同级粗效滤料的过滤性能测试研究

张红丽 樊越胜 张鑫 王欢

西安建筑科技大学环境与市政工程学院

0 引言

粗效过滤器大量使用在家用空调系统和家用新风中。近年来国内外学者着重于对空气过滤器的机理以及应用场合研究[1-4]，但对粗效过滤材料的效率界定以及同级过滤材料的研究仍显不足。本文针对这一问题，分别对G3、G 4级别滤料进行了实验研究。

1 实验方案

1.1 试验样品

实验分别选用了4种G3、G4级别粗效过滤材料，具体参数如表1所示。

表1 滤料参数

1.2 试验仪器

1）颗粒物采用德国 GRIMM1.109 便携式气溶胶粒径谱仪。测量范围：0.1～100.000 μg/m3。计数范围：2000000 P/L。在0.25～32μm 间分为31个粒径通道。

2）过滤阻力采用 HD2114P.0 压差计。测量精度（皮托管）风速：读数的2%+0.1 m/s。差压：0.4%FS。

3）采 用HD37AB1347 对管道内速度进行测量，精度：± 3 %。

1.3 试验台

依据实验目的搭建试验台[5-6]，并进行布点测试[7]，如图1所示。

图1 实验平台

1.4 效率公式

实验中设定滤速范围为0.8～1.2 m/s[6]。

式中：C1为过滤前空气中颗粒物的质量浓度，μ g/m3；C2为过滤后空气中颗粒物的质量浓度，μg/m3。

2 实验结果和分析

测试粉尘直接采用室外大气尘，以接近实际运行工况。

2.1 G3滤料的综合比较

1）G3滤料对PM10的过滤效果

如图2所示，随着滤速的增加，滤料效率越来越高，说明粗效过滤器对大颗粒物的捕集主要是惯性效应和拦截效应。样品1对PM10的过滤效率在15.4%～31.2%之间，样品 2 对PM10的过滤效率在17.5%～27.4%之间，当滤速为1.2m/s 时，样品1和样品 2 的过滤效率达到最高，样品1对大颗粒物污染物具有相对较好地过滤效果，但整体上效果均不理想。

图2 G3滤料的PM10过滤效率

2）G3滤料的过滤阻力

从图3中可以看出G3滤料的阻力与速度呈现递增趋势。当滤速为0.8～1.2 m/s 时，样品 1 的阻力在33.5～69 Pa之间，样品 2的阻力在19.5～39.5 Pa 之间。当滤速达到1.2 m/s时，样品 1和样品2的阻力都达到最大，分别为69 Pa和39.5 Pa。

图3 G3滤料的过滤阻力

由上分析可以看出，综 合过滤效率和阻力差值来看，样 品 1对PM10过滤相对效果好。原因是样品1的纤维直径仅为样品2 的2/3，且样品 1的孔隙率小于 2号样品，使其结构更加致密，大大提高了滤料对粉尘的过滤作用。但同时样品1的阻力也比样品2大，除了纤维直径和孔隙率的关系，样品 1的厚度远大于样品2，这也是阻力较大的原因之一。

2.2 G4滤料的综合比较

1）G4滤料对PM10的过滤效果

为了验证不同级别粗效滤料在1.2 m/s 时过滤效果是否最好以及滤料规范建议滤速范围（0.8～1.2 m/s），本 文又选取了G4级别的2种滤料进行了实验。

从图4可以看出随着滤速的增加，滤料的效率先增加后降低。在0.8～1.2m/s之间，G 4的2种滤料与同滤速范围下G3滤料测试结果趋势相一致，样品3对PM10的过滤效率在24.5%～33.5%之间，样品4对PM10的过滤效率在20.5%～24.1%之间，两者相比，样品3的效果较明显，比样品4 提高0.4%～13%。在1.2 m/s 时两种滤材分别达到峰值，与文献[6]中给出的建议最佳滤速值1.2m/s一致。

图4 G4滤料的PM10过滤效率

2）G4滤料的过滤阻力

从图5中可以看出G4滤料的阻力随滤速增大而增加，在滤速为0.8～1.2 m/s 时，样品 3 的阻力范围为29～52 Pa，样品4的阻力范围为5～44.5 Pa，在滤速达到1.2 m/s时，样品3 的过滤阻力为52 Pa，样品4 的过滤阻力为44.5 Pa，样品 3 与样品4 相差 7.5Pa，两种滤材的阻力相差不大。样品 3的纤维直径、孔隙率均小于4号样品这使得样品3对PM10有较好的过滤效果。

图5 G4滤料的过滤阻力

由上可以分析出，滤速是影响过滤效率和阻力的重要因素。随着滤速的增大，对PM10惯性效应和拦截效应的效果增强，当滤速达到 1.2 m/s 时，过滤效果达到最好。之后继续增大滤速，使一部分颗粒物穿透滤料，导致了效率的降低[9]。此外，较大的滤速将附着在滤料上的粉尘再次吹掉导致效率下降。

同时根据对初阻力的规定不得大于50 Pa[6]，相应的滤速不得高于 1.2 m/s，验 证了粗效滤料滤速为1.2 m/s时最佳的结论。

3 结论

通过以上实验分析，可得如下结论：

1）同级粗效滤料由于孔隙率、纤维直径和厚度的不同，过滤效滤与阻力有着明显的差异。

2）粗效滤器的最佳滤速为1.2 m/s。

3）滤料的纤维直径和孔隙率是影响滤料过滤效果的主要因素。孔隙率越小，纤维直径越小，结构越致密，过滤阻力越大，过滤效率越高。

4）滤料的厚度是影响过滤阻力的重要因素。