靜電和袋式中效過(guò)濾器經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

靜電和袋式中效過(guò)濾器經(jīng)濟(jì)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(chǎng)所空調(diào)機(jī)組中僅加裝G4級(jí)的初效過(guò)濾器，由于過(guò)濾效率較低和欠缺系統(tǒng)的維護(hù)，常常會(huì)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(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求越來(lái)越高，單級(jí)初效過(guò)濾器已不能滿足使用要求，空調(diào)機(jī)組中加裝中效過(guò)濾器的情況越來(lái)越普及。中效過(guò)濾器主要有布袋式過(guò)濾器和靜電式過(guò)濾器。

2  靜電過(guò)濾器的應(yīng)用狀況

靜電過(guò)濾器與傳統(tǒng)的布袋式過(guò)濾器相比，具有阻力小、運(yùn)行費(fèi)用低和效率高(達(dá)中效至高中效過(guò)濾器的水平)等特點(diǎn)。在國(guó)外如美國(guó)、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(guó)內(nèi)的一些產(chǎn)品，由于靜電過(guò)濾器電場(chǎng)易擊穿、設(shè)備成本較高、釋放臭氧以及其長(zhǎng)期以來(lái)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(guò)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(shí)的提高，以靜電過(guò)濾器為核心的各種形式的空氣凈化機(jī)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(guò)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(lèi)用機(jī)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(guò)作用于整個(gè)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(guò)濾器具有捕集效率高和能耗低兩個(gè)重要特點(diǎn)。其工作原理如圖1所示。

 圖1  靜電過(guò)濾器工作原理簡(jiǎn)圖

由于過(guò)濾原理和結(jié)構(gòu)的不同，使得靜電過(guò)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(guò)濾器。在處理相同風(fēng)量的情況下，袋式過(guò)濾器的平均阻力是靜電式過(guò)濾器的4倍。另外，靜電式過(guò)濾器的阻力在運(yùn)行中保持不變，而袋式過(guò)濾器的阻力隨運(yùn)行而升高，直至終阻力而報(bào)廢。由此可見(jiàn)，前者的運(yùn)行能耗極低。圖2和圖3分別給出了F8級(jí)靜電式和袋式空氣過(guò)濾器阻力隨風(fēng)量的變化曲線。

4  調(diào)試方面

靜電過(guò)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(guò)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(chǎng)常常發(fā)現(xiàn)，袋式中效過(guò)濾器缺少維護(hù)，積灰過(guò)多，運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)阻力過(guò)大，造成風(fēng)量不足。例如，在一次西安某國(guó)家大型噴漆機(jī)庫(kù)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，空調(diào)機(jī)組采用了初、中效兩級(jí)過(guò)濾器，中效采用無(wú)紡布袋式中效過(guò)濾器。系統(tǒng)剛剛投入運(yùn)行時(shí)，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(mén)的啟閉。但運(yùn)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(guò)濾器阻力變化所致。

5  除菌功能及室內(nèi)效果對(duì)比分析

靜電式過(guò)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(guò)高壓靜電場(chǎng)時(shí)，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(guò)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(jī)為例，檢驗(yàn)其滅菌效果。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1和表2所示。

表1  對(duì)白色葡萄球菌殺滅效果

表2  空氣現(xiàn)場(chǎng)消毒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

2、現(xiàn)場(chǎng)體積：46m3；

3、作用時(shí)間：60min。

6  節(jié)能

由于阻力的減小，靜電過(guò)濾器的使用能耗便可以減小很多，這是靜電過(guò)濾器的一大優(yōu)點(diǎn)。靜電過(guò)濾器與布袋式過(guò)濾器相比，可大大減小中央空調(diào)風(fēng)機(jī)的壓頭，因此可選擇小功率的風(fēng)機(jī)，這樣既節(jié)約風(fēng)機(jī)本身的費(fèi)用以及日常運(yùn)行費(fèi)用，又大大起到節(jié)能的作用。以處理相同風(fēng)量(2000m3/h),且過(guò)濾級(jí)別相同（F8）的靜電式空氣過(guò)濾器（阻力為20Pa）和袋式過(guò)濾器（阻力為120Pa）為例分析：

式中：——過(guò)濾器運(yùn)行能耗，kwh/年；

      ——風(fēng)量，m3/s；

      ——過(guò)濾器阻力，Pa；     

——過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)間，小時(shí)/年；

——風(fēng)機(jī)及電機(jī)運(yùn)行效率。

假設(shè)二者的運(yùn)行時(shí)間均為8h/天，全年運(yùn)行180天，風(fēng)機(jī)及電機(jī)效率取0.7。由公式得出，袋式空氣過(guò)濾器比靜電式空氣過(guò)濾器多消耗的運(yùn)行能耗為：

靜電過(guò)濾器耗電量為20W/臺(tái)，那么與袋式過(guò)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(guò)濾器所節(jié)約的耗電量是可觀的。另外，使用了靜電過(guò)濾器的空調(diào)系統(tǒng)中，熱交換器及冷卻盤(pán)管等表面灰塵量會(huì)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(zhǎng)空調(diào)系統(tǒng)的清洗周期，又可以在不增加系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率及運(yùn)行費(fèi)用的情況下長(zhǎng)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(shí)減小新風(fēng)比，從而減少了制冷機(jī)系統(tǒng)、熱交換器等設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

7  維護(hù)和重復(fù)使用性

靜電式過(guò)濾器采用的金屬過(guò)濾網(wǎng)和金屬電子集塵器可長(zhǎng)期重復(fù)使用，裝卸簡(jiǎn)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(shuō)，靜電式過(guò)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(huì)對(duì)使用環(huán)境造成任何不良影響和污染。

    而布袋過(guò)濾器一般都是用無(wú)紡布材質(zhì)制成的，它無(wú)法用水進(jìn)行清洗，當(dāng)過(guò)濾器集滿灰塵后，只好換掉。一般平均6個(gè)月就要徹底更換，使得后期的維護(hù)費(fèi)用和操作繁瑣性都大大增加。

8  運(yùn)行費(fèi)用

與袋式過(guò)濾器相比，靜電式過(guò)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(fèi)和設(shè)備更換費(fèi)用足夠涵蓋初投資高出的部分，這樣對(duì)業(yè)主而言就意味著省錢(qián)，因此其市場(chǎng)前景的樂(lè)觀性不容質(zhì)疑。下面舉例說(shuō)明：

我們選擇了有相同過(guò)濾級(jí)別（F8）的靜電式空氣過(guò)濾器和袋式過(guò)濾器進(jìn)行綜合的經(jīng)濟(jì)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(jī)F80以及相同過(guò)濾級(jí)別的袋式空氣過(guò)濾器計(jì)算二者的年度經(jīng)費(fèi)。假設(shè)過(guò)濾器每天運(yùn)行8小時(shí)，電價(jià)為1.10元/度（北京市一般企業(yè)電價(jià)），風(fēng)機(jī)及電機(jī)效率取0.7，靜電過(guò)濾器的使用壽命為15年，過(guò)濾器設(shè)備費(fèi)為3980元/臺(tái)，清洗周期為3個(gè)月，清洗費(fèi)用一般為50元/（臺(tái)·次），靜電過(guò)濾器耗電量為20W/臺(tái)。袋式過(guò)濾器的更換周期為6個(gè)月，更換費(fèi)用為100元/（臺(tái)·次）。分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3  靜電式過(guò)濾器與袋式過(guò)濾器的經(jīng)濟(jì)性比較

表3的數(shù)據(jù)可以看出，由于靜電式過(guò)濾器的阻力相當(dāng)小，所以因過(guò)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(guò)濾器。從表3中可以看出，靜電式過(guò)濾器的單位風(fēng)量年度經(jīng)費(fèi)僅為相同級(jí)別的袋式過(guò)濾器年度經(jīng)費(fèi)的54%。當(dāng)然，靜電過(guò)濾器對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)的要求比較高，以上分析僅限于理想運(yùn)行狀態(tài)。

由于靜電過(guò)濾器結(jié)構(gòu)的特殊性，使得它的容塵量沒(méi)有袋式過(guò)濾器大，而且塵粒過(guò)大容易造成尖端放電，盡而形成電場(chǎng)擊穿，這就會(huì)使其效率顯著下降，甚至停止工作；另外氣流的均勻性對(duì)靜電過(guò)濾器的除塵效率有很大影響。要保證靜電過(guò)濾器的過(guò)濾效率，我們可以在靜電過(guò)濾器前面增設(shè)一級(jí)粗效過(guò)濾器，用于除去較大的粒子，避免尖端放電，同時(shí)前置粗效過(guò)濾器可以均勻風(fēng)速，提高氣流品質(zhì)，終提高過(guò)濾效率。

通過(guò)以上分析可以看出，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，靜電式過(guò)濾器具有較大優(yōu)勢(shì)。另外，從產(chǎn)品的性能指標(biāo)上看，也完全符合《公共場(chǎng)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(guò)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(guò)濾器相比，靜電式空氣過(guò)濾器的阻力低、調(diào)試方便、過(guò)濾效率高且重復(fù)使用性好。另外，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析可以看出，靜電式空氣過(guò)濾器不但節(jié)能效果明顯，總的運(yùn)行費(fèi)用也較袋式過(guò)濾器可觀得多。

雖然靜電式過(guò)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(jià)格的下調(diào)，使它在民用建筑集中空調(diào)系統(tǒng)的市場(chǎng)愈發(fā)開(kāi)闊。但是從靜電過(guò)濾器的日常維護(hù)、管理的角度來(lái)看，其麻煩程度仍不小，需要不斷提高維護(hù)人員的素質(zhì)。不僅如此，今后也要加強(qiáng)靜電過(guò)濾器運(yùn)行、維護(hù)穩(wěn)定性的研究，以便盡大可能減少運(yùn)行維護(hù)中人力和物力的消耗。只有這樣，靜電過(guò)濾器在民用空調(diào)系統(tǒng)中的路才可以越走越遠(yuǎn)。