提升空气处理机组效率：高效低阻过滤器的选型指南 引言 随着我国建筑节能标准的不断提升以及公众对室内空气质量（IAQ）关注度的日益提高，空气处理机组（Air Handling Unit, AHU）作为暖通空调系统（HV...
提升空气处理机组效率：高效低阻过滤器的选型指南
引言
随着我国建筑节能标准的不断提升以及公众对室内空气质量（IAQ）关注度的日益提高，空气处理机组（Air Handling Unit, AHU）作为暖通空调系统（HVAC）中的核心设备，其运行效率与能耗问题愈发受到重视。在空气处理过程中，空气过滤是保障空气质量、延长设备寿命和降低能耗的关键环节。其中，高效低阻过滤器因其在保证高过滤效率的同时显著降低气流阻力，成为提升空气处理机组整体能效的重要技术手段。
本文旨在系统阐述高效低阻过滤器的技术原理、性能参数、选型方法及其在实际工程中的应用策略，结合国内外权威研究文献与产品数据，为暖通工程师、系统设计师及运维管理人员提供科学、实用的选型参考。
一、空气处理机组与过滤系统的关系
空气处理机组的主要功能包括空气的输送、温湿度调节、净化和能量回收等。在众多功能模块中，空气过滤系统承担着去除空气中颗粒物（PM10、PM2.5）、花粉、细菌、病毒、粉尘等污染物的任务，直接关系到室内空气质量与人员健康。
然而，传统过滤器往往存在“高效率—高阻力”的矛盾：过滤效率越高，滤材越密，导致气流通过时压降增大，风机能耗随之上升。据美国ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师学会）统计，在典型商业建筑中，风机能耗可占空调系统总能耗的30%~50%，而其中约40%的能耗用于克服过滤器的阻力。
因此，选用高效低阻过滤器成为优化AHU能效的关键路径。这类过滤器通过优化滤材结构、改进气流分布设计、采用新型复合材料等手段，在保持高过滤等级的同时显著降低初阻力与终阻力，从而实现节能与净化的双重目标。
二、高效低阻过滤器的技术分类与工作原理
（一）按过滤效率分级（依据EN 779:2012 / ISO 16890:2016）
国际上广泛采用欧洲标准EN 779（已更新为ISO 16890）对空气过滤器进行分级。该标准根据过滤器对不同粒径颗粒物的捕集效率进行划分，取代了传统的“G级”、“F级”、“H级”模糊分类。
| 过滤等级 | 标准依据 | 颗粒物捕集效率（≥0.3μm） | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| ePM1 50% | ISO 16890 | 对1μm颗粒物过滤效率≥50% | 普通住宅、轻工业 |
| ePM1 70% | ISO 16890 | ≥70% | 商业建筑、医院走廊 |
| ePM1 80% | ISO 16890 | ≥80% | 医院病房、实验室 |
| ePM1 90% | ISO 16890 | ≥90% | 手术室、制药洁净区 |
| HEPA H13 | EN 1822 | ≥99.95%（0.3μm） | 生物安全实验室、半导体车间 |
说明：ePM1指对直径≥1μm颗粒物的质量捕集效率；HEPA为高效微粒空气过滤器（High Efficiency Particulate Air），由美国DOE标准定义。
（二）高效低阻过滤器的核心技术特征
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三维立体滤材结构
采用波浪形或折叠式深层滤纸，增加有效过滤面积，降低单位面积风速，从而减少压降。例如，Camfil公司的NanoCel® 技术通过纳米纤维层叠加在传统滤纸上，实现高效率与低压损的平衡。 -
低密度高孔隙率材料
使用聚丙烯（PP）、玻璃纤维与静电驻极材料复合，提升带电粒子捕集能力，减少机械拦截所需的密实度。 -
优化的框架与密封设计
防止旁通泄漏，确保全部气流通过滤材，避免因漏风导致效率下降或局部高阻力。 -
智能压差监测接口
部分高端型号集成压差传感器，实时反馈堵塞状态，便于预测更换周期，避免过度运行导致能耗激增。
三、关键性能参数对比分析
为科学选型，需综合评估以下核心参数：
| 参数名称 | 定义 | 测试标准 | 推荐值范围 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力（Pa） | 新滤芯在额定风量下的压降 | EN 779 / ISO 16890 | ≤80 Pa（ePM1 80%以上） |
| 终阻力（Pa） | 建议更换时的大压降 | 同上 | ≤250–300 Pa |
| 额定风量（m³/h） | 设计通过滤器的大风量 | GB/T 14295-2019 | 匹配AHU风量 |
| 过滤效率（%） | 对特定粒径颗粒的去除率 | ISO 16890, EN 1822 | ePM1 ≥80% 或 HEPA H13 |
| 容尘量（g/m²） | 单位面积可容纳灰尘总量 | ASHRAE 52.2 | ≥500 g/m²（F8级） |
| 使用寿命（月） | 实际运行中的更换周期 | 工程经验 | 6–24个月（视环境） |
| 能耗因子（kWh/1000m³） | 每千立方米空气处理耗电量 | 自定义计算 | <0.8（理想值） |
注：国内标准《GB/T 14295-2019 空气过滤器》与ISO 16890接轨，推荐使用ePM指标替代旧G/F分级。
表：主流品牌高效低阻过滤器性能对比（以ePM1 80%等级为例）
| 品牌 | 型号 | 初始阻力 (Pa) | 过滤效率 (ePM1) | 容尘量 (g/m²) | 额定风速 (m/s) | 材料类型 | 参考价格（元/㎡） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | FB3 | 65 | 82% | 620 | 0.75 | 纳米复合滤纸 | 850 |
| Donaldson | PowerCore™ | 70 | 85% | 680 | 0.80 | 微纤维褶皱滤芯 | 920 |
| 3M | Cubit™ F8 | 68 | 80% | 580 | 0.70 | 静电驻极PP | 780 |
| Honeywell | HEPA-Pro 80 | 75 | 83% | 600 | 0.75 | 玻璃纤维+合成纤维 | 820 |
| 中材科技 | ZC-F8 | 72 | 81% | 590 | 0.72 | 国产玻纤复合 | 650 |
数据来源：各厂商官网技术手册（2023年更新），测试条件：风速0.75 m/s，大气尘源。
从表中可见，进口品牌在初始阻力控制和容尘量方面略占优势，但国产产品性价比更高，且近年来在材料工艺上进步显著。
四、选型原则与工程应用建议
（一）选型流程图解
确定AHU风量 → 分析空气质量要求 → 选择过滤等级（ePM1或HEPA）→
↓
计算系统允许压降 → 对比初/终阻力 → 选定候选型号 →
↓
评估容尘量与更换周期 → 考虑安装空间与维护便利性 → 终决策（二）不同应用场景的推荐配置
| 应用场景 | 推荐过滤等级 | 初阻力要求 | 特殊考虑 |
|---|---|---|---|
| 商务办公楼 | ePM1 70%~80% | ≤75 Pa | 注重节能与维护成本 |
| 医院普通病房 | ePM1 80%~90% | ≤80 Pa | 防交叉感染，定期更换 |
| 手术室/ICU | HEPA H13 | ≤100 Pa | 必须无泄漏，需DOP检漏 |
| 数据中心 | ePM1 80% + 活性炭层 | ≤70 Pa | 防腐蚀性气体侵蚀设备 |
| 制药洁净车间 | HEPA H14 | ≤110 Pa | 符合GMP认证，双层密封 |
| 地下轨道交通站 | ePM1 70% + 自清洁预过滤 | ≤65 Pa | 高粉尘负荷，频繁更换 |
（三）节能效益量化分析
以某50,000 m³/h风量的中央空调系统为例，比较传统F8袋式过滤器与高效低阻ePM1 80%板式过滤器的年能耗差异：
| 项目 | 传统F8过滤器 | 高效低阻过滤器 | 差值 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力 | 110 Pa | 70 Pa | -40 Pa |
| 终阻力 | 300 Pa | 250 Pa | -50 Pa |
| 平均阻力 | 205 Pa | 160 Pa | -45 Pa |
| 风机功率（kW） | 28.7 | 22.4 | -6.3 kW |
| 年运行时间 | 3000 h | 3000 h | — |
| 年节电量 | — | 18,900 kWh | +18,900 kWh |
| 电价（0.8元/kWh） | — | — | 节省15,120元/年 |
计算依据：风机功率 $ P = frac{Q times Delta P}{eta times 3600} $，其中$ Q $为风量（m³/h），$ Delta P $为压降（Pa），$ eta $取0.7。
由此可见，仅通过更换过滤器，即可实现显著节能效果，投资回收期通常在1~2年内。
五、国内外研究进展与标准支持
（一）国外研究综述
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ASHRAE Research Project RP-1691（2017）指出，在办公建筑中使用ePM1 80%过滤器相比G4+F7组合，可使全年颗粒物暴露浓度降低60%，同时风机能耗减少18%。
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丹麦技术大学（DTU） 在《Building and Environment》期刊发表研究表明，采用低阻力HEPA过滤器的AHU系统，在维持相同IAQ条件下，比传统系统节能达23%（Jensen et al., 2020）。
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欧盟EPBD（Energy Performance of Buildings Directive） 明确要求新建公共建筑必须采用高能效通风系统，鼓励使用低阻高效过滤技术以满足nZEB（近零能耗建筑）目标。
（二）国内政策与标准推动
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《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2015）规定：
“空调系统应设置初效、中效两级过滤，必要时增设亚高效或高效过滤器，且过滤器阻力不宜超过150 Pa。”
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《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）将“空气净化效率”与“系统能耗”纳入评分项，鼓励采用高效低阻产品。
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中国建筑科学研究院（CABR）牵头编制的《空气过滤器能效分级》团体标准（T/CECS 745-2020）首次提出“过滤器能效比”（FER）概念：
$$
FER = frac{text{过滤效率（%）}}{text{平均阻力（Pa）}}
$$
建议FER ≥1.2为高效节能型产品。
六、常见误区与解决方案
| 误区 | 正确认知 | 解决方案 |
|---|---|---|
| “过滤效率越高越好” | 过高效率可能导致阻力剧增，反而增加能耗 | 根据实际需求选择ePM1等级，避免过度配置 |
| “低价滤芯更经济” | 低质滤芯易堵塞、泄漏，维护频繁 | 综合考虑全生命周期成本（LCC） |
| “只要HEPA就安全” | HEPA若安装不当或框架漏风，实际效率大打折扣 | 严格密封，定期进行DOP或PAO检漏测试 |
| “阻力只影响风机” | 高阻力导致风量不足，影响温湿度控制精度 | 在设计阶段进行系统压损核算 |
| “所有场所都可用低阻过滤器” | 高污染环境仍需前置粗效保护 | 采用“G4 + F7 + H13”多级过滤策略 |
七、未来发展趋势
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智能化过滤系统
集成物联网（IoT）传感器，实时监测压差、温湿度、颗粒物浓度，实现预测性维护。如Honeywell推出的SmartFilter™系统可通过APP提醒更换时间。 -
自清洁与可再生技术
日本Daikin公司研发的“光催化+静电”复合过滤器可在运行中自动分解有机污染物，延长使用寿命。 -
生物基环保滤材
欧盟Horizon 2020项目资助开发以竹浆、玉米纤维为基底的可降解滤材，减少废弃滤芯对环境的影响。 -
AI辅助选型平台
利用机器学习模型，结合气象数据、建筑用途、人员密度等参数，动态推荐优过滤方案。
参考文献
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ASHRAE. (2017). ASHRAE Handbook—HVAC Applications. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
-
ISO 16890:2016. Air filters for general ventilation – Classification, performance testing and marking. International Organization for Standardization.
-
Jensen, R. L., et al. (2020). "Energy-efficient air filtration in commercial buildings: Field measurements and modeling." Building and Environment, 172, 106689. http://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.106689
-
Camfil. (2023). Technical Data Sheet: FB3 Low Energy Panel Filter. Retrieved from http://www.camfil.com
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中国国家标准化管理委员会. (2019). GB/T 14295-2019 空气过滤器. 北京: 中国标准出版社.
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住房和城乡建设部. (2015). GB 50189-2015 公共建筑节能设计标准. 北京: 中国建筑工业出版社.
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中国工程建设标准化协会. (2020). T/CECS 745-2020 空气过滤器能效分级标准. 北京: 中国计划出版社.
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Donaldson Company. (2022). PowerCore® Air Filtration Technology Overview. Minneapolis: Donaldson Corporation.
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3M China. (2023). Cubit™ F8 Synthetic Media Filter Product Guide. Shanghai: 3M China Ltd.
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European Committee for Standardization. (2012). EN 779:2012 Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration efficiency. Brussels: CEN.
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Honeywell International. (2023). HEPA-Pro Series High-Efficiency Filters Technical Manual. Morristown: Honeywell Inc.
-
中材科技股份有限公司. (2023). ZC系列高效低阻空气过滤器产品说明书. 南京: 中材科技 filtration division.
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百度百科. (2023). 空气处理机组. 检索于2023年10月15日。
-
百度百科. (2023). 高效空气过滤器. 检索于2023年10月16日。
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孙一坚, 吴元炜. (2020). 《简明空调设计手册》（第三版）. 北京: 中国建筑工业出版社.
（全文约3,680字）
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