扩散过滤器(浅谈AHU空调中的空气过滤器类型和作用机理)

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一、空气组成

空气组成主要由气体和空气尘埃组成：气体主要有氦、氖等惰性气体、水蒸气、SO2、NOX、NH3、TVOC 等有害气体杂质；大气尘埃主要有：火山灰、海盐粒子、灰尘、沙土、花粉、细菌、病毒等。

大气中的气体气体以分子状态存在，它们做无规则的自由扩散运动 - 布朗运动。大气尘埃空气动力学直径: 0.01-100 µm，主要包括：纤维、固态粉尘、液滴、花粉等。大气尘埃又称“总悬浮尘”（Total Suspending Particles），是评价室内、外大气环境等级的指标之一。

大气尘埃主要来源分为自然来源和认为来源两种。自然来源有：土壤风化、火山喷发、海水喷沫、森林火灾、植物花粉；人为来源主要有：工厂生产、排放、燃烧、汽车、飞机、核试验等。从个数上说，占总悬浮灰尘的绝大多数的是空气动力学直径 < 10 µm 的灰尘，它是最易被人体吸入、对人危害最大的，这种灰尘被称为“可吸入尘”，又称“飘尘”，是评价空气质量的指标之一；空气动力学直径 > 10 µm 的灰尘称为“降尘”。

灰尘是导致人体过敏、呼吸道疾病得罪魁祸首，其携带的细菌、病毒会导致创口感染；对洁净度要求较高的产品也会降低产品成品率，尤其在半导体、集成电路、液晶、彩管等电子产品、精密机械、胶卷、化工、制药、生物工程等项目影响更为明显。

二、空气过滤理论

目前常见的过滤主要分灰尘过滤器和吸附型过滤器。

1、 灰尘过滤器

灰尘过滤器的主要作用是过滤大气尘埃，其主要过滤机理效应有扩散效应、拦截效应、惯性效应、筛效应和静电效应。

扩散效应：

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当一个颗粒无规则运动（布朗运动）时，该颗粒碰撞到一根纤维而被捕捉。当一个颗粒逃离介质中的某个区域，通过吸引和捕捉，它在介质中创造一个较低浓度的区域，另一个粒子扩散至该区域将被捕捉。为提高这种吸引的可能性，过滤器的扩散效应要在较低滤速和/或者高密度的微细纤维下起作用，纤维一般为玻璃纤维或者其它纤维材质。粒子在“捕捉区”的时间越多，收集介质（纤维）的表面区域较大，捕捉的机会越大。根据此过滤效应，过滤器制造商采用两种不同的方法——采用更大面积的细玻璃纤维板类型介质或者采用更小面积的高蓬松玻璃纤维介质。

拦截效应：

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为了实现拦截，一个粒子必须从一个纤维半径距离内进入。颗粒因此与纤维接触并附着其中。拦截原理与嵌入原理相比，不同之处在于被拦截的颗粒较小，且其惯性不能足够使颗粒继续直线运行。

惯性效应：

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利用空气方向的快速变化和惯性原理将大量（粒子）从气流中分离出来。处于某个速度的微粒子趋向于保持这种速度，并保持相同的方向继续前进。如果过程粒子浓度很高，一般应用这种原理。并且，在很多情况下，预过滤器模式和更高效的终过滤器均采用这种原理。灰尘越大，惯性力越强，撞击纤维的可能性越大，过滤效果越好。

筛效应：

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当介质组成（纤维、筛孔、波纹金属等）之间的缺口尺寸小于粒子直径时，过滤器经过设计捕捉这些颗粒。这种原理广泛应用于大多数过滤器设计中，完全取决于颗粒的直径大小、介质间距和介质密度。灰尘直径如果大于纤维之间的间隙，就会被拦住。一般来说，灰尘直径远小于纤维间隙，也就是说，筛效应很少发生。

静电效应：

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使用大直径纤维介质的过滤器依靠静电电荷来提高细小颗粒的去除效率。一般情况下选择大直径纤维介质是因为较低的成本和较低的气流阻力。然而，通常随着时间的推移，这些过滤器将失去它们的静电电荷，因为他们表面捕捉的颗粒占据了带电荷基，从而抵消了他们的静电电荷。

2、 吸附型过滤器

为去除异味、装修材料产生的有机挥发物、生产工艺过程产生的烟气等一般采用吸附型过滤器。根据吸附物质特性的不同，吸附材料也多种多样：活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石以及“光触媒”（纳米级TiO2）。在空气净化行业，目前最常用的是活性炭。活性炭的吸附方式主要有：物理吸附即利用分子间的范德华引力达到吸附效果，这种吸附方式不发生化学反应，吸附饱和后可以脱附后再利用；化学吸附即吸附力是化学键，过滤器材质与被过滤物质发生化学反应，不能脱附再利用。

物理吸附几乎可以吸附任何气体，但对不同种类气体，吸附效果不同。一般来说分子量大的气体易被吸附，沸点高的气体易被吸附，非极性分子比极性分子易被吸附，有机气体比无机气体易被吸附。

根据需要有时需要对活性炭进行化学浸渍处理，以增加其对某种或某几种气体的吸附能，这时发生的吸附称为化学吸附。这种活性炭称为浸渍活性炭。不经化学浸渍处理的活性炭称为非浸渍活性炭。

不同吸附方式的过滤器其吸附物质特不尽相同。物理吸附（非浸渍炭）主要吸附物质有：挥发性有机化合物（TVOC）、溶剂性气体、异味等。化学吸附（浸渍炭）主要吸附物质有：SO2、NOX、H2S 等酸性腐蚀性气体、NH3 等碱性气体、甲醛（福尔马林）、核放射性气体等。