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            過濾器

            探討空氣過濾器的科學更換標準

            發表時間:2018-05-08 15:43:20瀏覽量:

             如果一個潔凈系統已經建成并投入正常使用,那么以上參數中,q、t和η是完全確定不變的參數,這時系統能耗只和系統阻力的大小成正比。而整個系統中,只有過濾器的阻力是處在不斷的變化之中。因此,有效降低過濾器的阻力是降低整個潔凈空調系統使用費用的最佳途徑,而過濾器阻力由濾料阻力和結構阻力構成,選用濾料阻力低的和有效過濾面積大的過濾器是降低系統使用費用的唯一途徑!

            所謂空氣過濾實際上包括兩個方面:灰塵過濾和分子過濾,前者指的是從空氣中把灰塵過濾出來,而后者則是分離有害的氣體分子,本文主要討論前者。

            1 我們周圍空氣中的灰塵
            早在二十世紀初期,科學家們就開始研究大氣中灰塵直徑與數量之間的關系。他們大量地在城市、鄉村、高山、大海上空、沙漠、工業區以及道路邊等地進行空氣取樣,用統計學的方法分析其中所含灰塵的直徑與數量之間的關系,得出了如下的對應關系:對于大氣中直徑≤1μm的灰塵來說,可以清楚地得出如下結論:在重量上,只占到了灰塵總重量的30%,但在數量上,占到了灰塵總數量的99.9%。
            因此,對于灰塵過濾器來說,使用的根本目的是要濾除空氣中數量占大部分直徑≤1μm的小灰塵。
            2 灰塵過濾的基本原理
            對使用過的空氣過濾器用掃描電鏡進行電鏡分析,可以非常清楚地看到如下圖像(圖1)。實際上,從中可以輕易地得出如下結論:

            圖1 空氣過濾器在掃描電鏡下的圖像(1)空氣過濾是深層過濾,不存在表面過濾的現象。
            (2)在過濾材料中有很多纖維,基本上纖維越細數量愈多,對灰塵的吸附效果越好。
            當人們進一步地對空氣過濾進行分析時,就對過濾機理效應越發清晰起來:
            (1)擴散效應:小于 1mm的灰塵粒子不隨氣流運動,而是因空氣分子的撞擊做無規則運動,稱為“布朗擴散運動”。如果撞在過濾器纖維上就被捕獲。粒子越小,擴散運動越劇烈,撞擊纖維的機會越多,過濾效果越好。
            (2)攔截效應:小而輕的灰塵粒子隨氣流而運動,當繞過纖維時,離纖維表面太近的灰塵就會被攔截下來。
            (3)慣性效應:較大的灰塵粒子在氣流中做慣性運動。當氣流繞過纖維時,慣性大的粒子來不及繞過而直接撞到纖維上。灰塵越大,慣性力越強,撞擊纖維的可能性越大,過濾效果越好。
            (4)篩效應:灰塵直徑如果大于纖維之間的間隙,就會被攔住。一般來說,灰塵直徑遠小于纖維間隙,也就是說,篩效應很少發生。
            對于任意一個高效空氣過濾器來說,在通過額定風量的情況下,總是可以找到一種當量直徑的灰塵最容易穿過這個過濾器,這個點就叫做最易穿透粒徑點,簡稱MPPS點。目前應用最廣泛的歐盟標準EN1822就是通過檢測MPPS點的效率來標稱高效過濾器效率的。
            3 怎樣降低使用空氣過濾的總體費用
            在沒有正確了解空氣過濾的機理效應之前,很多人員以為如果對初中效過濾器用水進行沖洗,反復使用這些過濾器可以節省使用費用,果真如此嗎?
            從嚴格意義上,按照潔凈廠房使用單位的角度來說,甲方需要購買的并不是空氣過濾器,而是需要潔凈的空氣用以滿足生產的條件。因此,我們必須從潔凈空氣的角度去計算總體費用才是一個比較完整的衡量使用費用的方法。
            在歐洲關于如何節約潔凈廠房的總體使用費用的研究已經比較成熟,而且也有了一套比較完整的計算方法—LCC方法(Life Cycle Cost),以下是對一個實際潔凈空調系統進行儀器測試的費用表格。
            總費用中電費是最大的一塊,因此要降低整體費用,最好的辦法就是想法設法減少電費支出。
            而我們很清楚,耗電量的計算公式如下:

            E=q×P×tη×1000
            其中:E=風機能耗(KWH度/年);
            q=風量(m3/s);
            P=系統阻力或風機全壓(Pa);
            t=運行時間(小時/年);
            η=風機運行效率。

            4 科學確定更換過濾器的時間
            首先我們來分析這么一個觀點:當過濾器終阻力達到初阻力的2倍時,應當更換過濾器,這個觀點正確嗎?
            當然,可以先假設這是正確的。這時我們假定有2個一模一樣的過濾器,用在不同風量的2個系統中(當然還是要假定其他條件如灰塵濃度等還是一樣)。初始使用的時候,通過風量大的過濾器Fd有一個初阻力△Pd,通過風量小的過濾器Fx有一個初阻力△Px,可以肯定的是:△Pd>△Px。按照以上觀點,Fd過濾器可以使用到阻力為2*△Pd時才更換,而過濾器Fx只能使用到阻力為2*△Px時就要更換。
            這顯然就是一個巨大的浪費!通過風量小的過濾器使用壽命從實際角度來講,也要比風量大的過濾器使用壽命長很多。
            更換過濾器真正的理由是:
            (1)過濾器阻力太大,系統無法正常送風。
            (2)過濾器效率下降,影響過濾效果或潔凈室內潔凈度。
            因此,不漏的前提下,過濾器上下游壓差是判斷是否更換過濾器的科學標準。
            參考文獻
            [1]中華人民共和國國家標準,GB/T 6165-2008[S].
            [2]環境科學技術學會污染控制分會.推薦規范034.2[S].
            [3]歐洲環境標準委員會EN1822 高效過濾器性能及測試[S].

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