靜電和袋式中效過濾器經濟技術分析

1  引言

現代中央空調已進入各種商用及工業建筑中。以往，在一般場所空調機組中僅加裝G4級的初效過濾器，由于過濾效率較低和欠缺系統的維護，常常會發現空調末端風口周邊有“黑煙”現象。隨著人民生活水平的提高，對室內空氣品質的要求越來越高，單級初效過濾器已不能滿足使用要求，空調機組中加裝中效過濾器的情況越來越普及。中效過濾器主要有布袋式過濾器和靜電式過濾器。

2  靜電過濾器的應用狀況

靜電過濾器與傳統的布袋式過濾器相比，具有阻力小、運行費用低和效率高(達中效至高中效過濾器的水平)等特點。在國外如美國、新加坡等已廣泛應用于民用建筑的中央空調系統。但國內的一些產品，由于靜電過濾器電場易擊穿、設備成本較高、釋放臭氧以及其長期以來的加工精度難以達到要求等原因，使得它們一般只在工業除塵系統中使用，大大限制了它在民用空調過濾系統中的使用和普及。近幾年，隨著科技的進步和人們環境意識的提高，以靜電過濾器為核心的各種形式的空氣凈化機以及消毒裝置在公共民用建筑中逐漸得到推廣應用。

3  阻力方面

靜電過濾器是借助靜電力從氣流中分離懸浮粒子的一種裝置。它與其他類用機械方法分離粒子的裝置的根本不同在于，分離力直接作用于各粒子上，而不是通過作用于整個氣流上的力間接作用在粒子上。靜電力直接而高效的利用，決定了靜電過濾器具有捕集效率高和能耗低兩個重要特點。其工作原理如圖1所示。

 圖1  靜電過濾器工作原理簡圖

由于過濾原理和結構的不同，使得靜電過濾器在不同風量和容塵量下的阻力都遠遠小于布袋式過濾器。在處理相同風量的情況下，袋式過濾器的平均阻力是靜電式過濾器的4倍。另外，靜電式過濾器的阻力在運行中保持不變，而袋式過濾器的阻力隨運行而升高，直至終阻力而報廢。由此可見，前者的運行能耗極低。圖2和圖3分別給出了F8級靜電式和袋式空氣過濾器阻力隨風量的變化曲線。

4  調試方面

靜電過濾器的初、終阻力基本在20Pa～30Pa之間變化，變化幅度約10Pa。袋式中效過濾器初阻力約為80Pa，終阻力約為160Pa～240Pa，其最小變化幅度約為80Pa，最大變化幅度約為160Pa。二者變化幅度相差8～16倍。阻力的變化直接影響到系統的調試。

現場常常發現，袋式中效過濾器缺少維護，積灰過多，運行一段時間后，系統阻力過大，造成風量不足。例如，在一次西安某國家大型噴漆機庫調試中發現，空調機組采用了初、中效兩級過濾器，中效采用無紡布袋式中效過濾器。系統剛剛投入運行時，送風量偏大，由于空調系統為直流系統，排風量一定，致使室內正壓較大，甚至影響到外門的啟閉。但運行不久，即發現送風量不足，室內出現負壓，不能形成有效的氣流組織，不僅影響噴漆效果，而且由于室內負壓，造成室外污染物滲入室內，影響了潔凈度。究其原因，發現主要是袋式中效過濾器阻力變化所致。

5  除菌功能及室內效果對比分析

靜電式過濾器由于采用的是高壓靜電原理，在電離區通入了8000v的高壓，當空氣中的各種細菌、真菌、病毒隨空氣流經過高壓靜電場時，被吸附、電解，從而導致微生物的細胞核被破壞，直至死亡。如此循環往復，室內空氣不斷得到凈化。而布袋過濾器不具備殺菌的功能。

以某公司生產的復合式電子空氣凈化機為例，檢驗其滅菌效果。數據統計結果如表1和表2所示。

表1  對白色葡萄球菌殺滅效果

表2  空氣現場消毒實驗結果

注：1、檢測單位：中國人民解放軍軍事醫學科學院消毒檢驗中心；

2、現場體積：46m3；

3、作用時間：60min。

6  節能

由于阻力的減小，靜電過濾器的使用能耗便可以減小很多，這是靜電過濾器的一大優點。靜電過濾器與布袋式過濾器相比，可大大減小中央空調風機的壓頭，因此可選擇小功率的風機，這樣既節約風機本身的費用以及日常運行費用，又大大起到節能的作用。以處理相同風量(2000m3/h),且過濾級別相同（F8）的靜電式空氣過濾器（阻力為20Pa）和袋式過濾器（阻力為120Pa）為例分析：

式中：——過濾器運行能耗，kwh/年；

      ——風量，m3/s；

      ——過濾器阻力，Pa；     

——過濾器運行時間，小時/年；

——風機及電機運行效率。

假設二者的運行時間均為8h/天，全年運行180天，風機及電機效率取0.7。由公式得出，袋式空氣過濾器比靜電式空氣過濾器多消耗的運行能耗為：

靜電過濾器耗電量為20W/臺，那么與袋式過濾器相比，多消耗的年設備耗電量就是：

    由以上分析可以看出，靜電過濾器所節約的耗電量是可觀的。另外，使用了靜電過濾器的空調系統中，熱交換器及冷卻盤管等表面灰塵量會大大減少，從而提高了空調系統的冷熱交換效率。這樣，不但可以達到凈化空調系統的效果，大幅度延長空調系統的清洗周期，又可以在不增加系統風機功率及運行費用的情況下長期保持空調系統的工作效能，在保證室內空氣品質的同時減小新風比，從而減少了制冷機系統、熱交換器等設備的運行費用。

7  維護和重復使用性

靜電式過濾器采用的金屬過濾網和金屬電子集塵器可長期重復使用，裝卸簡單、清洗方便。只需把集塵板取出，用水進行清洗干凈，待集塵板晾干后安裝好即可繼續使用。也就是說，靜電式過濾器可反復使用，不需要進行更換，從而降低了使用成本，且不會對使用環境造成任何不良影響和污染。

    而布袋過濾器一般都是用無紡布材質制成的，它無法用水進行清洗，當過濾器集滿灰塵后，只好換掉。一般平均6個月就要徹底更換，使得后期的維護費用和操作繁瑣性都大大增加。

8  運行費用

與袋式過濾器相比，靜電式過濾器雖然初投資稍高，但投資回收期卻很短（一般在3年以內），其節約的電費和設備更換費用足夠涵蓋初投資高出的部分，這樣對業主而言就意味著省錢，因此其市場前景的樂觀性不容質疑。下面舉例說明：

我們選擇了有相同過濾級別（F8）的靜電式空氣過濾器和袋式過濾器進行綜合的經濟性分析。分析中采用北京某空氣處理系統有限公司的F系列多功能空氣凈化機F80以及相同過濾級別的袋式空氣過濾器計算二者的年度經費。假設過濾器每天運行8小時，電價為1.10元/度（北京市一般企業電價），風機及電機效率取0.7，靜電過濾器的使用壽命為15年，過濾器設備費為3980元/臺，清洗周期為3個月，清洗費用一般為50元/（臺·次），靜電過濾器耗電量為20W/臺。袋式過濾器的更換周期為6個月，更換費用為100元/（臺·次）。分析結果見表3。

表3  靜電式過濾器與袋式過濾器的經濟性比較

表3的數據可以看出，由于靜電式過濾器的阻力相當小，所以因過濾器的阻力而增加的系統通風耗電量遠小于袋式過濾器。從表3中可以看出，靜電式過濾器的單位風量年度經費僅為相同級別的袋式過濾器年度經費的54%。當然，靜電過濾器對維護和保養的要求比較高，以上分析僅限于理想運行狀態。

由于靜電過濾器結構的特殊性，使得它的容塵量沒有袋式過濾器大，而且塵粒過大容易造成尖端放電，盡而形成電場擊穿，這就會使其效率顯著下降，甚至停止工作；另外氣流的均勻性對靜電過濾器的除塵效率有很大影響。要保證靜電過濾器的過濾效率，我們可以在靜電過濾器前面增設一級粗效過濾器，用于除去較大的粒子，避免尖端放電，同時前置粗效過濾器可以均勻風速，提高氣流品質，最終提高過濾效率。

通過以上分析可以看出，從經濟效益角度考慮，靜電式過濾器具有較大優勢。另外，從產品的性能指標上看，也完全符合《公共場所集中空調通風系統衛生規范》[2]中規定的凈化裝置性能要求，而布袋式過濾器是很難在較低阻力下達到較高凈化效率的。

9  總結

與傳統的袋式過濾器相比，靜電式空氣過濾器的阻力低、調試方便、過濾效率高且重復使用性好。另外，通過經濟性對比分析可以看出，靜電式空氣過濾器不但節能效果明顯，總的運行費用也較袋式過濾器可觀得多。

雖然靜電式過濾器自身仍有很多不足，但是隨著大規模批量生產以及價格的下調，使它在民用建筑集中空調系統的市場愈發開闊。但是從靜電過濾器的日常維護、管理的角度來看，其麻煩程度仍不小，需要不斷提高維護人員的素質。不僅如此，今后也要加強靜電過濾器運行、維護穩定性的研究，以便盡最大可能減少運行維護中人力和物力的消耗。只有這樣，靜電過濾器在民用空調系統中的路才可以越走越遠。