空氣過濾器工作原理及應(yīng)用解析

空氣過濾器工作原理及應(yīng)用解析
空氣過濾常識
1、空氣的組成
其它氣體：
氦、氖等惰性氣體
水蒸氣
SO2、NOX、NH3、TVOC等有害氣體雜質(zhì)
大氣塵（氣溶膠）：
-火山灰
-海鹽粒子
-灰塵
-沙土
-花粉
-細(xì)菌、病毒。
空氣動力學(xué)直徑：0.01-100?m；
包括：纖維、固態(tài)粉塵、液滴、花粉等；又稱“總懸浮塵”（TotalSuspendingParticles），評價室外大氣環(huán)境等級的指標(biāo)之一。
氣體運動方式：氣體以分子（氣體分子<0.001?m）狀態(tài)存在，它們做無規(guī)則的自由擴(kuò)散運動-布朗運動。
哪些灰塵粒徑小于1?m？
油煙、香煙煙霧、金屬塵粒、碳黑、病毒和某些細(xì)菌
空氣中包括有害氣體和灰塵
大氣塵粒徑范圍：0.01-100?m
總數(shù)99.9%的灰塵小于1?m
大于1?m的灰塵重量占了總重量的70%
灰塵粒徑不同，運動方式不同
不同的地區(qū)和環(huán)境，灰塵濃度相差很大。
2.空氣過濾
灰塵過濾器
吸附型過濾器(活性炭)
3.灰塵過濾器
過濾機(jī)理效應(yīng)、過濾效率、阻力、使用壽命、容塵量
過濾機(jī)理效應(yīng)
擴(kuò)散效應(yīng)、攔截效應(yīng)、慣性效應(yīng)、篩效應(yīng)、靜電效應(yīng)
1）擴(kuò)散效應(yīng)
小于1?m的灰塵粒子不隨氣流運動，而是因空氣分子的撞擊做無規(guī)則運動，稱為“布朗擴(kuò)散運動”。如果撞在過濾器纖維上就被捕獲。粒子越小，擴(kuò)散運動越劇烈，撞擊纖維的機(jī)會越多，過濾效果越好。
2)攔截效應(yīng)
小而輕的灰塵粒子隨氣流而運動，當(dāng)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(yīng)
較大的灰塵粒子在氣流中做慣性運動。當(dāng)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(qiáng)，撞擊纖維的可能性越大，過濾效果越好。
4）篩效應(yīng)
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(yuǎn)小于纖維間隙，也就是說，篩效應(yīng)很少發(fā)生。
5）靜電效應(yīng)
兩種過濾器在城市大氣環(huán)境中的實際測試結(jié)果
采用帶有靜電的化纖濾料，可以提高初始效率。
一般來說，濾料的靜電是在生產(chǎn)過程中自然產(chǎn)生的；但是，就目前可行的技術(shù)而言，還無法使濾料長期保持靜電，當(dāng)在實際使用時，靜電會很快消失。只要采用纖維數(shù)量少、直徑粗的化纖濾料，您就無法得到與玻纖濾料過濾器同樣的長期的高效率。
濾料-效率
要使過濾器對小灰塵粒子效率高；
穿過濾料的風(fēng)速低=所用濾料面積大
濾料中含有數(shù)量多的細(xì)纖維
靜電(只對新過濾器)
過濾器結(jié)構(gòu)-阻力
空氣灰塵過濾器
幾種不同的過濾效應(yīng)同時起作用。
過濾器效率隨粒徑不同而變化，效率低點的稱為MPPS（易穿透粒徑），它隨濾料種類、過濾風(fēng)速而變化。
好的過濾器-纖維細(xì)、蓬松、濾料面積大。
4.吸附型過濾器
多種吸附材料：活性炭、活性氧化鋁、硅膠、沸石、“光觸媒”（納米級TiO2）...
在空氣凈化行業(yè)，目前常用的是活性炭。
為什么使用活性炭過濾器？去除空氣中的氣體污染物！
室內(nèi)氣體污染源、體臭（人、動物）、抽煙、建筑裝飾材料、室內(nèi)辦公和生活設(shè)備、生產(chǎn)工藝過程
室外空氣（汽車、燃燒、工業(yè)排放等）
通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備
什么是活性炭？
用有機(jī)含碳材料炭化、活化而成。發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，絕大部分孔徑<500A。(1A。=10-10m)；比表面積很大，可達(dá)1000-2000m?/g。
活性炭由哪些材料制成？
顆?；钚蕴浚阂瑲?、煤、木炭、木材、骨頭；
纖維活性炭：粘膠纖維、聚丙烯腈纖維、酚醛樹脂纖維、瀝青。
兩種吸附方式：
物理吸附：
化學(xué)吸附：
物理吸附的普遍性
物理吸附幾乎可以吸附任何氣體。
但對不同種類氣體，吸附效果不同。
一般來說：
分子量大的氣體易被吸附；
沸點高的氣體易被吸附；
非極性分子比極性分子易被吸附；
有機(jī)氣體比無機(jī)氣體易被吸附。
化學(xué)吸附的強(qiáng)選擇性
有時對活性炭進(jìn)行化學(xué)浸漬處理，以增加其對某種或某幾種氣體的吸附能力，這時發(fā)生的吸附稱為化學(xué)吸附。這種活性炭稱為浸漬活性炭。
不經(jīng)化學(xué)浸漬處理的活性炭稱為非浸漬活性炭。
不同吸附方式的應(yīng)用
物理吸附（非浸漬炭）
揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）
溶劑性氣體
異味
化學(xué)吸附（浸漬炭）
SO2、NOX、H2S等酸性腐蝕性氣體。
NH3等堿性氣體
甲醛（福爾馬林）
核放射性氣體
活性炭怎樣吸附氣體？
動態(tài)吸附過程-“吸附波”
哪些因素影響吸附性能？
活性炭種類
氣體濃度
氣體種類
活性炭量
使用風(fēng)量
滯留時間=活性炭體積/使用風(fēng)量
溫度、壓力、濕度
活性炭過濾器的選用
影響活性炭過濾器吸附效果和使用壽命的主要因素有：污染物的種類和濃度、氣流在過濾材料中的滯留時間、空氣的溫度和濕度。
實際選用時，要根據(jù)污染物種類、濃度和處理風(fēng)量等條件，確定過濾器形式和活性炭種類。
活性炭過濾器的上下游均應(yīng)有好的除塵過濾器，其效率規(guī)格應(yīng)不低于F7。上游過濾器防止灰塵堵塞活性炭材料；下游過濾器攔住活性炭本身的發(fā)塵。
主要應(yīng)用場合
民用建筑（辦公樓、家庭、機(jī)場等）
藥廠、醫(yī)院
半導(dǎo)體、微電子
實驗動物房
工業(yè)排風(fēng)等環(huán)保要求
圖書館、博物館等存放珍貴物品的場所
核電站
防毒面具
過濾器阻力
過濾器對氣流形成阻力。過濾器積灰，阻力增加，當(dāng)阻力增大到某一規(guī)定值時，過濾器報廢。
新過濾器的阻力稱“初阻力”；對應(yīng)過濾器報廢時的阻力值稱“終阻力”。
終阻力：終阻力的選擇直接關(guān)系到過濾器的使用壽命、系統(tǒng)風(fēng)量變化范圍、系統(tǒng)能耗。
大多數(shù)情況下，終阻力是初阻力的2～4倍。
終阻力建議值
效率規(guī)格
建議終阻力Pa
G3(粗效)
100～200
G4（初中效）
150～250
F5～F6（中效）
250～300
F7～F8（高中效）
300～400
F9～H11（亞高效）
400～450
高效與超高效
400～600
過濾器越臟，阻力增長越快。過高的終阻力值并不意味著過濾器的使用壽命會明顯延長，但它會使空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量銳減。因此，沒有必要將終阻力值定得過高。
低效率過濾器常使用直徑≥10mm的粗纖維濾料。由于纖維間空隙大，過大的阻力有可能將過濾器上的積灰吹散，此時，阻力不再增高，但過濾效率降為零。因此，要嚴(yán)格限制G4以下過濾器的終阻力值。
每個過濾段都應(yīng)安裝阻力監(jiān)測裝置。終阻力要靠儀表來判定，不能僅憑操作者的感覺。
容塵量
容塵量是在特定試驗條件下，過濾器容納特定試驗粉塵的重量。這里的“特定”是指：
a.標(biāo)準(zhǔn)試驗風(fēng)洞，以及相關(guān)試驗與測量設(shè)備；
b.比實際大氣粉塵顆粒大得多的標(biāo)準(zhǔn)“道路塵”；
c.委托方與試驗方商定、或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗方法與計算方法；
d.委托方與試驗方商定的終止試驗的條件。
容塵量與過濾器實際容納粉塵的重量沒有直接對應(yīng)關(guān)系，孤立的容塵量數(shù)據(jù)對用戶沒有任何意義。
可吸入顆粒物
空氣中的大顆粒粉塵被人的鼻腔阻攔，小顆粒粉塵可能隨氣流進(jìn)入氣管和肺部，這些粉塵被氣管和肺部的“巨噬細(xì)胞”吞食并消化，巨噬細(xì)胞吃不凈的那些細(xì)菌和病毒還會被白血球消滅掉。
人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以將大多數(shù)大于10mm的粉塵過濾掉，只有小于10mm的顆粒物才會隨氣流進(jìn)入氣管和肺部。因此，人們將“可吸入顆粒物”定義為“空氣中≤10mm的顆粒物”。
空氣中的全部粉塵量為“總懸浮顆粒物”，去掉10mm以上的顆粒物，剩下的就是“可吸入顆粒物”，技術(shù)上標(biāo)為TM10。我們經(jīng)常聽到的“可吸入顆粒物”就是這個TM10。如果將5mm以上的顆粒物去掉，剩下的“可吸入顆粒物”為TM5。
可吸入顆粒物與健康效應(yīng)
濃度mg/m3
健康效應(yīng)
總懸浮顆粒物
可吸入顆粒物
>0.29
>0.20
免疫功能改變的閾濃度，居民呼吸道疾病患病率開始增加。
0.21
0.15
居住區(qū)空氣日平均高允許濃度。
<0.16
<0.11
不引起小學(xué)生免疫功能改變的閾下濃度，不引起人群呼吸道患病率增加。
空氣過濾器種類
粗效過濾器
尼龍網(wǎng)空氣過濾器；
用途：空氣質(zhì)量要求不高的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，或周圍環(huán)境較惡劣，粉塵較高的場所作為初級預(yù)過濾。
特點：阻力小、易清洗、易維護(hù)。
鋁網(wǎng)板式空氣過濾器
用途：空氣質(zhì)量要求不高的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，或周圍環(huán)境較惡劣、粉塵、油脂較大的場所作為初級預(yù)過濾。
特點：耐用、容易清洗。
初效過濾器
初效空氣過濾器適用于空調(diào)系統(tǒng)的初級過濾，主要用于過濾5um以上塵埃粒子。初效過濾器有板式、折疊式、袋式三種樣式，外框材料有紙框、鋁框、鍍鋅板框，過濾材料有無紡布、尼龍網(wǎng)、活性碳濾材、金屬孔網(wǎng)等。
用途：一般通風(fēng)空氣處理設(shè)備中的過濾段或新風(fēng)系統(tǒng)的初級過濾。
特點：可自行更換濾料，紙框初效為一次性。
中效過濾器
中效過濾器廣泛適用于空調(diào)系統(tǒng)的中級過濾，主要用于過濾1-5um以上塵埃粒子，具有阻力小、風(fēng)量大的優(yōu)點。中效過濾器有袋式、框式和組合式、折疊式等。
用途：通風(fēng)系統(tǒng)的過濾。電子、制藥、機(jī)械儀表、冶金、石油、化工、輕工、食品等領(lǐng)域的一般空氣凈化。
特點：效率高、容塵量大、占用空間小。
袋式中效過濾器
用途：中央空調(diào)集中通風(fēng)系統(tǒng)，或作為高效過濾器的前置過濾器，它可以減輕高效過濾器的負(fù)擔(dān)，延長其使用壽命，也可用于工業(yè)領(lǐng)域的一般空氣凈化。
特點：阻力小、容塵量大。
亞高效過濾器
用途：各類潔凈工程以及有特殊要求的中央空調(diào)和工藝性送風(fēng)系統(tǒng)的未端過濾或潔凈室的過濾。
特點：容塵量大，過濾效率高，阻力低。
高效過濾器
高效過濾器主要用于過濾0.3UM以下的空氣懸浮顆粒，作為各種過濾系統(tǒng)的末端過濾。采用超細(xì)玻璃纖維濾紙、PP高效紙、以膠版紙、鋁箔板等材料折疊為分隔。密封膠密封。鍍鋅板、鋁合金型材、不銹鋼板為框。
PP紙：新型過濾材料，產(chǎn)品耐酸堿、耐腐蝕、熔點高、性能穩(wěn)定、無毒、無味、分布均勻，具有低阻、高效、高強(qiáng)度、環(huán)保特點。
用途：潔凈空調(diào)系統(tǒng)，高潔凈度環(huán)境。
空氣過濾器的運用
跟著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和大家環(huán)境認(rèn)識的加強(qiáng),空氣質(zhì)量已變成全國際注重的焦點。如今大家認(rèn)識到空氣過濾體系不只要維護(hù)機(jī)械設(shè)備,還要維護(hù)人。因而,空氣過濾的運用規(guī)模越來越廣泛。
空氣過濾的大運用是住所樓,其次是商業(yè)和工業(yè)修建。此外,過濾設(shè)備還常用行下列場合:潔凈室;復(fù)印設(shè)備;室內(nèi)空氣凈化器;麻醉氣體過濾設(shè)備;激光外科手術(shù)運用;HVAC體系(供暖、通風(fēng)和空調(diào)體系);恒溫室;計算機(jī)打印機(jī);作業(yè)室空氣過濾體系;空調(diào)器等。
2.1住所商場
在我國,住所絕大多數(shù)沒有空氣過濾體系,但我國的住所數(shù)量無窮,且每年以數(shù)百萬套的速度遞加。跟著居室內(nèi)空氣質(zhì)量的日益惡劣和大家環(huán)境認(rèn)識的不斷加強(qiáng),空氣過濾體系在住所的運用是有出路的,存在著潛在的無窮商場。
2.2辦公樓運用
需求改進(jìn)單位空氣質(zhì)量的推動力是領(lǐng)先的辦公設(shè)備的廣泛運用。計算機(jī)終端是發(fā)生臭氧和揮發(fā)性有機(jī)化合物的來歷。噴墨打印機(jī)是碳?xì)浠衔锖统粞醯膩須v。干法照相仿制機(jī)發(fā)生碳?xì)浠衔?、可吸入懸浮粒子和臭?傳真機(jī)發(fā)生臭氧和揮發(fā)性有機(jī)化合物;激光打印機(jī)發(fā)生碳?xì)浠衔?、臭氧和可吸入粒?等等。這些商品現(xiàn)已嚴(yán)重地污染了室內(nèi)環(huán)境,并給人身和辦公設(shè)備造成了必定的損害。
2.3室內(nèi)空氣凈化器
跟著修建規(guī)范的日益嚴(yán)厲,消費者對室內(nèi)空氣質(zhì)量越來越注重。特別是患有過敏癥、哮喘病或呼吸道疾病的人,由于空氣污染影響了他們的正常日子。大家在室內(nèi)度過90%的時刻,而室內(nèi)空氣污染水平可能是室外的2—5倍。室內(nèi)幾乎一切空間都富含花粉、霉菌、孢子、動物毛發(fā)、煙霧、細(xì)菌、病毒和包含石棉在內(nèi)的有害纖維及塵埃。惡劣的空氣質(zhì)量使得哮喘和過敏癥愈加嚴(yán)重。用空氣凈化器除掉室內(nèi)空氣污染物是一種有效的辦法。
2.4出產(chǎn)工廠
不一樣工廠對空氣質(zhì)量的需求差別很大。裝有排煙罩和污染操控設(shè)備的工廠需求彌補(bǔ)很多的空氣,假如這些工廠地點區(qū)域環(huán)境空氣遭到污染,那么在將彌補(bǔ)的空氣散布到作業(yè)場所之前有必要領(lǐng)先行過濾。在半導(dǎo)體出產(chǎn)和制藥工業(yè)中,對空氣的潔凈度需求較高。典型的作業(yè)環(huán)境中,每立方英尺空氣中富含500000個粒子,而半導(dǎo)體出產(chǎn)的新需求是每立方英尺空氣中只要1個粒子。因而,作業(yè)間需求用經(jīng)過HEPA過濾器過濾的潔凈空氣不斷地循環(huán)清潔。為堅持HEPA過濾器的潔凈和壽數(shù),還需求幾段功率較低的預(yù)濾器聯(lián)合運用。
工業(yè)用潔凈室需求接連有效地去掉粒徑更小的粒子。HEPA過濾器一度是功率高的過濾器,如今ULPA過濾器則是功率高的過濾器,以后更高功率的新一代過濾器也將得以開發(fā)運用。微細(xì)玻璃纖維過濾介質(zhì)是過濾器介質(zhì)的首要選擇,但膜和靜電增強(qiáng)介質(zhì)已向該范疇滲透,并取得有些運用。
關(guān)于工廠排放的廢氣,需求嚴(yán)厲的是毒性。某些重金屬如汞、砷、鉻、鈹?shù)榷拘院艽?其排放約束十分嚴(yán)厲。在空氣毒性方面,美國和德國現(xiàn)已經(jīng)過了新的更嚴(yán)厲的立法。履行新的立法后,空氣毒性的約束由本來的20mg/m3(規(guī)范)降低到010004mg/m3(規(guī)范)。為到達(dá)這一目標(biāo),工廠需求更領(lǐng)先的過濾器以除掉亞微粒子。一些德國公司運用傳統(tǒng)的折疊式微細(xì)玻璃纖維HEPA過濾器用于過濾體系,同脈沖空氣潔凈機(jī)理相互配合,并使過濾介質(zhì)的波紋更密。一家美國公司則經(jīng)過規(guī)劃管式微細(xì)玻璃纖維HEPA過濾器又向前進(jìn)了一步。
2.5醫(yī)院
清潔職業(yè)是一個很無窮而特別的職業(yè),它對空氣的潔凈度需求也很高。通常,對醫(yī)院空氣的低需求用功率為30%的預(yù)濾器和功率為90%的終濾器聯(lián)系運用進(jìn)行過濾。通常情況下不需求HEPA過濾器過濾,但在特別情況下如隔離室、特定的測驗和保養(yǎng)區(qū)域則需求HEPA過濾器過濾。
醫(yī)院的很多HVAC體系運用100%的室外空氣,這關(guān)于防止患者經(jīng)過HVAC體系中的懸浮微生物進(jìn)行交*感染是極好的戰(zhàn)略。但100%運用室外空氣并不能消除微生物在空氣過濾介質(zhì)中的成長及其對保養(yǎng)環(huán)境發(fā)生的不良影響。因而,如今很多醫(yī)院仍極需領(lǐng)先的HVAC體系。
清潔體系的潔凈室早用于手術(shù)室。開始它只是在矯形手術(shù)中取得廣泛運用,由于矯形手術(shù)時刻較長,易于導(dǎo)致感染。操控水平較抱負(fù)的是運用手術(shù)臺附近的空氣潔凈度到達(dá)100級。通常主張運用頂部HEPA過濾體系,它能掩蓋至少3m×3m的面積,然后將手術(shù)臺和人包含在內(nèi)。
潔凈室取得運用的其它范疇有臨產(chǎn)室、保育室、燒傷室、心臟患者保養(yǎng)單元等。新開展之一是牙外科手術(shù)潔凈室的運用,它降低了在長時刻手術(shù)過程中醫(yī)務(wù)人員被感染的風(fēng)險。
2.6食物加工
食物工業(yè)關(guān)于空氣過濾設(shè)備來說,正在變成一個不斷擴(kuò)大的商場。為堅持食物的新鮮口味,用消毒來消除污染的辦法已逐步不被運用。這使得消除與商品有關(guān)的空氣污染愈加重要。國家規(guī)則、保險認(rèn)識和大眾注重正促進(jìn)肉加工者、奶制品出產(chǎn)者及其它食物出產(chǎn)者更新他們的空氣過濾體系。
在歐洲,酸奶的罐裝是在潔凈室條件下進(jìn)行的,其結(jié)果是在不用添加價格昂貴的化學(xué)保鮮劑,商品能夠保留較長的時刻。
啤酒廠發(fā)現(xiàn)為維護(hù)它們的生啤酒,有必要操控灌裝車間周圍環(huán)境的空氣污染。在潔凈室進(jìn)行灌裝是好選擇。這類工廠需求100000級的潔凈室,能夠選用頂部通風(fēng)體系,用HEPA過濾器過濾。
3商場趨勢
展望未來的空氣過濾器商場,咱們能夠發(fā)現(xiàn):
(1)在當(dāng)時的空氣過濾器商場中,以微細(xì)玻璃纖維作為過濾介質(zhì)的過濾器仍占主導(dǎo)地位,但膜出產(chǎn)商也正向空氣過濾范疇開展,供給高效的膜濾器,并改進(jìn)膜在低氣流阻力下過濾的功能。它們以為,在高效空氣過濾和集塵運用中,膜濾器不久將取代微細(xì)玻璃纖維過濾器。
(2)耐高溫過濾器的開展將會加速。金屬纖維和陶瓷纖維過濾器已取得運用。玻璃纖維復(fù)合無機(jī)膜能夠增強(qiáng)纖維的機(jī)械功能,賦予濾袋較強(qiáng)的耐高溫功能,使之在高達(dá)480℃的溫度下運用。熱電工程、煤氣化體系和垃圾燃燒體系將為耐高溫過濾器供給了一個無窮的商場。
(3)空氣過濾器商場開展的趨勢是全球化。開展我國家采購增長率將比發(fā)達(dá)國家快。影響往后幾年過濾器商場快速開展的因素包含:①開展我國家很多新工廠的建造;②歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇;③國際規(guī)模內(nèi)對環(huán)境維護(hù)的更嚴(yán)厲需求。這種需求、昌盛和環(huán)境認(rèn)識的聯(lián)系必然會激起過濾器商場的迅速開展。3wGxre