折叠式初效过滤器在中央空调系统中的应用与性能分析
折叠式初效过滤器在中央空调系统中的应用与性能分析
一、引言
随着现代建筑对室内空气质量要求的日益提高，中央空调系统作为保障建筑环境舒适性与健康性的关键设备，其运行效率与空气洁净度直接关系到人们的生产与生活质量。在中央空调系统的空气净化流程中，初效过滤器作为第一道防线，承担着拦截大颗粒灰尘、毛发、纤维等污染物的重要任务。其中，折叠式初效过滤器因其结构紧凑、容尘量高、风阻低、更换便捷等优势，被广泛应用于商业楼宇、医院、工厂、机场航站楼等各类通风空调系统中。
本文将围绕折叠式初效过滤器在中央空调系统中的应用展开深入探讨，系统分析其工作原理、技术参数、性能特点、应用场景，并结合国内外权威研究文献进行性能对比与优化建议，旨在为暖通空调（HVAC）工程设计人员、运维管理人员提供科学参考。
二、折叠式初效过滤器的基本结构与工作原理
2.1 基本结构组成
折叠式初效过滤器主要由以下几部分构成：
- 滤料层：通常采用无纺布、聚酯纤维或玻璃纤维材料，通过机械热压形成波浪形褶皱结构。
- 外框材料：常见为铝合金、镀锌钢板或ABS塑料，用于支撑滤料并固定于空调机组内。
- 分隔物（可选）：部分高端型号内置铝条或塑料条以保持褶间距，防止塌陷。
- 密封胶条：确保过滤器与安装框架之间无缝隙，避免气流短路。
2.2 工作原理
当含有粉尘的空气通过折叠式初效过滤器时，在惯性碰撞、拦截和扩散等物理机制作用下，较大颗粒物被滤料表面捕获，从而实现对空气中≥5μm颗粒物的有效去除。由于其多褶结构显著增加了有效过滤面积，在相同迎风面风速条件下，相比平板式初效过滤器具有更高的容尘能力和更低的初始压降。
三、主要技术参数与性能指标
以下是典型折叠式初效过滤器的关键技术参数汇总表：
| 参数名称 | 典型值范围 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 过滤等级 | G3～G4 | EN 779标准 | G3对应效率约65%（>5μm），G4约80%-90% |
| 初始阻力 | 30～60 | Pa | 新滤网在额定风量下的压降 |
| 额定风量 | 600～3600 | m³/h | 取决于尺寸规格 |
| 容尘量 | 300～800 | g/m² | 达到终阻力前可容纳的大灰尘量 |
| 终阻力设定 | 100～150 | Pa | 超过此值需更换滤网 |
| 滤料材质 | 聚酯纤维、无纺布 | — | 抗湿性强，不易霉变 |
| 外框材质 | 镀锌板、铝合金、ABS | — | 根据使用环境选择 |
| 使用温度范围 | -20℃ ～ +70℃ | ℃ | 适用于大多数室内环境 |
| 防火等级 | UL900 Class 2 或 GB/T 17428 B级 | — | 满足消防规范要求 |
| 尺寸规格（常见） | 484×484×21/25/46 mm 等 | mm | 符合欧洲标准模数 |
注：以上数据综合自《ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment》（2020）、中国国家标准GB/T 14295-2019《空气过滤器》及国内主流厂商产品手册。
四、折叠式初效过滤器的应用场景分析
4.1 商业建筑中央空调系统
在写字楼、商场、酒店等大型公共建筑中，中央空调系统常年运行，空气含尘量较高。折叠式初效过滤器安装于新风段或混合风段，可有效保护后续中效、高效过滤器，延长其使用寿命。例如，北京国贸三期项目在其AHU（空气处理机组）前端配置了G4级折叠初效过滤器，实测数据显示其平均运行周期达6个月以上，显著降低了维护频率。
4.2 医疗机构通风系统
医院对空气质量虽以高效过滤为主，但初效过滤仍不可或缺。根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB 50333-2013），洁净区域空调系统必须设置三级过滤，其中初级过滤用于截留皮屑、织物纤维等大颗粒污染物。上海瑞金医院新院区采用带抗菌涂层的折叠式初效过滤器，不仅提升过滤效率，还抑制微生物滋生，符合医疗环境控制要求。
4.3 工业厂房与洁净车间
在电子制造、制药、食品加工等行业，尽管末端常采用HEPA过滤器，但前置初效过滤器的作用不可忽视。德国西门子苏州工厂在其洁净室空调系统中引入耐高温型折叠初效过滤器（高耐温80℃），配合自动监测压差报警装置，实现了对预过滤环节的智能化管理，减少因堵塞导致的能耗上升问题。
4.4 交通枢纽与地铁系统
地铁站台人流量大，扬尘严重。广州地铁多条线路在环控系统中采用模块化折叠初效过滤器，便于快速拆卸清洗。研究表明（Zhang et al., 2021，《暖通空调》期刊），该类过滤器在PM10去除率方面可达75%以上，显著改善地下空间空气质量。
五、性能影响因素与优化策略
5.1 影响性能的关键因素
| 因素 | 对性能的影响 |
|---|---|
| 滤料密度 | 密度过高增加风阻，密度过低降低过滤效率 |
| 褶间距 | 合理间距（一般6～10mm）有助于均匀气流分布，提升容尘能力 |
| 迎面风速 | 超过2.5m/s时，效率下降明显，建议控制在1.5～2.0m/s之间 |
| 环境湿度 | 相对湿度>80%可能导致滤料吸湿结块，影响透气性 |
| 安装密封性 | 存在漏风则整体效率大幅下降，实测漏风率应<3% |
5.2 性能优化路径
- 材料改性：添加静电驻极工艺可使聚酯滤料具备持久静电吸附能力，提升对亚微米颗粒的捕集效率（Wang & Liu, 2019，《中国环境科学》）。
- 结构优化：采用梯度密度设计，即外层疏松、内层致密，兼顾低阻与高容尘特性。
- 智能监控集成：结合压差传感器与BIM运维平台，实现过滤器状态实时预警，避免过度运行或提前更换。
- 定期维护制度化：依据ASHRAE Standard 180推荐，每月检查压差变化，每季度评估实际积尘情况。
六、国内外研究进展与技术对比
6.1 国际研究动态
美国供暖制冷空调工程师学会（ASHRAE）在其《HVAC Applications》手册中指出，合理选用初效过滤器可使整个空调系统能耗降低8%～15%。欧洲标准化组织CEN发布的EN 779:2012标准明确将G4级作为大多数非洁净场所的低推荐等级。
日本学者Tanaka（2018）在《Building and Environment》发表的研究表明，在东京某办公大楼中将传统平板初效更换为折叠式后，风机能耗下降11.3%，且PM2.5浓度背景值降低约20%。
6.2 国内技术发展现状
我国自2019年实施新版GB/T 14295-2019《空气过滤器》以来，对初效过滤器的测试方法更加严格，尤其是计重法效率与人工尘试验条件更为贴近实际工况。清华大学建筑节能研究中心的一项实测项目显示，在北方某数据中心空调系统中使用高性能折叠初效过滤器后，全年节省电费约18万元人民币，投资回收期不足两年。
此外，国内企业如AAF国际、苏净集团、康斐尔（Camfil）中国等已推出具备数字化标签的智能折叠初效产品，支持NFC扫码查看生产批次、安装日期及更换提醒信息，推动行业向智慧运维转型。
七、典型产品型号对比分析
下表列举了市场上四款主流品牌的折叠式初效过滤器性能对比：
| 品牌 | 型号 | 过滤等级 | 初始阻力 (Pa) | 容尘量 (g/m²) | 外框材质 | 特色功能 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | HemiPleat® F7 | G4 | 45 | 750 | 镀锌钢 | 低阻设计，节能认证 |
| AAF China | Durafil ES | G4 | 50 | 700 | 铝合金 | 抗紫外线，适合户外新风 |
| 苏净 | SJ-CF-G4 | G4 | 55 | 680 | ABS塑料 | 成本低，适用于中小型项目 |
| Freudenberg | Viledon PPF3 | G3/G4可选 | 40 | 800 | 镀锌钢+密封条 | 高容尘，长寿命 |
数据来源：各厂商官网技术白皮书及第三方检测报告（2022–2023）
从上表可见，进口品牌在压降控制和材料稳定性方面表现更优，而国产品牌则在性价比和本地化服务方面占据优势。用户应根据项目预算、运行环境及维护便利性综合选择。
八、安装与运维注意事项
8.1 正确安装要点
- 确保气流方向标识与机组一致，严禁反向安装；
- 安装前清洁框架槽口，避免残留杂物划伤密封条；
- 使用专用卡扣或螺钉固定，防止振动松脱；
- 多片拼接时注意间隙密封，必要时加装密封垫片。
8.2 运维管理建议
- 建立过滤器更换台账，记录每次更换时间与压差读数；
- 推荐采用“压差+时间”双指标判断更换时机；
- 清洁金属外框时禁用强酸碱溶剂，防止腐蚀；
- 废弃滤网应按工业废弃物分类处置，避免二次污染。
九、经济性与环保效益评估
9.1 初期投入与运行成本
以一台处理风量为10,000 m³/h的组合式空调机组为例，配置G4级折叠初效过滤器（尺寸592×592×46mm）：
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 单台价格 | 180～250元 |
| 更换周期 | 4～6个月 |
| 年更换次数 | 2次 |
| 年耗材成本 | ≈500元 |
| 年节约风机能耗费用 | ≈1,200元（估算） |
注：节能效益基于压降降低带来的风机功率减少计算，假设电价0.8元/kWh，运行时间3000小时/年。
由此可见，尽管折叠式初效过滤器单价高于普通平板式，但其带来的系统节能效果可在1年内收回增量成本。
9.2 环保价值
使用高效初效过滤器可减少进入大气的再悬浮颗粒物排放，同时降低中高效过滤器更换频率，减少固体废弃物产生。据生态环境部发布的《中国空气质量改善报告（2022）》，推广高性能通风过滤技术对城市PM2.5浓度下降贡献率达3%～5%。
十、未来发展趋势展望
随着“双碳”目标推进和绿色建筑标准升级，折叠式初效过滤器正朝着以下几个方向发展：
- 智能化集成：嵌入RFID芯片或IoT传感器，实现全生命周期追踪；
- 可持续材料应用：研发可降解滤料（如PLA生物基纤维），减少塑料污染；
- 多功能复合化：集成除臭、抗菌、防霉等功能涂层，拓展应用场景；
- 定制化设计：针对特殊工况（高湿、油雾、腐蚀性气体）开发专用型号；
- 标准化与模块化：推动统一接口尺寸，提升不同品牌间的互换性。
住房和城乡建设部正在编制的《绿色建筑设计标准》修订稿中，已明确提出“空调系统应优先选用高容尘、低阻力的折叠式初效过滤装置”，预示其在未来建筑 HVAC 系统中的地位将进一步提升。
（全文完）
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