过滤材料的性能评价

过滤材料的性能主要通过过滤器的形式来进行评价，纤维过滤器主要采用过滤效率、过滤阻力和容尘量这三个指标来评价其性能。不同空气过滤器的标准均围绕这三个参数进行评价分级，但是不同国家、不同组织、协会根据本国国情采用的测试气溶胶和发尘尘源不同，其对应的测试方法和过滤器性能评价体系也有所不同。下表对中国标准GB/T 14295-2008、欧洲标准EN 779-2011、美国标准ANSI/ASHRAE 52.2-1999所采用的测试方法、尘源、效率评级方法进行了比较。

一、过滤效率
空气过滤器的过滤效率是被捕捉的粉尘量与原空气含尘量之比，通常可以简单的由计算得出：过滤效率=过滤器捕集粉尘量/上游空气含尘量
过滤效率是根据可穿透粒子的大小及过滤微尘的数量来区分的。国内对于一般通风过滤器的效率测试，过去一般仅要求测试过滤器的初始效率，但由于过滤器在容尘后效率会发生变化，EN779要求效率测试需要进行发尘，以不同容尘阶段的平均效率对过滤器进行分级。中国GB/T 14295-2008采用大于或等于0.5um或2um微粒的初始效率将过滤器划分为不同的等级，该效率评级方法简洁单一，而且没有考虑容尘对过滤效率的影响。欧洲标准EN779-2011则依据过滤器在容尘阶段对0.4um微粒的平均效率将过滤器划分为不同的等级。两者的主要评价思想明显不同，即中国GB/T 14295-2008标准测量的是清洁过滤器的分组效率，而欧洲标准关注的是过滤器整个生命周期的平均计径（0.4um）效率。美国标准则要求测量不同粒径档在初始状态和发尘阶段的效率，取其小值来评级。实验发现，过滤器效率（假设不考虑静电作用）基本随着单位面积容尘量的增加而增加，因此如果不考虑静电作用，美国标准也只是关注过滤器的初始状态下的计径分级效率。与中国标准GB/T 14295-2008相比，美国标准的评级方法是把过滤器对三个粒径档的粒子效率综合考虑来对产品进行评级，该方法综合考虑了过滤器对不同粒径的过滤效率，值得GB/T 14295-2008借鉴，因为不同过滤器对不同粒径的效率差别很大，单独依据某个粒径效率进行评级不能全面反映过滤器的效率。

二、过滤阻力
单体过滤材料使气体绕行，产生微小阻力，无数过滤材料单体的阻力之和就是过滤器的阻力。过滤器阻力随空气流量的增加逐渐增大，随过滤器面积的增大而减小。因此，实际应用中，可以通过减小气体流量和增大通过过滤材料的面积来降低穿过过滤材料的风速，从而减小过滤器阻力。
过滤器的阻力由两部分组成，一是滤料的阻力ΔP1，二是过滤器的结构阻力ΔP2。对纤维过滤器来说，滤料的阻力是由气流通过纤维层时的迎面阻力造成的，这个阻力的大小和在纤维层中流动的气流是层流还是紊流关系很大。一般来说，由于纤维过滤材料本身极细，过滤速度较低，Re值较小，因此纤维层内的气流属于层流。对具体的过滤器来讲，过滤材料确定后，则滤层厚度、滤层填充率、纤维直径、纤维断面形状系数也为确定值，过滤材料阻力可表示为：

式中，A为系数，与滤层厚度、滤层填充率、纤维直径、纤维断面形状系数和流经过滤器的空气特性相关；ν为过滤速度。
与过滤材料的阻力不同，过滤器的结构阻力与气流速度不呈直线关系，这是因为空气通过过滤器框架时，以面速u为代表，一般达到m/s量级，比过滤器速度大得多，而且气流遇到构件的结构尺寸远比纤维直径大，所以此时的Re值也较大，惯性力不能忽略，气流特性已由层流转化为紊流，此时阻力可表示为：

式中，B为过滤器结构阻力系数；n为无量纲指数。
结合以上的滤料阻力和结构阻力，过滤器的全阻力可表示为：

显然，不同的过滤器有不同的A、B值，若以滤速来统一表示，则全阻力可表示为：

式中，C为过滤器阻力系数；m为无量纲指数。
一般来说，对于国产高效过滤器，C为3～10，m为1.35～1.36。实际运行过程中，过滤器的阻力随着滤料表面积聚的微粒数量增加而增大，因此常把过滤器没有积尘的阻力称为初阻力，把需要更换时的阻力称为终阻力。见下表：

三、容尘量
过滤器容尘量是描述滤料表面的积尘能力。通常运行中过滤器的终阻力达到其初阻力倍数的数值时，或者效率下降到初始效率的85%以下时，将过滤器上沉积的灰尘质量，作为该过滤器的容尘量。过滤器的容尘量关系到过滤器使用期限，以达到额定容尘量作为过滤器的使用期限，计算公式为：

式中，T为过滤器使用期限，d；P为过滤器容尘量，g；C₁为过滤器入口空气的含尘浓度，mg/m³；Q为过滤器的风量，m³/h；t为过滤器一天的工作时间，h；η为过滤器的计重效率。