空气过滤器工作原理及应用解析

空气过滤器工作原理及应用解析
空气过滤常识
1、空气的组成
其它气体：
氦、氖等惰性气体
水蒸气
SO2、NOX、NH3、TVOC等有害气体杂质
大气尘（气溶胶）：
-火山灰
-海盐粒子
-灰尘
-沙土
-花粉
-细菌、病毒。
空气动力学直径：0.01-100?m；
包括：纤维、固态粉尘、液滴、花粉等；又称“总悬浮尘”（TotalSuspendingParticles），评价室外大气环境等级的指标之一。
气体运动方式：气体以分子（气体分子<0.001?m）状态存在，它们做无规则的自由扩散运动-布朗运动。
哪些灰尘粒径小于1?m？
油烟、香烟烟雾、金属尘粒、碳黑、病毒和某些细菌
空气中包括有害气体和灰尘
大气尘粒径范围：0.01-100?m
总数99.9%的灰尘小于1?m
大于1?m的灰尘重量占了总重量的70%
灰尘粒径不同，运动方式不同
不同的地区和环境，灰尘浓度相差很大。
2.空气过滤
灰尘过滤器
吸附型过滤器(活性炭)
3.灰尘过滤器
过滤机理效应、过滤效率、阻力、使用寿命、容尘量
过滤机理效应
扩散效应、拦截效应、惯性效应、筛效应、静电效应
1）扩散效应
小于1?m的灰尘粒子不随气流运动，而是因空气分子的撞击做无规则运动，称为“布朗扩散运动”。如果撞在过滤器纤维上就被捕获。粒子越小，扩散运动越剧烈，撞击纤维的机会越多，过滤效果越好。
2)拦截效应
小而轻的灰尘粒子随气流而运动，当绕过纤维时，离纤维表面太近的灰尘就会被拦截下来。
3)惯性效应
较大的灰尘粒子在气流中做惯性运动。当气流绕过纤维时，惯性大的粒子来不及绕过而直接撞到纤维上。
灰尘越大，惯性力越强，撞击纤维的可能性越大，过滤效果越好。
4）筛效应
灰尘直径如果大于纤维之间的间隙，就会被拦住。
一般来说，灰尘直径远小于纤维间隙，也就是说，筛效应很少发生。
5）静电效应
两种过滤器在城市大气环境中的实际测试结果
采用带有静电的化纤滤料，可以提高初始效率。
一般来说，滤料的静电是在生产过程中自然产生的；但是，就目前可行的技术而言，还无法使滤料长期保持静电，当在实际使用时，静电会很快消失。只要采用纤维数量少、直径粗的化纤滤料，您就无法得到与玻纤滤料过滤器同样的长期的高效率。
滤料-效率
要使过滤器对小灰尘粒子效率高；
穿过滤料的风速低=所用滤料面积大
滤料中含有数量多的细纤维
静电(只对新过滤器)
过滤器结构-阻力
空气灰尘过滤器
几种不同的过滤效应同时起作用。
过滤器效率随粒径不同而变化，效率低点的称为MPPS（易穿透粒径），它随滤料种类、过滤风速而变化。
好的过滤器-纤维细、蓬松、滤料面积大。
4.吸附型过滤器
多种吸附材料：活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石、“光触媒”（纳米级TiO2）...
在空气净化行业，目前常用的是活性炭。
为什么使用活性炭过滤器？去除空气中的气体污染物！
室内气体污染源、体臭（人、动物）、抽烟、建筑装饰材料、室内办公和生活设备、生产工艺过程
室外空气（汽车、燃烧、工业排放等）
通风及空调设备
什么是活性炭？
用有机含碳材料炭化、活化而成。发达的孔隙结构，绝大部分孔径<500A。(1A。=10-10m)；比表面积很大，可达1000-2000m?/g。
活性炭由哪些材料制成？
颗粒活性炭：椰壳、煤、木炭、木材、骨头；
纤维活性炭：粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维、沥青。
两种吸附方式：
物理吸附：
化学吸附：
物理吸附的普遍性
物理吸附几乎可以吸附任何气体。
但对不同种类气体，吸附效果不同。
一般来说：
分子量大的气体易被吸附；
沸点高的气体易被吸附；
非极性分子比极性分子易被吸附；
有机气体比无机气体易被吸附。
化学吸附的强选择性
有时对活性炭进行化学浸渍处理，以增加其对某种或某几种气体的吸附能力，这时发生的吸附称为化学吸附。这种活性炭称为浸渍活性炭。
不经化学浸渍处理的活性炭称为非浸渍活性炭。
不同吸附方式的应用
物理吸附（非浸渍炭）
挥发性有机化合物（TVOC）
溶剂性气体
异味
化学吸附（浸渍炭）
SO2、NOX、H2S等酸性腐蚀性气体。
NH3等碱性气体
甲醛（福尔马林）
核放射性气体
活性炭怎样吸附气体？
动态吸附过程-“吸附波”
哪些因素影响吸附性能？
活性炭种类
气体浓度
气体种类
活性炭量
使用风量
滞留时间=活性炭体积/使用风量
温度、压力、湿度
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。
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。
主要应用场合
民用建筑（办公楼、家庭、机场等）
药厂、医院
半导体、微电子
实验动物房
工业排风等环保要求
图书馆、博物馆等存放珍贵物品的场所
核电站
防毒面具
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”；对应过滤器报废时的阻力值称“终阻力”。
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。
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（初中效）
150～250
F5～F6（中效）
250～300
F7～F8（高中效）
300～400
F9～H11（亚高效）
400～450
高效与超高效
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≥10mm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。
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。
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。
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。
人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以将大多数大于10mm的粉尘过滤掉，只有小于10mm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≤10mm的颗粒物”。
空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”，去掉10mm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5mm以上的颗粒物去掉，剩下的“可吸入颗粒物”为TM5。
可吸入颗粒物与健康效应
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。
空气过滤器种类
粗效过滤器
尼龙网空气过滤器；
用途：空气质量要求不高的通风空调系统，或周围环境较恶劣，粉尘较高的场所作为初级预过滤。
特点：阻力小、易清洗、易维护。
铝网板式空气过滤器
用途：空气质量要求不高的通风空调系统，或周围环境较恶劣、粉尘、油脂较大的场所作为初级预过滤。
特点：耐用、容易清洗。
初效过滤器
初效空气过滤器适用于空调系统的初级过滤，主要用于过滤5um以上尘埃粒子。初效过滤器有板式、折叠式、袋式三种样式，外框材料有纸框、铝框、镀锌板框，过滤材料有无纺布、尼龙网、活性碳滤材、金属孔网等。
用途：一般通风空气处理设备中的过滤段或新风系统的初级过滤。
特点：可自行更换滤料，纸框初效为一次性。
中效过滤器
中效过滤器广泛适用于空调系统的中级过滤，主要用于过滤1-5um以上尘埃粒子，具有阻力小、风量大的优点。中效过滤器有袋式、框式和组合式、折叠式等。
用途：通风系统的过滤。电子、制药、机械仪表、冶金、石油、化工、轻工、食品等领域的一般空气净化。
特点：效率高、容尘量大、占用空间小。
袋式中效过滤器
用途：中央空调集中通风系统，或作为高效过滤器的前置过滤器，它可以减轻高效过滤器的负担，延长其使用寿命，也可用于工业领域的一般空气净化。
特点：阻力小、容尘量大。
亚高效过滤器
用途：各类洁净工程以及有特殊要求的中央空调和工艺性送风系统的未端过滤或洁净室的过滤。
特点：容尘量大，过滤效率高，阻力低。
高效过滤器
高效过滤器主要用于过滤0.3UM以下的空气悬浮颗粒，作为各种过滤系统的末端过滤。采用超细玻璃纤维滤纸、PP高效纸、以胶版纸、铝箔板等材料折叠为分隔。密封胶密封。镀锌板、铝合金型材、不锈钢板为框。
PP纸：新型过滤材料，产品耐酸碱、耐腐蚀、熔点高、性能稳定、无毒、无味、分布均匀，具有低阻、高效、高强度、环保特点。
用途：洁净空调系统，高洁净度环境。
空气过滤器的运用
跟着环境污染的日益严重和大家环境认识的加强,空气质量已变成全国际注重的焦点。如今大家认识到空气过滤体系不只要维护机械设备,还要维护人。因而,空气过滤的运用规模越来越广泛。
空气过滤的大运用是住所楼,其次是商业和工业修建。此外,过滤设备还常用行下列场合:洁净室;复印设备;室内空气净化器;麻醉气体过滤设备;激光外科手术运用;HVAC体系(供暖、通风和空调体系);恒温室;计算机打印机;作业室空气过滤体系;空调器等。
2.1住所商场
在我国,住所绝大多数没有空气过滤体系,但我国的住所数量无穷,且每年以数百万套的速度递加。跟着居室内空气质量的日益恶劣和大家环境认识的不断加强,空气过滤体系在住所的运用是有出路的,存在着潜在的无穷商场。
2.2办公楼运用
需求改进单位空气质量的推动力是领先的办公设备的广泛运用。计算机终端是发生臭氧和挥发性有机化合物的来历。喷墨打印机是碳氢化合物和臭氧的来历。干法照相仿制机发生碳氢化合物、可吸入悬浮粒子和臭氧;传真机发生臭氧和挥发性有机化合物;激光打印机发生碳氢化合物、臭氧和可吸入粒子;等等。这些商品现已严重地污染了室内环境,并给人身和办公设备造成了必定的损害。
2.3室内空气净化器
跟着修建规范的日益严厉,消费者对室内空气质量越来越注重。特别是患有过敏症、哮喘病或呼吸道疾病的人,由于空气污染影响了他们的正常日子。大家在室内度过90%的时刻,而室内空气污染水平可能是室外的2—5倍。室内几乎一切空间都富含花粉、霉菌、孢子、动物毛发、烟雾、细菌、病毒和包含石棉在内的有害纤维及尘埃。恶劣的空气质量使得哮喘和过敏症愈加严重。用空气净化器除掉室内空气污染物是一种有效的办法。
2.4出产工厂
不一样工厂对空气质量的需求差别很大。装有排烟罩和污染操控设备的工厂需求弥补很多的空气,假如这些工厂地点区域环境空气遭到污染,那么在将弥补的空气散布到作业场所之前有必要领先行过滤。在半导体出产和制药工业中,对空气的洁净度需求较高。典型的作业环境中,每立方英尺空气中富含500000个粒子,而半导体出产的新需求是每立方英尺空气中只要1个粒子。因而,作业间需求用经过HEPA过滤器过滤的洁净空气不断地循环清洁。为坚持HEPA过滤器的洁净和寿数,还需求几段功率较低的预滤器联合运用。
工业用洁净室需求接连有效地去掉粒径更小的粒子。HEPA过滤器一度是功率高的过滤器,如今ULPA过滤器则是功率高的过滤器,以后更高功率的新一代过滤器也将得以开发运用。微细玻璃纤维过滤介质是过滤器介质的首要选择,但膜和静电增强介质已向该范畴渗透,并取得有些运用。
关于工厂排放的废气,需求严厉的是毒性。某些重金属如汞、砷、铬、铍等毒性很大,其排放约束十分严厉。在空气毒性方面,美国和德国现已经过了新的更严厉的立法。履行新的立法后,空气毒性的约束由本来的20mg/m3(规范)降低到010004mg/m3(规范)。为到达这一目标,工厂需求更领先的过滤器以除掉亚微粒子。一些德国公司运用传统的折叠式微细玻璃纤维HEPA过滤器用于过滤体系,同脉冲空气洁净机理相互配合,并使过滤介质的波纹更密。一家美国公司则经过规划管式微细玻璃纤维HEPA过滤器又向前进了一步。
2.5医院
清洁职业是一个很无穷而特别的职业,它对空气的洁净度需求也很高。通常,对医院空气的低需求用功率为30%的预滤器和功率为90%的终滤器联系运用进行过滤。通常情况下不需求HEPA过滤器过滤,但在特别情况下如隔离室、特定的测验和保养区域则需求HEPA过滤器过滤。
医院的很多HVAC体系运用100%的室外空气,这关于防止患者经过HVAC体系中的悬浮微生物进行交*感染是极好的战略。但100%运用室外空气并不能消除微生物在空气过滤介质中的成长及其对保养环境发生的不良影响。因而,如今很多医院仍极需领先的HVAC体系。
清洁体系的洁净室早用于手术室。开始它只是在矫形手术中取得广泛运用,由于矫形手术时刻较长,易于导致感染。操控水平较抱负的是运用手术台附近的空气洁净度到达100级。通常主张运用顶部HEPA过滤体系,它能掩盖至少3m×3m的面积,然后将手术台和人包含在内。
洁净室取得运用的其它范畴有临产室、保育室、烧伤室、心脏患者保养单元等。新开展之一是牙外科手术洁净室的运用,它降低了在长时刻手术过程中医务人员被感染的风险。
2.6食物加工
食物工业关于空气过滤设备来说,正在变成一个不断扩大的商场。为坚持食物的新鲜口味,用消毒来消除污染的办法已逐步不被运用。这使得消除与商品有关的空气污染愈加重要。国家规则、保险认识和大众注重正促进肉加工者、奶制品出产者及其它食物出产者更新他们的空气过滤体系。
在欧洲,酸奶的罐装是在洁净室条件下进行的,其结果是在不用添加价格昂贵的化学保鲜剂,商品能够保留较长的时刻。
啤酒厂发现为维护它们的生啤酒,有必要操控灌装车间周围环境的空气污染。在洁净室进行灌装是好选择。这类工厂需求100000级的洁净室,能够选用顶部通风体系,用HEPA过滤器过滤。
3商场趋势
展望未来的空气过滤器商场,咱们能够发现:
(1)在当时的空气过滤器商场中,以微细玻璃纤维作为过滤介质的过滤器仍占主导地位,但膜出产商也正向空气过滤范畴开展,供给高效的膜滤器,并改进膜在低气流阻力下过滤的功能。它们以为,在高效空气过滤和集尘运用中,膜滤器不久将取代微细玻璃纤维过滤器。
(2)耐高温过滤器的开展将会加速。金属纤维和陶瓷纤维过滤器已取得运用。玻璃纤维复合无机膜能够增强纤维的机械功能,赋予滤袋较强的耐高温功能,使之在高达480℃的温度下运用。热电工程、煤气化体系和垃圾燃烧体系将为耐高温过滤器供给了一个无穷的商场。
(3)空气过滤器商场开展的趋势是全球化。开展我国家采购增长率将比发达国家快。影响往后几年过滤器商场快速开展的因素包含:①开展我国家很多新工厂的建造;②欧洲和日本等发达国家的经济复苏;③国际规模内对环境维护的更严厉需求。这种需求、昌盛和环境认识的联系必然会激起过滤器商场的迅速开展。3wGxre