净化过滤器知识

净化过滤器知识

基本常识

◎过滤概述

过滤材料

既有效地拦截尘埃粒子，又不对气流形成过大的阻力。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。

效率

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。

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，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。

使用寿命

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，过滤器的寿命就结束。有时，过大的阻力会使过滤器上已捕捉到的灰尘飞散，出现这种二次污染时，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。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

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不同。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。离开测试方法，过滤效率就无从谈起。

◎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≥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。

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”。

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。

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。

◎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。

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。

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，活性炭吸附不了它们。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。

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”。

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。

活性炭材料

活性炭材料分颗粒炭、纤维炭、粉炭。

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。

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。

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

过滤效率

试验方法

计重法Arrestance

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

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。

相关标准：美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992，欧洲EN 779-1993。

大气尘计数法

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。

名称解释

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%（0.3mm 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。

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。

b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。b值也称过滤比。b值是透过率的倒数，与过滤效率的关系为：过滤效率

= 1 – 1/b

b5 = 200，表示粒径为5mm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。

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0.3mm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”。

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。

Efficiency

过滤效率

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。

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0.3mm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

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。

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。Particle Efficiency，计数效率

用粒子计数器测量的过滤器效率。

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。

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

室内空气差经常被认为是致病元凶。

Synthetic Media

化学纤维滤材，又称其为合成纤维。

ULPA (Ultra Low Penetration Air) Filter

超高效过滤器

对0.1～0.2mm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0.12mm粒子过滤效率≥99.999%的过滤器（美国早期）。

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。

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（V olatile Organic Compounds），挥发性有机化合物

空调行业指空气中的分子污染物。集成电路行业又叫AMC

单位换算

Å，埃

1Å = 10-8cm = 10-10m

Å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Å来计量表面间的距离。气体分子的直径约为3Å。从长度单位上讲，Å比纳米小一个数量级。

Å与取自瑞典科学家Ångström（1814-1874）的名字，Å的正确发音为“欧”、“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，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/m

2 ≈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），又读“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。

防火等级

◎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。

典型颗粒

洁净室

◎洁净度分级

1963年，美国洁净室标准FED-STD-209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。世界上许多国家都加以效仿。

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

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 1000 237 102 35 8 1

ISO 4 10000 2370 1020 352 83 10

ISO 5 100000 23700 10200 3520 832 29 100

ISO 6 1000000 237000 102000 35200 8320 293 1000