工程院刘扬晖(B. Liu)院士与明尼苏达大学机械系。
  拿文凭的。陈家墉(C.N. Chen)先生1955年在美国发表了《过滤介质对气溶胶的过滤机理》一文,此文至今仍被认为是过滤理论必读物。而后陈先生改行了,并因其它方面的成就当选为中科院院士(此陈家墉非彼陈长镛,陈长镛先生是空气净化专家,在中国建筑研究员供职)。不少学子曾以过滤理论为题获得博士学位,但日后仍同过滤打交道的人凤毛麟角,真正对过滤理论作出突出贡献的人大都不是过滤出身。
  搞暖通的。国内关于过滤的话题多由暖通界人士主谈。改革开放后,暖通界一批热血中年凑到一起,研讨时常有关于过滤的问题。今天,那批人多数退休了, 而他们的学生不再把注意力放在过滤上。采暖通风(与空调)专业接触过滤器最频繁, 所以各国暖通界都有拿过滤器说事儿的。
  当然,即使是理论问题,你也绝不能忽视商家。商家在过滤问题上最活跃,没有他们,就没有过滤
卖方吆喝的过滤器
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  女:双眼皮儿口服液,美容,健身,增高,宜智。
  童:考第一,中大奖,放长假,当院士。
  叟:壮阳,延寿,杠上开花,满把主。
  男:八位正局级教授破译玛雅秘方,两百位博士后论战结果,天王星博览会惟一金奖,北冰洋群龙宴指定饮品。
  影星:双眼皮儿口服液,我们都服用。
  你对这类宣传已经熟视无睹了,你会冲着电视机说:小心别吃错药。
  我向客户推销过滤器时也会来这一套:极其重要、百般深奥、全村儿第一、俺舅首选,直到他掏出订单。遇到拿过滤理论说事的主儿,我能从爱因斯坦公式扯到哈佛医学院成果,直到把他侃晕。
  其实,过滤器就是个“口罩”。它应该安全、可靠、顺眼、合理、方便,仅此而已。
  同其它行业相比,过滤器永远是小公司经营的小买卖(另一说是精干和专业性强)。
在最近这20年中,国际上对过滤技术的所谓革新,都是些小打小闹。
  我们可以炫耀的是,光顾过滤器这片小店的顾客中常有些显贵,他们或把玩最时髦的行业,或主管最奢华的殿堂。用户耀眼,过滤器增光。
  眼下,过滤器仍是奢侈品(双眼皮儿口服液),当你把自己定位到某一档次(高新技术)时,你得同过滤器打买方对过滤器的态度
  帕金森定律:事情的重要性与人们为它所花的精力成反比。举例:董事会开会,有三项议题,表决建设一座核电站,为骑车上班的职工修个车棚,调整工间咖啡补贴标准。第一项的表决用了5分钟,第二项花了半个小时,第三项引起最热烈的讨论,散会时间仍无结果,下次会议再议。
  如果把空气过滤器拿去讨论,它的地位大概相当于自行车棚,还不至于惨到咖啡补贴的地步。一个当代集成电路制造项目,总投资100亿元人民币,高效过滤器费用为2000~4000万,占总投资的0.2%~0.4%,决策过程所用的时间占总时间的1%~5%。一套大规模制氧装置,空压机入口过滤器的费用占总投资的0.2%~0.6%,人们对它所花的精力占总精力的3%~10%。对于用户,过滤器备件费用可能占总动力费用的1%~8%(含能源),人们对它的注意力可能高至总注意力的20%~40%。
  大家对过滤器如此重视,它可能确实很重要。
  空气 过滤器,看得见,摸得着,原理简单,结构明了。
  更换过滤器是动力部门日常维护中最频繁的操作。过滤器烦人。洁净室的空调系统出问题时,过滤器经常是第一个怀疑对象,过滤器可疑。从老总到学徒,谁都能道出过滤器的长短,过滤器活该。
名词 — 中文
 
0.1m过滤器
  在20世纪80年代,指效率比“高效”更高的过滤器。后来,人们对高效过滤器的描述和试验方法更新了,新名词已经取代了“0.1m过滤器”。
209标准
  对有关洁净室的美国联邦标准FED-STD-209的俗称。国际标准化组织成立洁净室技术委员会(ISO/TC209)时,借用了209这个数字。
484mm
  国产有隔板过滤器的经典尺寸。见“高效过滤器尺寸”。
863计划
  1986年3月3日,4位科学家们给党中央写信,提议跟踪世界先进水平,发展我国新技术,半年后,国家出台了《新技术研究发展计划纲要》,简称“863计划”。
  过滤器厂商经常拿863说事儿,并成功地将产品卖到863计划的所有角落。863之后的又一个计划是“973计划”。
908工程
  1990年8月,国家批准的一个大规模集成电路项目。数年后,在上海建的另一个大项目顺口成为909。
99.97%
  传统上,标志高效过滤器的效率指标。
  美国最早的高效过滤器,对0.3m粒子的过滤效率达到了99.97%,这一指标在当时有些高不可攀。现在,耸人听闻的效率值是99.999999%。
层流罩
  自带风机的局部高效过滤系统。过去指的是带一个风机的一个或一整列过滤器的系统。现在有时也可能指的是FFU。
初阻力 Initial Resistance
  实际使用时或试验条件下新过滤器的阻力,或者,额定风量下新过滤器的阻力。
额定风量 Rated Airflow
  制造商声称的名义风量。
  过滤器是“口罩”,喘气粗细是用户自己的事。没必要对卖方宣称的“额定”量太在意,那里头猫腻多了。
粉尘粒径 Particle Diameter, Particle Size
  答:粉尘的直径,太简单的问题。再问你,一片头屑,一团大肠杆菌,一串未完全燃烧的焦粒,它们的直径是什么?
  科技界对粒径的定义争论不休,有时哲学家们也跟着起哄。商界善于协调,经多方妥协,商界的定义是:Diameter of a sphere that produces a response, by a given particle-sizing instrument, that is equivalent to the response produced by the particle being measured.
  用激光粒子计数器测量某种粉尘时,该计数器给出的粒径是:与标定仪器所用标准Latex乳胶球(一种具有特定光学性质,体形非常精确的球体)光学信号相当的粒子的直径。
高效过滤器 HEPA Filter
  传统说法:对0.3m粒子过滤效率≥99.97%的过滤器。
  国内通行说法:用钠焰法试验,效率≥99.97%的过滤器。
  待修订的国家标准:用钠焰法试验,效率≥99.9%的过滤器。
核级过滤器 Nuclear Grade Filter
  核工业有自己的圈子,有自己的质量标准和测试规定。核工业用的各种空气过滤器统称“核级过滤器”。
可吸入颗粒物 Inhalable Particulate Matter,IP
  可能进入人的下呼吸道的微小颗粒物。官方规定的可吸入颗粒物为:每立方米空气中,粒径≤10m颗粒物的总重量。见“可吸入颗粒物”。
光触媒
  即光催化。“催化”在日语中是“触媒”,很早以前,中国的一些教科书上也称其为“触媒”。
  在紫外光的照射下,某些挥发性有机化合物(VOCs)与超细二氧化钛粉末(纳米钛)接触,会转化为无害的二氧化碳分子和水分子。二氧化钛在此起的是催化作用。
  中学生明白“催化”,可教授并不见得就知道“触媒”,所以商家打出“光触媒”的旗号。由于沾了纳米的边儿,“光触媒”火了两年后又成了“纳米技术”。
过滤效率 Efficiency
  过滤器捕捉到的粉尘量与进入过滤器粉尘量之比。详见有关效率和测试方法的内容。
  由于试验方法、试验状态、试验所用的标准粉尘、试验数据的处理方法五花八门,过滤效率值的意义也不同。
  一般情况下,应在效率指标上注明试验方法。
换气次数 Air Changes
  一小时内送风量与室内体积之比。
洁净度 Cleanliness
  洁净室或洁净空间单位空间所含某粒径以上颗粒物的限度。见6.1节“洁净度分级”。
洁净学会 China Contaminant Control Society
  中国洁净学会成立于1982年,因为学会规模不大,按规矩,挂靠在中国电子学会,是个“二级学会”,全称为“中国电子学会洁净技术分会”。同样原因,中国气溶胶学会是挂在中国颗粒学会下的二级学会。
净化设备厂 Purification Equipment Factory
  早期的空气和水洁净设备制造业领头羊改名为“净化设备厂”,20世纪80~90年代涌现的众多同类企业跟着叫这个名。一直没人考证出谁第一改名,有的说是蚌埠(原蚌埠绝缘材料厂,后蚌埠净化设备厂),更多人说是苏州(原苏州轧制厂,后苏州净化设备厂,现苏净集团),也有人说是天津(原天津市第二无线电专用设备厂,后天津净化设备厂)。现在,净化设备厂们又都改叫“公司”了。许多净化设备厂生产空气过滤器。
滤清器
  用于汽车、内燃机、压缩空气等行业的空气过滤器。多为圆筒状,采用特殊的木浆纤维或化学纤维滤纸。英文同样为Filter。因属于不同的制造和应用领域,那些行业的人更喜欢称其为“滤清器”。
容尘量 Dust-holding Capacity
  用规定试验方法,使用标准人工粉尘,达到规定或协议的终止试验条件时,过滤器容纳特定人工粉尘的重量,见“容尘量”。
  滤清器行业的高人将我们直译的“容尘量”译为“纳污量”。
使用寿命  Life-expectancy
  过滤器阻力达到规定终阻力的时限,或用户认为过滤器该报废的时限。
  若想难为过滤器推销员和空调设计师,使用寿命是个令你解闷儿的议题。
透过率 Penetration
  透过率 = 1 – 过滤效率
  透过率也称“穿透率”。
亚高效过滤器
  国内特有产品,钠焰法效率≥95%的过滤器。
  国外同类效率的产品(H10)主要用于高效过滤器的预过滤。
终阻力 Final Resistance
  判定过滤器报废的阻力指标,见“过滤器阻力”。
  经用户与试验者协议确定终止过滤器发尘试验的阻力指标,见“容尘量”。
驻极体 Electrets
  能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料。
  “驻”乃长驻,“极”指极性或电荷,即长期带静电的材料。在过滤行业,驻极体指带静电的化学纤维滤材,如通风过滤器用的PP滤材、高效过滤器用的PTFE滤纸

名词 — 洋文
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)。
Absolute Filter,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%(0.3m DOP)。
AC fine (Air Cleaner Test Dust, 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Arizona Road Dust。
  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 (Air Filter Institute),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 (Air Handling Unit),中央空调器
  中央空调是最经常见到空气过滤器的地方。
Air Filter,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(Airborne Molecular Contaminant),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,见“一般通风用过滤器试验方法”。
ASHRAE Efficiency
  用美国采暖、制冷与空调工程师协会标准ASHRAE 52.1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。
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。值也称过滤比。值是透过率的倒数,与过滤效率的关系为:过滤效率 = 1 – 1/
  5 = 200,表示粒径为5m的颗粒,200个中有一个透过。
Cellulose Media,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。“木浆滤纸”让人觉得太普通,因此经常有些令人莫名其妙的替代词。
Chemical Filter,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(Condensation Nucleus Counter) 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0.3m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”。见“高效过滤器试验方法”。
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。见“一般通风用过滤器试验方法”。
Efficiency,过滤效率
  详见有关过滤效率的解释。
Fiberglass,玻璃纤维
  常见过滤材料。
FFU (Fan Filter Unit)
  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。
尚未见到大家都满意的译名。“有源过滤单元”,“风机过滤单元”,你觉得这些词儿如何?
GB-01
  早期国产高效过滤器的商品代号,被国内许多厂家借用。这个GB与“国家标准”无关。见“高效过滤器尺寸”。
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 (Good Manufacture Practice),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 (High Efficiency Particulate Air) Filter,高效过滤器
  对0.3m尘埃粒子过滤效率≥99.97%,并且经过规定方法检验合格的过滤器。
  家用电器中的HEPA是一般指用HEPA滤纸制作的过滤器。
HEPA Diffuser,高效过滤风口
  装有高效过滤器的非均匀流洁净室送风装置。
HEPA Panel
  洁净室用无隔板高效过滤器的习惯叫法。
IAQ (Indoor Air Quality),室内空气品质
  暖通业当今时髦话题,过滤器商家炒作热点。
MPPS (Most Penetratiable Particulate Size),最易穿透粒径
  测量过滤器对最难过滤颗粒物过滤效率的一种扫描测试方法。暂译“最易穿透粒径法”。对于洁净室末端HEPA与ULPA过滤器,该方法已经成为主要测试方法。见“高效过滤器试验方法”。
Mini-Pleat
  无隔板过滤器的习惯称呼。有时也称为Close-pleated。
NBS (National Bureau of Standard),美国国家标准局
  早期的美国国家标准局曾将AFI的计重法和比色法定为国家标准。所以,对应这两种方法的过滤效率也称NBS效率。
Particle Efficiency,计数效率
  用粒子计数器测量的过滤器效率,见“一般通风用过滤器试验方法”。
PE(Polyester),聚酯
  在过滤行业,指聚酯类化学纤维,例如涤纶纤维。
PP (Polypropylene),聚丙烯,丙纶
  在过滤行业,常指带静电(驻极体)的超细聚丙烯纤维过滤材料。
Pre-filter,预过滤器
  对下一级过滤器起保护作用的过滤器。预过滤器可以有各种形式和效率规格。
由于中央空调系统中的初级过滤器往往效率较低,“预过滤器”常与粗过滤器混淆。
PTFE 聚四氟乙烯
  在过滤行业,PTFE滤材指用驻极体聚四氟乙烯纤维制成的高效过滤材料。PTFE滤材是是一种新兴过滤材料,它没有微量挥发物,强度好,目前的缺点是价格高。
Pulse-jet Filter,自洁式过滤器
  带有压缩空气脉冲反吹清灰装置的过滤器和除尘器。
Resistance
  过滤器阻力。有时也称Pressure Drop,Differential Pressure,DP。
Sick Building Syndrome,建筑致病症状
  十多年前暖通界热门题目。室内空气差劲经常被认为是致病元凶。
Synthetic Media
  化学纤维滤材,有些地区和行业称其为合成纤维。
ULPA (Ultra Low Penetration Air) Filter
  对0.1~0.2m粒子过滤效率≥99.999%的过滤器(美国)。
  对MPPS效率≥99.9995%的过滤器(欧洲)。
  对0.12m粒子过滤效率≥99.999%的过滤器(美国早期)。
  ULPA的汉语译名为“超高效过滤器”、“甚高效过滤器”。
Van de Waals Force,范德瓦尔斯力
  分子与分子,分子团与分子团表面间的一种引力包括取向力、诱导力、色散力。粉尘粘在过滤介质上,主要靠的是范德瓦尔斯力。活性炭过滤器吸附化学污染物时,靠的也是范德瓦尔斯力。
  范德瓦尔斯有时被译为“范德华”。
Ventilation Filter
  泛指一般通风用过滤器,以区别洁净室用高效过滤器。有时也称Ashrae Filter。
VOCs(Volatile Organic Compounds),挥发性有机化合物
  空调行业流行语,指空气中的分子污染物。
  搞集成电路的人们管分子污染物叫AMC
名词 — 单位 

,埃
  1 = 10-8cm = 10-10m
  是光波长度和分子直径的常用计量单位。当讨论粉尘表面与其它表面间的范德瓦耳斯引力时,也用来计量表面间的距离。气体分子的直径约为3。从长度单位上讲,比纳米小一个数量级,但目前还没人讲过“技术”。
  与取自瑞典科学家ngstrm(1814-1874)的名字,的正确发音为“欧”,外国人不会读,以讹传讹地念成了“埃”。
cfm(cubic foot per minute),立方英尺 /分钟
  英制风量单位,1 cfm ≈ 1.7 m3/h
  特别地:2000 cfm = 3400 m3/h
  英国人已经不用英制了。美国人和日本人有时仍用英制单位。
℉ (Fahrenheit),华氏温标
  华伦海特(1686-1736)确定了三个温度固定点:海水结冰时为零度、人的体温为96度、水结冰时为32度。在现代温标中,纯净水的冰点0℃=32℉,沸点100℃=212℉。
  北美国家仍使用华氏温标。
fpm (foot per minute),英尺/分钟
  英制风速单位,1000 fpm ≈ 5.08 m/s
mbar (millibar),毫巴
  气压单位,有时用于过滤器阻力,1 mbar = 100 Pa = 10 mm WG
mg (milligram),毫克
  1mg = 0.001g
  空气中的粉尘浓度常以mg/m3来度量。
mil,密耳
  1 mil = 0.001英寸 = 0.0254 mm
  薄板厚度的英制计量单位,美国一些厂家仍使用这一单位计量滤纸厚度。
m (micrometer),微米
  1m = 0.001mm
  过滤行业中描述粉尘粒度和纤维直径时最常用的尺寸单位。
nm (nanometer),纳米
  1nm = 0.001m
  当某些材料的尺寸小到以纳米来度量时,材料本身出现了新的性能和新的商机,有关这些材料的制作、测量、利用的技术称“纳米技术”。
Nm3/h,标立/小时
  空气流量单位,与燃气轮机和空压机入口过滤器打交道时常用单位。
  工程上,1标立为一个大气压(0.1013MPa),0℃,1立方米体积的干空气的质量。
  涉及民航和气象时,人们使用“国际标准大气”,它是指一个大气压,15℃的空气,它与工程大气压在温度上有点差别。
Pa (Pascal),帕
  压力单位,常用于过滤器阻力。
  1 Pa = 1 N/m2 ≈ 0.1 mm WG = 0.1 kg/m2
ppm(parts per million),百万分之一
  评价化学污染物浓度的常用单位。更微量的单位为ppt(parts per trillion),即万亿分之一(1×10-12)。当用污染物的分子数量计量浓度时,标为pptm(parts per trillion molar)。
tex,特克斯
  纤维粗细程度的法定计量单位。tex数为每1000米长纤维的克重,1/10 dtex为分特。过去的计量单位为“旦”(Denien,D),圈内人读“代”,D数为每9000米长纤维的克重。
  生产过滤材料的化纤行业提到纤维粗细时讲代或分特,不讲微米。如果化纤原材料的比重是1,那么1D相当于纤维直径11.9m,而直径1m的纤维相当于0.007D。
WG (Water Gauge),水柱
  压差代号,常用于过滤器阻力。
  1 mm WG ≈ 10Pa,1 in WG ≈ 250Pa。
  毫米水柱有时也标为 mmH2O