提高中央空调高效过滤器使用寿命的几点思考

2019-08-12段希希宋璞杨振华

科技与创新 2019年13期

段希希，宋璞，杨振华

段希希，宋璞，杨振华

（中国空间技术研究院，北京 100094）

空气过滤器是空调净化系统的核心设备，更换空气过滤器的费用占整个净化空调运行费用的绝大部分。对高效过滤器使用寿命的分析研究，一方面对满足建筑所需的洁净要求有重要作用，另一方面能够节约空调系统的运行费用。通过对某园区空气过滤器使用现状的调查，围绕过滤器的更换和使用寿命等问题进行分析和思考。经过分析总结发现，通过合理确定过滤器终阻力、提高预过滤器的过滤等级、增大滤料面积、降低空调箱的漏风率等措施，可以达到提高高效过滤器使用寿命，节约空调系统运行费用的目的。

高效过滤器；终阻力；过滤等级；使用寿命

1 过滤器分类与使用寿命

1.1 过滤器等级分类

首先介绍过滤器在中国的等级分类。中国于1992年、1993年分别颁布了《高效空气过滤器》（GB/T 13554—92）和《空气过滤器》（GB/T 14295—93）两个国家标准，根据过滤效率可分为初效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器以及高效过滤器五类，其中高效过滤器又分为四种[1]。以某园区所使用的过滤器为例，所用空气过滤器品牌均为康斐尔过滤器，其分类采用的是欧洲标准。欧洲空气过滤器过滤等级如表1所示。

表1 欧洲空气过滤器过滤等级

系列等级备注 G系列G1、G2、G3、G4 F系列F5、F6、F7、F8、F9 H系列H10、H11、H12、H13、H14 U系列U15、U16、U17

1.2 过滤器的使用寿命

判断过滤器是否达到使用寿命的依据是过滤器的终阻力。在空调送风过程中，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，对应过滤器的报废阻力值称终阻力。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、系统能耗等。过滤器阻力随时间变化关系如图1所示。

终阻力的确定需要考虑多种因素，在大多数情况下，使用现场过滤器的终阻力是初阻力的2～4倍[2]。

2 某园区过滤器使用现状

2.1 各级过滤器过滤等级及使用寿命统计

目前，该园区以工艺性空调为主，绝大部分洁净厂房为10 000级和100 000级。经过对整个园区不同区域洁净空调过滤器的使用现状进行调查，发现各个区域不同空调机组过滤器更换的周期有很大差异，选取5个建筑区域进行统计，在1#区域内，高效过滤器更换周期最多可相差8个月。不同区域之间，各级过滤器的使用寿命也有很大差别，最多相差2~3年，相比较而言，大部分高效过滤器的使用寿命偏短。各级过滤器使用寿命统计如表2所示。

图1 过滤器阻力随时间变化图

表2 各级过滤器使用寿命统计表

所在区域过滤器等级使用寿命/平均寿命/月 1#区域初效G42~7/4.5 中效F62~7/4.5 高效H137~15/11 2#区域初效G42~3/2.5 中效F64~6/5 高效H1312/12 3#区域初效G44~6/5 中效F74~6/5 高效H1336/36 4#区域初效G43/3 中效F66~8/7 高效H1312~24/18 5#区域初效G43/3 中效F66/6 高效H1312/12

2.2 各建筑过滤器的更换依据

目前，在各个空调运行的建筑内，过滤器的更换依据不同。初、中效过滤器都安装有压差计，用于测量过滤器阻力值，达到终阻力之后就可以进行更换，而大部分高效过滤器的更换完全凭室内洁净度的采样情况进行更换。部分过滤器更换是按照空调自控系统中显示的阻力值和现场洁净度接近超标的情况来确定是否更换过滤器。可以说，该园区高效过滤器的更换并没有按照相关的标准来进行。

2.3 空调箱以及回风道漏风

部分空调箱漏风严重，回风地沟也存在漏风口，尤其是位于负压段的空调箱和风道，直接将空调箱和风管以外的空调吸进空调系统，使大量的灰尘进入空调系统，灰尘在过滤器中积累，加快了过滤器阻力的增加。

3 存在的问题

一般来说，初、中效过滤器使用寿命为3~6个月，高效过滤器的使用寿命可达3~5年[3]，某些地方空调机组的高效过滤器使用寿命可以达到6~7年。根据表2中的统计数据，非常明显的是，高效过滤器使用寿命偏低。

根据该园区过滤器的使用情况，高效过滤器费用是初效过滤器的30~40倍，是中效过滤器费用的6~8倍。根据对现状的分析，系统存在的最主要问题是高效过滤器的使用寿命偏低，大大增加了过滤器的费用支出。

4 过滤器使用寿命过短的原因分析

过滤器的使用寿命除了与空气的含尘浓度、实际使用风量等因素有关以外，还与滤料面积、风速、预过滤器等级等有关。根据文献资料分析和现场调查的结果，总结出了高效过滤器使用寿命偏低可能有以下几个方面的原因。

4.1 预过滤器的等级偏低

通过表2可以得出目前预过滤器，也就是中效过滤器等级与高效过滤器使用寿命的关系，具体如图2所示。

图2 某园区中效过滤器等级与高效过滤器使用寿命的关系图

根据图2，因园区的大部分建筑的功能类似，建筑厂房内设施相当。对比发现中效过滤器的过滤等级越高，其高效过滤器使用寿命就越长。区域3中效过滤器等级为F7，高效过滤器的使用寿命明显高区其他区域，为其他地区的2~3倍，验证了末端高效过滤器的使用寿命与预过滤器的等级有一定关系。

可以说，该园区高效过滤器使用寿命偏低最主要的原因就是中效过滤器等级偏低。

4.2 过滤器选用的过滤材料面积偏小

过滤器中过滤材料的面积称为过滤面积，通常，一只过滤器的过滤面积为过滤器迎风面的数倍、数十倍，有时达一百倍。被过滤器捕捉到的粉尘大都集中在过滤材料的迎风面上。过滤面积越大，能容纳的粉尘越多，过滤器的使用寿命就越长，因此增大过滤器的过滤面积，可以增加其容尘量，延长使用寿命。

4.3 未严格按照过滤器终阻力更换过滤器

该园区没有严格按照终阻力值更换过滤器，一方面可能没有及时更换过滤器，造成空调送风不满足环境参数的要求。另一方面也可能造成了过滤器还能使用就被淘汰的情况，也会减少过滤器的寿命。

4.4 部分空调机组和风管的漏风率较大

空调机组漏风也是造成过滤器寿命过短的原因之一。使用相同等级的中效过滤器的区域，其高效过滤器使用寿命也不尽相同。部分空调箱的漏风量较大，且一些回风风管也出现了漏风，尤其是位于负压段的风道，空调系统以外的空气可以直接进入到空调系统中，对空气品质造成了影响，这些也是导致过滤器使用寿命较短的原因。

5 对策与建议

为增加高效过滤器的使用寿命，且能有效满足空气环境的洁净要求，根据以上分析，可以采取以下几个方面的措施，其中最主要的方法就是增加预过滤器的过滤等级。

5.1 提高预过滤器的过滤等级

在洁净室，末端高效这一级过滤器的效率决定了空气的洁净程度，前级过滤器主要是起保护末端过滤器的作用，其作用即延长末端过滤器的使用寿命，保证空调系统的正常工作。因此，要延长末端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上，尽量延长高效过滤器的使用寿命，才能节省运行费用。在G2~H12中，每隔4级左右设置一级过滤器是较为合理的。如果两级过滤器的效率相差太大，则前面的过滤器起不到预过滤的作用；如果两级过滤器效率相差不大的话，则后一级过滤器起不到过滤作用。

该园区区末端过滤器等级为H13，用来保证空气环境洁净度，这一过滤器等级对于建筑内洁净度的使用要求是合理的，初效过滤器使用G4等级也是比较合理的，那么就需要合理确定中效过滤器的等级。根据文献[3]所述，洁净室末端的高效空气过滤器需要有效率不低于F8的预过滤器的保护，这样可以大大增加高效过滤器的使用寿命，一些区域可达5年以上。建议在园区洁净空调使用的中效过滤器等级为F8。同型号不同等级中效过滤器参数如表3所示。

表3 同型号不同等级中效过滤器参数

序号过滤等级过滤效率初阻力/Pa备注 1F660%～65%≈95过滤器型号EN779 2F790%≈125 3F895%≈150

由表3可知，过滤等级越高，造成的系统阻力越大，由于设计风速的影响，风速过高时，对过滤器的冲击越大，那么对过滤器材料强度的要求也就越高。

如果F8过滤器对系统送风阻力造成影响或者因系统风速设计过大可能导致过滤器强度不满足要求等情况，则可以考虑使用F7中效过滤器。

5.2 尽量选用过滤面积大的过滤器

过滤器的滤料面积影响着使用寿命，平均滤料面积增加50%，使用寿命增加70%~80%；平均滤料面积增加1倍，使用寿命增加约3倍[3]。然而，改用过滤器面积大的过滤器虽然能明显延长使用寿命，但这种做法可操作的空间不大，因为空调机箱空间有限，不可能无限地增大过滤面积。因而在选择过滤器时，只能是根据现有的安装空间，在选择过滤器规格型号时尽量选择过滤面积大的过滤器，虽然在购买过滤器时有一定经费的增加，但可以起到延长高效过滤器使用寿命的作用。

5.3 控制空调机组的漏风率

工作人员应定期检查空调机箱以及整个送回风系统管道，及时对漏风处进行密封处理，减少进入空调系统的粉尘量，这样可起到增加过滤器使用寿命的作用。

5.4 按照各级过滤器终阻力进行更换

终阻力定的低，使用寿命就短，长期更换的费用（过滤器的材料费用、人工费用和废弃处理费用）相应就高。而提高的终阻力值也不意味着过滤器的使用寿命会明显延长，但它会使空调系统阻力增大、风量锐减。因此，也没有必要将终阻力值定得过高。这样看来，每种过滤器应该有最经济的阻力值。一些文献推荐的过滤器的终阻力值如表4[3]所示。

各个运行区域应确保过滤器两侧安装有压差计，用来显示过滤器阻力值，按照选定过滤器的终阻力进行更换，可以对延长过滤器使用寿命起到一定的作用。

表4 终阻力建议值

序号效率规格建议终阻力/Pa备注 1G4（初中效）150～250 2F5～F6（中效）250～300 3F7～F8（高中效）300～400 4F9～H11（亚高效）400～450 5高效与超高效400～600