F6袋式過濾器在HVAC係統中的顆粒物攔截效率分析 1. 引言 隨著城市化進程的加快與室內空氣質量（IAQ, Indoor Air Quality）問題日益受到關注，暖通空調係統（HVAC, Heating, Ventilation and Air Condit...
F6袋式過濾器在HVAC係統中的顆粒物攔截效率分析
1. 引言
隨著城市化進程的加快與室內空氣質量（IAQ, Indoor Air Quality）問題日益受到關注，暖通空調係統（HVAC, Heating, Ventilation and Air Conditioning）在現代建築中的作用愈發重要。作為HVAC係統中關鍵的空氣過濾組件，空氣過濾器承擔著去除空氣中懸浮顆粒物、保障室內空氣質量的重要職責。其中，F6袋式過濾器作為中效過濾器的典型代表，廣泛應用於商業樓宇、醫院、數據中心、製藥廠等對空氣潔淨度有一定要求的場所。
F6袋式過濾器依據歐洲標準EN 779:2012和現行的ISO 16890:2016進行分類，屬於中效過濾等級，在顆粒物攔截效率、容塵量、壓降特性等方麵具有良好的平衡性能。本文將圍繞F6袋式過濾器在HVAC係統中的顆粒物攔截效率展開係統分析，結合國內外權威文獻與實驗數據，深入探討其工作原理、性能參數、測試方法、應用環境及其在不同粒徑顆粒物上的過濾表現。
2. F6袋式過濾器的基本概念與分類
2.1 過濾器分類標準
空氣過濾器的分類主要依據國際標準進行，其中具代表性的是歐洲標準EN 779:2012（已被ISO 16890:2016取代）和美國ASHRAE 52.2標準。F6等級屬於舊EN 779標準下的中效過濾器類別。
| 標準體係 | 分類標準 | F6等級定義 |
|---|---|---|
| EN 779:2012 | 按計重效率與比色效率劃分 | 比色效率為60%~80% |
| ISO 16890:2016 | 按ePM10、ePM2.5、ePM1效率劃分 | 相當於ePM10效率65%~80% |
| ASHRAE 52.2 | MERV等級對應 | 約等於MERV 11-12 |
根據ISO 16890標準，F6過濾器主要針對粒徑大於0.3μm的顆粒物進行有效攔截，其ePM10（等效PM10過濾效率）通常在65%以上，ePM2.5效率約為50%-60%，而ePM1效率則在30%-45%之間（Zhang et al., 2020）。
2.2 袋式過濾器結構特點
F6袋式過濾器由多個褶皺狀濾袋組成，通常采用聚酯纖維或玻璃纖維為濾料，外框為鍍鋅鋼板或鋁合金，支撐骨架為金屬絲或塑料網。其“袋式”結構顯著增加了過濾麵積，從而在相同風量下降低麵風速，提升容塵能力和過濾效率。
3. F6袋式過濾器的主要技術參數
下表列出了典型F6袋式過濾器的關鍵技術參數，數據來源於國內主流製造商（如AAF、Camfil、蘇淨集團）的產品手冊及第三方檢測報告。
| 參數 | 典型值 | 說明 |
|---|---|---|
| 過濾等級 | F6（EN 779:2012） / ISO ePM10 65%-80% | 中效過濾 |
| 初始阻力 | 120-180 Pa | 在額定風量下測得 |
| 額定風量 | 1000-3000 m³/h（單袋） | 取決於尺寸與袋數 |
| 濾料材質 | 聚酯無紡布（PET）或玻纖複合材料 | 耐濕、抗撕裂 |
| 過濾麵積 | 5-12 m²（6袋式） | 增加麵積以降低壓降 |
| 容塵量 | ≥800 g | 標準ASHRAE Dust Spot測試 |
| 效率（比色法） | 60%-80% | 對ASHRAE標準粉塵 |
| ePM10效率 | 65%-80% | ISO 16890標準 |
| ePM2.5效率 | 50%-60% | 對2.5μm顆粒 |
| ePM1效率 | 30%-45% | 對1μm以下顆粒 |
| 使用壽命 | 6-12個月 | 視環境粉塵濃度而定 |
| 工作溫度 | -20℃ ~ 70℃ | 適用於大多數HVAC環境 |
| 框架材質 | 鍍鋅鋼/鋁合金 | 防腐蝕、結構穩定 |
表1：F6袋式過濾器典型技術參數
從表中可見，F6袋式過濾器在保持較低初始壓降的同時，具備較高的容塵能力和中等偏上的顆粒物攔截效率，適用於作為預過濾器後的第二級過濾，或在潔淨度要求不高的主過濾環節使用。
4. 顆粒物攔截機理分析
F6袋式過濾器對空氣中懸浮顆粒物的攔截依賴於多種物理機製，主要包括：
4.1 慣性碰撞（Inertial Impaction）
當氣流攜帶較大顆粒（>1μm）通過濾料纖維時，由於顆粒質量較大，無法隨氣流繞過纖維，從而撞擊並附著在纖維表麵。該機製在高流速和大顆粒條件下尤為顯著。
4.2 攔截效應（Interception）
顆粒隨氣流運動時，若其運動軌跡與纖維表麵距離小於顆粒半徑，則顆粒會被纖維“攔截”而被捕獲。該機製對0.3-1μm顆粒較為有效。
4.3 擴散沉積（Diffusion）
對於粒徑小於0.1μm的超細顆粒，布朗運動顯著，顆粒在隨機熱運動中與纖維接觸並沉積。該機製在低風速下更為明顯。
4.4 靜電吸附（Electrostatic Attraction）
部分F6過濾器采用駐極處理的濾料，使其帶有靜電荷，可增強對亞微米顆粒的吸附能力。研究表明，靜電增強可使PM2.5過濾效率提升15%-25%（Chen et al., 2019）。
4.5 篩分效應（Sieving）
當顆粒物尺寸大於濾料孔隙時，直接被阻擋。但在纖維級過濾中，篩分作用相對較小，因濾料孔隙遠大於典型顆粒。
5. 不同粒徑顆粒物的攔截效率測試
為評估F6袋式過濾器的實際性能，需在標準測試條件下測定其對不同粒徑顆粒的過濾效率。國際通用測試方法包括：
- DOP/PAO法：使用鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）或癸二酸二辛酯（DEHS）氣溶膠，測定0.3μm顆粒穿透率。
- 鈉焰法：中國國家標準GB/T 6165中規定的方法，適用於高效過濾器。
- 計數法（Particle Counting）：使用激光粒子計數器測量上下遊顆粒濃度，計算分級效率。
下表展示了某品牌F6袋式過濾器在實驗室條件下對不同粒徑顆粒的攔截效率（數據來源：中國建築科學研究院空調所，2022年測試報告）。
| 顆粒粒徑（μm） | 上遊濃度（#/L） | 下遊濃度（#/L） | 攔截效率（%） |
|---|---|---|---|
| 0.3 | 12,500 | 8,200 | 34.4 |
| 0.5 | 9,800 | 5,100 | 48.0 |
| 1.0 | 7,200 | 3,000 | 58.3 |
| 2.5 | 5,600 | 2,100 | 62.5 |
| 5.0 | 4,300 | 1,200 | 72.1 |
| 10.0 | 3,800 | 900 | 76.3 |
表2：F6袋式過濾器對不同粒徑顆粒的攔截效率
從表中可以看出，F6袋式過濾器對大顆粒（>5μm）的攔截效率超過70%，而對0.3μm顆粒的效率僅為34.4%，符合“U型效率曲線”特征——即對0.3μm左右顆粒的過濾效率低，該粒徑被稱為“易穿透粒徑”（MPPS, Most Penetrating Particle Size）。
這一現象與多種過濾機製的綜合作用有關：小顆粒主要靠擴散，大顆粒靠慣性，而0.3μm顆粒既不易擴散也不易慣性撞擊，因此難捕獲。
6. F6袋式過濾器在HVAC係統中的應用性能
6.1 在不同HVAC係統中的定位
F6袋式過濾器通常安裝在HVAC係統的中級過濾段，位於初效過濾器（如G4）之後，高效過濾器（如H13）之前。其主要功能包括：
- 延長高效過濾器壽命，減少更換頻率；
- 降低係統壓降波動，維持風量穩定；
- 有效去除花粉、灰塵、皮屑等常見室內顆粒物。
在醫院潔淨手術室中，F6常作為前置過濾器；在數據中心中，用於保護精密空調設備；在商業寫字樓中，提升室內PM2.5濃度達標率。
6.2 實際運行中的壓降變化
隨著運行時間增加，F6袋式過濾器表麵積聚灰塵，導致阻力上升。下圖（模擬數據）展示了某F6過濾器在連續運行180天內的壓降變化趨勢：
| 運行天數 | 累計容塵量（g） | 壓降（Pa） |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 150 |
| 30 | 120 | 180 |
| 60 | 250 | 220 |
| 90 | 380 | 270 |
| 120 | 520 | 330 |
| 150 | 680 | 410 |
| 180 | 800 | 500 |
表3：F6袋式過濾器運行過程中的壓降增長
當壓降達到500Pa時，建議更換過濾器，否則將顯著增加風機能耗。據清華大學建築節能研究中心（2021）研究，壓降每增加100Pa，係統能耗上升約8%-12%。
7. 國內外研究進展與對比分析
7.1 國內研究現狀
中國近年來在空氣過濾技術領域發展迅速。清華大學、同濟大學、中國建築科學研究院等機構開展了大量關於中效過濾器性能的研究。
張偉等（2020）在《暖通空調》期刊發表的研究指出，F6袋式過濾器在北京市典型辦公建築中可使室內PM2.5濃度降低40%-55%，尤其在霧霾天氣下效果顯著。研究還發現，濾料表麵粉塵堆積會改變局部氣流分布，導致效率下降10%-15%。
李強等（2021）通過現場實測發現，F6過濾器在相對濕度高於70%的環境中，聚酯濾料易吸濕結塊，導致壓降急劇上升，建議在高濕環境中改用玻纖濾料。
7.2 國外研究進展
歐美國家在空氣過濾標準與測試方法方麵更為成熟。美國ASHRAE Standard 52.2（2017）提出了MERV（Minimum Efficiency Reporting Value）評級體係，F6大致對應MERV 11-12。
美國環境保護署（EPA）在《Indoor Air Quality Tools for Schools》指南中建議，學校HVAC係統應至少采用MERV 13級過濾器以有效控製病毒氣溶膠傳播。然而，F6（MERV 11-12）仍被廣泛用於非醫療類公共建築。
歐洲方麵，德國弗勞恩霍夫建築物理研究所（Fraunhofer IBP）研究發現，F6袋式過濾器在去除室外大氣顆粒物（PM10）方麵效率可達75%以上，但對室內二次揚塵（如地毯纖維）的去除效果有限（Müller et al., 2018）。
8. 影響F6袋式過濾器效率的關鍵因素
8.1 麵風速
麵風速是影響過濾效率與壓降的核心參數。一般推薦F6袋式過濾器的麵風速控製在0.25-0.45 m/s之間。風速過高會降低顆粒停留時間，減少攔截機會；風速過低則導致設備體積增大，成本上升。
8.2 環境濕度
高濕度環境（RH > 70%）會導致濾料吸濕，纖維膨脹，孔隙減小，初期可能提高效率，但長期運行易引發黴變與壓降劇增。因此，在南方潮濕地區建議選用防潮處理濾料。
8.3 粉塵負荷
粉塵濃度直接影響過濾器壽命。在工業區或交通密集區，F6過濾器更換周期可能縮短至3-6個月；而在清潔辦公環境中，可達12個月以上。
8.4 安裝密封性
若過濾器安裝不嚴密，存在旁通泄漏，將顯著降低整體係統效率。研究表明，1%的泄漏麵積可導致係統整體效率下降20%以上（ASHRAE, 2019）。
9. F6袋式過濾器與其他過濾器的性能對比
下表對比了F6袋式過濾器與常見過濾器在關鍵性能指標上的差異。
| 過濾器類型 | 過濾等級 | ePM10效率 | 初始壓降（Pa） | 容塵量（g） | 典型應用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| G4初效過濾器 | G4 | ~30% | 50-80 | 300-500 | 預過濾，保護設備 |
| F6袋式過濾器 | F6 | 65%-80% | 120-180 | 800+ | 中效過濾，主過濾 |
| F8袋式過濾器 | F8 | 80%-90% | 180-250 | 1000+ | 高要求商業空間 |
| H13高效過濾器 | H13 | >99.95%（0.3μm） | 250-350 | 500-800 | 醫院、實驗室 |
| 靜電過濾器 | — | 40%-70%（PM2.5） | 30-60 | 可清洗 | 住宅HVAC |
表4：不同類型過濾器性能對比
從表中可見，F6袋式過濾器在效率、壓降、成本之間實現了良好平衡，是中等潔淨度需求場景下的理想選擇。
10. 標準與認證體係
F6袋式過濾器的性能評估需依據國際和國家標準進行測試與認證：
- ISO 16890:2016：新空氣過濾器分級標準，基於顆粒物質量效率劃分。
- EN 779:2012：已被替代，但仍廣泛引用。
- GB/T 14295-2019：中國《空氣過濾器》國家標準，規定了測試方法與性能要求。
- ASHRAE 52.2-2017：美國標準，采用MERV評級。
通過這些標準認證的產品，其性能數據更具可比性與可信度。
參考文獻
- 張偉, 王磊, 劉芳. F6中效過濾器在辦公建築中的PM2.5控製效果研究[J]. 暖通空調, 2020, 50(8): 45-50.
- Chen, X., Zhao, B., & Wu, Y. (2019). Effect of electrostatic enhancement on filtration efficiency of fibrous filters. Building and Environment, 152, 123-131.
- Müller, B., Dietrich, U., & Fechner, J. (2018). Performance of bag filters in HVAC systems under real-world conditions. Fraunhofer IBP Report, F-128/2018.
- ASHRAE. (2017). ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2017: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. Atlanta: ASHRAE.
- ISO. (2016). ISO 16890:2016: Air filters for general ventilation – Classification, performance testing and marking. Geneva: International Organization for Standardization.
- 中國建築科學研究院. (2022). 《HVAC係統中F6袋式過濾器性能測試報告》. 北京：建研院空調所.
- 李強, 陳明. 高濕環境下袋式過濾器性能衰減實驗研究[J]. 製冷與空調, 2021, 21(3): 67-72.
- EPA. (2020). Indoor Air Quality Tools for Schools Program. United States Environmental Protection Agency.
- GB/T 14295-2019. 空氣過濾器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2019.
- EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance. Brussels: CEN.
（全文約3,800字）
==========================
