一、引言
在现代建筑的中央空调系统中，空气质量的保障至关重要。中效袋式过滤器作为空调系统过滤环节的关键组成部分，承担着中级过滤的重任。它不仅能够保护系统中的下一级过滤器，延长其使用寿命，还对整个空调系统的稳定运行起着重要作用。在对空气净化洁净度要求并非极为严苛的场所，经中效袋式过滤器处理后的空气可直接输送给用户。随着人们对室内空气质量要求的不断提高以及中央空调系统应用的日益广泛，深入了解中效袋式过滤器在中央空调系统中的配置具有显著的现实意义。
二、中效袋式过滤器概述
2.1 结构组成
中效袋式过滤器主要由外框、滤袋、支撑结构以及密封部件构成（参考图 1）。外框作为支撑整体的框架，常见材质有冷板喷塑、镀锌板和铝合金等。冷板喷塑材质的外框具备良好的防锈蚀性能，且表面涂层可根据不同需求进行定制，美观性较好；镀锌板外框成本相对较低，在一定程度上能抵御腐蚀；铝合金外框则具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于对过滤器重量有要求的场景。
滤袋是过滤器的核心部件，常用的过滤材料有无纺布和玻璃纤维等。无纺布滤袋成本较低，具有一定的过滤性能，且质地柔软，在气流作用下能较好地贴合支撑结构；玻璃纤维滤袋则具有更高的过滤效率、耐高温性能和化学稳定性，但成本相对较高。
支撑结构一般采用内部喷塑冷拔丝支撑架或其他形式的格栅，其作用是防止滤袋在工作过程中因气流冲击而收缩或弯曲变形，确保滤袋始终保持良好的工作状态，同时也有助于气流均匀地通过滤袋。密封部件安装在外框边缘，通常采用橡胶或硅胶材质的密封条，用于防止未经过滤的空气泄漏，保证过滤器的过滤效果。
2.2 工作原理
中效袋式过滤器主要依靠机械拦截、惯性碰撞、扩散沉降以及静电吸附等物理机制来捕捉空气中的颗粒物（Kim, J., & Lee, S. (2018). Performance evaluation of air filters for particulate matter removal. Aerosol and Air Quality Research, 18 (7), 1777-1787）。当含有颗粒物的空气进入过滤器时，较大粒径的颗粒首先会被滤袋的纤维机械拦截。同时，气流在通过滤袋时方向发生变化，较大粒径的颗粒由于惯性作用，难以跟随气流改变方向，从而偏离气流轨迹，撞击到纤维上并被粘结，这就是惯性碰撞机制。对于粒径较小的颗粒，它们会在气流中做无规则的布朗运动，运动过程中与滤袋纤维接触并被捕获，此为扩散沉降机制。此外，部分滤袋材料在生产过程中经过特殊处理，使纤维和微粒带上电荷，产生静电效应，静电使粉尘改变运动轨迹并撞上障碍物，同时使粉尘在介质上粘得更牢，不过静电作用在中效袋式过滤器的过滤效果中通常不起主导作用，仅起辅助作用。随着过滤过程的持续，滤袋表面会逐渐积累灰尘，形成一层 “尘饼”，这层尘饼在一定程度上会进一步提高过滤效率，但同时也会增加气流通过的阻力。
三、产品参数
3.1 过滤效率
过滤效率是衡量中效袋式过滤器性能的关键指标之一，通常依据 EN 779:2012 标准进行测试（EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the fractional efficiency.）。根据该标准，中效袋式过滤器的过滤效率等级可分为 F5 - F9。不同等级的过滤器对不同粒径颗粒物的过滤效率有所差异，具体如下表所示：
在中央空调系统中，需根据实际的空气质量要求和应用场景来选择合适过滤效率等级的中效袋式过滤器。例如，对于一般的商业建筑，如写字楼、商场等，F6 或 F7 等级的过滤器可能足以满足基本的空气过滤需求；而对于对空气质量要求较高的场所，如医院、制药车间等，则可能需要选用 F8 或 F9 等级的过滤器，以更好地去除空气中的细微颗粒物和微生物，保障室内环境的洁净度。
3.2 初始压降与终压降
初始压降是指过滤器在全新状态下，当气流以额定风量通过时所产生的压力损失，一般按照 ASHRAE 52.2 标准进行测试（ASHRAE Standard 52.2. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.）。中效袋式过滤器的初始压降通常较低，一般在≤50 Pa 左右。较低的初始压降意味着在过滤器运行初期，风机不需要消耗过多的能量来克服阻力，从而有助于降低系统的能耗。
随着过滤器使用时间的增加，滤袋上会逐渐积聚灰尘等颗粒物，导致过滤器的阻力逐渐增大。当过滤器的阻力达到一定值时，就需要进行更换或清洗，这个阻力值被称为终压降。中效袋式过滤器的终压降一般≤250 Pa，但在实际应用中，不同厂家的产品以及不同的使用环境可能会使终压降有所波动。当过滤器的阻力接近或达到终压降时，若不及时处理，会导致风量下降，影响空气处理效果，同时风机能耗也会大幅增加。例如，在某商场的中央空调系统中，由于未能及时更换达到终压降的中效袋式过滤器，导致风机能耗在一个月内增加了 20%，且室内空气质量明显下降，顾客投诉增多。
3.3 容尘量
容尘量是指过滤器在达到终压降之前，能够容纳灰尘等颗粒物的质量，通常依据 ISO 16890 标准进行测试（ISO 16890:2016. Air quality - General ventilation air filters for indoor air - Determination of particulate matter removal efficiency.）。中效袋式过滤器的容尘量一般≥400 g/m²。容尘量的大小直接关系到过滤器的使用寿命，容尘量越大，过滤器在两次更换或清洗之间能够持续工作的时间就越长。在中央空调系统中，由于空气中可能含有灰尘、花粉、纤维等污染物，如果过滤器的容尘量不足，就需要频繁更换过滤器，这不仅增加了运维成本，还可能会因更换过滤器过程中短暂的空气未过滤状态，对室内环境造成潜在影响。例如，在一个人口密集的火车站候车大厅，中央空调系统中的中效袋式过滤器因容尘量较小，每两个月就需要更换一次，而相邻的经过优化选型，采用容尘量更大过滤器的候车大厅，过滤器更换周期可延长至半年，大大降低了运维工作量和成本。
3.4 尺寸规格
中效袋式过滤器的尺寸规格通常遵循标准化模块尺寸，例如常见的 595×595×500 mm、495×495×500 mm 等（GB/T 14295 - 2019. 空气过滤器.）。标准化的尺寸规格便于在中央空调系统中进行安装和更换，同时也有利于生产厂家进行规模化生产，降低成本。在实际应用中，也可以根据中央空调系统的特殊需求，定制非标准尺寸的中效袋式过滤器，但定制产品的成本可能会相对较高，且交货周期可能会更长。例如，在一些具有特殊建筑结构的博物馆或艺术展览馆，其中央空调系统需要定制特定尺寸的中效袋式过滤器，以适应狭窄的安装空间和独特的空气流通需求。
四、在中央空调系统中的配置
4.1 中央空调系统过滤架构
中央空调系统通常采用 “初效 + 中效 + 高效” 的多级过滤配置（清华大学建筑学院. (2022). "纳米涂层中效滤材的制备与性能研究." 建筑材料学报，25 (4), 789 - 795.）。初效过滤器主要用于拦截空气中粒径大于 10μm 的大颗粒灰尘，如树叶、昆虫残体、大颗粒的灰尘团等，常见的类型有板式和金属网式。中效过滤器处于中间层级，负责去除 1 - 10μm 范围内的细颗粒物，如花粉、尘螨、部分细菌以及工业粉尘等，常见类型有袋式和板式。高效过滤器则用于捕捉微米级及以下的颗粒，如 HEPA（高效空气过滤器）可过滤粒径≤1μm 的颗粒物，ULPA（超高效空气过滤器）甚至能过滤更微小的颗粒。
中效袋式过滤器在这个过滤系统架构中起到承上启下的关键作用。它能够显著提高系统整体的颗粒物去除率，减轻高效过滤器的负荷，延长高效过滤器的使用寿命。如果没有中效袋式过滤器的有效过滤，大量的细颗粒物会直接进入高效过滤器，导致高效过滤器的容尘量快速饱和，需要频繁更换，这将大大增加运维成本和系统停机时间。例如，在某大型医院的中央空调系统中，通过合理配置中效袋式过滤器，高效过滤器的更换周期从原本的每半年一次延长至每年一次，有效降低了运维成本和对医院正常运营的影响。
4.2 不同场所中央空调系统对中效袋式过滤器的特殊要求
4.2.1 商业建筑
商业建筑如商场、写字楼等，人员流动量大，空气中污染物种类繁多，包括人体散发的皮屑、灰尘、微生物，以及室外带入的汽车尾气颗粒、花粉等。这些场所的中央空调系统需要中效袋式过滤器具备较大的容尘量，以应对大量污染物的过滤需求，减少过滤器的更换频率，降低运维成本。同时，为了保证室内空气的清新和舒适度，过滤器应具有稳定的过滤效率，确保在长时间运行过程中能持续有效地去除空气中的各类污染物。此外，商业建筑通常对噪音控制有一定要求，因此中效袋式过滤器在运行过程中产生的气流噪声应尽可能低，避免对室内人员造成干扰。
4.2.2 医院
医院环境对空气质量要求极高，空气中的细菌、病毒等微生物可能会对患者的健康造成严重威胁。因此，医院的中央空调系统中，中效袋式过滤器除了要有高效的过滤性能，能够有效去除空气中的微生物和细微颗粒物外，还需具备良好的抗菌性能。部分过滤器会采用经过抗菌处理的滤材，以防止微生物在滤袋表面滋生繁殖，避免二次污染。同时，医院的一些特殊区域，如手术室、重症监护室等，对空气洁净度的要求更为严格，可能需要选用过滤效率更高的 F8 或 F9 等级的中效袋式过滤器，并结合高效过滤器，确保为患者提供一个无菌、洁净的治疗环境。
4.2.3 工业厂房
工业厂房的生产过程中可能会产生大量的粉尘、烟雾、化学气体等污染物。对于产生粉尘较多的工业厂房，如水泥厂、面粉厂等，中央空调系统中的中效袋式过滤器需要具备强大的粉尘拦截能力和高容尘量，以防止粉尘在空调系统内积聚，影响系统的正常运行和室内空气质量。在一些存在化学气体污染的工业厂房，如化工厂、电子厂等，过滤器的滤材还需具备一定的化学耐受性，能够在有化学气体的环境中保持稳定的过滤性能，不被化学气体腐蚀损坏。此外，工业厂房通常空间较大，空调系统的风量需求大，这就要求中效袋式过滤器能够适应高风速的气流环境，在大风量下仍能保证良好的过滤效果。
五、安装与维护规范
5.1 安装规范
在安装中效袋式过滤器之前，需要仔细检查过滤器的外观，确保外框无变形、损坏，滤袋无破损、漏洞等情况。同时，要确认安装位置的尺寸与过滤器的尺寸精确匹配，安装框架应平整、牢固。安装过程中，应严格按照产品说明书进行操作，将过滤器正确地安装在中央空调系统的指定位置，确保过滤器与框体的连接紧密，密封性良好，可使用密封胶或密封条进行密封处理，防止未经过滤的空气泄漏。例如，在某写字楼的中央空调系统安装中，由于安装人员未仔细检查过滤器的密封情况，导致部分空气未经过滤直接绕过过滤器进入室内，运行一段时间后，室内灰尘明显增多，空气质量下降，经过重新检查和密封处理后，问题才得到解决。安装时还应注意过滤器的进风方向，按照过滤器上标注的箭头方向进行安装，确保气流能够正确地通过过滤器，发挥其很佳过滤效果。
5.2 运行监测
在中效袋式过滤器运行过程中，需要对其进行实时监测，主要监测参数包括过滤器的阻力、风量以及空气质量等。通过在过滤器前后安装压力差传感器，可以实时监测过滤器的阻力变化情况。当阻力接近终压降时，应及时安排维护人员进行检查和处理。同时，利用风速仪对通过过滤器的风量进行监测，确保风量在额定范围内。如果风量出现明显下降，可能是过滤器堵塞或风机故障等原因导致，需要及时排查。此外，还可以通过空气质量监测设备，如空气粒子计数器，对过滤后的空气进行检测，了解空气中颗粒物的浓度变化情况，评估过滤器的过滤效果。例如，某商场通过安装智能化的空气监测系统，能够实时获取过滤器的各项运行数据，并将数据传输至监控中心，运维人员可以根据这些数据及时发现问题并采取相应措施，有效保障了商场内的空气处理效果和顾客的舒适度。
5.3 维护与更换
定期对中效袋式过滤器进行维护是保证其正常运行和延长使用寿命的重要措施。维护内容包括对过滤器进风面进行检查，查看有无杂物堵塞情况，如有物品堵塞表面，应及时清除，以保证气流能够顺畅通过过滤器。同时，要检查滤袋表面有无破损，若滤袋表面破损严重，则必须更换新的滤袋或更换新的过滤器重新安装。对于可清洗式滤袋的过滤器，在使用一段时间后，可以按照规定的方法进行清洗。一般是用清水或含有中性洗涤剂的溶液进行冲洗，冲洗后需将滤袋充分晾干，然后再重新安装使用。但需要注意的是，可清洗式滤袋的过滤器清洗次数通常有限，一般建议很多清洗 2 - 3 次，之后就必须更换新的过滤器。
过滤器的更换周期一般根据其使用环境和运行情况而定。在一般的办公环境中，在额定风量使用条件下，通常 4 - 6 个月即需更换过滤器；若过滤器使用环境中含尘浓度较大，如工业厂房附近的建筑，其更换周期可能缩短至 1 - 3 个月。在更换过滤器时，应选择与原过滤器型号、规格相同的产品，并严格按照安装规范进行更换操作，确保新过滤器安装正确，密封良好，避免出现空气泄漏等问题。
六、结论
中效袋式过滤器作为中央空调系统中的关键部件，其合理的配置和正确的使用对于保障室内空气质量、延长空调系统使用寿命以及降低运维成本具有重要意义。通过了解中效袋式过滤器的结构组成、工作原理、产品参数以及在不同场所中央空调系统中的特殊要求，严格遵循安装、运行监测、维护与更换等规范，能够充分发挥中效袋式过滤器的性能优势，为各类建筑提供可靠的空气过滤保障。在实际应用中，中央空调系统的设计人员和运维人员应不断加强对中效袋式过滤器相关知识的学习和应用，同时关注过滤器行业的技术发展动态，适时采用新型、高效的过滤器产品和技术，以进一步提升中央空调系统的空气处理水平和运行可靠性，为人们创造更加健康、舒适的室内环境。
参考文献
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EN 779:2012. Particulate air filters for general ventilation – Determination of the fractional efficiency.
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ASHRAE Standard 52.2. Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
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ISO 16890:2016. Air quality - General ventilation air filters for indoor air - Determination of particulate matter removal efficiency.
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GB/T 14295 - 2019. 空气过滤器.
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Kim, J., & Lee, S. (2018). Performance evaluation of air filters for particulate matter removal. Aerosol and Air Quality Research, 18(7), 1777 - 1787.
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清华大学建筑学院. (2022). "纳米涂层中效滤材的制备与性能研究." 建筑材料学报，25 (4), 789 - 795.
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