空气洁净技术讲稿(PPT 64页)

尘量g/m2，为一个额定值。过滤器阻力随积尘量变化的情况近
似直线关系。
4.6 过滤器的设计效率
实际为粒径计数效率之间的换算。过去沿用美国联邦标准
习惯，用≥0.5μm的微粒的多少衡量洁净室级别，相应效率也 用对≥0.5μm的标定计算时就方便，而高效过滤器的效率主要是 DOP法或油雾法测定，是以0.3μm的单分散相微粒来测量的，用 于计算洁净室时要换算成设计条件下的效率。许钟麟先生由测 试结果回归出一个反映高效过滤器粒径与穿透率关系的公式
程 H 23.86K 1.106 1.481K T 2.519 0.1555K T 2.290 2（4-30）
为过滤器工作过程的阻力与风量及运行时间的关系，
当达到终阻力时，如H=2H0为常数，风量已知时K为常 数，将T解出即为过滤器寿命T0，其解为下式，该公式 是根据实测结果回归得到的应该有一定的普遍意义。
4.2 面速和滤速
衡量过滤器通过风量的能力的两个指标，不同的过 滤器，两者之比差别很大。
面速：通过过滤器断面（迎风面）上的气流速度
Q F 3600
面速的大小影响整个过滤段的为面积的大小及过滤器 并联台数的多少。
滤速：滤料面积上通过的气流速度，单位：初效一般
m/s，其它cm/s，一般量级初效：m/s、中效：分米/s， 高、亚高效：cm/s。
N1 M 1 S 1 n Nr S1 r
（2）寿命和运行风量的关系
T0
P0
N1 103 Q0t
T1 Q0
P0一定y时，运行时间与运行风量成反比。T0 Q1
T1为当风量低于额定风量运行时，达到容尘量时所 用的时间更长（并不代表寿命），其寿命肯定增加。
但增加量不能是简单比例关系，因为容尘量的达到是
（1）高效过滤器串联效率 过滤器的效率与其对各粒径的分级效率的关系为：
1n1 2n2 nnn
其中n1…nn为各粒径的微粒的含量占全体微粒的比例；
η1 η2 … ηn 各粒径的分级效率。
若粒径的分级由小到大，一般情况下n1>n2>…>nn ，即小 粒径的微粒粒数多，粒数的比例大，而
η1 <η2< …<ηn ，对于串联的第二级高效过滤器， η1 η2 … ηn仍不变，但nn-1nn已不存在或极少，其效率变为
v Q 106 0.028 Q
f 104 3600
f cm/s
一般f>F，对于高效过滤器甚至为几十倍，因而u、v差 异甚大。
4.3 效率 效率、穿透率的概念。 分级效率与总效率的关系。
1n1 2n2 nnn
η1…ηn —各粒径分级效率；
n1…nn —各粒径微粒含量所占全体的比例。 4.1节给出部分效滤检测方法的效率值的对比，差异较 大，因此提到效率，必须说明是什么方法测得的效率。
F
Cd f
1 v2
a
2
Cd f v2
a
2
N/m
（4-10）
若滤料内纤维长度为L，则滤料所受力即为气流形成的
阻力FL。 设滤料厚为H，面积为S， 填充率α
L
HS
d
2 f
HS
d
2Leabharlann Baiduf
4
则单位面积上的阻力即我们习惯上称的阻力
P
FL S
F 4HS
Sd
2 f
4FH
d
2 f
（Pa）
将4-10代入得
P 2Cv 2 Ha d f
1n1 2n2 n2nn2
对与第二级过滤器， n1ˊ>> n1 ，所对应的粒径相当于最大 穿透粒径dmax，而其它粒径微粒的比例，由于高效过滤器的效
率高，一般n2ˊ< n2，n3ˊ<n3…,
而 n1ˊ+n2ˊ+nn-2ˊ=1
两式相比
一、二两级的过滤效率究竟能差别多大，表4-6给出一实际 计算例子，按教材的计算结果，第二级的效率比第一级下降了 0.041%，而穿透率确由0.045%升高到0.086%，增加近一倍。 从串联的第二级开始效率已接近过滤器对最大穿透粒径的过滤 效率，到第三级几乎仅剩dmax粒径微粒，其效率与第二级几乎 相同，若再串联多级，从第二级以后，效率相同，对于空气洁
亚高效过滤器
90-99.9
高效过滤器
≥99.91
阻力（Pa）
≤30 ≤100 ≤150 ≤250
两种分类各有优点，国外的测试用粒子统一，便于 比较，而我国的则可以分类看出不同过滤器的作用：
粗效：主要过滤≥5μm的粒子并有效除去≥10μm的微 粒及异物，在净化系统中作用第一级过滤器，在普通 空调中用作过滤设备。
K2
K1 e d / d0.3 2
K1为0.3μm时穿透率，d0.3为0.3μm粒径； K2为>0.3μm某粒径的穿透率；
d为>0.3μm的某一粒径。
仅适用于高效过滤器。该公式与实测结果较吻合。
对于效率较低的过滤器范围也可进行换算。
0.5 0.1 0.3
0.5 0.1 0.3
效率值增加10%
与效率（穿透率）有关的一个指标称净化系数，为
穿透率的倒数，
Kc
1
K，表示经过滤器后微粒浓度降低
的程度，也说明过滤前后浓度相差的倍数。
4.4 阻力
过滤器初力主要由两部分组成：滤料阻力和结构 阻力，作为设备还有进出口阻力（很小），一般作为 定值附加阻力不作讨论。
（1）滤料阻力
纤维过滤器的阻力是由于气流通过纤维层时受到 纤维迎风面的阻挡而形成的，涉及到过滤速度和纤维 直 所径以，Re当很然小与，R一e有般关在，层由流于范d围f很，小我，们v很常小用，气c流m受量到级的， 阻力实际是压强单位Pa，分析时还得从受力开始，单 位长度的单根纤维当气流垂直流过时，这时其所受的 压力也就是对气流形成的阻力，为气流动压与迎风面 积的乘积再乘以阻力系数。
P2 Bu n
P P1 P2 Av Bu n
（4-18）
对不同的过滤器n值略有不同，1<n<2
若统一成v的表达式
P Cv m
（4-19）
C=3~10，m=1.1~1.36随过滤器而异。
说明：(1) v的单位仍带cm/s；(2) 初、中效不适用此式。
4.5 容尘量
与使用寿命有关，指过滤器达到终阻力时单位滤料面积的积
中 效 ： 主 要 有 效 过 滤 ≥ 1 μm 的 粒 子 ， 基 本 除 去 ≥10μm，放在初效过滤之后，大多数情况用于高效过 滤器的前级保护，现在普通空调在很多场合要求初中 效两级过滤。
高中效：过滤≥1μm，基本除掉≥5μm，可以用作一 般净化程度的净化系统的末端过滤，如口服中成药制 剂车间，也可作为高效过滤器的前级保护，作中间过 滤器，在一定程度可延长高效过滤器的寿命。
方法 DOP发 比色法 人工尘计重法
99.97
100
100
效 95
99
100
80—85 93—97
100
率 50—60 80—85
99
20—30 45—55
96
15—20 30—35
92
国外也有用统一的测试标准分类的
名称 粗效过滤器
计数效率（%） （对粒径为0.3μm的尘粒）
<20
中效过滤器
20-90
空气洁净技术
4. 空气过滤器的特性
在空气净化系统中，空气过滤器是核心设备，因而 有必要对其特性全面地了解。
4.1 空气净化系统中过滤器的作用和分类
表4-1是我国国家标准对过滤器进行分类，共分5档， 分别为粗、中、高中、亚高和高效，其中高效中又分 了ABCD4档，分类的指标基准为额定风量效率和阻力， 其中在注的一栏注明测试所用的气溶胶种类即用什么 方法测出的效率，那么如何判别其高低，一般讲DOP 法、钠焰法、油雾法和计数法（粒径为0.3μm）的效率 值基本上可比。
亚高效：可以单独使用作为洁净系统的末端过滤器， 可达的洁净级别为美国联邦标准209D(E)+万级，在此 环境可灌装输液剂等，对≥0.5μm有很高的效率，对细 菌的过滤效率基本为100%，也可设在高效过滤器之前， 进一步提高送风洁净度，其最大优点是效率很高，但 阻力增加不大。
高效过滤器：对≥0.3μm，甚至≥0.1μm的粒子有极高 的效率，配合恰当的气流组织可达到现代工业所需的 任何洁净环境，超净、无菌，对≥0.1μm在99.99%，有 人称绝对过滤器。
（Pa）
△P与v、H、 α、及df有关，与Cˊ有关，而Cˊ本身 可能与纤维排列方式， α、纤维表面形状及Re有关，
需用实验方法确定具体值。经实验和理论推导得出具
体表达式
120vH m2
P
d 2f 0.58
Pa （4-15）
为纤维断面形状系数，
纤维断面积 纤维断面外接圆面积
m2为实验指数，与纤维材料有关。 实际上每种纤维滤料的阻力值都是实测的，理论计算 影响因素太多，与实测有出入。
公式 1 1112 1n 能用，仍用表4-6算例中的
粒径分布，0.3μm占46%，0.4μm占20%，≥0.5μm占 34%，η0.3=0.4，η0.4=0.47, η≥0.5=0.54，可算得第一、二 级η一=0.46 ，η二=0.458。但对于计重效率，总串联效 率公式不适用，以两级为例，第二级效率会下降很大， 因大于等于0.5μm的微粒的总重占到99%，而≥5μm的 占80%，若用串联公式η2需用新粒微分布情况下的效 率值。
（2）过滤器全阻力
由滤料的阻力公式可看出，阻力与滤速成正比。在滤速较低范 围内呈直线关系，所以滤料阻力可写为
P1 Av
（4-16）
测滤料阻力与测过滤器阻力发现的问题：差值。结构阻力计为
△P2 ，阻力肯定与空气流速相对应，滤料对应的为滤速v，而 隔板形成的通道（结构因素）对应的是面速u。
因而 过滤器总阻力
用终阻力来判断的，我们曾在介绍过滤器全阻力时给
出公式 H P Cv m
m=1.1~1.36，也可写成，
H P CQm
实际为初阻力与风量的关系，终阻力肯定也是类似的 形式，即过滤器阻力与风量的m次方成正比，m≥1， 当在部分风量下运行时，过滤器达到了容尘量值g/m2，
但其阻力还未达到终阻力。这时仍能继续使用一段时 间，直到阻力达到终阻力值为止。
4.8 使用期限
（1）过滤器的寿命
过滤器使用寿命，特别是高效过滤器由于造价较高，
其使用寿命的长短直接关系到空调净化系统的运行、 维护费用。
正常使用的过滤器其使用寿命是由积尘量决定的，
达到容尘量时即到达使用期限。而积尘量是不易在运 行中测得，是靠过滤器前后阻力即压差的变化来反映。 一般情况下，当过滤器的终阻力等于初阻力的2倍时， 即阻力增加了1倍时，即达到额定容尘量，过滤器使用 寿命结束。
4.7 过滤器的串联效率
在过滤器串联后总效率的计算
1 1 1 1 2 1 n
若两个相同型号的过滤器串联运行时，由于它们过滤
的粉尘的粒径不同，η1和η2是不同的，η2<η1 ，而
影响纤维过滤器效率的因素中占第一位的是微粒尺寸 的影响，其中引入一个最大穿透粒径dmax，dmax的存在 使过滤器对微粒的过滤有选择性，当用相同的过滤器 串联过滤多分散微粒时，气流经过第一道过滤器，大 部分微粒被捕集，穿过的主要是dmax粒径的微粒，穿 透率分母很大，即第一道过滤器的穿透率较低，对于 第二道过滤器，所处理的主要是dmax粒径的微粒，因 而穿透率的分母较小，其穿透率要比第一道过滤器大， 我们要讨论两个相同过滤器串联，第二级的效率到底 比第一级下降多少
当过滤器前空气含尘浓度用N1mg/m3表示，过滤器效
率为η，额定处理风量为Q0m3/h，每天运行t小时，则
一天积尘量为： P1 N1 103 Q0t
g/d
达到容尘量P0所需的时间T0即为使用寿命
T0
P0
N1 103 Q0t
（天）
（4-24）
一般情况过滤器特别是中效以上的过滤器所处理的 空气都是室外新风与室内回风的混合空气，当大气含 尘浓度为M ，室内洁净级别以及新回风的比例已知， 过滤器前的浓度N1可计算
净工程，由于两级高效过滤器串联后效率已经很高，而第二级
过滤效率下降的影响又很小，所以多级过滤器串联总效率的公
式能用，但我们应知道第二级过滤器效率略有下降这一实际情 况。
（2）中效过滤器串联效率
由于中效过滤器对小粒径微粒的过滤效率较低，而小
粒径的微粒个数在大气尘中占绝大多数，如大气尘中 ≤0.5μm的微粒数占到91.68%，对计数效率而言，对小 微粒的过滤效率决定其总效率，因而串联后第二级中 效过滤器的效率与第一级差别很小，可以认为不变，
用K表示运行风量与额定风量之比，据日本学者的 实测结果，而当K=0.5，即为额定风量一半时，达到终 阻力的运行时数为额定风量下运行时数的3.4倍。公式 4-26~4-29为根据实测曲线拟合的方程，其中4-27中的常 数项应为23.86，是过滤器的初阻力值。
利用4个公式，将K值的影响作为一参数得出一综合方