空调过滤器过滤等级与运行费用的关系

疫情期间， 很多开发商和业主关注建筑和室内的健康设计， 因为肺部相关疾病主要通过空气传播， 吸入了看不见的污染物， 问的最多的是空气健康问题，比如新建/既有项目空调箱增加紫外杀菌/提高过滤等级/全新风系统/排风/运营维护等等会增加多少的投资成本和运行成本， 这是一个很专业的问题。

以提高过滤器等级为例，对于办公/住宅/商场/餐厅/酒店/展厅/公寓/医院/学校项目，想要通过提高过滤等级来提高空气质量， 新建项目比较容易实现，既有项目可能受到一定的局限性，要评估空调系统、风量、风压要求及现场条件，不是所有项目都适合改造。

为了能够让大家尽快明白，举一个文章中的例子，假设在3400m3/h风量下运行，风机效率以70％计，如果过滤器的压差值平均升高100Pa，则风机为克服该过滤器阻力而运行1年（以8400h计）的耗电量约为1133kW·h。如果过滤器的压差值降低10Pa，则每年可省电113kW·h, 对于这个增量的运行成本，大部分应该还是可以接受的。

中高效过滤器的初阻力如下：

一般终阻力是初阻力的1倍。如果只是更换高一个等级的中高效过滤器，初阻力增加并不多。如果在现有的过滤器之后再加一道中高效或亚高效过滤器，那么初阻力就会很明显，所以一般建议提高过滤等级即可。

1、空气处理单元的能耗现状

暖通空调（HVAC）系统是工商业领域被广泛使用的重要设备，其采用的能源主要是电能。有关统计资料显示：在一般的办公楼宇中HVAC设备的耗电量约占总耗电量的40%，洁净厂房中HVAC设备的耗电量则占到总耗电量的80% 。
图1是欧洲通风协会EUROVENT对作为HVAC系统中主要组件的空气处理单元（Air Handling Unit）进行的生命周期成本（Life Cycle Cost）分析的结果。结果显示：能源成本在整个AHU的生命周期成本中占到80％左右，其中约50％是被风机消耗的。

风机是作为克服空气处理单元中主要部件（如加湿器、冷凝管、加热盘管和空气过滤器等）的阻力而提供动能的，也就是说，风机提供的能量绝大部分是被各部件的阻力总和所消耗掉的。而空气过滤器的阻力（压差值）约占到了风机全压头的50％。所以，在HVAC系统中，空气过滤器的能耗不容忽视。

2、空气过滤器与汽车涂装制造成本的分析

涂装车间是汽车主机厂四大车间中公认的耗能大户―国内奇瑞公司涂装车间的耗能比例占到全厂的60％左右；即使号称世界首个“绿色涂装车间”的美国BMW Manufacturing Co. 的涂装车间能耗也占到全厂的50％。涂装车间的喷漆室、烘干室是耗能的主要设备，在电力方面分别占到42％和6.8%，在热能方面占到49.7%和27.3%，两者的CO₂排放量占CO₂总排放量的64.8% 。
随着轿车市场竞争的日益加剧，提高质量、降低成本是适应市场竞争的重要手段。涂装成本占整车制造成本中可控制成本的比例较大，降低涂装制造成本已成为各大厂商成本控制的重点。由于动能成本一般占到整个涂装制造成本（不含设备和厂房折旧）的25%左右，所以降低涂装中的动能成本是一条行之有效的途径。全球各大汽车制造厂商已从各个方面、各个环（细）节采取成本控制措施，如奇瑞公司就是从涂装工艺、涂装材料、涂装设备等进行的。
欧洲通风协会也对空气过滤器的生命周期成本进行了分析，这里的LCC定义如下：

LCC = Investment + LCC(Energy) + LCC(Maintenance) + LCC(Disposal)

其中:

Investment: 指初次安装通风系统时涉及的空气过滤器资金（包含过滤器费用、安装框架、劳动力费用等）

LCC(Energy): 过滤器能耗现值（present cost） 

LCC(Maintenance): 过滤器维护、更换费用值

LCC(Disposal): 过滤器处理费用现值

空气过滤器的整个LCC分析表明：空气过滤器的投资费用仅占4.5%，维护/更换费用占14％、处理费用仅占0.5％，而能耗占到了81%。
空调箱中过滤器的阻力（压差值）变化趋势一般是：使用新过滤器后压差值刚开始时是缓慢上升的，随着运行时间的增长，过滤器捕集了大量的灰尘，其压差值快速上升直到达到其终压差值。而风机（一般为调速风机）为了克服空气过滤器的不断增加的阻力，其功率也将持续增大，相应的能耗也将增大。而其耗电量可以表征为风量、平均压差值、风机效率和运行时间的函数：

3、空气过滤器能效分级简介

3.1  空气过滤器的能效指标

一般地，人们在选择过滤器时主要关注的是其过滤级别，而忽视了其能耗！但即使相同过滤级别的过滤器，它们的特征参数也是有区别的。目前通行的一般通风用空气过滤器过滤性能测定的欧洲EN 779标准和美国ASHREA 52.2标准中关于过滤器的分级都只规定了一个范围，如EN 779标准的F6过滤级别就是指在3400m³/h风量、450Pa终阻力的测试条件下，过滤器对0.4μm气溶胶颗粒的捕集效率在60%~80％（计数效率）范围，如此大的效率范围为各过滤器制造厂商推广产品提供了很大的发挥空间；而不同厂商的同级别过滤器的初始压差值就相差更大了――但这个指标恰恰是关系到过滤器能耗的！
如何能使客户通过简便的方法选择到既有“极可能高的过滤效率”、又有“尽可能低的压差值”的空气过滤器，便成为具有实际意义的事情。

3.2  空气过滤器能效分级系统简介

空气过滤器能效分级系统是基于过滤器过滤效率和平均压差值基础上的，其中的过滤效率可采用现有的EN 779标准中的分级，而平均压差值是如式[2]所示随运行时间变化的，不易确定。这时就需要建立一种模拟测试方法，这种方法要能体现出空气过滤器在实际使用过程中随着不断捕集环境空气中的大气尘使得其压差值上升的趋势。
通过比较在德国不同地区（包括西北部的鲁尔工业区、西南部的BASF附近的工农业集中区等）长达近2年的不同级别空气过滤器使用状况及在试验室EN 779试验台的大量测试结果，得到了一个结论：实际中捕集了800g大气尘的空气过滤器压差值变化趋势与在EN779试验台测试中3400m³/h风量下采用AC细灰（ISO A2灰）测试尘（而不是标准测试程序中要求的ASHREA测试尘）测试容尘量达到800g时的空气过滤器的压差值变化趋势相吻合。而德国联邦环保部公布的德国大气环境中细灰尘的平均浓度为40μg/m³，据此，一个空气过滤器在3400m³/h风量下正常运行1年（以250d计，约6000h）所容纳的灰尘量也恰好约800g。
由此，使用AC细灰（ISO A2灰）、容尘量800g便可用于过滤器能效分级系统所要建立的模拟测试方法中。而式[2]的平均压差值就可表达如下：

[4]式表明：关键能效数kep值越大，说明过滤器是在额定风量下节能的运行，这反映在当过滤器效率给定时，其压差值很低。所以，可用kep值来对过滤器的能效分级。这里，定义了五个等级（如表1）：1级表示过滤器在运行期间能耗最低；5级表示能耗最高。

由图中可以看出，低级别的过滤器对于一个较小的平均压差值变动（如20Pa）所产生的影响效应将远远大于高级别过滤器的。如当一个F5级别（效率50%）过滤器平均压差值从50Pa上升到70Pa时，其能效级将从1级变为4级，其年能耗量将增加约40％；而对于过滤级别越高的过滤器，这种影响则很小，也就是说，对于高过滤级别的过滤器，能效分级对其允许的平均压差值可变范围较广。
另外，这张能效分级图也把过滤器的实际过滤效率完全考虑进来。即使相同级别的过滤器（如对0.4μm气溶胶颗粒的计数效率在60%~80％范围内的F7过滤器），由于各个过滤器的实际平均效率值不同，它们的能效分级也不同；同时，平均压差值变动所产生的影响效应有很大的差别。

4、空气过滤器能效分级系统的应用

4.1  过滤器的能效分级

不同级别的vildeon^®紧凑型袋式过滤器和MX系列盒式过滤器按照上述能效分级系统进行的能效级别划分如表2所示。

划分结果表明：过滤级别从G3到F9的所有空气过滤器的能效级别为1~2级，都属于能效比较高的过滤器。这与这些过滤器的滤料选用、结构设计特点及过滤器制造工艺是紧密相关的。

4.2  案例研究

英国一家果品冷库两个相同的带回风系统的空气处理单元（风量都是93600m³/h）进行了对比试验：其中一个采用其它厂商的G4板式过滤器+F5袋式过滤器；另一个只采用一级F5过滤器（型号F50）。同时在现场的电源控制柜中装配能源监视装置（见图3）采集风机（将可调频的变速风机调至最大风量）的用电量。整个对比试验期间的压差值记录如图4所示。试验结果显示：在测试的一个月中，F50过滤器压差值很小且变化幅度不大，而另一个AHU中的G4+F5过滤器的压差值变化很大；由此使用F50过滤器的AHU风机的耗电量比另一AHU的风机节省了14.5%。

图3 电控柜及能源监视装置

图4 对比试验压差值记录

5、小结

能源成本在整个暖通系统的空气处理单元生命周期成本中占到80％左右，其中约50％是被风机消耗的，而空气过滤器的能耗值又约占了风机能耗的50％。涂装车间作为汽车厂使用大量空气处理单元和空气过滤器的能耗大户，为大大减少涂装制造成本而选择既能保证工作场所的空气洁净度、又能节能的合适过滤器产品就成为一个新的突破口，及时调试、清洁、维护过滤器也是一个有效的节能运营节能措施。

       文章来源：洁净园

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