同級粗效濾料的過濾性能測試研究

張紅麗 樊越勝 張鑫 王歡

西安建筑科技大學環境與市政工程學院

0 引言

粗效過濾器大量使用在家用空調系統和家用新風中。近年來國內外學者著重于對空氣過濾器的機理以及應用場合研究[1-4]，但對粗效過濾材料的效率界定以及同級過濾材料的研究仍顯不足。本文針對這一問題，分別對G3、G 4級別濾料進行了實驗研究。

1 實驗方案

1.1 試驗樣品

實驗分別選用了4種G3、G4級別粗效過濾材料，具體參數如表1所示。

表1 濾料參數

1.2 試驗儀器

1）顆粒物采用德國 GRIMM1.109 便攜式氣溶膠粒徑譜儀。測量范圍：0.1～100.000 μg/m3。計數范圍：2000000 P/L。在0.25～32μm 間分為31個粒徑通道。

2）過濾阻力采用 HD2114P.0 壓差計。測量精度（皮托管）風速：讀數的2%+0.1 m/s。差壓：0.4%FS。

3）采 用HD37AB1347 對管道內速度進行測量，精度：± 3 %。

1.3 試驗臺

依據實驗目的搭建試驗臺[5-6]，并進行布點測試[7]，如圖1所示。

圖1 實驗平臺

1.4 效率公式

實驗中設定濾速范圍為0.8～1.2 m/s[6]。

式中：C1為過濾前空氣中顆粒物的質量濃度，μ g/m3；C2為過濾后空氣中顆粒物的質量濃度，μg/m3。

2 實驗結果和分析

測試粉塵直接采用室外大氣塵，以接近實際運行工況。

2.1 G3濾料的綜合比較

1）G3濾料對PM10的過濾效果

如圖2所示，隨著濾速的增加，濾料效率越來越高，說明粗效過濾器對大顆粒物的捕集主要是慣性效應和攔截效應。樣品1對PM10的過濾效率在15.4%～31.2%之間，樣品 2 對PM10的過濾效率在17.5%～27.4%之間，當濾速為1.2m/s 時，樣品1和樣品 2 的過濾效率達到最高，樣品1對大顆粒物污染物具有相對較好地過濾效果，但整體上效果均不理想。

圖2 G3濾料的PM10過濾效率

2）G3濾料的過濾阻力

從圖3中可以看出G3濾料的阻力與速度呈現遞增趨勢。當濾速為0.8～1.2 m/s 時，樣品 1 的阻力在33.5～69 Pa之間，樣品 2的阻力在19.5～39.5 Pa 之間。當濾速達到1.2 m/s時，樣品 1和樣品2的阻力都達到最大，分別為69 Pa和39.5 Pa。

圖3 G3濾料的過濾阻力

由上分析可以看出，綜 合過濾效率和阻力差值來看，樣 品 1對PM10過濾相對效果好。原因是樣品1的纖維直徑僅為樣品2 的2/3，且樣品 1的孔隙率小于 2號樣品，使其結構更加致密，大大提高了濾料對粉塵的過濾作用。但同時樣品1的阻力也比樣品2大，除了纖維直徑和孔隙率的關系，樣品 1的厚度遠大于樣品2，這也是阻力較大的原因之一。

2.2 G4濾料的綜合比較

1）G4濾料對PM10的過濾效果

為了驗證不同級別粗效濾料在1.2 m/s 時過濾效果是否最好以及濾料規范建議濾速范圍（0.8～1.2 m/s），本 文又選取了G4級別的2種濾料進行了實驗。

從圖4可以看出隨著濾速的增加，濾料的效率先增加后降低。在0.8～1.2m/s之間，G 4的2種濾料與同濾速范圍下G3濾料測試結果趨勢相一致，樣品3對PM10的過濾效率在24.5%～33.5%之間，樣品4對PM10的過濾效率在20.5%～24.1%之間，兩者相比，樣品3的效果較明顯，比樣品4 提高0.4%～13%。在1.2 m/s 時兩種濾材分別達到峰值，與文獻[6]中給出的建議最佳濾速值1.2m/s一致。

圖4 G4濾料的PM10過濾效率

2）G4濾料的過濾阻力

從圖5中可以看出G4濾料的阻力隨濾速增大而增加，在濾速為0.8～1.2 m/s 時，樣品 3 的阻力范圍為29～52 Pa，樣品4的阻力范圍為5～44.5 Pa，在濾速達到1.2 m/s時，樣品3 的過濾阻力為52 Pa，樣品4 的過濾阻力為44.5 Pa，樣品 3 與樣品4 相差 7.5Pa，兩種濾材的阻力相差不大。樣品 3的纖維直徑、孔隙率均小于4號樣品這使得樣品3對PM10有較好的過濾效果。

圖5 G4濾料的過濾阻力

由上可以分析出，濾速是影響過濾效率和阻力的重要因素。隨著濾速的增大，對PM10慣性效應和攔截效應的效果增強，當濾速達到 1.2 m/s 時，過濾效果達到最好。之后繼續增大濾速，使一部分顆粒物穿透濾料，導致了效率的降低[9]。此外，較大的濾速將附著在濾料上的粉塵再次吹掉導致效率下降。

同時根據對初阻力的規定不得大于50 Pa[6]，相應的濾速不得高于 1.2 m/s，驗 證了粗效濾料濾速為1.2 m/s時最佳的結論。

3 結論

通過以上實驗分析，可得如下結論：

1）同級粗效濾料由于孔隙率、纖維直徑和厚度的不同，過濾效濾與阻力有著明顯的差異。

2）粗效濾器的最佳濾速為1.2 m/s。

3）濾料的纖維直徑和孔隙率是影響濾料過濾效果的主要因素。孔隙率越小，纖維直徑越小，結構越致密，過濾阻力越大，過濾效率越高。

4）濾料的厚度是影響過濾阻力的重要因素。