空气过滤器能效分级

1、空气过滤器能效分级张晓俊 张晓俊，男，硕士 科德宝宝翎过滤器（中国）事业部 资深应用技术工程师 华立 华 立，男，博士 科德宝宝翎过滤器（中国）事业部 技术总监科德宝宝翎过滤器（中国）事业部 邮编 215011【摘要】：暖通空调系统空气处理单元中空气过滤器的能耗量巨大且常被忽视。涂装车间作为汽车厂使用大量空气处理单元和空气过滤器的能耗大户，应该将节约空气过滤器的能耗做为控制涂装制造成本的新思路和突破口！德国科德宝过滤技术公司开发出的空气过滤器能效分级系统，可使用户方便地选择到合适的高能效的过滤器产品，从而有效地控制制造成本。关键词：空气过滤器 空气处理单元 节能 能效分级 1 空气处理单元的能

2、耗现状日趋紧张的能源危机和日益加剧的全球性气候变暖，严重地威胁着人们的生存环境。节能减排（主要是石化燃料利用中排放的CO2等温室气体）已成为各国可持续发展战略的重要措施之一。中国的能源状况与政策白皮书1中提出把节约资源作为基本国策，其中把加强工业节能做为中国全面落实能源节约的首要措施。暖通空调（HVAC）系统是工商业领域被广泛使用的重要设备，其采用的能源主要是电能。有关统计资料显示：在一般的办公楼宇中HVAC设备的耗电量约占总耗电量的40%，洁净厂房中HVAC设备的耗电量则占到总耗电量的80% 2。图1是欧洲通风协会EUROVENT对作为HVAC系统中主要组件的空气处理单元（Air Handl

3、ing Unit）进行的生命周期成本（Life Cycle Cost）分析的结果3。结果显示：能源成本在整个AHU的生命周期成本中占到80左右，其中约50是被风机消耗的。 图1 空气处理单元生命周期成本风机是作为克服空气处理单元中主要部件（如加湿器、冷凝管、加热盘管和空气过滤器等）的阻力而提供动能的，也就是说，风机提供的能量绝大部分是被各部件的阻力总和所消耗掉的。而空气过滤器的阻力（压差值）约占到了风机全压头的50 2。所以，在HVAC系统中，空气过滤器的能耗不容忽视！2 空气过滤器与汽车涂装制造成本的分析涂装车间是汽车主机厂四大车间中公认的耗能大户国内奇瑞公司涂装车间的耗能比例占到全厂的60

4、左右；即使号称世界首个“绿色涂装车间”的美国BMW Manufacturing Co. 的涂装车间能耗也占到全厂的50 4。涂装车间的喷漆室、烘干室是耗能的主要设备，在电力方面分别占到42和6.8%，在热能方面占到49.7%和27.3%，两者的CO2排放量占CO2总排放量的64.8% 5。 随着轿车市场竞争的日益加剧，提高质量、降低成本是适应市场竞争的重要手段。涂装成本占整车制造成本中可控制成本的比例较大，降低涂装制造成本已成为各大厂商成本控制的重点。由于动能成本一般占到整个涂装制造成本（不含设备和厂房折旧）的25%左右，所以降低涂装中的动能成本是一条行之有效的途径。全球各大汽车制造厂商已从各

5、个方面、各个环（细）节采取成本控制措施，如奇瑞公司就是从涂装工艺、涂装材料、涂装设备等进行的6。欧洲通风协会也对空气过滤器的生命周期成本进行了分析，这里的LCC定义如下：LCC = Investment + LCC(Energy) + LCC(Maintenance) + LCC(Disposal)其中 Investment: 指初次安装通风系统时涉及的空气过滤器资金（包含过滤器费用、安装框架、劳动力费用等）LCC(Energy): 过滤器能耗现值（present cost）LCC(Maintenance): 过滤器维护、更换费用现值LCC(Disposal): 过滤器处理费用现值空气过滤器的

6、整个LLC LCC分析表明：空气过滤器的投资费用仅占4.5%，维护/更换费用占14、处理费用仅占0.5，而能耗占到了81%7！ 空调箱中过滤器的阻力（压差值）变化趋势一般是：使用新过滤器后压差值刚开始时是缓慢上升的，随着运行时间的增长，过滤器捕集了大量的灰尘，其压差值快速上升直到达到其终压差值。而风机（一般为调速风机）为了克服空气过滤器的不断增加的阻力，其功率也将持续增大，相应的能耗也将增大。而其耗电量可以表征为风量、平均压差值、风机效率和运行时间的函数： 1式中 E: 耗电量, kwh : 风量，m³/s : 平均压差值， Pa，在此 2t : 运行时间， hh: 风机效率按照一个

7、过滤器在0.944 m³/s（3400m3/h）的风量下运行，风机效率以70计，如果过滤器的压差值平均升高100Pa，则风机为克服该过滤器阻力而运行1年（以8400小时计）的耗电量约为1133kwh。如果过滤器的压差值降低10Pa，则每年可省电113kwh！以近年来在国内东北地区新建的两个由欧系设计公司建造的涂装车间为例，为整条喷涂线（包括1条中涂线、1条色漆线、1条清漆线和点补线）喷漆室供风的总风量都高于2,000,000 m3/h，所需的两级袋式过滤器数量共计约1200个。这样过滤器压差值每降低10Pa，每年可省电约13.6万kwh，每年节省的电费合人民币约8万元！可见，控制空气

8、过滤器的能耗可以为汽车制造厂商节约制造成本提供了一个新的思路和突破口！3 空气过滤器能效分级简介3.1 空气过滤器的能效指标一般地，人们在选择过滤器时主要关注的是其过滤级别，而忽视了其能耗！但即使相同过滤级别的过滤器，它们的特征参数也是有区别的。目前通行的一般通风用空气过滤器过滤性能测定的欧洲EN779标准和美国ASHREA52.2标准中关于过滤器的分级都只规定了一个范围，如EN779标准的F6过滤级别就是指在3400m3/h风量、450Pa终阻力的测试条件下，过滤器对0.4m气溶胶颗粒的捕集效率在60%80（计数效率）范围，如此大的效率范围为各过滤器制造厂商推广产品提供了很大的发挥空间；而不

9、同厂商的同级别过滤器的初始压差值就相差更大了但这个指标恰恰是关系到过滤器能耗的！如何能使客户通过简便的方法选择到既有“极可能高的过滤效率”、又有“尽可能低的压差值”的空气过滤器，便成为具有实际意义的事情。德国科德宝过滤技术公司经过长期的试验研究，开发出一种结合了过滤效率和平均压差值两个指标在内的空气过滤器能效分级系统。3.2 空气过滤器能效分级系统简介空气过滤器能效分级系统是基于过滤器过滤效率和平均压差值基础上的，其中的过滤效率可采用现有的EN779标准中的分级，而平均压差值是如式2所示随运行时间变化的，不易确定。这时就需要建立一种模拟测试方法，这种方法要能体现出空气过滤器在实际使用过程中随着

10、不断捕集环境空气中的大气尘使得其压差值上升的趋势。通过比较在德国不同地区（包括西北部的鲁尔工业区、西南部的BASF附近的工农业集中区等）长达近2年的不同级别空气过滤器使用状况及在试验室EN779试验台的大量测试结果，德国科德宝过滤技术公司得到了一个结论：实际中捕集了800g大气尘的空气过滤器压差值变化趋势与在EN779试验台测试中3400m3/h风量下采用AC细灰（ISO A2灰）测试尘（而不是标准测试程序中要求的ASHREA测试尘）测试容尘量达到800g时的空气过滤器的压差值变化趋势相吻合8！而德国联邦环保部公布的德国大气环境中细灰尘的平均浓度为40g/m3，据此，一个空气过滤器在3400m

11、3/h风量下正常运行1年（以250天计，约6000小时）所容纳的灰尘量也恰好约800g！由此，使用AC细灰（ISO A2灰）、容尘量800g便可用于过滤器能效分级系统所要建立的模拟测试方法中。而式2的平均压差值就可表达如下： 3这样，用于定量反映空气过滤器能效分级的关键能效数（key eergy performance number）被定义如下式： 4式中 : 0.4m颗粒的平均效率3400m3/h, (EN779标准) : 容纳AC细灰的平均压差值3400m3/h, 如式3, Pa : 反映过滤器实际性能的经验系数，取22Pa4式表明：关键能效数kep值越大，说明过滤器是在额定风量下节能的运

12、行，这反映在当过滤器效率给定时，其压差值很低。所以，可用kep值来对过滤器的能效分级。这里，定义了五个等级（如表1）：1级表示过滤器在运行期间能耗最低；5级表示能耗最高。表1 空气过滤器能效等级关键能效数kep3400m3/h能效等级kep 1 11 > kep 0.820.8 > kep 0.730.7 > kep 0.64kep < 0.65图2所示的能效分级图则更清楚地表达关键能效数、平均压差值、能耗量和过滤器效率（级别）的关系。图中的年能耗量是根据式1计算的。图2 能效分级图由图中可以看出，低级别的过滤器对于一个较小的平均压差值变动（如20Pa）所产生的影响效应

13、将远远大于高级别过滤器的。 如当一个F5级别（效率50%）过滤器平均压差值从50Pa上升到70Pa时，其能效级将从1级变为4级，其年能耗量将增加约40；而对于过滤级别越高的过滤器，这种影响则很小，也就是说，对于高过滤级别的过滤器，能效分级对其允许的平均压差值可变范围较广。另外，这张能效分级图也把过滤器的实际过滤效率完全考虑进来。即使相同级别的过滤器（如对0.4m气溶胶颗粒的计数效率在60%80范围内的F7过滤器），由于各个过滤器的实际平均效率值不同，它们的能效分级也不同；同时，平均压差值变动所产生的影响效应有很大的差别。所以，由德国科德宝过滤技术公司开发的空气过滤器能效分级系统对于用户选择既能

14、保证工作场所的空气洁净度，又能节能而大大减少制造成本的合适过滤器产品提供了简便的方法。4 空气过滤器能效分级系统的应用4.1 科德宝vildeon®空气过滤器的能效分级德国科德宝过滤技术公司对其不同级别的vildeon®紧凑型袋式过滤器和MX系列盒式过滤器按照上述能效分级系统进行的能效级别划分如表2所示。表2 科德宝空气过滤器能效级别能效 级别过滤器级别和压差值范围G3G4F5F6F7F8F910-35 PaG35 SL0-35 PaF400-55 PaF500-70 PaT600-100 PaT90, T90*0-130 PaMX95*0-160 PaMX98*235-4

15、0 PaG35 S35-40 PaF45 S55-65 Pa70-85 PaMF70100-120 PaMX85*, MF90*130-155 PaMF95*160-190 Pa340-45 Pa40-45 Pa65-75 Pa85-100 Pa120-140 Pa155-180 Pa190-220 Pa445-50 Pa45-50 Pa75-85 Pa100-115 Pa140-160 Pa180-205 Pa220-250 Pa550- Pa50- Pa85- Pa115- Pa160- Pa205- Pa250- Pa*: 作为第二级过滤器使用，风量以3400m3/h计。划分结果表明：科

16、德宝公司过滤级别从G3到F9的所有空气过滤器的能效级别为12级，都属于能效比较高的过滤器。这与这些过滤器的滤料选用、结构设计特点及过滤器制造工艺是紧密相关的。4.2 案例研究2006年9月在英国一家果品冷库两个相同的带回风系统的空气处理单元（风量都是93600m3/h）进行了对比试验：其中一个采用其它厂商的G4板式过滤器+F5袋式过滤器；另一个采用科德宝公司建议的只采用一级F5过滤器（型号F50）。同时在现场的电源控制柜中装配能源监视装置（见图3）采集风机（将可调频的变速风机调至最大风量）的用电量。整个对比试验期间的压差值记录如图4所示。试验结果显示：在测试的一个月中，F50过滤器压差值很小且

17、变化幅度不大，而另一个AHU中的G4+F5过滤器的压差值变化很大；由此使用F50过滤器的AHU风机的耗电量比另一AHU的风机节省了14.5% 9!图3 电控柜及能源监视装置 图4 对比试验压差值记录5 小结能源成本在整个暖通系统的空气处理单元生命周期成本中占到80左右，其中约50是被风机消耗的，而空气过滤器的能耗值又约占了风机能耗的50。涂装车间作为汽车厂使用大量空气处理单元和空气过滤器的能耗大户，为大大减少涂装制造成本而选择既能保证工作场所的空气洁净度、又能节能的合适过滤器产品就成为一个新的突破口！为了使用户能有效地选择合适的过滤器产品，德国科德宝过滤技术公司经过长期研究试验，在考虑各方面因

18、素的基础上开发出了一套简便实用的空气过滤器能效分级系统。通过此能效分级系统，客户可以通过比较而选择出高能效的过滤器，从而有效地控制能源消耗，为自身带来实实在在的利益！参考文献1. 中华人民共和国国务院新闻办公室，中国的能源状况与政策白皮书，2007年12月。2. Freudenberg Filtration Technologies KG，“Saving Energy with Viledon Air Filters”， 2009年3月。3. Eurovent Document 6/8 “Recommendations for calculations of energy consumption for Air Handling Units ”， 2005年5月。4. BMW Manufacturing Co.，Press release (5.05.2006 ET)“BMW to Operate World's First Green Paint Shop”。5. 王锡春，汽车涂料、涂装的环保和降成本技术的最新进展，2007年中国汽车工程学会涂装分会年会论文集。6. 张国忠，浅谈涂装车间动能成本控制，2007年中国汽车工程学会涂装分会年会论文集。7. Eurovent Document “Recommendations concern