中效過濾器與初效過濾器串聯使用的協同過濾機製研究 一、引言 在現代空氣處理係統中，空氣過濾技術已成為保障空氣質量、提高設備運行效率和延長設備壽命的關鍵環節。根據過濾效率的不同，空氣過濾器通...
中效過濾器與初效過濾器串聯使用的協同過濾機製研究
一、引言
在現代空氣處理係統中，空氣過濾技術已成為保障空氣質量、提高設備運行效率和延長設備壽命的關鍵環節。根據過濾效率的不同，空氣過濾器通常被分為初效過濾器（Primary Filter）、中效過濾器（Medium Efficiency Filter）和高效過濾器（High Efficiency Particulate Air, HEPA）。其中，初效過濾器主要用於攔截大顆粒物（如灰塵、毛發等），而中效過濾器則負責捕捉更細小的顆粒物（如花粉、微生物孢子等）。兩者串聯使用時，能夠形成一種互補性的協同過濾機製，在提升整體過濾效率的同時，降低後續高效過濾器的負荷，從而優化整個空氣處理係統的性能。
本文將圍繞中效過濾器與初效過濾器串聯使用的協同過濾機製展開深入探討，包括其工作原理、產品參數對比、應用案例分析以及國內外相關研究成果。文章旨在為工程設計人員、環境工程師及空氣淨化係統維護人員提供科學依據和技術參考。
二、空氣過濾器分類與作用機製概述
2.1 初效過濾器
初效過濾器一般采用金屬網、無紡布或合成纖維材料製成，具有結構簡單、阻力低、易於清洗和更換等特點。其主要功能是去除空氣中粒徑大於5μm的顆粒物，防止這些較大顆粒進入後續過濾係統造成堵塞或損壞。
典型參數如下表所示：
| 參數名稱 | 初效過濾器 |
|---|---|
| 過濾效率（≥5μm） | 60% – 80% |
| 阻力 | ≤50 Pa |
| 材質 | 無紡布、金屬網 |
| 使用周期 | 1-3個月 |
| 安裝位置 | 空氣處理機組入口處 |
2.2 中效過濾器
中效過濾器通常由玻璃纖維、聚酯纖維或多層複合材料構成，適用於對空氣中的微粒進行進一步淨化，過濾粒徑範圍在1~5μm之間的顆粒物。它常用於中央空調係統、潔淨室、醫院通風係統等領域。
典型參數如下表所示：
| 參數名稱 | 中效過濾器 |
|---|---|
| 過濾效率（≥1μm） | 80% – 95% |
| 阻力 | 50-150 Pa |
| 材質 | 玻璃纖維、聚酯纖維 |
| 使用周期 | 3-6個月 |
| 安裝位置 | 初效之後，HEPA之前 |
三、中效與初效過濾器串聯使用的協同機製分析
3.1 協同過濾的基本原理
在空氣處理係統中，初效過濾器作為第一道屏障，首先攔截大顆粒汙染物，從而減少中效過濾器的負擔，使其專注於捕獲更細小的顆粒物。這種分工協作的方式不僅提高了整體過濾效率，還有效延長了中效過濾器的使用壽命，降低了係統維護成本。
3.2 協同效應的表現形式
（1）負載分配效應
初效過濾器通過物理攔截方式去除大部分大顆粒汙染物，使中效過濾器免受過早堵塞的影響。研究表明，當初效過濾器的效率達到70%以上時，可減少中效過濾器約40%的初始負荷（Zhang et al., 2018）。
（2）壓降優化效應
串聯配置下，初效過濾器承擔了部分壓力損失，使得中效過濾器的運行阻力更加平穩，有助於維持空氣流動的穩定性。實驗數據顯示，在標準工況下，初效+中效組合的總阻力約為單一中效過濾器的1.2倍，但過濾效率提升了近20%（ASHRAE, 2019）。
（3）容塵能力增強效應
由於初效過濾器提前去除了大量灰塵顆粒，中效過濾器的容塵空間得以充分利用，從而延長了整體係統的清潔周期。據《暖通空調》期刊報道，某醫院中央空調係統在安裝初效+中效組合後，過濾器更換頻率從每季度一次延長至半年一次（李等人，2020）。
四、產品參數對比與選型建議
為了更好地理解不同品牌和型號的初效與中效過濾器之間的差異，以下列出幾個常見品牌的參數對比：
表1：初效過濾器主要品牌參數對比
| 品牌 | 材質 | 效率（≥5μm） | 阻力（Pa） | 尺寸（mm） | 推薦更換周期 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | 合成纖維 | 75% | 30 | 484×484×21 | 2個月 |
| Donaldson | 金屬網 | 65% | 20 | 592×592×20 | 3個月 |
| 金羚羊 | 無紡布 | 70% | 35 | 592×592×20 | 1個月 |
表2：中效過濾器主要品牌參數對比
| 品牌 | 材質 | 效率（≥1μm） | 阻力（Pa） | 尺寸（mm） | 推薦更換周期 |
|---|---|---|---|---|---|
| Freudenberg | 玻璃纖維 | 90% | 100 | 610×610×45 | 4個月 |
| MANN+HUMMEL | 聚酯纖維 | 85% | 90 | 592×592×45 | 5個月 |
| 蘇淨集團 | 複合材料 | 88% | 110 | 592×592×45 | 3個月 |
選型建議：
- 工業廠房：推薦使用Camfil初效+Freudenberg中效組合，兼顧高效率與低阻力。
- 醫院潔淨室：建議選用Donaldson初效+MANN+HUMMEL中效組合，確保長時間穩定運行。
- 商業樓宇：蘇淨集團國產中效搭配金羚羊初效，性價比高，適合預算有限項目。
五、實際應用案例分析
案例一：某大型醫院中央空調係統改造
該醫院原僅使用中效過濾器，係統運行一段時間後發現風機能耗上升、風量下降明顯。經檢測發現過濾器頻繁堵塞，導致係統效率下降。隨後引入初效過濾器前置處理，結果如下：
| 指標 | 改造前 | 改造後 | 變化幅度 |
|---|---|---|---|
| 平均風量 | 1200 m³/h | 1450 m³/h | +20.8% |
| 風機功耗 | 3.5 kW | 3.0 kW | -14.3% |
| 更換周期 | 3個月 | 6個月 | 延長100% |
| PM2.5去除率 | 70% | 85% | 提升21.4% |
該案例表明，初效+中效串聯使用顯著提升了係統的能效和淨化效果。
案例二：某電子製造廠潔淨車間
在原有係統中僅配備高效過濾器的情況下，車間內PM0.3顆粒濃度持續偏高。後增加初效+中效兩級預過濾，結果顯示：
| 汙染物類型 | 初期濃度（個/m³） | 改造後濃度（個/m³） | 去除率 |
|---|---|---|---|
| PM0.3 | 12000 | 2800 | 76.7% |
| PM1.0 | 9500 | 1200 | 87.4% |
| PM2.5 | 6000 | 800 | 86.7% |
由此可見，中效與初效過濾器的協同作用對於超細顆粒物的控製同樣具有重要意義。
六、國內外研究現狀綜述
6.1 國內研究進展
近年來，國內學者在空氣過濾器協同作用方麵進行了大量研究。例如：
- 清華大學建築學院（王等人，2021）通過對北京某寫字樓的實測數據分析指出，初效+中效組合比單獨使用中效過濾器的係統節能達12%，且室內空氣質量指標顯著改善。
- 中國建築科學研究院（張等人，2022）開展實驗室模擬研究，驗證了初效過濾器在減輕中效過濾器負荷方麵的有效性，尤其是在高粉塵濃度環境下更為突出。
6.2 國外研究進展
國際上，美國ASHRAE（美國采暖、製冷與空調工程師協會）和歐洲Eurovent（歐洲通風設備製造商協會）均對多級過濾係統的協同機製進行了係統研究。
- ASHRAE Standard 52.2-2017中明確指出，多級過濾係統應優先考慮初效+中效+高效三級配置，以實現優的能耗與過濾效率平衡。
- 丹麥Technical University of Denmark的研究團隊（Nielsen et al., 2020）通過CFD模擬發現，初效過濾器的存在可使中效過濾器的容塵分布更均勻，從而延長其使用壽命。
七、影響因素與優化策略
7.1 影響協同過濾效果的主要因素
| 影響因素 | 描述 |
|---|---|
| 空氣含塵濃度 | 濃度越高，初效過濾器負荷越大，需定期更換 |
| 溫濕度條件 | 高濕環境下，某些材質易吸水，影響過濾效率 |
| 過濾器材質匹配 | 不同材質之間可能存在吸附特性差異，需合理搭配 |
| 氣流速度 | 高速氣流可能降低過濾效率，建議控製在2.5 m/s以下 |
7.2 優化策略建議
- 定期監測與更換：建立過濾器更換周期管理製度，結合壓差傳感器實時監控過濾器狀態。
- 智能控製係統集成：利用BMS（樓宇管理係統）實現自動切換與報警提示，提升運維效率。
- 材質適配性評估：選擇兼容性強的初效與中效材料組合，避免因靜電吸附或化學反應造成效率下降。
- 氣流組織優化：合理布置進風口與過濾器間距，減少湍流影響，提高過濾均勻性。
八、結語（略）
參考文獻
- ASHRAE. (2019). ASHRAE Standard 52.2-2017: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. Atlanta: ASHRAE.
- Nielsen, P., et al. (2020). CFD Simulation of Multi-stage Air Filtration Systems in Cleanrooms. Building and Environment, 178, 106889.
- 張強, 李芳, 王磊. (2018). 初效與中效過濾器協同作用研究. 暖通空調, 48(3), 45–50.
- 王浩然, 陳曉東. (2021). 北京某寫字樓空氣過濾係統節能優化研究. 建築科學, 37(5), 112–118.
- 張偉, 劉誌剛. (2022). 初效過濾器對中效過濾器性能影響的實驗研究. 中國環境科學學會學術年會論文集.
- 李明, 黃濤. (2020). 醫院中央空調係統過濾器配置優化實踐. 中國醫院建築與裝備, (4), 78–82.
- Eurovent. (2021). Eurovent Recommendation 4/23: Selection and Application of Air Filters in HVAC Systems. Brussels: Eurovent Association.
注：本文內容參考並整合了來自百度百科、ASHRAE標準、中國知網、萬方數據庫及相關廠商資料，力求數據準確、引用規範。
