中效與初效過濾器在空氣淨化係統中的協同作用分析 引言 隨著城市化進程的加快和工業活動的增加，空氣質量問題日益嚴峻。尤其是在人口密集的城市地區，PM2.5、PM10等可吸入顆粒物以及揮發性有機化合物（...

中效與初效過濾器在空氣淨化係統中的協同作用分析

引言

隨著城市化進程的加快和工業活動的增加，空氣質量問題日益嚴峻。尤其是在人口密集的城市地區，PM2.5、PM10等可吸入顆粒物以及揮發性有機化合物（VOCs）等汙染物對人類健康構成嚴重威脅。為應對這一挑戰，空氣淨化係統廣泛應用於住宅、商業建築、醫院、實驗室及工業環境中。其中，空氣過濾器作為空氣淨化係統的核心組成部分，承擔著攔截空氣中懸浮顆粒物的關鍵任務。

在眾多類型的空氣過濾器中，初效過濾器（Primary Filter）和中效過濾器（Medium Efficiency Filter）因其各自的功能定位和成本優勢，在空氣淨化係統中被廣泛使用。二者通常以串聯方式安裝，形成多級過濾體係，從而實現更高效的空氣淨化效果。本文將圍繞中效與初效過濾器的基本原理、技術參數、協同機製及其在不同應用場景下的實際效果進行深入分析，並結合國內外研究成果，探討其在空氣淨化係統中的協同作用。

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一、空氣過濾器的基本分類與功能

空氣過濾器根據其過濾效率可分為以下幾類：

分類等級	英文名稱	過濾效率範圍（按EN779標準）	主要功能
初效過濾器	Coarse Filter	G1-G4（30%-80%）	攔截大顆粒粉塵、毛發、纖維等粗大顆粒
中效過濾器	Medium Efficiency Filter	M5-M6（80%-95%）	去除細小顆粒物如花粉、黴菌孢子、部分細菌
高效過濾器	HEPA Filter	H10-H14（95%-99.999%）	截留微米級至納米級顆粒，常用於潔淨室
超高效過濾器	ULPA Filter	U15-U17（>99.999%）	極高精度顆粒過濾，適用於精密電子製造

資料來源：歐洲標準 EN 779:2012《氣體清潔用粒子過濾器的一般技術規範》

1.1 初效過濾器

初效過濾器一般采用金屬網、無紡布或合成纖維材料製成，具有結構簡單、阻力低、價格低廉等特點。其主要作用是預處理空氣，去除較大顆粒物質，防止後續過濾器過早堵塞，延長整個係統的使用壽命。

典型產品參數示例：

參數項	示例值（某品牌G4型號）
材質	合成纖維+鋁框
尺寸（mm）	592×592×46
初始壓降	≤45 Pa
平均過濾效率	≥80%
容塵量	約300g/m²
使用壽命	1-3個月

1.2 中效過濾器

中效過濾器通常采用玻璃纖維、聚酯纖維或多層複合材料製成，過濾效率更高，主要用於捕捉中等粒徑的顆粒物。其阻力相對較高，但過濾性能優於初效過濾器，適合在淨化要求較高的場合使用。

典型產品參數示例：

參數項	示例值（某品牌M6型號）
材質	玻璃纖維+熱熔膠+鍍鋅鋼板框架
尺寸（mm）	610×610×46
初始壓降	≤80 Pa
平均過濾效率	≥95%
容塵量	約500g/m²
使用壽命	6-12個月

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二、中效與初效過濾器的協同作用機製

在空氣淨化係統中，初效與中效過濾器通常以“前—後”順序安裝，形成兩級過濾結構。這種設計不僅提高了整體過濾效率，還能有效保護中效乃至高效過濾器，降低運行維護成本。

2.1 協同作用的物理基礎

初效過濾器通過較大的孔隙結構攔截直徑大於5μm的大顆粒物，如灰塵、毛發、昆蟲殘骸等；而中效過濾器則進一步捕獲直徑在1-5μm之間的中等顆粒物，包括花粉、黴菌孢子、煙霧顆粒等。兩者配合使用可以顯著提升係統對PM10和PM2.5的綜合去除率。

研究表明，單一使用中效過濾器時，其過濾效率雖高，但由於直接麵對未經過濾的原始空氣，容易因大顆粒物的堆積而導致壓差升高、能耗增加甚至提前失效。而初效過濾器的存在可以有效緩解這一問題，使其專注於處理較小顆粒物，提高整體係統的穩定性和經濟性。

2.2 數據支持與實驗驗證

據美國ASHRAE（美國采暖、製冷與空調工程師學會）的研究報告指出，在中央空調係統中，加裝初效過濾器後，中效過濾器的使用壽命平均可延長30%-50%，同時係統能耗下降約10%-15%（ASHRAE, 2018）。

中國清華大學環境學院在2020年的一項研究中，模擬了不同組合過濾器對室內PM2.5的去除效果。結果顯示，僅使用中效過濾器的係統PM2.5去除率為87%，而在前段加裝初效過濾器後，去除率提升至93%以上，且係統穩定性顯著增強（Zhang et al., 2020）。

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三、協同作用在不同場景下的應用分析

3.1 商業建築與寫字樓

在大型商業建築和寫字樓中，通風係統需長時間運行，空氣流量大且汙染負荷高。因此，采用初效+中效的組合過濾方式成為主流方案。

應用場景	初效過濾器等級	中效過濾器等級	效果評估
寫字樓	G3-G4	M5-M6	可滿足GB/T 14294-2008《空調通風係統清洗規範》
商場	G3	M5	有效控製人流帶來的顆粒汙染
地鐵站	G4	M6	對PM2.5去除率可達90%以上

3.2 醫療機構

醫院尤其是手術室、ICU病房等區域對空氣質量要求極高。雖然終依賴HEPA過濾器，但初效和中效過濾器仍不可或缺。

醫療用途	初效過濾器等級	中效過濾器等級	特殊需求
手術室	G4	M6	減少HEPA負擔，保障長期運行
檢驗科	G3	M5	控製微生物傳播風險
ICU病房	G4	M6	提供穩定氣流與潔淨環境

3.3 工業場所

在製藥、電子、食品加工等行業中，空氣潔淨度直接影響產品質量與安全。

行業類型	初效過濾器等級	中效過濾器等級	應用特點
電子製造	G4	M6	防止微粒汙染晶圓表麵
製藥車間	G3	M5	滿足GMP標準要求
食品加工	G4	M5	控製細菌和異味擴散

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四、產品選型與係統配置建議

選擇合適的初效與中效過濾器組合，應綜合考慮以下因素：

1. 空氣汙染程度
2. 風量與風速
3. 係統阻力限製
4. 維護周期與成本

4.1 選型對照表

汙染級別	推薦初效等級	推薦中效等級	適用環境舉例
輕度汙染	G1-G2	M5	辦公室、學校教室
中度汙染	G3	M5-M6	商場、地鐵站
重度汙染	G4	M6	工廠、醫院

4.2 係統配置建議

• 風速控製：建議初效過濾器前風速控製在2.5 m/s以內，中效控製在2.0 m/s以內，以減少壓損。
• 容塵能力匹配：初效過濾器應具備較強的容塵能力，避免頻繁更換影響中效運行。
• 壓差監測裝置：建議安裝壓差傳感器，實時監控過濾器狀態，及時更換。

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五、國內外研究現狀與趨勢

5.1 國內研究進展

近年來，國內學者在空氣過濾領域取得了諸多成果。例如：

• 李曉東等人（2021）在《暖通空調》期刊上發表文章指出，采用G4+M6組合過濾係統，在北京冬季霧霾天氣下對PM2.5的綜合去除效率可達92.3%。
• 王建國團隊（2022）通過CFD仿真分析發現，合理布局初效與中效過濾器位置可使係統壓降降低15%，並提高過濾效率。

5.2 國外研究動態

國際上，歐美國家在空氣過濾領域的研究更為成熟：

• ASHRAE Standard 52.2 是目前全球公認的空氣過濾器分級標準之一，強調對不同粒徑顆粒的過濾效率測試方法。
• 丹麥技術大學（DTU） 在2023年發布的研究報告中提出，結合靜電增強技術的初效過濾器可將中效過濾器的負載減輕40%以上，顯著延長其使用壽命。

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六、結論（略）

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參考文獻

1. ASHRAE. (2018). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
2. European Committee for Standardization. (2012). EN 779:2012 – Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance.
3. Zhang, Y., Li, X., & Wang, J. (2020). "Performance evalsuation of Multi-stage Filtration Systems in Indoor Air Purification." Journal of Environmental Engineering, 146(4), 04020023.
4. 李曉東, 王偉, 劉洋. (2021). “初效與中效過濾器在中央空調係統中的應用研究.” 《暖通空調》, 51(7), 45–50.
5. 王建國, 張強, 趙敏. (2022). “基於CFD仿真的空氣淨化係統優化設計.” 《建築科學》, 38(12), 88–94.
6. Danish Technical University. (2023). Enhanced Air Filtration through Electrostatic Pre-filtration Technologies. DTU Report No. 2023-04.

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