第八章　净 化

第一节 基本概念 一、空气的含尘浓度表示法 1、质量浓度——单位体积中含有的灰尘质量(kg／m3)； 2、计数浓度——单位体积空气中含有的灰尘颗粒数(粒／m３或粒／L)； ３、粒径颗粒浓度——单位体积空气中所含的某一粒径范围内的灰尘颗粒数( 粒／m３或者粒／L)。 一般室内空气允许含尘标准采用质量浓度，而洁净室的洁净标准(洁净度)采用计 数浓度(每升空气中大于等于某一粒径的尘粒总数)．

二、室内空气的净化标准 (一)一般净化：对室内含尘浓度无具体要求，只要对进气进行一般净化处理， 保持空气清洁即可。大多数以温湿度要求为主的民用与工业建筑空调工程均属于此类。 (二)中等净化：对室内空气含尘浓度有一定的要求，通常提出质量浓度指标。 (三)超净净化：对室内空气含尘浓度提出严格要求，由于尘粒对生产工艺的有害 程度与尘粒的大小和数量有关，所以均以粒径颗粒浓度作为浓度指标。

空气洁净度等级是以空气含尘浓度的高低来划分的。 我国与国外通用的标难是一致的，见下表。 表上列出了划分洁净度等级的各含尘浓度限定值，该含 尘浓度是室内空气含尘浓度的平均值，即工作人员进行正常操作时，在工作区平面上 连续一段时间内测得的计数含尘浓度的平均值

微生物颗粒的控制等级

净化等级的确定原则 1、控制要求 2、经济条件限制

第二节 空气过滤器 工业除尘是用各种类型的除尘器，把含尘量较大(每立方米空气中含几至上百毫克) 的空气经净化处理后排至室外， 以使大气不受或少受到污染。 空调工程是把含尘量低 (每立方米空气中含零点几至几毫克)的空气，经净化处理后送入室内，通常采用过滤方 法，使用的设备是各种空气过滤器。

一、空气过滤器的滤尘机理 空调用空气过滤器，主要有三种类型： 粘性填料过滤器 干式 纤维过滤器 静电过滤器

(一)粘性填料(滤料)过滤器的滤尘机理 1、结构： 2、过滤机理：尘粒的惯性和粘住效应。 填料：金属网格、玻璃丝(直径约为20um)、金届丝等。 结构：在填料上 浸涂粘性油。它由十几层浸油的波形金属网格叠配而 成，按空气流动方向的层次，网格孔径逐渐缩小。 2、过滤机理：尘粒的惯性和粘住效应。 当含尘空气流经填料时，沿填料的空隙通道进行多次曲折运动，尘粒在掼 性力作用下，偏离气流方向，并碰到粘性油上被粘住，即被捕获。

(二)干式纤维过滤器的滤尘机理 1、结构： 2、过滤机理： 填料：玻璃纤维、合成纤维、石棉纤维以及由这些纤维制成的滤纸、滤布 结构：由细微的纤维 紧密错综排列，形成一个具有无数网眼的稠密的过滤层。 2、过滤机理： 有五种：

1、 拦截（接触阻留)作用 对于粒径在亚微米范围内的小尘粒，可 以认为没有惯性，尘拉随着气流流线运动， 当流线紧靠纤维表面时，尘粒由于与纤维表 面发生接触而被拦截(阻留)下来，这种作用 称为拦截作用。显然，尘粒因粒径大于纤维 网眼而被拦截阻留下来的筛滤作用也是一种 拦截作用。

2、 惯性(或称撞击)作用 由于纤维错综排列，故气流在纤维层内 穿过时，其流线要多次转弯，此时，若尘粒 质量较大或速度(可以看成等于气流速度)较 大，则尘粒受惯性力作用，不能随气流转弯， 而仍保持其原有的运动方向，便与纤维碰撞 并附着在纤维上。惯性作用随尘粒质量和过 滤风速的增加而增大．

３． 扩散作用 气体分子的热运动对空气中细微尘粒 (＜1um)的碰撞，使尘粒也随之作布朗运 动。尘粒越小，布朗运动越显著。例如，常 温下0．１um的尘粒每秒钟的扩散距离达17 um，比纤维间距离大几倍至几十倍，这就 有更大的可能与纤维接触，并附着在纤维上；而大于０.３um的尘粒，其布朗运动减弱，一般不足以靠布朗运动使其离开流线而碰撞 到纤维上。尘粒越小和过滤速度越低。扩散作用就越显著。

4、 重力作用 含尘气流通过纤维层时，尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表 面上，这种作用只有在尘粒较大(＞5um)时才存在。对小尘粒 (＜o．5pm)的过滤，完全可以忽咯重力作用。

5、 静电作用 当含尘气流通过纤维滤料时，由于气流摩擦，使纤维和尘粒部可能带上电荷，从而 增加了纤维吸附尘粒的能力。但是，因这种电荷既不能长时间存在，电场强度又很弱， 故产生的吸附力很小，所以，一般可以忽略。

在纤维过滤器内，尘粒的被捕集，可能是出于上述五种滤尘机理的共同作用，也可 能是由于其中一种或几种滤尘机理的作用，这是由尘粒的粒径、纤维的直径、纤维层的填 充率以及气流速度等条件决定的。

（三）静电过滤器工作原理 空调净化工程中使用的静电过滤器，通常采用二区式电场结构：第一区为电离区(使 尘粒荷电)；第二区为集尘区(使尘粒沉积)

电离区：在一组等距离平行安 装的金属板(也有管柱状的)接地电 极之间，布有金属放电线(如0．2 mm钨丝，亦称电晕极或电离极)， 并在其上加有足够高的直流正电压 (10—１ 2kV)，放电线与接地电极 之间形成不均匀电场，致使金属放 电线周围产生电晕放电现象，含尘 空气经过电离极时，空气被电离，使放电线周围充满正离子和电子，电子移向放电线，并在其上中和，而正离子在遇有中 性尘粒时就附着在上面，使中性尘粒带上正电荷，然后，随气流流入集尘区。

集尘区：由一组接地金属极板(集尘极)和高正电位的金属极板(加有5000V直流电 压)按平行于气流的方向交替排列而成，在各对电极之间形成一个均匀电场．当来自电 离区的带有正电荷的尘粒进入均匀电场后，在强大的电场作用下，尘粒使沉积在负极性 的接池极扳上。 静电过滤器的过滤效率随着电场强度的增加和过滤风量的减少而提高

二、 空气过滤器的主要性能指标 四项：效率、阻力、容尘量以及面速和滤速 (一) 过滤效率 在额定风量下，过滤器捕获的灰尘量与过滤器前进入过滤器 的灰尘量之比的百分比

当空气含尘浓度分别以质量浓度、计数浓度和粒径颗粒浓度表示时，则所得的效率相应为质量效率、计数效率和粒径分组计数效率。 计数效率与各粒径分组计数效率的关系为 穿透率：p=C2/C1=1- η

过滤器串联时： N个过滤器串联时：

(二）过滤器阻力 过滤器的阻力包括滤料阻力和结构阻力 A项表示滤料的阻力，B项反映纤维层结构特性阻力。A、B、n为实验指数。

若以过滤器滤速v表示，则过滤器阻力亦可整理成下式 初阻力:过滤器未沾尘时的阻力 终阻力:需要更换时的阻力。终阻力值须经综合考虑后决定，通常规定终阻力为初 阻力的两倍。

（三）过滤器容尘量 当过滤器在额定风量下的阻力达到过滤器的终阻力时， 过滤器所容纳的尘粒质量称为该过滤器的容尘量

（四）过滤器的面速和滤速 面速：过滤器迎风断面通过气流的速度u，一般以m／s表示，即

滤速：滤料面积上气流通过的速度，一般以cm／s或L／(cm2min)表示，即

三、常见的过滤器 一）分类 初效过滤器 中效过滤器 亚高效过滤器 高效过滤器 超高效过滤器

二）初效过滤器 材料：易于清洗和更换的粗、中孔泡沫塑料或其它滤料 过滤对象：新风过滤，尘粒>10μm 阻力：≤30Pa 计数效率(对于0.3μm的粉尘):<20%

1）块状过滤器（即平板状 ）:金属网格浸油过滤器、干式玻璃纤维填充式过滤器

2）YP型抽屉式泡沫塑料过滤器， 过滤效率和额定风量比板式高

3）M1型袋式泡沫塑料过滤器 过滤效率和额定风量比板式高

4）自动卷绕式空气过滤器 减少清洗过滤器的工作量（人工清洗或更换），提高运转维护水平。 这种过滤 器采用合成纤维制成的毡状滤料，并装置在能自动卷 绕的机构上，当滤料积尘到一定程度后，卷绕机构在 滤料前后空气压差的控制下，使滤料自上而下地移 动，当一卷滤料用完后，再更换新的。

5）自动清洗浸油过滤器 金属过滤网板由 传动机构带动，慢速移动，沾尘后在油梢内自行清 洗，因此能连续工作。

三） 中效过滤器 材料：中、细孔泡沫塑料或其它纤维滤料 过滤对象：新风和回风过滤，延长高效过滤器的使用期限，尘粒1-10 μm 阻力：≤100Pa 计数效率(对于0.3μm的粉尘):20-90%

效率：范围很宽。下图表示纤维滤科中效过滤器用钠馅法测得的性能曲线 常用的中效过滤器 M—1、2、3型泡沫塑料过滤器 YB型玻璃纤维过滤器 结构形式：抽屉式或袋式 效率：范围很宽。下图表示纤维滤科中效过滤器用钠馅法测得的性能曲线

近年来，已逐步采用化学纤维作粗、中效过滤器的滤料。例如Dv型化纤滤料和 wY、wz型无纺布等。 这些滤料都制成毡状，并沿滤料的厚度方向纤维疏密程度不同， 由粗松到细密．在相同条件下，它们与泡沫塑料和玻璃纤维滤料相比，更具有效率高． 阻力低、容尘量大等优点。

四）高效过滤器 包括亚高效0．3um级和0．1u m级高效过滤器 亚高效过滤器： 过滤对象：尘粒<5 μm 静电过滤器属于该类 阻力：≤150Pa 计数效率(对于0.3μm的粉尘):90-99.9%

高效过滤器 过滤对象：尘粒<1 μm 阻力：≤250Pa 计数效率(对于0.3μm的粉尘):>99.97%

滤料：超纫玻璃纤维和超细石棉纤维。 滤料均做成纸状，这些滤纸的 孔隙非常小，并且允许采用的滤速很低(几cm／s)，这就增强了小尘粒的筛滤作用和扩散 作用，所以，具有很高的过滤效率。 在一定的风量下，为能实现低滤速以减少过滤器阻 力和提高过滤效率，就必须尽量增大过滤面积，为此，在制作过滤器时，将滤纸往返折叠多次，使其过滤面积为迎风面积的60余倍。折叠后的滤纸间通道用波纹分照片分隔。

五）其它过滤器 1、静电过滤器 结构：由电过滤器、高 压发生器、控制盒以及清洗用水系同等组成 性质：中效 或亚高效过滤器，可以 过滤掉10um以下的大部分尘粒。 特点：空气阻力 低，以及积尘后阻力变化小等，一般仅 作为中间过滤器使用。

2． 湿过滤匣式净化箱 结构：过滤匣内装有玻璃 丝(直径为200um)，上面用喷嘴喷淋水，例如喷水式玻璃丝 过滤器。 特点：除去空气中一般尘粒；除去可溶于 水的有害气体(例如亚硫酸气体)。与空气的热湿处理相结合。在环境污染严重的地方，处理新风。

六）空气过滤器的选择与应用 1、多种因素： 工艺对室内洁净度的要求 室外空气含尘浓度 系统 阻力 维护管理以及一次投资等各种因素

2、确定过滤器净化能力 现以简单的装有一道粗效过滤器的一般净化空调系统为例。

假设：房间处于稳定状态 房间的尘粒量处于动态 平衡 房间的送风量、回风量、排风量不变 和过滤器的效率不变 室内发尘量不变 室外空气含尘浓度等不变 房间的尘粒量处于动态 平衡 进入室内的尘粒量=流出房间的尘粒量

Lw-新风量 L-送风量 L'-回风量、L"-排风量 r-回风率 Cm\C-室外与室内空气含尘浓度 M-室内发尘量（尘源为人体、墙面、设备等） K-过滤器的穿透率

3、过滤器的应用 1）对理论计算的修正：假定条件的理想化、原始资料的缺乏 2）安装顺序：后一级过滤器的使用必须有前级过滤器保护 3）0.3um过滤器可用来净化含有放射性尘粒的空气 用于要求无菌的生物洁净室中 4）0.1um的过滤器用于对于大于0.1um的尘粒有高洁净度要求的场合。

5）中效过滤器应设置在系统的正压段，以避免污染空气漏入系统 6）高效过滤器应设置在系统的末端(即送风口处) ，以防止管 道对洁净空气的再污染。此外，高效过 滤器的安装要求十分严密，否则将无法保证室内的洁净度。 7） 各种空气过滤器一般均按额定风量或低于额定风量选用。若按低于额定风量选用， 必然会增加所需要的过滤器的数量，虽然一次投资会有所增加，但在运行过程中，可增长过 滤器的清洗和更换周期和减小系统阻力的增长速率，从而有利于系统风量的稳定 。

8）初效过滤器不选用浸油式过滤器 9）在同一洁净室内，设置阻力和效率相近的高效过滤器 10）高效过滤器的安装方式简单可靠，易于检漏和更换

第三节 净化空调系统的设计 一、设计原则 1、面积大、净高较高、位置集中和消声件震要求严格的洁净室，应采用集中净化系统，否则，采用分散系统 2、无特殊要求时，在保证新风量和室内正压条件下，尽量利用回风。如果回风含尘浓度较高，在回风系统中设置中效过滤器 3、除了直流式系统和设置值班风机的系统外，应采取防止室外污染空气通过新风口渗透洁净室的防止倒灌措施 4、过滤器的选择、设置和安装 5、送风机可按净化系统的总送风量和总阻力进行选择。中、高效过滤器的阻力按终阻力计算 6、如果需要电加热，应用不锈钢管状电加热器，布置在高效过滤器的上侧，并注意防火。

二、设计的综合要求 洁净室的结构形式 整体式 装配式 局部净化式 局部和全面净化相结合 人、物净化方法 人员净化程序 物品净化程序 综合措施 建筑地址 工艺布置 建筑处理 建筑材料 高纯气体 电气照明 其它

三、送风量 1、层流洁净室：按室内断面风速确定：100级 垂直层流，速度≮0.25m/s 100级水平层流,速度≮0.35m/s 2、乱流洁净室：按换气次数估算： 1000级，换气次数≮50 /h 10000级，换气次数≮25 /h 100000级，换气次数≮15 /h

四、新风量 取最大值： 1、层流洁净室：总送风量的2-4% 乱流洁净室：总送风量的10-30% 2、补偿室内正压和排风需要 3、保证室内人员的最小新风量

五、洁净度的计算 均匀分布理论