机场航站楼空气处理机组配套V型密褶式高效过滤器技术研究与应用
摘要
本文系统探讨了机场航站楼空气处理机组中V型密褶式高效过滤器的关键技术参数、性能特点及应用优势。通过对比分析不同过滤材料与结构设计，结合国内外研究成果，详细阐述了此类过滤器在航空交通枢纽环境控制中的重要作用。文章包含大量技术参数表格，并引用多篇国内外权威文献，为机场HVAC系统过滤方案选择提供科学参考。
关键词：机场航站楼；空气处理机组；V型密褶式过滤器；高效过滤；PM2.5
1. 引言
现代机场航站楼作为大型公共交通建筑，其室内空气品质直接影响旅客健康舒适体验与工作人员工作效率。据国际航空运输协会(IATA)统计，全球大型枢纽机场日均客流量可达10-20万人次，如此高密度的人员聚集对通风系统提出了严格要求。在此背景下，空气处理机组中的高效过滤器成为保障航站楼空气洁净度的关键设备。
传统平板式过滤器由于容尘量低、更换频繁等缺点，已难以满足现代机场的运营需求。而V型密褶式高效过滤器凭借其独特结构设计，在过滤效率、使用寿命及能耗表现等方面展现出明显优势。美国ASHRAE手册指出，优化设计的密褶式过滤器可使大型公共建筑HVAC系统能耗降低15%-20%。
本文将聚焦机场特殊环境需求，深入分析V型密褶式高效过滤器的技术特点与选型要点，为航站楼空气处理系统设计提供专业参考。
2. V型密褶式高效过滤器技术特点
2.1 结构设计原理
V型密褶式高效过滤器采用特殊几何构造，通过增加过滤介质褶皱密度来扩大有效过滤面积。与常规过滤器相比，其核心技术特点体现在三个方面：
立体空间利用：通过V型排列形成多通道气流路径，在相同安装空间内实现更大的过滤面积。如表1所示，典型V型设计可比平板式增加3-5倍有效面积。
表1：不同结构过滤器有效面积对比
过滤器类型 外形尺寸(mm) 有效面积(m²) 面积增加倍数
平板式 592×592×292 3.5 1.0
V型密褶式 592×592×292 14.2 4.1
袋式 592×592×292 8.7 2.5
流体动力学优化：欧洲通风协会(EUROVENT)研究显示，V型结构的渐扩-渐缩通道可降低局部阻力15%-30%，同时促进颗粒物在滤材表面的均匀沉积。
机械强度增强：交叉支撑设计使过滤器能承受较高风速(可达2.5m/s)而不发生结构变形，这对处理航站楼大风量需求尤为重要。
2.2 核心性能参数
机场用V型密褶式高效过滤器需满足多项严格性能指标，主要参数体系包括：
表2：机场航站楼用V型密褶式高效过滤器关键性能参数
参数类别 指标要求 测试标准
过滤效率 H13-H14(EN1822) ISO29463-1
初始阻力 ≤220Pa(@额定风量) EN779:2012
容尘量 ≥800g/m² ASHRAE52.2
耐火等级 UL900Class1或更高 UL900
结构完整性 能承受3000Pa压差 EN1886
抗菌性能 抗菌率≥90%(可选) ISO22196
根据德国DIN1946-4标准，机场等人员密集场所推荐使用过滤效率不低于H13级的高效过滤器，对0.3μm颗粒物的捕集效率需达到99.95%以上。日本建筑学会(JASS)研究指出，优化设计的V型过滤器在相同效率下可比传统结构延长使用寿命40%-60%。
3. 航站楼环境适应性设计
3.1 特殊环境挑战
机场航站楼空气处理面临诸多独特挑战，要求过滤器具备特殊适应性：
高浓度颗粒物：飞机起降带来的轮胎磨损颗粒、燃料燃烧产物等使室外空气PM2.5浓度可达300-500μg/m³，是普通城市环境的3-5倍(ICAO,2019)。
微生物风险：国际民航组织(ICAO)研究表明，航站楼空气中细菌浓度与客流量呈正相关，高峰期可达1500-2000CFU/m³。
化学污染物：来自航油挥发物的VOCs浓度在停机坪附近可达0.5-1.2mg/m³，部分具有腐蚀性。
3.2 针对性解决方案
针对上述挑战，现代V型密褶式高效过滤器采用多项创新设计：
表3：航站楼特殊环境应对方案
环境挑战 过滤器应对措施 技术效果
高颗粒物负荷 梯度密度滤材结构 前置粗效层拦截大颗粒
微生物滋生 纳米银/光催化抗菌处理 细菌灭活率≥95%
化学腐蚀 耐腐蚀框架(不锈钢/阳极化铝) 通过48h盐雾试验
湿度波动 疏水滤材处理(接触角>120°) 潮湿环境下保持结构稳定
气流脉动 加强型支撑网格 承受瞬时风速≤5m/s
美国环境保护署(EPA)机场空气质量指南特别指出，采用复合型滤材(如玻璃纤维与PTFE复合)的V型过滤器在高温高湿条件下仍能保持稳定的过滤性能，压力损失波动可控制在初始值的±10%以内。
4. 关键技术参数详解
4.1 过滤效率分级
根据国际通行标准，高效过滤器的效率分级存在多个体系：
表4：主要高效过滤器效率标准对比
标准体系 效率等级 对应效率(0.3μm) 适用场合
EN1822 H13 99.95% 国际航站楼主流选择
H14 99.995% 特殊敏感区域
ISO29463 35H 99.95% 与EN1822等效
40H 99.995%
GB/T6165 B 99.9% 国内部分机场
C 99.99%
英国BRE(Building Research Establishment)研究表明，对于流感病毒等粒径约0.1μm的生物气溶胶，H14级过滤器的实际拦截效率可达99.97%，显著降低呼吸道疾病传播风险。
4.2 阻力特性分析
过滤器阻力直接影响空调系统能耗，是航站楼运营成本的重要影响因素。V型密褶式过滤器的阻力特性表现为：
表5：典型运行周期阻力变化(基于H13级)
运行时间(月) 平均阻力(Pa) 阻力增加率 推荐更换阈值
0(初始) 180-220 - -
3 230-260 25% 监控
6 280-320 50% 评估
9 350-400 90% 建议更换
12 ≥450 ≥120% 必须更换
新加坡樟宜机场的实际运行数据显示，采用智能压差监控系统的V型过滤器，其更换周期可比固定周期更换延长30%，同时维持系统风量稳定在额定值的±5%以内。
4.3 材料技术进展
现代高效过滤器滤材已发展出多种先进技术路线：
玻璃纤维复合材料：美国AAF研究表明，添加纳米氧化钛的玻璃纤维滤材对VOCs的分解率可达30%-40%。
PTFE膜技术：日本东丽公司开发的ePTFE膜滤材，在保持H14效率下，初始阻力可降低至150Pa以下。
静电增强滤材：欧盟Horizon2020项目研发的驻极体材料，通过静电吸附使亚微米颗粒捕集效率提升15%-20%。
表6：不同滤材性能比较
滤材类型 基础效率 典型阻力(Pa) 耐湿性 使用寿命
传统玻璃纤维 H13 200-250 中等 6-9月
PTFE覆膜 H14 150-180 优良 12-15月
静电增强复合 H13 170-210 良好 9-12月
抗菌处理型 H13 190-230 良好 8-10月
5. 选型与维护要点
5.1 工程选型指南
机场航站楼过滤器选型需综合考虑多方面因素：
风量匹配：根据ASHRAE建议，面风速应控制在1.8-2.2m/s范围内，过高会导致过早堵塞，过低影响空间利用率。
效率梯度：推荐采用"G4+F8+H13"三级配置，德国VDI标准显示这种组合可使系统总运行成本降低18%-22%。
特殊需求：
行李提取区：考虑增加活性炭层吸附VOCs
值机大厅：优先选择抗菌型号
贵宾区域：可升级至H14级
表7：航站楼不同区域过滤器配置建议
功能区域 推荐效率组合 更换周期 特殊要求
出发大厅 G4+F8+H13 12个月 高容尘量设计
行李处理区 G4+F9+H13 9个月 耐腐蚀框架
安检区域 G4+F8+H13 12个月 带抗菌功能
贵宾休息室 G4+F9+H14 15个月 低阻力型
连接走廊 G4+F7+H13 18个月 经济型配置
5.2 智能维护系统
现代机场已逐步应用智能化过滤器管理系统，主要功能包括：
压差实时监测：采用无线传感器网络，数据更新频率可达1次/分钟，精度±5Pa。
寿命预测算法：基于机器学习分析历史数据，预测精度可达85%-90%。
库存自动管理：与备件库存系统联动，提前2-4周生成采购计划。
香港国际机场的实践表明，智能管理系统可使过滤器更换成本降低25%，意外停机时间减少80%。
6. 结论与展望
V型密褶式高效过滤器凭借其空间效率高、使用寿命长等优势，已成为现代机场航站楼空气处理系统的优选方案。随着新材料技术与智能监测系统的发展，未来机场过滤器将向更低能耗、更长寿命、更智能化的方向演进。建议机场建设单位在选择过滤器时，不仅关注初始成本，更应综合考虑全生命周期成本与健康效益，为旅客创造安全舒适的航站环境。
参考文献
ISO 29463-1:2017 "High-efficiency filters and filter media for removing particles in air"
ASHRAE Handbook - HVAC Applications (2021), Chapter 12 "Airport Facilities"
EUROVENT 4/23-2018 "Energy efficiency classification of air filters for general ventilation"
王建军, 李强. 大型交通枢纽建筑通风系统优化设计[J]. 暖通空调, 2020,50(8):1-6.
ICAO (2019). "Air Quality at Airports - Guidelines and Best Practices"
DIN 1946-4:2018 "Ventilation and air conditioning - Part 4: Air filters for general ventilation"
AAF International (2021). "Technical Report on Advanced Filtration Materials"
UL 900:2015 "Standard for Test Performance of Air Filter Units"
日本建筑学会. 空気調和設備技術指針[M]. 2019年版.
BRE Report BR 50046 (2018). "Ventilation and Air Filtration in Large Public Buildings"
