高效空气过滤器性能实验研究.pdf

2 0 1 0 年4 月沈阳航空工业学院学报A p r 2 0 1 0 第2 7 卷第2 期 J o u m a lo fS h e n y a n gI n s t i t u t eo fA e r o n a u t i c a lE n g i n e e r i n g V 0 1 2 7N o 2 文章编号：1 0 0 7 1 3 8 5 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 6 9 0 4 高效空气过滤器性能实验研究 牛彦静1 苗利婷2 张申申1 王志1贾德祥1 ( 1 ，沈阳航空工业学院，辽宁沈阳1 1 0 1 3 6 ；2 ，东北大学，辽宁沈阳1 1 0 8 1 9 ) 摘要：现代工业的发展，对实验、研究和生产的环境提出的要求越来越高，实现这一要求的主要 途径是在洁净空调系统中广泛使用空气过滤器。其中高效( H E P A ) 和超高效( U L P A ) 过滤器是尘 粒进入洁净室的最后一道防护，它的性能优劣直接关系到洁净室等级，进而影响工艺过程和产品 质量。因此对过滤器进行实验研究是很有意义的。在不同的风速下，通过测定玻璃纤维过滤器 和n 盹过滤器对0 3 1 z m 、0 5 1 x m 、1 0 1 z m P A 0 粒子的过滤效率，比较两种过滤器的阻力性能、 过滤性能。结果表明，风速是影响高效空气过滤器过滤效果的很重要的因素，风速越高过滤效率 越低，对P T F E 过滤器而言这种影响更明显。 关键词：高效空气过滤器；阻力性能；过滤性能；P I T E 滤纸；玻璃纤维滤纸；玻璃纤维滤器 中图分类号：X 9 6 4文献标识码：A 随着科学技术的不断发展现代工业产品的生 产和现代化科学实验活动对室内空气洁净度的要 求越来越高，特别是微电子、医疗、化工、生物、食 品加工等行业都要求有微型化、精密化、高纯度、 高质量和高可靠性的室内环境，这就对高效空气 过滤器的性能提出越来越高的要求，因此如何制 造出满足消费者需求的高效过滤器也成为厂家迫 切需要解决的问题之一【l 。2 - 。众所周知，过滤器 的阻力性能和过滤效率是评价过滤器的两个重要 指标。本文就是试图通过实验来分析不同过滤材 料高效空气过滤器的过滤性能和阻力性能口J ，以 及相同过滤材料不同结构的过滤器的过滤性能和 阻力性能，从而为过滤器生产厂家提供理论依据。 1 测试方法分析 高效空气过滤器的检测方法很多，不同国家 有不同标准。1 9 5 6 年美国军事委员会制定了高 效空气过滤器检测标准U S M I L S T D 2 8 2 ，效率检 测用D O P 法。1 9 6 5 年英国制定了英国标准 B S 3 9 2 8 ，效率检测用钠焰法。1 9 7 3 年欧洲通风协 会制定了E u r o v e n t4 4 标准，沿用了钠焰检测法。 后来美国环境检测过滤器效率科学学会编制了一 系列推荐检测方法的类似标准，均采用D O P 计径 收稿日期：2 0 0 9 1 0 2 8 作者简介：牛彦静( 1 9 8 4 一) 。女，河北邢台人在读硕士，主要研究 方向：系统安全理论与应用，E m a i l ：n i u y a n j i n 9 4 0 7 1 6 3 t o n i 。 计数法。欧洲在1 9 9 9 年制定了B S E N l 8 2 2 标准， 采用最易透过粒径( M P P S ) 检测过滤效纠4 | 。我 国检测标准采用钠焰法，本实验采用的高效空气 过滤器性能检测系统是基于美国5 2 2 标准开发 设计的。检测方法使用计径计数法，气溶胶采用 P A O 粒子。 1 1 主要仪器 本实验采用了两台粒子计数器，粒子计数器 与其它粒子浓度测试设备相比，具有简单、方便、 快捷和直观的优点b 】。粒子计数器的上述优点 使其逐渐取代了其它方法，成为粒子浓度的主要 测试手段。它们既能统计粒子数量又能统计粒径 分布( 即计径计数) ，是本实验的核心设备。采样 流量为2 8 6 L P M ，其无碳真空泵具有噪声低，性 能稳定的特点。如果安装选件，可对温湿度以及 风速进行测量，并可进行过滤器检测。 本检测系统采用气溶胶采用P A O 粒子作 为待过滤粉尘。我们采用美国生产的型号是 T D A 一5 B 的气溶胶发生器( A e r o s o lg e n e r a t i o n s ) 发尘。发生范围5 0 0 一6 5 0 0 0 e l m ( 1 c f m = 2 8 6 L P M ) ，发生浓度1 0 0 1 哼L ，6 5 0 0 c f m ；1 0 w g L ， 6 5 0 0 0 e f m 。 1 2 洁净室 为了提高实验的精度，根据美国联邦标准 2 0 9 C 设计装修了1 0 0 0 0 级实验室，采用涂料地 面，其特点是具有水磨石优点，耐磨，密封性好，有 弹性，施工复杂。材料是环氧树脂漆，墙面采用装 万方数据 沈阳航空1 二业学院学报第2 7 卷 配式洁净室壁板。室内设有2 2 0 v 。2X 4 0 w 净化灯 具6 盏并且根据照度的要求和现场设备进行布 置。洁净室有4 个顶送风口和4 个回风口。风淋 室设计为单人普通型触摸控制，风淋时间为0 1 0 0 s ，任意可调循环风量喷嘴风速大于等于2 0 m s 。因洁净室面积 5 0 m 2 ，人员 5 人，因此给该 洁净室设了一个安全出口。选用的高效过滤器是 G B 0 1 4 ，风量1 0 0 0 m 3 h ，过滤效率大于等于0 5 斗m 、9 9 9 9 5 。 1 3 实验样品 玻璃纤维过滤器的型号分别为：规格6 1 0 ( L ) 6 1 0 ( H ) 1 5 0 ( W ) r a i n ，挡板型，有7 5 个褶皱， 规格6 1 0 ( L ) 6 1 0 ( H ) 9 0 ( W ) m m ，有2 0 0 个褶 皱，P T F E 过滤器的规格4 8 0 ( L ) x 4 8 0 ( H ) 7 0 ( W ) m m ，无挡板型，有1 0 0 个褶皱。 2 基本原理 试验台的基本原理是由风机鼓入空气，由于 在H E P A U E P A 前面也装有高效空气过滤器，所 以可以认为空气在到达测试的H E P A U E P A 前已 成为洁净的空气，这时使用气溶胶发生器向管道 中发出P A O 粒子，形成理想浓度的含尘气体并 使用激光粒子计数器测定颗粒浓度。然后含尘气 体流过测试的H E P A U E P A ，同样使用激光粒子 计数器测定经H E P A U E P A 过滤后的空气中的含 尘浓度，对比过滤器前后空气的含尘浓度，据此可 以测定H E P A U E P A 的过滤性能。而且在过滤器 前后分别打有采样孑L ，通过这里用倾斜微压计来 测试每一风速下的阻力大小。 1 预先过滤单元；2 预先过滤单元；3 支架；4 所溶胶发牛器； 5 过滤器前管道；6 调频器；7 上游采样口；8 上游测压口； 9 过滤器；1 0 下游测压口；1 1 下游采样口；1 2 风速测量口； 1 3 小车支架；1 4 布筒；1 5 弯管 图l 测试系统的剖面图 3 过滤器阻力性能比较 H E P A 的阻力特性是H E P A 重要的特性之 一，在满足人们需求的效率前提下，阻力特性关系 到使用的成本，阻力小时，耗能少，节约了成本因 此过滤器的阻力性能成为人们关注的重要指标之 。一O 根据实验测量数据，得出玻纤的两种不同结 构过滤器以及P T F E 过滤器的平均风速与过滤器 压差的关系，其关系见图2 ： 图2 不同高效空气过滤器阻力性能随风速的变化 由实验数据可以看出，随着风速的增加，过滤 器的阻力均由由低向高线性递增，而且玻璃纤维 两个过滤器得出的两条直线基本重合。容易看 出，当过滤风速为1 m s 时，玻纤过滤器的阻力大 概为P T F E 过滤器的四倍。 已知过滤器的面积，可以得出面速与过滤器 压差的关系： 图3 不同高效空气过滤器阻力性能随面速的变化 由于两种过滤器滤纸不同两种玻纤过滤器的 面速与过滤器压差的关系并不是完全一致的，而 且相同面速下规格6 1 0 6 1 0 9 0 m m 的过滤器的 阻力高于规格6 1 0 6 1 0 1 5 0 m m 过滤器的阻力。 但是很显然相同面速下，玻纤滤料的阻力高于 门F E 的阻力。说明在阻力性能方面，P T F E 优于 万方数据 第2 期 牛彦静等：高效空气过滤器性能实验研究 7 1 玻纤滤料。 为了更进一步了解玻纤滤料与F F F E 阻力方 面的特性，又进一步做了实验。直接研究两种滤 纸的阻力随过滤风速变化的情况，实验结果如下 图所示： 图4 玻纤过滤器与f y I F I 过滤器阻力性能比较 这就更进一步验证了先前的结论，相同风速 下，玻纤滤纸的阻力高于盯F E 的阻力 6 1 。 4 过滤器过滤性能比较 根据实验条件，可以测得过滤器对粒径为0 3 1 x m ，0 5 i x m ，1 0 1 x m 粒子在不同风速下的过滤效 率，得到以下图表： 图5 不同规格玻纤过滤器过滤性能比较 很显然，这两个玻纤过滤器在不同风速下对 1 0 斗m 粒子的过滤效率都为1 0 0 ，对0 3 1 x m 、0 5 p , m 粒子的过滤效率随风速的增大都有降低的 趋势，亦可以看出过滤器对大颗粒的过滤效率高 于对小颗粒的过滤效率，而且规格6 1 0 6 1 0 1 5 0 m m 过滤器的过滤性能优于规格6 1 0 x6 1 0 x 9 0 m m 的过滤器。 用相同的方法，得到规格4 8 0 4 8 0 7 0 m m 的P T F E 过滤器的过滤效率随风速变化的关系的 图表： 图6F I F E 过滤器的过滤效率随风速的变化 比较图表5 和图表6 ，对0 3 I L m ，0 5 斗m 粒子 玻纤过滤器的过滤效果更好一些，特别是对于0 3 p , m 的粉尘对比效果更明显。三者对1I x m 粒子 的过滤效果都为1 0 0 。 为了更直观的对比玻纤滤料与n F E 滤料的 过滤性能，直接对两种滤纸进行了过滤性能测试， 得到以下图表： 图7 在不同风速下F I F E 与玻璃纤维过滤器对0 3 t u n 的粒子的过滤效果 上面的图表是通过测定P T F E 和玻璃纤维两 种滤纸对0 3 斗m 的粒子在不同风速下的过滤效 果而得到的【_ 7 。8 | 。很明显，P T F E 滤纸的过滤效率 低于玻璃纤维滤纸的过滤效率。 综合考虑滤料的阻力性能和过滤性能，容易 看出P T F E 滤料更适合制作粗效或亚高效过滤 器，而玻璃纤维滤料更适合制作高效或超高效过 滤器。 5 结语 通过比较咖过滤器与玻璃纤维过滤器的 阻力性能和过滤性能，探讨不同过滤器应用的前 万方数据 沈阳航空工业学院学报 第2 7 卷 景。从实验中我们可以得出这样的结论，风速是 影响高效空气过滤器过滤效果的很重要的冈素， 风速越高过滤效率越低，对P T F E 过滤器而言这 种影响更明显，而且整体而言P T F E 过滤器的过 滤效果比玻纤过滤器的效过滤效果差些但其阻力 比玻纤过滤器低，所以町F E 滤料更适合制作粗 效或亚高效过滤器，而玻璃纤维滤料更适合制作 高效或超高效过滤器。本实验中所选用的规格 6 1 0 6 1 0 1 5 0 m m 的玻纤高效过滤器阻力比规 格6 1 0 6 1 0 9 0 m m 的玻纤高效过滤器低，过滤 性能比6 1 0 6 1 0 9 0 m m 的玻纤高效过滤器好。 目前纯P r r F E 过滤材料的价格比玻璃纤维要高一 些，但P T F E 与玻璃纤维相比，其耐温性、耐腐蚀 性和水解胜则好于玻纤，因此生产过滤器时要综 合考虑各种因素兼顾技术性能和经济性能。 参考文献： 1 刘来红，王世宏空气过滤器的发展及其应用 J 过滤与分 离，2 0 0 0 ，1 0 ( 4 ) ：8 一l O 2 C N 戴维斯空气过滤器 M ，黄日广译北京：原子能出 版社1 9 7 9 3 G B T