袋式中效空氣過濾器在中央空調係統節能運行中的影響研究 引言 隨著建築能耗在全球能源消耗中的比重不斷上升，中央空調係統的節能運行成為建築設計與運維管理的重要課題。作為中央空調係統的重要組成部...
袋式中效空氣過濾器在中央空調係統節能運行中的影響研究
引言
隨著建築能耗在全球能源消耗中的比重不斷上升，中央空調係統的節能運行成為建築設計與運維管理的重要課題。作為中央空調係統的重要組成部分，空氣過濾器不僅承擔著保障室內空氣質量的任務，還對係統的能效、運行成本及設備壽命產生深遠影響。其中，袋式中效空氣過濾器因其良好的過濾效率和較低的阻力特性，在商業和工業建築中得到了廣泛應用。
近年來，國內外學者圍繞空氣過濾器在中央空調係統中的節能潛力進行了大量研究。研究表明，選擇合適的空氣過濾器不僅可以有效降低風機能耗，還能延長設備使用壽命，減少維護頻率，從而實現整體係統的節能目標。本文將從袋式中適空氣過濾器的基本原理出發，結合其產品參數、性能特點以及在中央空調係統中的實際應用，探討其在節能運行中的作用，並通過文獻綜述和案例分析，深入剖析其在不同工況下的節能效果。
一、袋式中效空氣過濾器概述
1.1 定義與分類
根據《GB/T 14295-2008 空氣過濾器》國家標準，空氣過濾器按效率等級可分為初效（G級）、中效（F級）和高效（H級）。其中，袋式中效空氣過濾器屬於F級過濾器，主要用於去除空氣中粒徑在1～5 μm之間的顆粒物，適用於中央空調係統的中級淨化環節。
常見的袋式中效過濾器按照結構形式可分為：單袋式、多袋式；按濾材種類可分為：無紡布、玻璃纖維、合成纖維等。
1.2 工作原理
袋式中效過濾器采用深層過濾原理，利用多個濾袋增加過濾麵積，提高容塵量和過濾效率。其工作流程如下：
- 進風階段：空氣進入過濾器腔體；
- 過濾階段：空氣穿午夜福利一区二区三区，粉塵被攔截在濾材表麵或內部；
- 出風階段：潔淨空氣通過出口排出。
由於袋式結構的設計，該類過濾器具有較大的比表麵積，能夠有效降低單位麵積上的氣流速度，從而減少壓降損失，提升整體能效。
二、袋式中效空氣過濾器的產品參數與性能指標
為了更全麵地評估袋式中效空氣過濾器在中央空調係統中的節能潛力，有必要對其關鍵性能參數進行詳細分析。以下表格列出了典型袋式中效空氣過濾器的主要技術參數：
| 參數名稱 | 單位 | 典型範圍 | 標準要求 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力 | Pa | 80~150 | ≤150 |
| 過濾效率（Arrestance） | % | 65%~90% | ≥65%（F5級） |
| 容塵量 | g/m² | 300~800 | – |
| 麵速 | m/s | 2.0~3.5 | – |
| 濾材類型 | – | 合成纖維、玻纖複合材料 | GB/T 14295-2008 |
| 使用溫度 | ℃ | -10~70 | – |
| 使用濕度 | RH% | ≤95% | – |
| 壽命 | 小時 | 3000~6000 | 取決於環境條件 |
注： 表格數據來源於《暖通空調設計手冊》（中國建築工業出版社，2018年）及Camfil公司技術資料（2022）。
此外，美國ASHRAE標準（ASHRAE 52.2-2017）也對中效空氣過濾器的測試方法和分級體係進行了規範，進一步明確了其在不同應用場景下的適用性。
三、袋式中效空氣過濾器在中央空調係統中的作用機製
3.1 對風機能耗的影響
中央空調係統中，風機是主要耗能部件之一。空氣過濾器的阻力直接影響風機的運行功率。初始阻力低且終阻力增長緩慢的袋式中效過濾器，有助於維持風機在一個較低的能耗水平上運行。
研究表明，當空氣過濾器的阻力每增加100Pa，風機功耗將增加約5%~10%（Liu et al., 2020）。因此，合理選用阻力較低的袋式中效過濾器，可顯著降低係統運行能耗。
3.2 對換熱器效率的影響
空氣中的灰塵和顆粒物沉積在換熱器表麵會降低其傳熱效率，增加壓縮機負荷，進而導致整體製冷效率下降。使用高效的中效過濾器可有效減少這類汙染物的侵入，延長換熱器清潔周期，提升製冷效率。
據清華大學暖通實驗室實驗數據顯示，未使用中效過濾器的係統，其換熱器在運行半年後傳熱係數下降達18%，而配備F7級袋式中效過濾器的係統僅下降6%（Wang et al., 2019）。
3.3 對室內空氣質量（IAQ）的影響
袋式中效空氣過濾器可有效去除PM2.5、花粉、細菌孢子等有害顆粒物，改善室內空氣質量。良好的IAQ不僅能提升人員舒適度，也有助於降低病態建築綜合症（SBS）的發生率。
根據WHO發布的《室內空氣質量指南》，建議公共場所PM2.5濃度應控製在35 µg/m³以下。而配備中效過濾器的中央空調係統可將PM2.5去除率達到80%以上（WHO, 2021）。
四、袋式中效空氣過濾器的節能效益分析
4.1 節能模型構建
為量化袋式中效空氣過濾器的節能效益，可建立如下簡化模型：
$$
Delta E = frac{Q cdot Delta P}{eta}
$$
其中：
- $Delta E$：節能效益（kWh）
- $Q$：空氣流量（m³/s）
- $Delta P$：過濾器前後壓差變化（Pa）
- $eta$：風機效率（通常取0.7）
以某辦公大樓為例，假設係統風量為10,000 m³/h，初始壓差為100Pa，更換為新型低阻袋式中效過濾器後壓差降至80Pa，則節能量計算如下：
$$
Delta E = frac{(10000/3600) cdot (100-80)}{0.7} ≈ 7.94 text{kWh/h}
$$
若係統每天運行10小時，年運行300天，則年節約電能約為2382 kWh。
4.2 經濟性分析
引入生命周期成本法（Life Cycle Costing, LCC），考慮設備購置成本、運行成本、維護成本等因素，可以更全麵地評估袋式中效過濾器的經濟價值。
| 成本項目 | 單價（元） | 年用量 | 年成本（元） |
|---|---|---|---|
| 初期購置費用 | 800 | 50套 | 40,000 |
| 年電費支出 | – | – | 23,820（按0.8元/kWh） |
| 清潔維護費用 | – | – | 5,000 |
| 總計 | – | – | 68,820 |
數據來源：某大型商場中央空調係統改造報告（2022年）
可見，雖然初期投入較高，但由於運行和維護成本的顯著降低，袋式中效過濾器在長期使用中具備明顯的經濟優勢。
五、國內外相關研究成果綜述
5.1 國內研究現狀
國內關於空氣過濾器在中央空調節能方麵的研究起步較晚，但近年來發展迅速。以下是一些代表性研究成果：
- 劉誌宏等（2020） 在《暖通空調》期刊發表論文指出，中效過濾器的合理選型可使中央空調係統節能率達8%~12%。
- 王晨光（2021） 對北京某寫字樓進行實證研究發現，使用F7級袋式中效過濾器後，係統年節電量達2.4萬度，投資回收期僅為1.5年。
- 李偉（2019） 在《建築節能》雜誌中提出，中效過濾器配合智能控製係統可實現動態調節，進一步提升節能效果。
5.2 國外研究進展
國外在空氣過濾器節能領域的研究較為成熟，尤其以歐洲和北美地區為代表。
- ASHRAE Research Project RP-1638（2018） 明確指出，中效過濾器的壓降控製對係統節能至關重要，推薦采用多袋式結構以延長更換周期。
- Camfil（2021） 發布的白皮書中提到，其BlueAir係列中效過濾器在歐洲多個醫院項目中實現平均節能15%以上。
- 丹麥技術大學（DTU）研究團隊（2020） 建立了基於CFD模擬的過濾器阻力預測模型，優化了袋式結構設計，使得壓降降低12%。
六、袋式中效空氣過濾器的應用案例分析
6.1 上海浦東國際機場T2航站樓
上海浦東機場T2航站樓中央空調係統采用了F7級袋式中效過濾器，係統總風量為1.2×10⁶ m³/h，運行壓力穩定在120Pa以內。運行數據顯示，相比傳統板式中效過濾器，年節電超過30萬度，同時減少了換熱器清洗頻次，提升了係統穩定性。
6.2 北京金融街某寫字樓
該項目采用模塊化組合袋式中效過濾器，配置自動壓差監測係統。運行兩年後，係統能耗降低10.5%，過濾器更換周期延長至18個月，維護成本下降約30%。
七、結論與展望
盡管本文未設結語章節，但從上述分析可以看出，袋式中效空氣過濾器在中央空調係統節能運行中扮演著不可替代的角色。其優良的過濾性能、較低的運行阻力以及較長的使用壽命，使其成為現代建築節能改造中的優選產品。未來，隨著智能傳感、物聯網等技術的發展，袋式中效空氣過濾器有望實現更加精細化的運行管理，推動中央空調係統向更高能效、更低成本的方向發展。
參考文獻
- Liu Zhihong, Zhang Wei. Energy-saving Analysis of Medium Efficiency Air Filters in Central Air Conditioning Systems. Journal of HVAC, 2020(5): 45-52.
- Wang Chenguang. Case Study on Energy Saving of Bag-type Medium Efficiency Filters in Office Buildings. Building Energy Conservation, 2021(3): 67-73.
- Li Wei. Application of Intelligent Control in Air Filtration Systems. Journal of Architectural Energy Efficiency, 2019(4): 89-95.
- ASHRAE. ASHRAE Standard 52.2-2017: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. Atlanta: ASHRAE, 2017.
- Camfil AB. Technical White Paper: BlueAir Medium Efficiency Filter Series. Stockholm: Camfil, 2021.
- DTU Technical University of Denmark. CFD Simulation and Optimization of Bag Filters in HVAC Systems. DTU Report No. 2020-08.
- World Health Organization. Indoor Air Quality Guidelines – Particulate Matter. Geneva: WHO, 2021.
- 國家標準《GB/T 14295-2008 空氣過濾器》. 北京：國家標準化管理委員會，2008.
- 中國建築工業出版社. 暖通空調設計手冊（第三版）. 北京：中國建築工業出版社，2018.
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