空氣清淨原理

濾網知識通

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空氣濾清器,是一種用來濾除空氣中固體顆粒(包括灰塵、花粉、細菌、黴菌等)的裝置,通常由纖維材料製成。化學空氣濾清器採用吸附材料和催化劑來去除空氣中的分子污染物,比如揮發性有機化合物或臭氧。空濾一般適用於對空氣品質要求高的地方,如用於建築通風系統和汽車、機車的引擎上。
空氣濾清器可以通過捕捉和除去空氣中的微粒來實現這一目的。
過濾微粒的空氣過濾器是怎麼分級的呢?
★ 依過濾效率,濾網等級大致區分:初效過濾網、中效過濾網、高效過濾網、超高效過濾網。
★ 另有過濾氣味的活性碳化學濾網。
★ 潔淨室、無塵室專用濾網。

❶ 初效濾網 3微米~10微米
過濾效率 30~35%/40-45%
❷ 中效濾網 1微米~3微米
過濾效率 60-65%/80-85%
❸ 高效濾網 0.3微米~1微米
過濾效率 95%/99.95%~99.995%@MPPS
❹ 超高效濾網 0.12微米~0.3微米
過濾效率 99.9995%@MPPS/99.999%
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空氣濾網的定義
空氣濾網是一種裝置,用於懸浮在空氣中的微粒,如灰塵、花粉、細菌和病毒等的過濾。通常由一個網狀的物質組成,可以捕捉這些微粒,防止它們進入室內空氣中,從而改善室內空氣質量。空氣濾網被廣泛應用於家庭、商業和工業環境中,以保護人們免受污染和有害物質的危害,同時減少室內空氣中的污染物質。空氣濾網也可用於空調、暖氣系統和汽車中,以提高室內空氣質量和駕駛者的健康。
 
掌握合適的使用周期,必須了解其阻力的變化情況,首先必須了解如下定義:
1. 額定初阻力:在額定風量下,過濾器樣本、過濾器特性曲線或過濾器檢測報告所提供的初阻力。
2. 設計初阻力:系統設計風量下,過濾器阻力(應由空調系統設計師提供)。
3. 運行初阻力:系統運行之初,過濾器的阻力,如果沒有測量壓力的儀表,就只能取設計風量下的阻力作為運行初阻力(實際運行的風量不可能完全等於設計風量)
 
濾網產品分級說明
空氣濾網的過濾種類分成:懸浮粒子、氣膠分子及空氣異味等。
台灣在濾網分級上,主要受美國與歐盟影響占最大部分,現在就讓我們來認識空氣濾網的分級吧!
 

初、中效率濾網 

【美國效率規範】 ASHRAE 52.2,將測試粒徑控制在一定範圍內,並分成三個區間:E1 (0.3-1.0 μm)、E2 (1.0-3.0 μm)、E3 (3.0-10.0 μm)。

美國冷凍空調學會(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE)發佈的ASHRAE 52標準規範了初、中效率空氣濾網的測試方式。並依其效率由低至高分作1~16個等級,又稱MERV等級。
ASHRAE已發行52.2版,目前大多以此濾網分級標準來述說濾網等級。
 
在ASHRAE 52.2中,主要採用比重法(又稱AFI法,此法由美國濾網協會American Filter Institute提出,故以其名稱為命名。)與比色法/塵點法(又稱NBS法,此法由美國國家標準局National Bureau of Standard提出,故以其名稱為命名。NBS即為今天的美國國家標準與科技協會National Institute of Standards and Technology, NIST)。
 
重量法:(多用於測試初級濾網之效率)
用以測試以過濾≧5μm粗粉塵為主的初級濾網之效率的方法,常用AFI法 (1960年)及ASHRAE法(52.1—92標準 )。 一般稱之為ASHRAE Arrestance 或 AFI。兩者均代表重量法。
Wf:濾網上游之粉塵供給量(g)
Wp:被附著在濾網上的粉塵重量(g)
重量補集法效率(%)=( 1- Wp/Wf)×100%
 
比色法:(多用於表示中級濾網與袋式濾網過濾效率)
用以測試以過濾≧1μm粒子為主的中級濾網之效率的方法,在濾網上、下游均各設有一相同的過濾試紙, 在取樣測試後,以其透明度之變化來計算濾網的效率。常用NBS法及ASHRAE法( 52.1 —92標準 )。 1968年,經過修正整合後,一般稱之為ASHRAE Efficiency 或 NBS ,兩者均代表比色法。
 
Q1:通過上游試紙的取樣風量
Q2:通過下游試紙的取樣風量
O1:附著了粉塵的上游試紙之不透明度
O2:附著了粉塵的下游試紙之不透明度
比色法效率(%)=( 1- Q1/Q2×Q2/Q1)×100%
 
【歐盟效率規範】 EN 779 & EN 1822
歐盟在濾網分級上主要是依據EN 779標準。該標準大致將濾網目標的過濾物質分成「粗、中、細」等三個類別,同時劃分為9個等級。對於過濾尺寸較大的濾網,使用人造纖維進行測試。過濾中跟細大小灰塵的濾網則使用0.4 μm大小微粒作為測試時所施放的粒子。
 
※ 歐盟早期的EU分級因為已經被取代,不再說明。
 
【ISO 16890標準】將於2018年取代EN779:【過濾效率由顆粒物的分級來決定】
 
ISO 16890作為全新的過濾標準引入國際標準化組織,用於一般通風用過濾器的測試和分級,標準號為ISO 16980。該標準被全世界範圍內的所有國家100%投票通過。EN 779標準來評價空氣過濾器將很快成為歷史,ISO 16980於2016年年底開始進行為期18個月的過渡期,並將在2018年取代舊標準。
 
在美國ASHRAE52.2為主導,歐洲實行EN779,亞洲及中東地區,兩個標準都選用,中國還有自己的國家標準。多年來,世界衛生組織和環境當局一直在使用粒子的尺寸大小來評估空氣品質,現在業內也均遵循這種方法。而隨著新的ISO 16890測試標準推出後,過濾器的效率將以PM1、PM2.5 和PM10這樣的分類為基礎確定。這樣可確保過濾器更有針對性地、以其實際性能的好壞為標準得到評估。 較以前的2大標準,ISO16980吸收了優勢,摒棄了缺點,提出了非常科學的測試標準和分級系統。最顯著優勢是要求過濾器的效率測試必須針對顆粒物進行分組,過濾器的效率將由顆粒物的分級PM1、PM2.5、PM10來決定。
 
將來,這將確保過濾器更多地由其實際的操作性能來評估,同時與過去相比,幫助用戶更有針對性地選擇合適的過濾器。PM1針對小於1um的顆粒物,全新過濾效率和消靜電後效率的需要,超過50%的最低限制才能被劃到ePM1效率分組中去。這很重要,因為越來越多的科學報導表明:PM1作為細顆粒物對於人體健康的損害極為嚴重。
 
 
高效率濾網
在高效率濾網方面,美國依據IEST(美國環境科學與科技協會 Institute of Environment Science and Technology)所發佈的IEST RP-CC001規範。
該規範對於高效率濾網(High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA)採用0.3 μm粒子進行測試。
 
PAO法:(用來測試高效率網HEPA)
主要是在HEPA上游施放PAO礦物油,利用光度計偵測濃度後,在HEPA下游使用粒子計數器來量測通過HEPA的PAO濃度而在下游則是將測試儀器放置於HEPA吹出面約25mm的地方,以50mm/sec的掃描速度量測,量測範圍包括HEPA的濾材、濾材與外框接合處、HEPA與室內的接合處等地方,而量測的方法並沒有相關規定,僅需將整各HEPA的範圍量測即可,其中若有超出0.03的粒子被偵測時,需將測試儀器停放於該處10sec在退回100mm反覆連續偵測,若其結果數值未被偵測出高於0.03,則可繼續執行偵測。
 
PAO效率(%) = ( 1-HEPA下游之粒子濃度 / HEPA上游之粒子濃度 ) × 100%
 
※ 在濾網的使用上,並不是等級越高越好,因為使用越高等級的濾網,付出的代價也越大(無謂的能源損耗、廢棄物產生、噪音...等),破壞環境所生產的高品質產品,因此,依據實際的需求,選擇合適的濾網才是正確永續經營的作法。
 

AHU中央空調系統 VS. MAU淨化空調系統

AHU/中央空調系統:主要由制冷機、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統、風機盤管系統和冷卻塔組成的。

MAU/淨化空調系統:本質上是由空氣處理、空氣輸送設備,空氣分布裝置三大部分組成;此外還有製冷系統,供熱系統及自動調節系統。

★ 空氣過濾結果
中央空調:室內含塵濃度高,使用初效/中效過濾網;在風口的末端,沒有亞高效以上的空氣過濾器。
淨化空調:室內含塵濃度低,使用初效/中/高效過濾網;在風口的末端必須設置亞高效或高效空氣過濾器。
 
★ 氣流組織
中央空調:屬亂流氣流形式,小通風達到提高室內溫濕度場均勻的目的。
淨化空調:垂直或水平層流,減少塵粒的擴散,降低二次氣流和渦流。
 
★ 室內壓力
中央空調:沒有明確要求
淨化空調:最小壓差在5~10Pa以上
 
★ 風量能耗
中央空調:10次/h以下的換氣次數/耗能較省
淨化空調:12次/h以上的換氣次數/耗能較高
 
★ 造價
中央空調:價格便宜
淨化空調:價格高
 
 

PM2.5是什麼?

空氣中存在許多污染物,其中漂浮在空氣中類似灰塵的粒狀物稱之為懸浮微粒(Particulate Matter)。懸浮微粒粒徑大小有別,≦2.5微米(μm)的懸浮微粒,稱為細懸浮微粒(PM2.5),單位為微克/立方公尺(μg/m3)。
PM2.5直徑不到髮絲粗細的1/28,非常微細可穿透肺部氣泡,並直接進入血管中隨著血液循環全身,故對人體及生態所造成之影響是不容忽視的。
 
 

懸浮粒子越細 人體傷害越大

德國國家環境與健康研究中心研究證實:
空氣污染物中的懸浮粒子直徑越小,對人體的危害越大,細懸浮粒子(PM2.5)中,一定程度上都是直徑1微米以下的顆粒物,尤其是≤0.1微米的可以帶來人體傷害。
上述研究結果提供了新的方向,我們應該重點關注更小粒徑的懸浮粒子,而不僅僅是PM2.5。
 
常見的12種空氣污染物
花粉:花粉是常見的過敏原,容易讓鼻子過敏鼻水流不止,嚴重還可能眼睛等部位紅腫。 
毛髮:毛髮不只人類的毛髮,寵物毛髮也會容易讓人過敏,打噴嚏、鼻水都是常見的症狀。 
灰塵:打掃時容易揚起大量的灰塵,另外清潔冷氣濾網時也可能讓你噴嚏打不停。 
塵蟎:香港環境潮濕容易在沙發、地毯、棉被等處滋養塵蟎,若進入呼吸道可能引發氣喘。 
粉塵:粉塵分為飄塵與降塵,在裝潢、施工中的房子中較為常見,也是常見的過敏因子。 
甲苯:甲苯常存在於油漆、指甲油、化妝水當中,密閉環境中需要特別注意。 
甲醛:剛裝潢好的房子、新買的家具都可能有過量的甲醛,甲醛也是常見的致癌物。 
病毒:空氣中難免存在各種病毒,可利用HEPA等濾網攔截部分有礙物質。 
細菌:細菌在家中是常見的空氣污染物,醫院的細菌濃度超標也時有所聞。 
霉菌:潮濕的環境中容易滋生霉菌,空氣中散佈的孢子也會讓其影響擴大。 
異味:油煙、貓狗都可能有些味道,利用活性碳濾網能濾除部分的異味提升空氣品質。 
PM2.5:懸浮的細小微粒會深入肺部造成長期的影響,也是目前空氣淨化機去除的主要物質。

為什麼要用空氣過濾網?

通風空調系統需要空氣過濾器的保護
空調維護人員通常會發現空調系統在使用較長時間後會發現如下問題:
1. 風機、熱交換器、風閥、管道等部件嚴重積灰,且還有異味
2. 系統運行數年後,風量和冷/熱處理量偏低,難以達到原設計要求
3. 舒適性空調送風口的周圍出現黑漬
4. 室內人員抱怨空氣污濁,身體不適
5. 潔淨室系統的高效空氣過濾網阻力增長過快,甚至1-2年就需更換
6. 對於空調機中目前長配的金屬/尼龍網和化纖無紡布,即使不清洗,阻力也不會持續上升
造成這些問題的主要原因是灰塵,所謂耐洗的過濾網對灰塵的阻擋是有限的。除了把空調系統停下來進行清洗,或更換昂貴的系統部件,更有效的措施是增設效率足夠高的空氣過濾網。
(國內能提供空調系統清洗服務的公司很少)
經過已開發國家的調查和研究證明,玻璃纖維袋式過濾器是用戶最經濟有效的選擇。
 
各種潔淨等級的潔淨室更離不開高效甚至是超高效空氣過濾網
潔淨室內與室外的塵埃粒子濃度相差成千上萬倍(單單是計數),要達到一定級別的潔淨度,必須要設定高效空氣過濾網,對進入室內的空氣進行過濾網。
過濾網的選用
根據場所的使用要求合理確定各級過濾網的效率
通常情況下,終級過濾網決定了空氣的潔淨程度,初期過濾網起保護終終過濾網的作用,即延高效過濾網的使用壽命,減少維護費用,保護空調系統正常工作。
具體過程:
1. 根據潔淨度的要求確定高效過濾網
2. 選擇使用高效過濾網,合並使用中效濾網及初效濾網,通常起保護作用的過濾網稱為預過濾網(第一道)
3. 選擇預過濾網要和使用環境,備件費用,運行能耗(目前國內用用戶關心能耗的不多),維護與供貨等因素綜合考慮後決定
4. 特別關注的問題:潔淨室末端的高效空氣過濾器需要有效率不低於F8的濾網作保護(主要應是針對新風的處理),空調系統也需要空氣過濾網的保護
5. 確定過濾網的要點:高效過濾器的性能要可靠,初、中效的濾網效率規格要合理,且要維護方便
 

空氣過濾原理

1.攔截

空氣中的塵埃粒子,隨氣流作慣性運動或無規則布朗運動或受某種場力的作用而移動,當微粒運動撞到其它物體,物體間存在的范德華力(是分子與分子、分子團與分子團之間的力)使微粒粘到纖維表面。進入過濾介質的塵埃有較多撞擊介質的機會,撞上介質就會被粘住。較小的粉塵相互碰撞會相互粘結形成較大顆粒而沉降,空氣中粉塵的顆粒濃度相對穩定。室內及牆壁的退色就因為這原因。

2. 慣性和擴

顆粒粉塵在氣流中作慣性運動,當遇到排列雜亂的纖維時,氣流改變方向,粒因慣性偏離方向,撞到纖維上而被粘結。粒子越大越容易撞擊,效果越好。
小顆粒粉塵作無規則的布朗運動。顆粒越小,無規則運動越劇烈,撞擊障礙物的機會越多,過濾效果也會越好。空氣中小於0.1微米的顆粒主要作布朗運動,粒子小,過濾效果好。大於0.3微米的粒子主要作慣性運動,粒子越大效率越高。擴散和慣性都不明顯得粒子最難過濾掉。測量高效過濾器性能時,人們經常規定測量最難測量的粉塵效率值。
靜電作用由於某種原因,纖維和微粒可能帶上電荷,產生靜電效應。帶靜電的過濾材料過濾效果可以明顯改善。原因:靜電使粉塵改變運動軌跡並撞上障礙物,靜電使粉塵在介質上粘的更牢。能長期帶靜電的材料也稱作"駐極體"材料。材料帶靜電後阻力不變,過濾效果會明顯改善。靜電在過濾效果中不起決定作用,只起輔助作用。 化學過濾化學過濾器主要有選擇性的吸附有害氣體分子。活性碳材料中有大量看不見的微孔,有較大的吸附面積。米粒大小的活性碳中,微孔內面積有十幾平方米大。游離分子接觸活性碳後,在微孔中凝聚成液體因毛細管原理呆在微孔中,有的與材料和而為一體。沒有明顯化學反應的吸附稱為物理吸附。有的對活性碳進行處理,被吸附的顆粒與材料進行反應,生成固體物質或無害氣體,稱為懷學吸附。活性碳在使用過程中材料的吸附能力不斷減弱,當減弱到某一程度,過濾器將報廢。如果僅為物理吸附,用加熱或水蒸汽熏可使有害氣體脫離活性碳,使活性碳再生。
 
 
過濾網選用幾點建議

1.選擇效率足夠高的過濾網(預過濾)

2.選擇過濾面積大的過濾網

3.高效空氣過濾網必須逐台檢測

4.同等風量下,選擇初阻力小的過濾網

5.選用通用尺寸的過濾網

過濾網的參數
面速和濾速
面速和濾速可以反映過濾網的通過風量的能力。
面速指過濾網斷面上的通過氣流速度,一般以m/s表示,V=Q/F*3600,面風速是反映過濾網結構特性的重要參數。
濾速是指濾料面積上的通過氣流的速度,一般以L/cm2.min或cm/s表示.濾速反映濾料的通過能力,反映濾料的過濾性能。濾速低,一般來說可以獲得較高得效率。允許通過的濾速低,濾料的阻力較大。
過濾效率
空氣過濾網的"過濾效率"是被捕集粉塵量與原空氣含塵量的比值:
過濾效率= 過濾網捕集粉塵量/上游空氣含塵量= 1 -下游空氣含塵量/上游空氣含塵量
效率的意義看似簡單,可它的含義和數值卻因試驗方法的不同而大不一樣。
在決定過濾效率的因素中,粉塵"量"的含義多種多樣,由此計算和測量出來的過濾器效率數值也就五花八門。
實用中,有粉塵的總重量、粉塵的顆粒數量;有時是針對某一典型粒徑粉塵的量,有時是所有粉塵的量;還有用特定方法間接地反映濃度的通光量(比色法)、螢光量(螢光法);有某種狀態的瞬時量,也有發塵全過程變化效率值的加權平均量。
對同一隻過濾網採用不同的方法進行測試,測得的效率值就會不一樣。各國家、各廠商使用的測試方法不統一,對過濾器效率的解釋和表達大相逕庭。離開測試方法,過濾效率就無從談起。
穿透率
穿透率來表示經過過濾網後仍然可以透過多少塵粒的程度。K=(1-η)×100%
阻力
過濾網對氣流形成阻力。過濾網的阻力主要由兩部分組成,濾料及濾網結構的阻力。
根據經驗,在濾料性能確定的情況下,過濾網的阻力與過濾網的結構關係很大,由此造成的影響可能在50Pa左右。
濾網積灰,阻力增加,當阻力增大到某一規定值時,濾網就需報廢。
新過濾網的阻力稱「初期壓損」;對應過濾器報廢的阻力值稱「終期壓損」。
設計時,常需要一個有代表性的阻力值,以核算系統的設計風量,這一阻力值稱"設計阻力,慣用的方法是取初阻力與終阻力的平均值。
容塵量
簡單說:過濾網容納灰塵的能力。過濾器容塵量和過濾器的使用期限有直接關係。通常指運行中的過濾網的終阻力達到其初阻力的一倍的數值時,或者效率下降到初始效率的85%以下時,過濾網上的集塵量作為過濾器的標準容塵量,簡稱容塵量。如果過濾網以超過額定風量的風量工作,其阻力將隨著集塵的增加而更快的增加。
過濾網在達到容塵量的集塵過程中,效率低的過濾網容易顯示出效率先增加後下降的特點,效率低的過濾網的集塵大而多,濾料稀疏,塵粒由於阻力的增加容易穿透濾料和剝落,造成二次污染。在使用過程中的高效過濾網,隨著積塵的增加,效率一般都會上升。
當風量為1000m3/h時,一般摺疊形無紡布過濾網的容塵量在100g上下,玻璃纖維過濾網在250-300g,高效過濾網在400-500g左右。同類過濾網若尺寸不同,容塵量也就不同。
 
  • 各項室內空氣污染物之室內空氣品質標準規定如下
項目 【標準值】體積濃度:1/1,000,000
二氧化碳(CO2) 8hr/1000 ppm     
一氧化碳(CO) 8hr/9 ppm
甲醛(HCHO) 1hr/0.08 ppm
總揮發性有機化合物
( TVOC ,包含:十二種揮發性有機物之總和)
1hr/0.56 ppm
臭氧(O3) 8hr/0.06 ppm
項目 【標準值】體積濃度:1/1,000,000 
細菌(Bacteria) 最高1500 
真菌( Fungi) 最高1000 (但真菌濃度室內外比值
小於等於1.3者,不在此限)
項目  【標準值】體積濃度:1/1,000,000
粒徑 ≤10微米(㎛) 之懸浮微粒( PM10)
24hr/75㎍/m3
粒徑 ≤2.5微米(㎛)之懸浮微粒(PM2.5 )
24hr/35㎍/m3
資料來源:全國法規資料庫
 
我應該多久更換濾網?
✔初效濾網 3M (24H*90天)
✔中效濾網 6M (24H*180天)
✔高效濾網 12M (24H*360天)
根據使用區域的污染程度及使用狀況可能縮短使用期限。
為維護裝置的高品質效能,請務必定期更換。
 
空氣濾網有保存期限嗎?
將未使用全新的空氣濾網裝袋,完整密封並建議存放在乾燥且陰涼不受潮處,較沒有期限問題。
保守建議期限為1-2年左右。