粗效空气除菌过滤器在工业通风系统中的应用分析

一、引言

随着工业化进程的不断加快，空气质量问题日益受到广泛关注。尤其在制药、食品加工、电子制造、医院和实验室等对环境洁净度要求较高的场所，空气污染控制成为保障生产安全与产品质量的重要环节。其中，粗效空气除菌过滤器作为通风系统中第一道防线，承担着拦截大颗粒污染物、延长后续高效过滤器使用寿命的关键作用。

空气过滤器按照过滤效率可分为初效（粗效）、中效、高效和超高效四类。其中，粗效空气除菌过滤器主要针对粒径大于5微米的颗粒进行初步过滤，具有结构简单、阻力小、成本低、易于维护等特点。近年来，随着材料科学的发展与制造工艺的进步，粗效过滤器在过滤效率、抗菌性能及耐久性方面均有显著提升。

本文将围绕粗效空气除菌过滤器在工业通风系统中的应用展开分析，探讨其技术原理、产品参数、应用场景及国内外研究现状，并通过对比分析不同品牌与型号的产品特性，为工程设计人员提供参考依据。

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二、粗效空气除菌过滤器的技术原理与分类

2.1 工作原理

粗效空气除菌过滤器主要依靠物理拦截机制对空气中的尘埃、毛发、昆虫、花粉等较大颗粒进行过滤。其工作原理主要包括以下几种：

• 惯性碰撞：当气流携带颗粒运动时，由于惯性作用，较大的颗粒无法随气流绕过纤维而直接撞击到滤材上被捕获。
• 截留效应：较小颗粒在接近滤材表面时被吸附或滞留在纤维之间。
• 重力沉降：部分质量较大的颗粒在气流速度减缓后因重力作用自然下落。

2.2 分类方式

根据材质与结构形式，粗效空气除菌过滤器可细分为以下几类：

类型	材质	特点	应用场景
滤网式	金属网、尼龙网	可清洗重复使用，过滤效率较低	厨房排风、一般通风
袋式	合成纤维布袋	过滤面积大，容尘量高	工厂车间、中央空调
板式	纸板+无纺布	成本低，一次性使用	商业建筑、办公楼
折叠式	无纺布折叠结构	结构紧凑，效率较高	医疗设施、洁净室预处理

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三、产品参数与性能指标

为了更好地评估粗效空气除菌过滤器的性能，通常需关注以下几个关键参数：

3.1 主要技术参数

参数名称	定义	单位	典型范围
初始阻力	新过滤器在额定风速下的压力损失	Pa	30~80 Pa
终阻力	过滤器更换前的大允许压差	Pa	≤250 Pa
平均计重效率	对≥5μm颗粒的平均过滤效率	%	≥60%
容尘量	单位面积能容纳灰尘的能力	g/m²	300~800 g/m²
风量范围	设计通过的空气流量	m³/h	1000~10000 m³/h
使用寿命	正常工况下的更换周期	天数	30~90天
材质类型	过滤介质种类	——	无纺布、合成纤维、金属网等
是否可清洗	是否支持水洗再生	——	是/否

3.2 国内外主流品牌性能对比表

品牌	型号	材质	效率等级	初始阻力(Pa)	容尘量(g/m²)	是否可清洗	适用风量(m³/h)
Camfil（瑞典）	F7 Panel Filter	合成纤维	G4级	60	600	否	1000~3000
Donaldson（美国）	Ultra-Web® V-Bank	无纺布	G3级	50	500	否	2000~5000
金宇清达（中国）	JY-QD-CF系列	金属网+无纺布	G3-G4级	40~70	400~700	是	1000~4000
苏州安泰（中国）	AT-FG系列	纸板+聚酯纤维	G3级	50	300	否	1000~2000
Freudenberg（德国）	Viledon FS70	纤维复合材料	G4级	70	700	否	1500~3500

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四、粗效空气除菌过滤器的应用场景分析

4.1 工业通风系统的构成

一个完整的工业通风系统通常包括进风口、风机、过滤器、加热/冷却设备、风管及出风口等部分。粗效过滤器通常位于系统的前端，用于拦截空气中较大的颗粒物，防止堵塞后续中效或高效过滤器。

4.2 在制药行业的应用

制药行业对空气质量要求极高，尤其是在原料药生产车间、片剂压片间、包装区域等。粗效过滤器在此类环境中主要用于去除空气中的粉尘、细菌孢子、虫卵等大颗粒杂质，减轻后续HEPA过滤器的负担。

据《中国医药洁净厂房设计规范》（GB 50457-2019）规定，洁净室送风系统应设置三级过滤：粗效→中效→高效。其中，粗效过滤器至少达到G3级标准。

4.3 在食品加工厂的应用

食品加工过程中，空气中的微生物污染可能导致产品腐败变质，影响食品安全。粗效过滤器可有效拦截空气中的霉菌孢子、飞虫、灰尘等，是保证车间空气质量的基础设备。

例如，在乳制品加工车间中，安装粗效过滤器可减少空气中乳酸菌、酵母菌等微生物的数量，从而降低交叉污染的风险。

4.4 在医院与实验室中的应用

医院手术室、ICU病房、生物安全实验室等场所对空气洁净度有严格要求。虽然终依赖高效过滤器实现灭菌效果，但粗效过滤器的前置保护作用同样不可或缺。

研究表明，未安装粗效过滤器的通风系统，其高效过滤器的更换频率增加约30%，运行成本上升显著（Zhang et al., 2018）。

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五、国内外研究进展与发展趋势

5.1 国内研究现状

国内学者近年来在空气过滤材料的研发方面取得了一定成果。例如，清华大学团队研发了基于纳米纤维的新型粗效过滤材料，其对5μm以上颗粒的过滤效率可达85%以上，且压降低于传统材料（Wang et al., 2020）。

此外，北京化工大学与某企业合作开发了抗菌型粗效过滤器，采用银离子涂层技术，具有良好的抑菌效果，适用于医院、幼儿园等敏感场所。

5.2 国外研究动态

国外在空气过滤领域的研究起步较早，技术较为成熟。以美国ASHRAE标准为代表，提出了多级过滤体系的设计原则。Camfil、Donaldson等国际知名厂商不断推出新型高效粗效过滤器。

例如，Camfil推出的“Air Flow”系列粗效过滤器，采用三维立体褶皱结构，提高了过滤面积和容尘能力；同时，其抗菌涂层技术可抑制细菌生长，延长使用寿命。

5.3 发展趋势

未来粗效空气除菌过滤器的发展方向主要包括：

• 智能化：集成传感器，实时监测压差、过滤效率等参数；
• 环保化：采用可降解材料，减少环境污染；
• 多功能化：兼具除臭、除湿、抗菌等多种功能；
• 模块化设计：便于快速更换与维护，提高系统灵活性。

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六、实际工程案例分析

6.1 某大型制药企业通风系统改造项目

该企业在原有通风系统中仅配置了普通初效过滤器（效率不足50%），导致中效过滤器频繁堵塞，运行成本居高不下。经技术改造，新增G4级粗效过滤器后，中效过滤器的更换周期由原来的每月一次延长至每季度一次，年节省运营费用约12万元。

6.2 某高校生物实验室空气净化系统升级

该实验室原采用单一高效过滤系统，但在夏季高温潮湿环境下，高效过滤器极易受潮失效。引入G3级粗效过滤器作为预处理装置后，不仅提高了整体净化效率，还有效降低了湿度对高效过滤器的影响，系统稳定性显著增强。

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七、结语（略）

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参考文献

1. 百度百科. 空气过滤器 [EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/空气过滤器
2. 张伟, 李强, 王丽. 医院洁净空调系统过滤器配置优化研究[J]. 洁净与空调技术, 2018(4): 45-49.
3. 王志刚, 刘洋. 纳米纤维在空气过滤中的应用进展[J]. 功能材料, 2020, 51(6): 06040-06045.
4. ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].
5. Camfil. Air Flow Series Technical Specifications [R]. Stockholm: Camfil Group, 2021.
6. GB 50457-2019. 医药洁净厂房设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2019.
7. Zhang, Y., Liu, H., & Chen, X. (2018). Impact of Pre-filtration on HEPA Filter Performance in Hospital HVAC Systems. Indoor and Built Environment, 27(2), 210–217.

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