提升HVAC系统能效：B类高效过滤器选型关键技术 引言 在现代建筑环境控制系统中，暖通空调（Heating, Ventilation and Air Conditioning，简称HVAC）系统是保障室内空气质量与热舒适性的核心组成部分。...
提升HVAC系统能效：B类高效过滤器选型关键技术
引言
在现代建筑环境控制系统中，暖通空调（Heating, Ventilation and Air Conditioning，简称HVAC）系统是保障室内空气质量与热舒适性的核心组成部分。随着全球对能源效率和可持续发展的日益重视，提升HVAC系统的运行能效已成为工程设计、设备制造与运营管理中的关键课题。其中，空气过滤器作为HVAC系统的重要组件，直接影响系统的气流阻力、能耗水平以及室内空气品质（IAQ）。在众多过滤器类型中，B类高效过滤器因其在颗粒物去除效率与压降之间的良好平衡，被广泛应用于商业楼宇、医院、数据中心及工业洁净室等对空气洁净度有较高要求的场所。
本文将围绕B类高效过滤器的定义、性能参数、选型原则、国内外标准体系、能效影响机制及实际应用案例展开系统分析，结合权威文献与行业数据，深入探讨如何通过科学选型实现HVAC系统整体能效的优化。
一、B类高效过滤器的定义与分类
根据中国国家标准《GB/T 14295-2019 空气过滤器》以及国际标准ISO 16890:2016《Air filters for general ventilation — Classification, performance testing and marking》，空气过滤器按照其对不同粒径颗粒物的过滤效率进行分级。B类高效过滤器属于中高效过滤范畴，通常指对0.3~1.0μm颗粒物具有较高捕集能力的过滤设备。
1.1 国内外标准中的分类体系
| 标准体系 | 分类方式 | B类对应等级 | 主要测试粒径 |
|---|---|---|---|
| GB/T 14295-2019（中国） | 按效率分为粗效、中效、高中效、亚高效、高效 | 高中效（F7-F9）部分属于B类 | 0.4μm钠焰法或计数法 |
| ISO 16890:2016（国际） | 按ePMx效率划分（ePM1, ePM2.5, ePM10） | ePM1 ≥ 50% ~ <80% 定义为B类 | 0.3~1.0μm颗粒 |
| EN 779:2012（欧洲旧标） | G1-G4（粗效）、M5-M6（中效）、F7-F9（高效） | F7-F8 属于B类高效 | 0.4μm人工尘 |
| ASHRAE 52.2-2017（美国） | MERV 13-16 对应高效中效 | MERV 13-14 可视为B类 | 0.3–1.0μm |
注：自2018年起，欧洲已逐步以ISO 16890取代EN 779，强调基于实际大气颗粒物分布的性能评估。
根据ISO 16890标准，B类过滤器特指ePM1效率介于50%至80%之间的产品，适用于需要控制细颗粒物（PM1）但不需达到HEPA级别（H13以上）的应用场景。这类过滤器在保证较高净化效率的同时，显著降低了系统风阻与风机能耗。
二、B类高效过滤器的关键性能参数
在HVAC系统设计中，过滤器的选型必须综合考虑多个技术指标。以下是决定B类高效过滤器性能的核心参数：
2.1 过滤效率（Filter Efficiency）
过滤效率是指过滤器对特定粒径颗粒物的捕集能力，通常以百分比表示。对于B类过滤器，重点考察其对0.3~1.0μm颗粒的过滤性能。
| 参数名称 | 测试方法 | 典型值范围 | 测试标准依据 |
|---|---|---|---|
| ePM1 效率 | 计重+计数法 | 50% ~ 80% | ISO 16890 |
| 初始效率（0.4μm） | 钠焰法或DOP法 | ≥60%（F7级） | GB/T 6165 |
| 平均效率（ASHRAE Dust Spot） | 人工尘测试 | MERV 13-14：75%-85% | ASHRAE 52.2 |
资料来源：ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment (2020)
研究表明，B类过滤器在城市环境中可有效去除约60%-75%的PM2.5成分，显著改善室内空气质量（Liu et al., 2021，《Indoor Air》）。
2.2 初阻力与终阻力（Initial and Final Pressure Drop）
阻力是影响风机能耗的关键因素。阻力过高将导致风机功率上升，增加运行成本。
| 过滤器类型 | 初始阻力（Pa） | 终阻力设定值（Pa） | 建议更换周期 |
|---|---|---|---|
| F7 板式中效 | 60 ~ 90 | 250 ~ 300 | 6-12个月 |
| F8 袋式中效 | 80 ~ 110 | 300 | 8-14个月 |
| F9 折叠式高效 | 100 ~ 140 | 350 | 12-18个月 |
数据参考：《暖通空调》杂志2022年第5期“中央空调过滤器阻力特性研究”
清华大学建筑节能研究中心指出，在典型办公建筑中，若将G4初效+无中效改为G4+F8组合，虽然初投资增加约15%，但因PM浓度下降，末端盘管积尘减少，全年风机能耗反而降低约8.3%（Zhang & Chen, 2020）。
2.3 容尘量（Dust Holding Capacity）
容尘量反映过滤器在达到终阻力前可容纳的灰尘总量，单位为克（g）。高容尘量意味着更长的使用寿命和更低的维护频率。
| 结构形式 | 典型容尘量（g/m²） | 使用寿命对比 |
|---|---|---|
| 平板式 | 200 ~ 300 | 较短 |
| 袋式（3-6袋） | 500 ~ 800 | 中等 |
| V型/折叠式 | 700 ~ 1200 | 长 |
数据来源：Camfil Group Technical Report, "Life Cycle Cost Analysis of HVAC Filters", 2021
2.4 风速适应性与面风速匹配
过滤器的实际性能受安装位置风速影响显著。推荐面风速一般控制在0.8~1.2 m/s之间。
| 面风速（m/s） | 对效率影响 | 对阻力影响 |
|---|---|---|
| <0.6 | 效率略升，但占地大 | 阻力低 |
| 0.8~1.0 | 佳平衡区 | 设计基准 |
| >1.3 | 效率下降，穿透率升高 | 阻力急剧上升 |
引用：Wang et al., "Performance degradation of HVAC filters under variable airflow conditions", Energy and Buildings, Vol. 234, 2021.
三、B类高效过滤器的结构类型与材料选择
不同结构形式直接影响过滤器的性能表现与适用场景。
3.1 常见结构类型比较
| 类型 | 结构特点 | 优点 | 缺点 | 适用场合 |
|---|---|---|---|---|
| 平板式 | 单层滤料，铝框或纸框 | 成本低，安装简便 | 容尘量小，寿命短 | 小型机组、住宅 |
| 袋式 | 多袋结构（3-6袋），无隔板 | 表面积大，阻力低 | 占空间较大 | 商业中央空调 |
| 折叠式（V-bank） | 波纹状滤芯，玻璃纤维介质 | 高效稳定，耐高温 | 成本较高 | 医院、实验室 |
| 滤筒式 | 圆柱形深层过滤 | 极高容尘量 | 更换不便 | 工业通风 |
3.2 滤料材质对比分析
| 材料类型 | 材质构成 | 过滤机制 | 耐温性 | 是否可清洗 |
|---|---|---|---|---|
| 玻璃纤维 | 无机纤维，微孔结构 | 扩散、拦截、惯性碰撞 | ≤300℃ | 否 |
| 聚酯纤维（PET） | 合成纤维，驻极处理 | 静电吸附增强 | ≤80℃ | 否 |
| 复合纤维（PP+PET） | 多层复合，梯度过滤 | 逐级捕集 | ≤100℃ | 否 |
| 不锈钢丝网（预过滤） | 金属网，机械筛分 | 大颗粒拦截 | ≤400℃ | 是（需清洁） |
注：驻极体材料可通过静电效应提升对亚微米颗粒的捕集效率达20%-30%（Li et al., Journal of Aerosol Science, 2019）
四、B类高效过滤器对HVAC系统能效的影响机制
4.1 风机能耗模型分析
风机功率 $ P $ 与风量 $ Q $ 和全压 $ Delta P $ 的关系为：
$$
P = frac{Q cdot Delta P}{eta_f}
$$
其中 $ eta_f $ 为风机效率。当过滤器阻力增加时，$ Delta P $ 上升，直接导致 $ P $ 增加。
假设某写字楼AHU系统风量为10,000 m³/h，原使用F6过滤器（初阻70Pa），更换为F8袋式过滤器（初阻100Pa），则额外压损30Pa。按风机效率70%计算：
$$
Delta P{extra} = 30 , text{Pa}, quad Q = frac{10000}{3600} ≈ 2.78 , text{m³/s}
$$
$$
Delta P{power} = frac{2.78 times 30}{0.7} ≈ 119.1 , text{W}
$$
年运行3000小时，则年增耗电量约为：
$$
119.1 times 3000 / 1000 = 357.3 , text{kWh}
$$
尽管初期能耗上升，但由于过滤效率提高，减少了表冷器、加热器等部件的积尘，长期来看可降低换热器清洗频率和传热恶化带来的能耗损失。
4.2 全生命周期成本（LCC）分析
| 成本项 | F7平板式 | F8袋式 | F9折叠式 |
|---|---|---|---|
| 初购成本（元/台） | 300 | 600 | 900 |
| 年电费（元） | 1200 | 1350 | 1500 |
| 年维护费（更换+人工） | 800 | 600 | 400 |
| 清洁设备附加成本 | 500 | 300 | 200 |
| 年总成本 | 2800 | 2850 | 3000 |
数据模拟基于北京某甲级写字楼项目（建筑面积3万㎡），引自《建筑科学》2023年第2期
结果显示，虽然F8袋式过滤器初始投入和电耗略高，但因维护间隔长、换热器性能保持良好，整体年成本与F7相当，且IAQ更优。
五、B类高效过滤器选型关键技术要点
5.1 明确应用场景需求
| 应用场所 | IAQ要求 | 推荐过滤等级 | 特殊要求 |
|---|---|---|---|
| 办公楼 | 中等 | F7-F8 | 节能优先 |
| 医院病房 | 高 | F8-F9 | 抑菌涂层 |
| 数据中心 | 高 | F8 + 活性炭 | 防腐蚀气体 |
| 实验室 | 极高 | F9 + HEPA前置 | 气密性好 |
| 商场 | 中 | F7 | 成本敏感 |
5.2 匹配系统风量与安装空间
- 风量匹配：确保过滤器额定风量 ≥ 系统设计风量；
- 尺寸兼容：注意框架密封性，避免旁通泄漏；
- 检修便利性：优先选用快装式、滑轨结构。
5.3 关注动态性能而非仅静态参数
许多厂商仅提供“初始效率”和“初阻力”，但实际运行中，随着粉尘积累，效率可能先升后降，阻力持续上升。建议索取容尘量-阻力曲线与效率衰减测试报告。
例如，某国产F8袋式过滤器在加载ASHRAE人工尘至300g后，阻力由90Pa升至280Pa，而ePM1效率从62%升至68%，表明其具备良好的“深度过滤”特性（来源：江苏某过滤器企业检测报告，2023）。
5.4 优选智能化监测功能产品
新型智能过滤器内置压差传感器，可通过Modbus或BACnet协议接入楼宇自控系统（BAS），实现：
- 实时阻力监控；
- 自动更换提醒；
- 能耗趋势分析；
- 故障预警。
此类产品已在深圳平安金融中心、上海中心大厦等超高层建筑中推广应用。
六、国内外典型产品参数对比
以下选取五款主流B类高效过滤器进行横向比较：
| 型号 | 品牌 | 国家 | 过滤等级 | ePM1效率 | 初阻力(Pa) | 容尘量(g) | 结构形式 | 参考价格(元) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil CityCarb C2 | Camfil | 瑞典 | F8 | 65% | 98 | 750 | 袋式 | 680 |
| Freudenberg Viledon FB7 | Freudenberg | 德国 | F7 | 55% | 75 | 600 | 折叠式 | 520 |
| 3M Filtrete 2800 | 3M | 美国 | MERV 13 | 60% | 105 | 500 | 平板复合 | 480 |
| 苏州佳环 JH-F8B | 佳环 | 中国 | F8 | 63% | 90 | 700 | 袋式 | 420 |
| AAF International AAF-F9 | AAF | 美国 | F9 | 78% | 135 | 850 | V型折叠 | 860 |
数据来源：各品牌官网技术手册（更新于2024年3月）
从表中可见，国产产品在性价比方面优势明显，而欧美品牌在材料稳定性与长期性能一致性上更具竞争力。
七、政策导向与发展趋势
7.1 国内政策推动
- 《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015 明确要求：“人员密集场所宜采用F7及以上等级过滤器”；
- 《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019 将“PM2.5净化效率≥50%”纳入评分项；
- 住建部《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015-2021 提出“合理配置过滤系统以降低输配能耗”。
7.2 技术发展趋势
- 低阻高效材料研发：纳米纤维涂层、静电纺丝滤材可使相同效率下阻力降低20%-30%（Wu et al., Advanced Materials, 2022）；
- 多功能集成设计：如F8+活性炭复合滤芯，兼具颗粒物与TVOC去除能力；
- 数字化运维支持：结合IoT平台实现远程诊断与预测性维护；
- 可持续发展导向：推广可回收滤材（如PLA生物基材料）、减少塑料使用。
参考文献
- 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. GB/T 14295-2019 空气过滤器. 北京: 中国标准出版社, 2019.
- ISO. ISO 16890:2016 Air filters for general ventilation — Classification, performance testing and marking. Geneva: International Organization for Standardization, 2016.
- ASHRAE. ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2017 Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. Atlanta: ASHRAE, 2017.
- Liu, W., et al. "Impact of HVAC filtration on indoor PM2.5 in urban offices: A field study in Beijing." Indoor Air, vol. 31, no. 2, 2021, pp. 321–333. http://doi.org/10.1111/ina.12756
- Zhang, Y., & Chen, H. "Energy saving potential of optimized air filtration in commercial buildings." Building and Environment, vol. 180, 2020, p. 107032.
- Camfil. Life Cycle Cost Analysis of HVAC Filters – A Global Study. Stockholm: Camfil Group, 2021.
- Wang, L., et al. "Performance degradation of HVAC filters under variable airflow conditions." Energy and Buildings, vol. 234, 2021, p. 110678.
- Li, Z., et al. "Electret enhancement in synthetic fiber filters for submicron particle capture." Journal of Aerosol Science, vol. 135, 2019, pp. 1–12.
- Wu, J., et al. "Nanofiber-based ultra-low pressure drop air filters for energy-efficient buildings." Advanced Materials, vol. 34, no. 15, 2022, p. 2107890.
- 中国建筑科学研究院. 公共建筑节能设计标准实施指南. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.
- 百度百科. “空气过滤器”词条. http://baike.baidu.com/item/空气过滤器 （访问日期：2024年4月5日）
- 江苏省产品质量监督检验研究院. 中效空气过滤器性能检测报告（编号：JSQJ2023-F0821）, 2023.
（全文约3,680字）
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