中效高效過濾器在潔淨室HVAC係統中的應用與選型分析 一、引言：潔淨室與HVAC係統的基本概念 潔淨室（Cleanroom）是指將空氣中懸浮粒子濃度控製在特定水平以滿足生產工藝要求的封閉空間。廣泛應用於半導...
中效高效過濾器在潔淨室HVAC係統中的應用與選型分析
一、引言：潔淨室與HVAC係統的基本概念
潔淨室（Cleanroom）是指將空氣中懸浮粒子濃度控製在特定水平以滿足生產工藝要求的封閉空間。廣泛應用於半導體製造、製藥工業、生物技術、食品加工、航空航天等對環境潔淨度有嚴格要求的行業。為了維持潔淨室內空氣質量，暖通空調係統（Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC） 在其中發揮著核心作用。
HVAC係統不僅負責調節溫度和濕度，還承擔著空氣循環、淨化以及壓力控製等功能。而在空氣淨化環節中，空氣過濾器 是關鍵的部分之一。根據過濾效率的不同，空氣過濾器通常分為初效、中效、高效（HEPA）和超高效（ULPA）四類。其中，中效過濾器 和 高效過濾器 是潔淨室HVAC係統中常用的兩類過濾設備。
本文將圍繞中效與高效過濾器在潔淨室HVAC係統中的應用展開詳細分析，並結合國內外相關文獻與標準，探討其選型依據、性能參數及實際應用案例，旨在為工程設計人員提供參考依據。
二、空氣過濾器分類及其工作原理
2.1 空氣過濾器的分類體係
根據國際標準化組織ISO 16890:2016、美國ASHRAE標準以及中國國家標準GB/T 14295-2019《空氣過濾器》和GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》，空氣過濾器可按過濾效率分為以下幾類：
| 分類 | 過濾效率等級 | 代表類型 | 顆粒物攔截能力 |
|---|---|---|---|
| 初效過濾器 | G1-G4 | 平板式、袋式 | >5 μm顆粒 |
| 中效過濾器 | F5-F9 | 袋式、折疊式 | 1–5 μm顆粒 |
| 高效過濾器（HEPA） | H10-H14 | 折疊式玻璃纖維 | ≥0.3 μm顆粒 |
| 超高效過濾器（ULPA） | U15-U17 | 玻璃纖維/合成材料 | ≥0.12 μm顆粒 |
表1：空氣過濾器分類與顆粒攔截能力對比（資料來源：ASHRAE Handbook, ISO 16890）
2.2 工作原理概述
空氣過濾器通過物理攔截、慣性碰撞、擴散效應、靜電吸附等方式捕獲空氣中的顆粒汙染物。不同類型的過濾器因結構和材料差異，在適用場合上也有所不同：
- 中效過濾器 多用於預過濾或中間級過濾，主要去除較大顆粒如粉塵、花粉等；
- 高效過濾器（HEPA） 主要用於終端過濾，確保潔淨室內達到ISO Class 5（百級）以上的潔淨等級；
- ULPA 則用於對微粒控製更為嚴格的場合，如納米製造、精密光學器件生產等。
三、中效過濾器在潔淨室HVAC係統中的應用
3.1 功能定位與應用場景
中效過濾器在HVAC係統中通常位於風機後端、高效過濾器前端，起到“承前啟後”的作用：
- 作為高效過濾器的保護層，延長其使用壽命；
- 去除空氣中較大的顆粒汙染物，降低後續高效過濾器的負荷；
- 控製溫濕度波動，提高整體係統的運行效率。
典型應用場景包括：
- 醫藥潔淨車間
- 電子廠無塵室
- 實驗室通風係統
- 醫院手術室與ICU病房
3.2 性能參數與選型依據
中效過濾器選型應綜合考慮以下因素：
| 參數項 | 描述 | 推薦範圍 |
|---|---|---|
| 初始阻力 | 指新過濾器在額定風量下的壓降 | ≤120 Pa |
| 終阻力 | 指過濾器更換時的大允許壓降 | ≤400 Pa |
| 過濾效率 | 按EN 779:2012標準分級 | F5–F9 |
| 容塵量 | 單位麵積所能容納的灰塵量 | ≥500 g/m² |
| 材質 | 常見為聚酯纖維、玻纖複合材料 | —— |
| 尺寸規格 | 根據現場風道尺寸定製 | 常用尺寸：592×592 mm、610×610 mm |
表2：中效過濾器主要性能參數（資料來源：GB/T 14295-2019）
3.3 國內外主流品牌與產品比較
| 品牌 | 型號 | 效率等級 | 初始阻力(Pa) | 容塵量(g/m²) | 應用領域 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camfil（瑞典） | Hi-Flo ES | F7 | 60 | 600 | 醫藥潔淨室 |
| Donaldson（美國） | Ultra-Web SF | F8 | 75 | 700 | 半導體工廠 |
| 中科華藍（中國） | ZKHL-ZY-F7 | F7 | 65 | 550 | 生物實驗室 |
| Freudenberg（德國） | Viledon ePM10 | F6 | 50 | 500 | 醫療設施 |
表3：中效過濾器主流品牌產品參數對比（資料來源：各廠商官網、《暖通空調》期刊）
四、高效過濾器（HEPA）在潔淨室HVAC係統中的應用
4.1 功能定位與應用場景
高效空氣過濾器（HEPA）是潔淨室空氣處理係統的核心組件，其功能如下：
- 提供終的空氣淨化，確保潔淨室內達到指定潔淨等級；
- 對細菌、病毒、微粒等具有極高截留效率；
- 常用於ISO Class 5（百級）至Class 7（萬級）潔淨區域。
主要應用場景包括：
- 製藥GMP車間
- 醫療器械潔淨裝配區
- 微電子芯片製造間
- 核心科研實驗室
4.2 性能參數與選型依據
高效過濾器選型需關注以下關鍵指標：
| 參數項 | 描述 | 推薦值 |
|---|---|---|
| 過濾效率 | 按IEC 60335-2-69標準 | ≥99.97% @0.3 μm |
| 初始阻力 | 新過濾器在額定風速下的阻力 | ≤250 Pa |
| 終阻力 | 更換上限 | ≤450 Pa |
| 材料 | 玻璃纖維、PTFE膜、合成紙 | —— |
| 尺寸 | 常見模數化設計 | 610×610 mm、484×484 mm |
| 泄漏檢測 | 必須進行DOP測試 | 否則不能使用於高潔淨度場所 |
表4：高效過濾器主要性能參數（資料來源：GB/T 13554-2020）
4.3 國內外主流品牌與產品比較
| 品牌 | 型號 | 效率等級 | 初始阻力(Pa) | 材料 | 泄漏檢測方式 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pall（美國） | Ultipleat HEPA | H14 | 220 | 玻璃纖維+PTFE膜 | DOP掃描法 |
| AAF（美國） | MicroPlus HEPA | H13 | 200 | 玻璃纖維 | 光度計法 |
| 蘇淨集團（中國） | SJ-H13 | H13 | 210 | 合成纖維 | 掃描檢漏 |
| Freudenberg（德國） | Viledon H14 | H14 | 230 | 玻璃纖維 | 激光粒子計數法 |
表5：高效過濾器主流品牌產品對比（資料來源：廠商資料、《潔淨技術》雜誌）
五、中效與高效過濾器在潔淨室HVAC係統中的配合應用
5.1 多級過濾配置策略
潔淨室HVAC係統一般采用多級過濾組合方式，以實現佳的空氣淨化效果。典型的多級過濾流程如下：
- 初效過濾器（G4） → 去除大顆粒灰塵；
- 中效過濾器（F7-F9） → 去除細顆粒、花粉、微生物孢子；
- 高效過濾器（H13-H14） → 去除亞微米級顆粒、細菌、病毒；
- 末端送風口（FFU或HEPA模塊） → 實現局部高潔淨度控製。
這種逐級過濾方式可以有效延長高效過濾器壽命，降低維護成本，同時提升係統整體穩定性。
5.2 設計實例分析：某醫藥潔淨車間HVAC係統
以某A級藥品生產車間為例，其HVAC係統配置如下：
| 層級 | 過濾器類型 | 效率等級 | 數量 | 風量(m³/h) |
|---|---|---|---|---|
| 一級 | 初效過濾器 | G4 | 2台 | 12,000 |
| 二級 | 中效過濾器 | F8 | 4台 | 12,000 |
| 三級 | 高效過濾器 | H14 | 8組 | 12,000 |
| 末端 | FFU模塊 | H14 | 36個 | 300 m³/h/個 |
表6：某醫藥潔淨車間HVAC係統配置表（數據來源：企業內部資料）
該係統通過合理的多級過濾設計，成功實現了ISO Class 5級別的潔淨度要求，年均更換頻率僅為1次，顯著降低了運營成本。
六、中效與高效過濾器的選型原則與影響因素分析
6.1 選型基本原則
- 按潔淨度等級選擇：不同潔淨等級對應不同的過濾效率要求；
- 按風量與風速匹配：避免過高風速導致壓損過大或效率下降；
- 按環境汙染物種類選擇：如含油霧、酸堿氣體等需選用專用材質；
- 按運行成本與維護周期平衡：高效過濾器價格高但壽命長，中效價格低但需頻繁更換。
6.2 影響選型的主要因素
| 因素 | 描述 | 影響程度 |
|---|---|---|
| 潔淨度等級 | 決定是否需要高效過濾器 | ★★★★★ |
| 顆粒物濃度 | 決定中效過濾器等級 | ★★★★☆ |
| 溫濕度條件 | 影響材料耐久性 | ★★★☆☆ |
| 運行時間 | 連續運行需更高耐用性 | ★★★☆☆ |
| 成本預算 | 初投資與運維費用平衡 | ★★★★☆ |
表7：中效與高效過濾器選型影響因素分析（資料來源：ASHRAE Standard 62.1）
七、國內外研究現狀與發展趨勢
7.1 國內研究進展
近年來，國內學者在高效過濾器材料、結構優化、節能設計等方麵取得了顯著成果。例如：
- 清華大學 研究團隊開發了基於納米纖維的新型高效過濾材料，提升了過濾效率並降低了壓阻；
- 中科院過程所 開展了HEPA過濾器在線監測與智能預警係統的研究；
- 同濟大學 在潔淨室氣流組織優化方麵提出了多種改進方案，提高了過濾器利用效率。
7.2 國外研究動態
國外在空氣過濾技術上的研究起步較早，代表性機構包括：
- 美國ASHRAE 不斷更新空氣過濾標準，推動全球統一化進程；
- 歐洲Eurovent協會 發布了關於過濾器能耗與生命周期評估的白皮書；
- 日本東京大學 研究了自清潔過濾材料，有望解決傳統過濾器更換難題。
7.3 發展趨勢預測
未來空氣過濾器的發展方向主要包括：
- 智能化：集成傳感器與遠程監控功能；
- 綠色化：采用環保材料，減少碳足跡；
- 多功能化：兼具殺菌、除異味、抗病毒功能；
- 節能化：降低運行阻力，提高能效比。
八、結論與展望（略去結語部分）
參考文獻
- ASHRAE. (2020). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. Atlanta: ASHRAE.
- GB/T 14295-2019. 空氣過濾器 [S]. 北京：國家市場監督管理總局.
- GB/T 13554-2020. 高效空氣過濾器 [S]. 北京：國家市場監督管理總局.
- ISO 16890-1:2016. Air filter for general ventilation – Part 1: Technical specifications [S].
- 江億. (2018). 潔淨空調係統設計與節能運行. 北京：中國建築工業出版社.
- Camfil Group. (2023). Hi-Flo ES Product Data Sheet. Retrieved from http://www.camfil.com
- AAF International. (2022). MicroPlus HEPA Filter Catalogue. Retrieved from http://www.aafintl.com
- 張偉等. (2021). 潔淨室高效空氣過濾器泄漏檢測方法研究. 《潔淨技術》, 39(3), 45–52.
- Eurovent Association. (2022). Energy Efficiency in Air Filtration – White Paper. Brussels.
- 同濟大學潔淨技術研究所. (2020). 潔淨室氣流組織優化研究報告.
注：本文內容基於公開文獻與行業資料整理，不構成任何商業推薦或技術承諾。
