過濾材料的性能評價

過濾材料的性能主要通過過濾器的形式來進行評價，纖維過濾器主要采用過濾效率、過濾阻力和容塵量這三個指標來評價其性能。不同空氣過濾器的標準均圍繞這三個參數(shù)進行評價分級，但是不同國家、不同組織、協(xié)會根據(jù)本國國情采用的測試氣溶膠和發(fā)塵塵源不同，其對應(yīng)的測試方法和過濾器性能評價體系也有所不同。下表對中國標準GB/T 14295-2008、歐洲標準EN 779-2011、美國標準ANSI/ASHRAE 52.2-1999所采用的測試方法、塵源、效率評級方法進行了比較。

一、過濾效率
空氣過濾器的過濾效率是被捕捉的粉塵量與原空氣含塵量之比，通常可以簡單的由計算得出：過濾效率=過濾器捕集粉塵量/上游空氣含塵量
過濾效率是根據(jù)可穿透粒子的大小及過濾微塵的數(shù)量來區(qū)分的。國內(nèi)對于一般通風過濾器的效率測試，過去一般僅要求測試過濾器的初始效率，但由于過濾器在容塵后效率會發(fā)生變化，EN779要求效率測試需要進行發(fā)塵，以不同容塵階段的平均效率對過濾器進行分級。中國GB/T 14295-2008采用大于或等于0.5um或2um微粒的初始效率將過濾器劃分為不同的等級，該效率評級方法簡潔單一，而且沒有考慮容塵對過濾效率的影響。歐洲標準EN779-2011則依據(jù)過濾器在容塵階段對0.4um微粒的平均效率將過濾器劃分為不同的等級。兩者的主要評價思想明顯不同，即中國GB/T 14295-2008標準測量的是清潔過濾器的分組效率，而歐洲標準關(guān)注的是過濾器整個生命周期的平均計徑（0.4um）效率。美國標準則要求測量不同粒徑檔在初始狀態(tài)和發(fā)塵階段的效率，取其小值來評級。實驗發(fā)現(xiàn)，過濾器效率（假設(shè)不考慮靜電作用）基本隨著單位面積容塵量的增加而增加，因此如果不考慮靜電作用，美國標準也只是關(guān)注過濾器的初始狀態(tài)下的計徑分級效率。與中國標準GB/T 14295-2008相比，美國標準的評級方法是把過濾器對三個粒徑檔的粒子效率綜合考慮來對產(chǎn)品進行評級，該方法綜合考慮了過濾器對不同粒徑的過濾效率，值得GB/T 14295-2008借鑒，因為不同過濾器對不同粒徑的效率差別很大，單獨依據(jù)某個粒徑效率進行評級不能全面反映過濾器的效率。

二、過濾阻力
單體過濾材料使氣體繞行，產(chǎn)生微小阻力，無數(shù)過濾材料單體的阻力之和就是過濾器的阻力。過濾器阻力隨空氣流量的增加逐漸增大，隨過濾器面積的增大而減小。因此，實際應(yīng)用中，可以通過減小氣體流量和增大通過過濾材料的面積來降低穿過過濾材料的風速，從而減小過濾器阻力。
過濾器的阻力由兩部分組成，一是濾料的阻力ΔP1，二是過濾器的結(jié)構(gòu)阻力ΔP2。對纖維過濾器來說，濾料的阻力是由氣流通過纖維層時的迎面阻力造成的，這個阻力的大小和在纖維層中流動的氣流是層流還是紊流關(guān)系很大。一般來說，由于纖維過濾材料本身極細，過濾速度較低，Re值較小，因此纖維層內(nèi)的氣流屬于層流。對具體的過濾器來講，過濾材料確定后，則濾層厚度、濾層填充率、纖維直徑、纖維斷面形狀系數(shù)也為確定值，過濾材料阻力可表示為：

式中，A為系數(shù)，與濾層厚度、濾層填充率、纖維直徑、纖維斷面形狀系數(shù)和流經(jīng)過濾器的空氣特性相關(guān)；ν為過濾速度。
與過濾材料的阻力不同，過濾器的結(jié)構(gòu)阻力與氣流速度不呈直線關(guān)系，這是因為空氣通過過濾器框架時，以面速u為代表，一般達到m/s量級，比過濾器速度大得多，而且氣流遇到構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸遠比纖維直徑大，所以此時的Re值也較大，慣性力不能忽略，氣流特性已由層流轉(zhuǎn)化為紊流，此時阻力可表示為：

式中，B為過濾器結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)；n為無量綱指數(shù)。
結(jié)合以上的濾料阻力和結(jié)構(gòu)阻力，過濾器的全阻力可表示為：

顯然，不同的過濾器有不同的A、B值，若以濾速來統(tǒng)一表示，則全阻力可表示為：

式中，C為過濾器阻力系數(shù)；m為無量綱指數(shù)。
一般來說，對于國產(chǎn)高效過濾器，C為3～10，m為1.35～1.36。實際運行過程中，過濾器的阻力隨著濾料表面積聚的微粒數(shù)量增加而增大，因此常把過濾器沒有積塵的阻力稱為初阻力，把需要更換時的阻力稱為終阻力。見下表：

三、容塵量
過濾器容塵量是描述濾料表面的積塵能力。通常運行中過濾器的終阻力達到其初阻力倍數(shù)的數(shù)值時，或者效率下降到初始效率的85%以下時，將過濾器上沉積的灰塵質(zhì)量，作為該過濾器的容塵量。過濾器的容塵量關(guān)系到過濾器使用期限，以達到額定容塵量作為過濾器的使用期限，計算公式為：

式中，T為過濾器使用期限，d；P為過濾器容塵量，g；C₁為過濾器入口空氣的含塵濃度，mg/m³；Q為過濾器的風量，m³/h；t為過濾器一天的工作時間，h；η為過濾器的計重效率。