静电和袋式中效过滤器经济技术分析

静电和袋式中效过滤器经济技术分析

1  引言

现代中央空调已进入各种商用及工业建筑中。以往，在一般场所空调机组中仅加装G4级的初效过滤器，由于过滤效率较低和欠缺系统的维护，常常会发现空调末端风口周边有“黑烟”现象。随着人民生活水平的提高，对室内空气品质的要求越来越高，单级初效过滤器已不能满足使用要求，空调机组中加装中效过滤器的情况越来越普及。中效过滤器主要有布袋式过滤器和静电式过滤器。

2  静电过滤器的应用状况

静电过滤器与传统的布袋式过滤器相比，具有阻力小、运行费用低和效率高(达中效至高中效过滤器的水平)等特点。在国外如美国、新加坡等已广泛应用于民用建筑的中央空调系统。但国内的一些产品，由于静电过滤器电场易击穿、设备成本较高、释放臭氧以及其长期以来的加工精度难以达到要求等原因，使得它们一般只在工业除尘系统中使用，大大限制了它在民用空调过滤系统中的使用和普及。近几年，随着科技的进步和人们环境意识的提高，以静电过滤器为核心的各种形式的空气净化机以及消毒装置在公共民用建筑中逐渐得到推广应用。

3  阻力方面

静电过滤器是借助静电力从气流中分离悬浮粒子的一种装置。它与其他类用机械方法分离粒子的装置的根本不同在于，分离力直接作用于各粒子上，而不是通过作用于整个气流上的力间接作用在粒子上。静电力直接而高效的利用，决定了静电过滤器具有捕集效率高和能耗低两个重要特点。其工作原理如图1所示。

 图1  静电过滤器工作原理简图

由于过滤原理和结构的不同，使得静电过滤器在不同风量和容尘量下的阻力都远远小于布袋式过滤器。在处理相同风量的情况下，袋式过滤器的平均阻力是静电式过滤器的4倍。另外，静电式过滤器的阻力在运行中保持不变，而袋式过滤器的阻力随运行而升高，直至终阻力而报废。由此可见，前者的运行能耗极低。图2和图3分别给出了F8级静电式和袋式空气过滤器阻力随风量的变化曲线。

4  调试方面

静电过滤器的初、终阻力基本在20Pa～30Pa之间变化，变化幅度约10Pa。袋式中效过滤器初阻力约为80Pa，终阻力约为160Pa～240Pa，其小变化幅度约为80Pa，大变化幅度约为160Pa。二者变化幅度相差8～16倍。阻力的变化直接影响到系统的调试。

现场常常发现，袋式中效过滤器缺少维护，积灰过多，运行一段时间后，系统阻力过大，造成风量不足。例如，在一次西安某国家大型喷漆机库调试中发现，空调机组采用了初、中效两级过滤器，中效采用无纺布袋式中效过滤器。系统刚刚投入运行时，送风量偏大，由于空调系统为直流系统，排风量一定，致使室内正压较大，甚至影响到外门的启闭。但运行不久，即发现送风量不足，室内出现负压，不能形成有效的气流组织，不仅影响喷漆效果，而且由于室内负压，造成室外污染物渗入室内，影响了洁净度。究其原因，发现主要是袋式中效过滤器阻力变化所致。

5  除菌功能及室内效果对比分析

静电式过滤器由于采用的是高压静电原理，在电离区通入了8000v的高压，当空气中的各种细菌、真菌、病毒随空气流经过高压静电场时，被吸附、电解，从而导致微生物的细胞核被破坏，直至死亡。如此循环往复，室内空气不断得到净化。而布袋过滤器不具备杀菌的功能。

以某公司生产的复合式电子空气净化机为例，检验其灭菌效果。数据统计结果如表1和表2所示。

表1  对白色葡萄球菌杀灭效果

表2  空气现场消毒实验结果

注：1、检测单位：中国人民解放军军事医学科学院消毒检验中心；

2、现场体积：46m3；

3、作用时间：60min。

6  节能

由于阻力的减小，静电过滤器的使用能耗便可以减小很多，这是静电过滤器的一大优点。静电过滤器与布袋式过滤器相比，可大大减小中央空调风机的压头，因此可选择小功率的风机，这样既节约风机本身的费用以及日常运行费用，又大大起到节能的作用。以处理相同风量(2000m3/h),且过滤级别相同（F8）的静电式空气过滤器（阻力为20Pa）和袋式过滤器（阻力为120Pa）为例分析：

式中：——过滤器运行能耗，kwh/年；

      ——风量，m3/s；

      ——过滤器阻力，Pa；     

——过滤器运行时间，小时/年；

——风机及电机运行效率。

假设二者的运行时间均为8h/天，全年运行180天，风机及电机效率取0.7。由公式得出，袋式空气过滤器比静电式空气过滤器多消耗的运行能耗为：

静电过滤器耗电量为20W/台，那么与袋式过滤器相比，多消耗的年设备耗电量就是：

    由以上分析可以看出，静电过滤器所节约的耗电量是可观的。另外，使用了静电过滤器的空调系统中，热交换器及冷却盘管等表面灰尘量会大大减少，从而提高了空调系统的冷热交换效率。这样，不但可以达到净化空调系统的效果，大幅度延长空调系统的清洗周期，又可以在不增加系统风机功率及运行费用的情况下长期保持空调系统的工作效能，在保证室内空气品质的同时减小新风比，从而减少了制冷机系统、热交换器等设备的运行费用。

7  维护和重复使用性

静电式过滤器采用的金属过滤网和金属电子集尘器可长期重复使用，装卸简单、清洗方便。只需把集尘板取出，用水进行清洗干净，待集尘板晾干后安装好即可继续使用。也就是说，静电式过滤器可反复使用，不需要进行更换，从而降低了使用成本，且不会对使用环境造成任何不良影响和污染。

    而布袋过滤器一般都是用无纺布材质制成的，它无法用水进行清洗，当过滤器集满灰尘后，只好换掉。一般平均6个月就要彻底更换，使得后期的维护费用和操作繁琐性都大大增加。

8  运行费用

与袋式过滤器相比，静电式过滤器虽然初投资稍高，但投资回收期却很短（一般在3年以内），其节约的电费和设备更换费用足够涵盖初投资高出的部分，这样对业主而言就意味着省钱，因此其市场前景的乐观性不容质疑。下面举例说明：

我们选择了有相同过滤级别（F8）的静电式空气过滤器和袋式过滤器进行综合的经济性分析。分析中采用北京某空气处理系统有限公司的F系列多功能空气净化机F80以及相同过滤级别的袋式空气过滤器计算二者的年度经费。假设过滤器每天运行8小时，电价为1.10元/度（北京市一般企业电价），风机及电机效率取0.7，静电过滤器的使用寿命为15年，过滤器设备费为3980元/台，清洗周期为3个月，清洗费用一般为50元/（台·次），静电过滤器耗电量为20W/台。袋式过滤器的更换周期为6个月，更换费用为100元/（台·次）。分析结果见表3。

表3  静电式过滤器与袋式过滤器的经济性比较

	静电式过滤器FCU2000	袋式过滤器
额定风量（m3/h）	3400	3000
工作风量（m3/h）	2000	2000
过滤器级别	F8	F8
阻力（Pa）	20	120
寿命（天）	5475	180
设备费（元）	4000	300
年通风耗电量（kwh/年）	22.86	137.1
年设备耗电量（kwh/年）	41.1	0
总的耗电费用（元/年）	70.4	150.8
设备折旧费用（元/年）	266.7	600
清洗费用（元/年）	200	0
更换费用（元/年）	0	200
总的年度经费（元/年）	537.1	950.8
单位风量的年度经费（元/（年·m3/h））	0.26	0.48

表3的数据可以看出，由于静电式过滤器的阻力相当小，所以因过滤器的阻力而增加的系统通风耗电量远小于袋式过滤器。从表3中可以看出，静电式过滤器的单位风量年度经费仅为相同级别的袋式过滤器年度经费的54%。当然，静电过滤器对维护和保养的要求比较高，以上分析仅限于理想运行状态。

由于静电过滤器结构的特殊性，使得它的容尘量没有袋式过滤器大，而且尘粒过大容易造成尖端放电，尽而形成电场击穿，这就会使其效率显著下降，甚至停止工作；另外气流的均匀性对静电过滤器的除尘效率有很大影响。要保证静电过滤器的过滤效率，我们可以在静电过滤器前面增设一级粗效过滤器，用于除去较大的粒子，避免尖端放电，同时前置粗效过滤器可以均匀风速，提高气流品质，终提高过滤效率。

通过以上分析可以看出，从经济效益角度考虑，静电式过滤器具有较大优势。另外，从产品的性能指标上看，也完全符合《公共场所集中空调通风系统卫生规范》^[2]中规定的净化装置性能要求，而布袋式过滤器是很难在较低阻力下达到较高净化效率的。

9  总结

与传统的袋式过滤器相比，静电式空气过滤器的阻力低、调试方便、过滤效率高且重复使用性好。另外，通过经济性对比分析可以看出，静电式空气过滤器不但节能效果明显，总的运行费用也较袋式过滤器可观得多。

虽然静电式过滤器自身仍有很多不足，但是随着大规模批量生产以及价格的下调，使它在民用建筑集中空调系统的市场愈发开阔。但是从静电过滤器的日常维护、管理的角度来看，其麻烦程度仍不小，需要不断提高维护人员的素质。不仅如此，今后也要加强静电过滤器运行、维护稳定性的研究，以便尽大可能减少运行维护中人力和物力的消耗。只有这样，静电过滤器在民用空调系统中的路才可以越走越远。