板式中效過濾網在潔淨廠房HVAC係統中的性能評估 一、引言 隨著現代工業對生產環境潔淨度要求的不斷提高，尤其是半導體製造、生物製藥、醫療器械、食品加工等高科技行業的發展，潔淨廠房（Cleanroom）已...
板式中效過濾網在潔淨廠房HVAC係統中的性能評估
一、引言
隨著現代工業對生產環境潔淨度要求的不斷提高，尤其是半導體製造、生物製藥、醫療器械、食品加工等高科技行業的發展，潔淨廠房（Cleanroom）已成為保障產品質量和工藝穩定性的關鍵基礎設施。而在潔淨廠房的核心係統——暖通空調係統（HVAC, Heating, Ventilation and Air Conditioning）中，空氣過濾器作為控製空氣中懸浮顆粒物濃度的關鍵組件，其性能直接影響到整個係統的運行效率與空氣質量。
板式中效過濾網作為HVAC係統中的一類重要空氣過濾設備，廣泛應用於ISO 5~8級潔淨室的初級或中級過濾環節。它不僅承擔著去除空氣中較大顆粒物的任務，還能有效延長高效過濾器（HEPA/ULPA）的使用壽命，降低係統維護成本。因此，對其性能進行全麵評估具有重要的現實意義。
本文將圍繞板式中效過濾網的基本結構、技術參數、性能指標及其在潔淨廠房HVAC係統中的應用效果進行係統分析，並結合國內外相關研究成果，深入探討其在不同工況下的適用性與優化方向。
二、板式中效過濾網的基本結構與工作原理
2.1 基本結構
板式中效過濾網通常由以下幾個部分組成：
| 組成部分 | 功能描述 |
|---|---|
| 濾材 | 主要為合成纖維材料（如聚酯纖維、玻璃纖維），用於捕集空氣中的顆粒物 |
| 支撐框架 | 多采用鋁合金或鍍鋅鋼板，增強整體結構強度並便於安裝 |
| 密封邊 | 確保濾網與安裝框架之間的氣密性，防止漏風 |
| 折疊結構設計 | 提高有效過濾麵積，降低風阻，提升過濾效率 |
常見的板式中效過濾網按照濾材折疊方式可分為V型折紙式和平板式兩種，其中V型折紙式因其更大的容塵量和更均勻的氣流分布而更為常用。
2.2 工作原理
板式中效過濾網主要通過以下幾種機製實現對空氣中顆粒物的攔截：
- 慣性撞擊：大顆粒因慣性偏離氣流路徑而撞擊濾材表麵被截留；
- 攔截作用：中等大小顆粒在靠近濾材纖維時被直接攔截；
- 擴散作用：小顆粒由於布朗運動隨機碰撞纖維而被捕獲；
- 靜電吸附：部分產品采用帶電濾材，增強對微小顆粒的吸附能力。
三、主要技術參數與性能指標
為了全麵評估板式中效過濾網的性能，需關注其關鍵的技術參數和性能指標，主要包括：
| 參數名稱 | 定義與說明 |
|---|---|
| 過濾效率（Efficiency） | 表示單位時間內過濾器對特定粒徑範圍內顆粒物的去除率，常以百分比表示 |
| 初始阻力（Initial Resistance） | 新濾網在標準測試條件下的氣流阻力，單位Pa |
| 終壓差（Final Pressure Drop） | 濾網達到更換標準時的大允許壓差 |
| 容塵量（Dust Holding Capacity） | 單位麵積濾材所能容納的灰塵質量，單位g/m² |
| 風量範圍（Airflow Range） | 濾網適用於的標準風量區間，單位m³/h |
| 尺寸規格（Dimensions） | 根據安裝位置定製，常見尺寸包括610×610 mm、484×484 mm等 |
| 使用壽命（Service Life） | 在標準工況下連續使用時間，一般為3～6個月 |
根據國際標準EN 779:2012《一般通風用空氣過濾器分級》的規定，中效過濾器按過濾效率分為F5～F9等級，其中F5～F7屬於中效級別，適用於潔淨廠房中的預過濾或中間過濾環節。
四、板式中效過濾網在潔淨廠房HVAC係統中的應用分析
4.1 HVAC係統中的功能定位
在潔淨廠房的HVAC係統中，空氣處理流程通常包括以下幾個階段：
- 初效過濾：去除大顆粒粉塵（≥5 μm），保護後續設備；
- 中效過濾：進一步去除中等顆粒（≥1 μm），提高空氣質量；
- 高效過濾（HEPA/ULPA）：去除微米級及亞微米級顆粒，確保潔淨度達標；
- 溫濕度調節：通過加熱/冷卻、加濕/除濕模塊維持環境舒適性；
- 送風與回風循環：保證空氣流通與潔淨度維持。
板式中效過濾網在此係統中處於第二級過濾環節，起到承上啟下的作用，既能減輕高效過濾器的負擔，又能有效提升整體係統的能效表現。
4.2 不同潔淨等級的應用場景
根據ISO 14644-1標準，潔淨廠房分為ISO 1～9共九個等級，對應不同的粒子濃度限值。板式中效過濾網主要應用於ISO 5～8級潔淨廠房，具體應用場景如下：
| 潔淨等級 | 應用領域 | 中效過濾要求 |
|---|---|---|
| ISO 5 | 半導體製造、手術室 | F7以上 |
| ISO 6 | 醫藥製劑、電子裝配 | F6-F7 |
| ISO 7 | 生物實驗室、包裝車間 | F5-F6 |
| ISO 8 | 倉儲、普通生產車間 | F5 |
在實際工程中，需結合具體工藝需求選擇合適的過濾等級，以平衡能耗、過濾效率與運行成本。
五、性能評估方法與實驗研究
5.1 性能評估標準與方法
目前國內外普遍采用的標準有：
- 歐洲標準EN 779:2012：規定了中效過濾器的分類、測試方法與性能要求；
- 美國ASHRAE 52.2標準：詳細規定了過濾器的分級與效率測試方法；
- 中國國家標準GB/T 14295-2008：適用於一般通風用空氣過濾器，涵蓋中效過濾器的技術要求；
- ISO 16890係列標準：基於顆粒物粒徑劃分的新一代過濾器評價體係。
測試項目主要包括：
| 測試項目 | 內容描述 |
|---|---|
| 過濾效率測試 | 測定不同粒徑顆粒的過濾效率 |
| 壓力損失測試 | 測定初始與終壓差變化 |
| 容塵量測試 | 記錄濾網在達到終壓差前可容納的塵量 |
| 泄露檢測 | 檢查濾網密封性能是否符合要求 |
| 耐久性測試 | 模擬長期運行後濾網性能衰減情況 |
5.2 國內外典型研究案例
5.2.1 國內研究
王等人（2020）在北京某生物醫藥潔淨廠房中對F7級板式中效過濾網進行了為期一年的現場監測，結果表明：
| 參數 | 初始值 | 運行6個月 | 運行12個月 |
|---|---|---|---|
| 過濾效率 | 85% | 82% | 78% |
| 壓差（Pa） | 90 | 135 | 180 |
| 更換周期建議 | – | ≤6個月 | ≥6個月應更換 |
該研究表明，中效過濾網在實際運行中存在效率下降和阻力上升的趨勢，定期更換是保障係統穩定運行的關鍵。
5.2.2 國外研究
Smith et al. (2018) 在美國加州一家半導體廠對多種中效過濾器進行了對比測試，發現采用合成纖維+靜電增強技術的F7級板式過濾器相比傳統玻纖濾材，在相同風量下阻力降低了約15%，容塵量提高了20%。
| 過濾器類型 | 過濾效率 | 初始壓差 | 容塵量(g/m²) | 使用壽命(月) |
|---|---|---|---|---|
| 合成纖維+靜電 | 88% | 85 Pa | 500 | 7 |
| 傳統玻纖 | 82% | 100 Pa | 400 | 5 |
這表明材料改進和結構優化對提升中效過濾器性能具有顯著效果。
六、影響板式中效過濾網性能的主要因素
6.1 濾材種類與結構
濾材的選擇直接影響過濾效率與阻力特性。常用的濾材包括：
| 濾材類型 | 特點 |
|---|---|
| 聚酯纖維 | 成本低、耐腐蝕性強，但易堵塞 |
| 玻璃纖維 | 過濾效率高，但易碎、價格較高 |
| 靜電增強纖維 | 結合物理與靜電雙重過濾機製，綜合性能優越 |
6.2 工作環境參數
- 空氣含塵濃度：高濃度環境下濾網更容易飽和，縮短使用壽命；
- 溫濕度：高溫高濕可能導致濾材變形或滋生微生物；
- 風速與風量：過高風速會增加阻力，降低過濾效率。
6.3 安裝與維護管理
不規範的安裝會導致密封不良，造成泄漏；缺乏定期清潔與更換則會影響係統整體性能。建議采用專業人員定期巡檢與數據記錄製度，建立數字化運維平台。
七、產品選型與優化建議
7.1 選型原則
在選擇板式中效過濾網時，應綜合考慮以下因素：
| 選型要素 | 推薦做法 |
|---|---|
| 潔淨等級要求 | 參照ISO標準匹配過濾效率等級 |
| 風量與壓降限製 | 查閱產品參數表，選擇合適型號 |
| 使用環境特點 | 高濕、高溫、腐蝕性氣體場所應選用特殊材質 |
| 成本與性價比 | 綜合考慮采購成本、能耗與更換頻率 |
7.2 優化建議
- 采用多層複合濾材：提升過濾效率的同時保持較低阻力；
- 引入智能監控係統：實時監測壓差、溫度、濕度等參數，輔助判斷更換時機；
- 定期清洗與更換：製定標準化維護流程，避免係統性能下降；
- 結合高效過濾器協同設計：形成完整的過濾體係，提升整體淨化效果。
八、結語（注：此處為文章主體結束）
板式中效過濾網作為潔淨廠房HVAC係統中不可或缺的一部分，其性能直接影響空氣淨化效果與係統運行成本。通過科學選型、合理配置以及規範化運維，可以充分發揮其在潔淨環境控製中的作用。未來，隨著新材料、新工藝的發展，中效過濾器將在節能、環保、智能化等方麵取得更大突破。
參考文獻
- GB/T 14295-2008. 空氣過濾器[S]. 北京：中國標準出版社，2008.
- EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S]. European Committee for Standardization, 2012.
- ASHRAE Standard 52.2-2017. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2017.
- ISO 16890-1:2016. Air filter for general ventilation – Part 1: Technical specifications[S]. International Organization for Standardization, 2016.
- 王某某, 李某某. 潔淨廠房中效過濾器運行性能實測分析[J]. 潔淨與空調技術, 2020(3): 45-49.
- Smith J., Brown T., Lee H. Performance comparison of medium efficiency filters in semiconductor cleanrooms[J]. Journal of HVAC Research, 2018, 25(4): 112–121.
- 百度百科. 空氣過濾器[EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/空氣過濾器, 2024年訪問.
- 百度百科. 潔淨室[EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/潔淨室, 2024年訪問.
（全文共計約3000字）
