靜電和袋式中效過濾器經(jīng)濟技術(shù)分析

靜電和袋式中效過濾器經(jīng)濟技術(shù)分析

1  引言

現(xiàn)代中央空調(diào)已進(jìn)入各種商用及工業(yè)建筑中。以往，在一般場所空調(diào)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(tǒng)的維護，常常會發(fā)現(xiàn)空調(diào)末端風(fēng)口周邊有“黑煙”現(xiàn)象。隨著人民生活水平的提高，對室內(nèi)空氣品質(zhì)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(diào)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(yīng)用狀況

靜電過濾器與傳統(tǒng)的布袋式過濾器相比，具有阻力小、運行費用低和效率高(達(dá)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(yīng)用于民用建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)。但國內(nèi)的一些產(chǎn)品，由于靜電過濾器電場易擊穿、設(shè)備成本較高、釋放臭氧以及其長期以來的加工精度難以達(dá)到要求等原因，使得它們一般只在工業(yè)除塵系統(tǒng)中使用，大大限制了它在民用空調(diào)過濾系統(tǒng)中的使用和普及。近幾年，隨著科技的進(jìn)步和人們環(huán)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(yīng)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(jié)構(gòu)的不同，使得靜電過濾器在不同風(fēng)量和容塵量下的阻力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于布袋式過濾器。在處理相同風(fēng)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(fēng)量的變化曲線。

4  調(diào)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，其小變化幅度約為80Pa，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(tǒng)的調(diào)試。

現(xiàn)場常常發(fā)現(xiàn)，袋式中效過濾器缺少維護，積灰過多，運行一段時間后，系統(tǒng)阻力過大，造成風(fēng)量不足。例如，在一次西安某國家大型噴漆機庫調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，空調(diào)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(tǒng)剛剛投入運行時，送風(fēng)量偏大，由于空調(diào)系統(tǒng)為直流系統(tǒng)，排風(fēng)量一定，致使室內(nèi)正壓較大，甚至影響到外門的啟閉。但運行不久，即發(fā)現(xiàn)送風(fēng)量不足，室內(nèi)出現(xiàn)負(fù)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(nèi)負(fù)壓，造成室外污染物滲入室內(nèi)，影響了潔凈度。究其原因，發(fā)現(xiàn)主要是袋式中效過濾器阻力變化所致。

5  除菌功能及室內(nèi)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(qū)通入了8000v的高壓，當(dāng)空氣中的各種細(xì)菌、真菌、病毒隨空氣流經(jīng)過高壓靜電場時，被吸附、電解，從而導(dǎo)致微生物的細(xì)胞核被破壞，直至死亡。如此循環(huán)往復(fù)，室內(nèi)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(chǎn)的復(fù)合式電子空氣凈化機為例，檢驗其滅菌效果。數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)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(xiàn)場消毒實驗結(jié)果

注：1、檢測單位：中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院消毒檢驗中心；

2、現(xiàn)場體積：46m3；

3、作用時間：60min。

6  節(jié)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(yōu)點。靜電過濾器與布袋式過濾器相比，可大大減小中央空調(diào)風(fēng)機的壓頭，因此可選擇小功率的風(fēng)機，這樣既節(jié)約風(fēng)機本身的費用以及日常運行費用，又大大起到節(jié)能的作用。以處理相同風(fēng)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(fēng)量，m3/s；

      ——過濾器阻力，Pa；     

——過濾器運行時間，小時/年；

——風(fēng)機及電機運行效率。

假設(shè)二者的運行時間均為8h/天，全年運行180天，風(fēng)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(shè)備耗電量就是：

    由以上分析可以看出，靜電過濾器所節(jié)約的耗電量是可觀的。另外，使用了靜電過濾器的空調(diào)系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)的冷熱交換效率。這樣，不但可以達(dá)到凈化空調(diào)系統(tǒng)的效果，大幅度延長空調(diào)系統(tǒng)的清洗周期，又可以在不增加系統(tǒng)風(fēng)機功率及運行費用的情況下長期保持空調(diào)系統(tǒng)的工作效能，在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時減小新風(fēng)比，從而減少了制冷機系統(tǒng)、熱交換器等設(shè)備的運行費用。

7  維護和重復(fù)使用性

靜電式過濾器采用的金屬過濾網(wǎng)和金屬電子集塵器可長期重復(fù)使用，裝卸簡單、清洗方便。只需把集塵板取出，用水進(jìn)行清洗干凈，待集塵板晾干后安裝好即可繼續(xù)使用。也就是說，靜電式過濾器可反復(fù)使用，不需要進(jìn)行更換，從而降低了使用成本，且不會對使用環(huán)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(zhì)制成的，它無法用水進(jìn)行清洗，當(dāng)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(nèi)），其節(jié)約的電費和設(shè)備更換費用足夠涵蓋初投資高出的部分，這樣對業(yè)主而言就意味著省錢，因此其市場前景的樂觀性不容質(zhì)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(jìn)行綜合的經(jīng)濟性分析。分析中采用北京某空氣處理系統(tǒng)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(jīng)費。假設(shè)過濾器每天運行8小時，電價為1.10元/度（北京市一般企業(yè)電價），風(fēng)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(shè)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(jié)果見表3。

表3  靜電式過濾器與袋式過濾器的經(jīng)濟性比較

表3的數(shù)據(jù)可以看出，由于靜電式過濾器的阻力相當(dāng)小，所以因過濾器的阻力而增加的系統(tǒng)通風(fēng)耗電量遠(yuǎn)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(fēng)量年度經(jīng)費僅為相同級別的袋式過濾器年度經(jīng)費的54%。當(dāng)然，靜電過濾器對維護和保養(yǎng)的要求比較高，以上分析僅限于理想運行狀態(tài)。

由于靜電過濾器結(jié)構(gòu)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(shè)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(fēng)速，提高氣流品質(zhì)，終提高過濾效率。

通過以上分析可以看出，從經(jīng)濟效益角度考慮，靜電式過濾器具有較大優(yōu)勢。另外，從產(chǎn)品的性能指標(biāo)上看，也完全符合《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》^[2]中規(guī)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(dá)到較高凈化效率的。

9  總結(jié)

與傳統(tǒng)的袋式過濾器相比，靜電式空氣過濾器的阻力低、調(diào)試方便、過濾效率高且重復(fù)使用性好。另外，通過經(jīng)濟性對比分析可以看出，靜電式空氣過濾器不但節(jié)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(guī)模批量生產(chǎn)以及價格的下調(diào)，使它在民用建筑集中空調(diào)系統(tǒng)的市場愈發(fā)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(zhì)。不僅如此，今后也要加強靜電過濾器運行、維護穩(wěn)定性的研究，以便盡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(diào)系統(tǒng)中的路才可以越走越遠(yuǎn)。