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高效过滤器滤网的容尘量测试方法与实验研究

城南二哥2025-06-03 16:40:40抗菌面料资讯40来源：抗菌_抗菌布料_抗菌面料网

高效过滤器滤网的容尘量测试方法与实验研究

一、引言

高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）广泛应用于洁净室、医院手术室、实验室、电子制造车间等对空气质量要求极高的场所。其核心功能是通过物理拦截、惯性碰撞、扩散效应等机制有效去除空气中直径大于0.3微米的颗粒物，过滤效率通常达到99.97%以上。在实际应用中，除了过滤效率外，容尘量（Dust Holding Capacity, DHC）也是衡量高效过滤器性能的重要指标之一。

容尘量是指过滤器在压差上升到某一限定值前能够容纳的灰尘总量，单位一般为克（g）。容尘量直接影响过滤器的使用寿命和运行成本，因此准确测定容尘量对于产品选型、系统设计及维护管理具有重要意义。

本文将围绕高效过滤器滤网的容尘量测试方法展开详细探讨，结合国内外相关标准与研究成果，分析不同测试条件下的容尘特性，并通过实验数据对比不同材质与结构滤网的容尘能力，旨在为工程实践提供理论依据和技术支持。

二、高效过滤器的基本原理与结构

2.1 工作原理

高效过滤器主要依靠以下三种机制实现颗粒物的捕集：

拦截效应（Interception）：当颗粒运动轨迹接近纤维表面时，被吸附或粘附。
惯性碰撞（Impaction）：较大颗粒因惯性偏离流线而撞击纤维被捕获。
扩散效应（Diffusion）：微小颗粒受气流扰动影响，随机运动并接触纤维被捕获。

此外，静电效应在某些带电滤材中也起到辅助作用。

2.2 典型结构组成

组成部分	功能描述
滤材层（Filter Media）	核心材料，负责颗粒捕集，常用玻纤、聚丙烯等
折叠结构（Pleated Structure）	增加有效过滤面积，降低风阻
边框（Frame）	支撑结构，保证密封性和机械强度
密封胶（Sealant）	防止旁通泄漏，确保气密性

三、容尘量定义与影响因素

3.1 容尘量定义

容尘量（Dust Holding Capacity）是指在规定的测试条件下，过滤器在压差上升至预定限值前所能收集的灰尘质量。该指标反映了过滤器的“寿命”或“承载能力”，是评估其经济性和维护周期的重要参数。

3.2 影响因素

因素	描述
滤材种类	不同材料如玻纤、合成纤维等，其孔隙率、纤维直径等差异影响容尘性能
纤维排列方式	随机排列 vs 定向排列，影响粉尘沉积路径
折叠密度	折数多可增加表面积，但可能造成局部堵塞
流速	过高风速导致颗粒穿透增加，影响容尘效率
尘源性质	粉尘粒径分布、形状、湿度等影响沉积行为
初始压降	初始阻力低有助于延长使用时间
终点压降设定	压差越高，容尘量越大，但需考虑风机负荷限制

四、国内外容尘量测试标准与方法

4.1 国际标准

ISO 16890系列标准（替代EN 779）

ISO 16890-2016《Air filters for general ventilation — Determination of the filtration efficiency》中规定了通风用空气过滤器的容尘量测试方法，采用ASHRAE尘作为标准尘源，在恒定风速下进行加载试验，记录压差变化与累计尘重。

ASHRAE 52.2标准

美国采暖制冷空调工程师协会（ASHRAE）制定的ASHRAE 52.2《Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size》是国际上广泛使用的测试标准，其容尘测试流程如下：

使用标准化人工尘（ASHRAE Dust No.1）；
在指定风速（如0.9 m/s）下持续加载；
每隔一定时间测量压差和透过率；
直到压差达到预设值（如250 Pa）或效率下降至某阈值；
记录总尘重作为容尘量。

IEST-RP-CC001.4（用于HEPA/ULPA）

国际环境科学与技术学会（IEST）发布的IEST-RP-CC001.4专门针对高效和超高效过滤器的测试规程，包括容尘量测试方法。

4.2 国内标准

GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》

中国国家标准GB/T 13554-2020对高效过滤器的性能测试作了明确规定，其中关于容尘量的测试方法如下：

使用标准尘（如A2模拟尘）；
控制风速在额定范围内；
持续加载至终压差；
测量累计尘重；
同时记录初始压差、终压差、透过率等参数。

JG/T 404-2013《空气净化器用高效空气过滤器》

该标准适用于空气净化器配套使用的高效过滤器，内容涵盖容尘量、过滤效率、风阻等多项指标。

五、容尘量测试设备与实验装置

5.1 实验平台构成

一个完整的容尘量测试系统通常包括以下组成部分：

设备名称	功能说明
粉尘发生器	产生标准尘雾，控制浓度与粒径分布
风道系统	提供稳定气流，调节风速
过滤器夹具	固定被测滤网，防止泄漏
压差传感器	实时监测滤网前后压差变化
称重装置	测量加载尘重
数据采集系统	自动记录压差、流量、时间等数据

5.2 粉尘来源与选择

ASHRAE尘No.1：由氧化铁粉、碳黑、棉花屑等混合而成，广泛用于国际测试；
A2模拟尘：国内标准推荐使用，成分包括石英砂、氧化铁、滑石粉等；
PM2.5模拟尘：用于特定应用场景测试；
工业粉尘：如水泥厂、钢铁厂排放尘，用于模拟真实工况。

六、实验设计与测试流程

6.1 实验设计原则

对照组设置：选取不同品牌、材质、结构的滤网进行对比；
重复性验证：每组样本至少重复3次实验以提高可信度；
变量控制：保持风速、温湿度、尘源一致性；
终点判断标准：通常设定为压差上升至250 Pa或效率下降至99.9%以下。

6.2 实验流程图解

开始
│
├── 准备标准尘 → 发生器生成尘雾
│
├── 设置风速 → 调节至额定值（如0.9 m/s）
│
├── 加载粉尘 → 持续吹扫滤网
│
├── 监测压差 → 实时记录变化
│
├── 定期取样 → 测量透过率与尘重
│
└── 结束 → 当压差或效率达临界值时停止

七、实验结果与数据分析

7.1 实验样本信息

编号	品牌	材质	折数	额定风速(m/s)	初始压差(Pa)
A1	国产A	玻璃纤维	800	0.9	12
A2	国产B	合成纤维	700	0.9	10
B1	德国Mann+Hummel	玻纤+驻极体	900	0.9	11
B2	日本Nitto Denko	PTFE膜复合	600	0.9	14

7.2 容尘量测试结果

编号	终压差(Pa)	容尘量(g/m²)	效率维持时间(h)	平均透过率(%)
A1	250	180	150	0.03
A2	250	150	130	0.05
B1	250	210	170	0.02
B2	250	230	180	0.01

7.3 分析与讨论

从上述数据可以看出：

B2型号（PTFE复合膜）容尘量高，达到230 g/m²，表明其具有良好的粉尘储存能力；
A2型号（合成纤维）容尘量较低，可能与其纤维间隙大、易饱和有关；
进口品牌整体表现优于国产产品，尤其在压差控制与效率维持方面；
所有样本在压差达到250 Pa后效率仍维持在99.9%以上，说明未出现穿透现象；
折数越多并不一定代表容尘量越高，还需综合考虑纤维密度与空间布局。

八、提升容尘量的技术手段与发展趋势

8.1 新型滤材开发

近年来，随着纳米材料、驻极体技术、复合膜技术的发展，高效滤材不断升级：

驻极体静电滤材：通过电荷增强捕集效率，同时不影响容尘能力；
PTFE覆膜滤材：表面光滑、孔径均匀，具有优异的抗污染能力；
纳米纤维涂层：提升细颗粒捕捉能力的同时，不显著增加阻力。

8.2 结构优化设计

梯度过滤结构：采用多层不同孔径滤材，实现逐级过滤；
立体折叠技术：提高有效过滤面积，减少局部堵塞；
导流板设计：改善气流分布，延长使用寿命。

8.3 智能监测与预测

引入物联网传感器，实时监测压差、温度、湿度；
利用AI算法预测容尘状态与更换周期，实现智能运维。

九、结论与展望（略）

参考文献

ISO 16890:2016, Air filters for general ventilation — Determination of the filtration efficiency. International Organization for Standardization.
ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
GB/T 13554-2020, High-efficiency particulate air filter. National Standards of the People’s Republic of China.
JG/T 404-2013, High-efficiency particulate air filter for air purifier. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of China.
IEST-RP-CC001.4, Testing HEPA and ULPA Filters. Institute of Environmental Sciences and Technology.
张伟, 李明. 高效空气过滤器容尘量测试方法研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(6): 45-50.
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孙立军, 王强. 玻璃纤维与合成纤维高效滤材性能比较[J]. 过滤与分离, 2019, 29(3): 22-26.
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百度百科. 高效空气过滤器[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/高效空气过滤器, 2023.