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技术文章
过滤材料详细介绍
2013-03-29
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。
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0.1mm(微米)的粒子主要作扩散运动,粒子越小,效率越高;大于0.5mm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。
 
 
 
 
 
2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。
 
 
◎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。*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。
  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。
◎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24倍。
 
终阻力建议值
效率规格 建议终阻力 Pa
G3(粗效) 100200
G4(初中效) 150250
F5F6(中效) 250300
F7F8(高中效) 300400
F9H11(亚高效) 400450
高效与超高效 400600
 
  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。
 
◎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。
 
◎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500Å之间,单位材料中微孔的总内表面积可高达7002300m2/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*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
 
 
名称解释
  
 
 
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。
  
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*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。
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。
 
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。
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0.3mmDOP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。
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),*易穿透粒径
测量过滤器对*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
Particle Efficiency,计数效率
  用粒子计数器测量的过滤器效率。
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。
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 DropDifferential PressureDP
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0.10.2mm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
VOCsVolatile 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
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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*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》*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
*高浓度极限(颗粒数/m3 近似对应
传统规格
0.1mm 0.2mm 0.3mm 0.5mm 1.0mm 5.0mm
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
ISO 7       352000 83200 2930 10000
ISO 8       3520000 832000 29300 100000
ISO 9       35200000 8320000 293000  
 
  电子工业和制药业是与洁净室关系*密切的两个行业。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。中国1998年版GMP规范中比前一版增加了个30万级。
中国GMP规定的洁净度
洁净级别 尘粒*大允许数/m3 微生物*大允许数 相当于
ISO分级
0.5mm 5mm   浮游菌/m3   沉降菌/
100 3500 0 5 1 ISO5
1000 35000   300   50 3 ISO6
10000 350000   3000   100 3 ISO7
100000 3500000 30000 500 10 ISO8
300000 10000,000   90000   15  
 
 
 
    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 F5F7 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 G3F5 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*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 F7F8 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</
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