空气过滤器的理论和实际应用【原创】

中国计量学院2012 ~ 2013学年第2学期

《热工基础》课程作业：文献综述

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题目：空气过滤器的理论和实际应用

一、引言

在现代生产生活中，人们会用到许多种过滤器。在过滤器的帮助下，可以实现更高的生产效率，满足生活中不同的需求。在这其中，空气过滤器可以说是最常见不过，住宅、办公楼、车辆、工厂、医院等，这些都是它大放异彩的舞台。今天我们将对空气过滤器进行一次全面的认识，在此，我们会了解到空气过滤器的工作原理、功能特点等。以完善对空气过滤器的认识，熟悉它的特点，为了在日后的生产生活实践中实际运用空气过滤器提供理论基础支持。

二、正文

1 空气过滤器发展

空气过滤器的原型是人们为保护呼吸而使用的呼吸保护器具。此外, 空气过滤器在耐高温、耐腐蚀以及防水、防菌等方面也取很大的进展,满足了一些特殊的需求。

2 空气过滤器的应用

随着环境污染的日益严重和人们环境意识的加强,空气质量已成为全世界关注的焦点.现在人们认识到空气过滤系统不仅要保护机械设备,还要保护人。因此,空气过滤的应用范围越来越广泛。空气过滤的最大应用是住宅楼,其次是商业和工业建筑。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;激光外科手术应用;HV AC系统(供暖、通风和空调系统);恒温室;计算机打印机;工作室空气过滤系统;空调器等。

2.1 住宅市场。随着居室内空气质量的日益恶劣和人们环境意识的不断加强, 空气过滤系统在住宅的应用是有前途的,存在着潜在的巨大市场。

2.2 办公楼应用。要求改善办公室空气质量的推动力是先进的办公设备的广泛应用。

2.3 生产工厂。不同工厂对空气质量的要求差别很大。装有排烟罩和污染控制设备的工厂需要补充大量的空气,如果这些工厂所在地区环境空气受到污染, 那么在将补充的空气分布到工作场所之前必须先进行过滤。

2.4 医院。卫生行业是一个很庞大而特殊的行业, 它对空气的洁净度要求也很高。通常, 对医院空气的最低要求用效率为30% 的预滤器和效率为90% 的终滤器结合使用进行过滤。

2.5 食品加工。食品工业对于空气过滤设备来说, 正在成为一个不断扩大的市场。为保持食品的新鲜口味, 用消毒来消除污染的方法已逐渐不被使用。这使得消除与产品相关的空气污染更加重要。国家规定、保险意识和公众关注正促使肉加工者、奶制品生产者及其它食品生产者更新他们的空气过滤系统。

3空气过滤器工作原理

3.1 碰撞并粘住。空气中的尘埃粒子，或岁气流作惯性运动，或作无规则布朗运动，或受某种场力的作用而移动。当运动中的粒子撞到其它物体，物体表面间存在的范德瓦尔斯力使它们粘在一起。

3.2 纤维过滤材料。非均匀排布的纤维材料具有以下特点：既有效地拦截尘埃粒子，又不对气流形成过大的阻力。

3.3 惯性原理和扩散原理。大颗粒粉尘在气流中作惯性运动。气流遇障绕行，粉尘因惯性偏离气流方向并撞到障碍物上。粒子越大，惯性力越强。小颗粒粉尘作无规则的布朗运动。由于研究无规则运动时使用扩散理论，因此有扩散原理一说。粉尘越小，无规则运动越剧烈。

3.4 过滤器的阻力。纤维时气流绕行，产生微小阻力。被捕捉的粉尘对气流产生附加阻力，使用中的过滤器的阻力会逐渐增加。

3.5 静电作用。静电使粉尘改变运动轨迹并撞向障碍物；静电力使粉尘在介质上粘得更牢固。

3.6 化学过滤原理。对活性炭进行化学预处理，以增强它们对特定污染物的清楚能力。活性炭依靠范德瓦耳斯力“抓住”气体分子，而后材料上的化学成分与污染物发生反应，生成固体成分或无害气体。

4 空气过滤器性能测试与标准

4.1 测试方法简介

4.1.1 钠焰法。钠焰法的尘源是单分散相氯化钠盐雾，使用光度计测量过滤器前后加氢气燃烧产生的黄色火焰的亮度来测定效率。一定浓度的盐水雾化后经干燥形成微小的盐雾并进入测试系统。在过滤器前后分别采样，含盐雾气使氢气的火焰颜色变亮，亮度增加。以火焰的亮度来判断空气的盐雾浓度，以确定过滤器对盐雾的过滤效率。

4.1.2 油雾法。油雾法的测试尘源为油雾，是在规定的检测条件下，将经过充分混合均匀的油雾气溶胶通过被测过滤器，采用浊度计法测量过滤器前后的油雾浓度，两者比值的百分数为被测过滤器的透过率。

4.1.3 DOP法。DOP法有热发生和冷发生，热发生是将DOP加热成蒸汽，并在特定条件下冷凝成液滴，去掉过大或过小的液滴剩下0.3μm左右的微粒。冷发生应用引射原理用压缩空气将DOP溶液从Laskin喷管喷出产生0.8μm左右的微粒。

4.1.4 荧光法。荧光法的测试尘源为喷雾器产生的荧光素钠粉尘。测试方法是首先在过滤器前后采样，然后用水溶解采样滤纸上的荧光素钠，再测量含荧光素钠水溶液在特定条件下的荧光亮度，亮度反应粉尘的重量，由此计算出过滤器的过滤效率。

4.1.5 最易穿透粒径法（The Most Penetrating Particle Size，简记为MPPS）。实验中使用的尘源为Laskin喷嘴产生的多分散相液滴，或确定粒径的粉尘。利用激光粒子计数器或凝聚核计数器测量过滤器上下游的粒子浓度，从而决定其效率。

4.2 测试标准

过滤器效率、初阻力、容尘量是其最重要的三个性能参数，不同空气过滤器标准均是围绕这三个参数进行评价分级。但是不同国家、不同组织、协会根据本国国情采用的测试气溶胶和发尘尘源不同，其对应的测试方法和过滤效率性能评价体系也有所不同。表1 对中国GB/T14295-2008 标准、欧洲EN779-2011、美国标准ANSI/ASHRAE52.2-1999所采用的测试方法、尘源、效率评级方法等进行比较。

表1 不同空气过滤器测试标准比较

5 空气过滤器的选择

5.1过滤器的匹配。在洁净空调系统选择过滤器时，不但要注意效率匹配的问题，还要注意过滤器有效面积的问题，切忌为了节省投资或空间随意更换。这样都容易造成过滤器寿命降低、系统阻力增大、运行成本提高的问题。

5.2 选择合适的过滤器效率。在通风参数相同的情况下，过滤器的效率很大度上受微粒大小影响,设计选型时主要根据工艺要求和洁净室的级别选择。不同工艺要求决定了对高效过滤器的粒径要求及相应的效率，但是差别不大。

5.3 风速（风量）对过滤器的影响。空气过滤器的额定风量是过滤器在一定的滤速下，根据过滤器效率和阻力合理选择风量，所以在确定空气过滤器风量时，一般应按小于或等于额定风量选用，根据经验一般取额定风量的80%，使阻力降低，可使洁净空调系统的运行能耗下降，达到节能目的。

6 实用案例：机动车新型S型过滤器

6.1结构。S 型过滤器采用铝合金结构，芯子分离器的材料为防锈铝，表面阳极氧化或进行喷漆、喷塑处理，具有很高的耐腐蚀性。如图1。