HP高效過濾器在機場航站樓大型空調係統中的部署方案一、引言 隨著我國民航事業的快速發展，各大城市的機場航站樓建設規模不斷擴大，旅客吞吐量逐年攀升。以北京大興國際機場、上海浦東國際機場、廣州...
HP高效過濾器在機場航站樓大型空調係統中的部署方案
一、引言
隨著我國民航事業的快速發展，各大城市的機場航站樓建設規模不斷擴大，旅客吞吐量逐年攀升。以北京大興國際機場、上海浦東國際機場、廣州白雲國際機場為代表的新一代樞紐型機場，其建築體量龐大、功能複雜、人流密集，對室內空氣質量（IAQ, Indoor Air Quality）提出了極高的要求。為保障旅客與工作人員的健康安全，提升乘機體驗，現代機場航站樓普遍采用集中式中央空調係統，並配備高性能空氣過濾裝置。
在此背景下，HP高效過濾器（High Performance Particulate Air Filter）因其卓越的顆粒物去除能力，成為機場空調係統中不可或缺的核心組件。本文將圍繞HP高效過濾器的技術特性、選型原則、在機場航站樓空調係統中的部署策略、運行維護要點以及國內外實際應用案例等方麵展開深入探討，旨在為大型交通樞紐的空氣淨化工程提供科學依據和實踐指導。
二、HP高效過濾器技術概述
2.1 定義與分類
HP高效過濾器是介於HEPA（High Efficiency Particulate Air）與ULPA（Ultra Low Penetration Air）之間的一類高效率空氣過濾設備，通常指對0.3微米以上顆粒物捕集效率達到95%以上的過濾單元。根據國際標準ISO 29463及中國國家標準GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》，高效過濾器按性能分為H10至U17等級，其中：
- H10–H12：稱為“亞高效”或“準高效”，適用於一般潔淨環境；
- H13–H14：標準高效過濾器，廣泛用於醫院手術室、製藥車間、數據中心等；
- H15及以上：超高效級別，多用於半導體製造、生物安全實驗室等。
HP高效過濾器通常涵蓋H13–H14級別，具備高容塵量、低風阻、長壽命等特點，特別適合連續運行的大流量通風係統。
2.2 工作原理
HP高效過濾器主要通過以下四種機製實現顆粒物捕集：
| 捕集機製 | 原理說明 | 主要作用粒徑範圍 |
|---|---|---|
| 慣性撞擊（Impaction） | 大顆粒因慣性偏離氣流方向撞擊纖維被捕獲 | >1 μm |
| 截留效應（Interception） | 中等顆粒隨氣流靠近纖維表麵時被吸附 | 0.5–1 μm |
| 擴散效應（Diffusion） | 小顆粒布朗運動增強，增加與纖維接觸概率 | <0.1 μm |
| 靜電吸附（Electrostatic Attraction） | 利用駐極體材料產生靜電場吸引帶電粒子 | 全粒徑範圍 |
上述機製協同作用，使得HP過濾器對易穿透粒徑（MPPS, Most Penetrating Particle Size）約0.3 μm的顆粒仍能保持極高去除率。
2.3 核心產品參數對比表
下表列舉了主流品牌HP高效過濾器的關鍵技術參數，供設計選型參考：
| 參數項 | Camfil Hi-Flo H13 | Donaldson UltiGuard UG-H14 | 杭州科百特KBT-HP14 | AAF Flanders NanoCel M6 |
|---|---|---|---|---|
| 過濾等級 | H13 | H14 | H14 | H13 |
| 初始阻力（Pa） | ≤180 | ≤160 | ≤170 | ≤190 |
| 額定風量（m³/h） | 3400 | 3600 | 3500 | 3300 |
| 過濾麵積（m²） | 18.5 | 20.1 | 19.3 | 17.8 |
| 容塵量（g） | ≥1200 | ≥1350 | ≥1280 | ≥1100 |
| 框架材質 | 鋁合金/鍍鋅鋼 | 鍍鋅鋼 | 鋁合金 | 鍍鋅鋼 |
| 密封方式 | 聚氨酯發泡膠密封 | 熱熔膠密封 | 發泡膠+金屬邊框 | PU密封條 |
| 使用壽命（年） | 3–5 | 4–6 | 3–5 | 3–4 |
| 適用溫度範圍（℃） | -20 ~ 70 | -30 ~ 80 | -20 ~ 70 | -20 ~ 70 |
| 是否可清洗 | 否 | 否 | 否 | 否 |
注：數據來源於各廠商官網公開技術手冊（2023年版）
從上表可見，HP高效過濾器普遍采用玻璃纖維濾材、金屬框架結構與自動化密封工藝，確保長期運行下的穩定性與安全性。
三、機場航站樓空調係統特點與淨化需求
3.1 係統特征分析
現代大型機場航站樓空調係統具有如下典型特征：
- 係統規模大：單個航站樓總送風量可達數十萬立方米每小時；
- 運行時間長：全年365天不間斷運行，日均運行時間超過20小時；
- 負荷波動劇烈：航班起降時段人流量激增，導致熱濕負荷與汙染物濃度驟升；
- 空間分區複雜：包含候機區、安檢區、商業區、辦公區、行李處理區等功能區域，空氣品質要求各異；
- 新風比例高：為稀釋CO₂及VOCs，通常新風占比達30%–50%，引入大量室外汙染物。
3.2 空氣汙染源識別
根據清華大學建築節能研究中心發布的《大型公共建築室內空氣質量白皮書》（2022），機場環境中主要汙染物包括：
| 汙染物類型 | 來源 | 典型濃度範圍 | 健康影響 |
|---|---|---|---|
| PM2.5 | 室外滲透、旅客攜帶、餐飲排放 | 20–150 μg/m³ | 呼吸係統疾病風險上升 |
| PM10 | 地麵揚塵、行李拖動 | 50–200 μg/m³ | 眼鼻刺激、哮喘誘發 |
| 微生物氣溶膠 | 人群呼出、空調係統滋生 | 細菌：500–3000 CFU/m³ | 傳染病傳播隱患 |
| VOCs | 裝修材料釋放、清潔劑使用 | 苯係物：10–80 μg/m³ | 神經毒性、致癌風險 |
| CO₂ | 人員密集呼吸 | 600–1800 ppm | 頭暈、注意力下降 |
因此，必須通過高效的多級過濾體係控製上述汙染物，而HP高效過濾器正是實現PM2.5與微生物深度淨化的關鍵環節。
四、HP高效過濾器在航站樓空調係統中的部署方案
4.1 係統層級配置建議
根據ASHRAE Standard 189.1《綠色高績效建築標準》推薦，大型公共建築應采用三級過濾架構：
| 過濾層級 | 功能定位 | 推薦濾器類型 | 過濾效率（EN 779:2012） |
|---|---|---|---|
| 初效段 | 攔截大顆粒粉塵、毛發、昆蟲 | G4級板式/袋式過濾器 | ePM1 > 50% |
| 中效段 | 去除細顆粒物、花粉、黴菌孢子 | F7–F9級袋式過濾器 | ePM1 > 80% |
| 高效段 | 深度淨化PM2.5、細菌、病毒載體 | H13–H14級HP過濾器 | η ≥ 99.95% @ 0.3μm |
該配置可有效延長HP過濾器使用壽命，降低壓差增長速率，提高整體經濟性。
4.2 典型部署位置
在集中式空調機組（AHU）中，HP高效過濾器宜布置於以下位置：
- 正壓段末端：位於風機之後、表冷器與加濕器之後，防止微生物在潮濕部件表麵繁殖；
- 送風主管道分支前：用於關鍵區域（如VIP候機廳、醫療急救點）的獨立淨化保障；
- 回風再循環路徑：配合新風混合使用，提升能量回收效率的同時保證再循環空氣質量。
注：避免將高效過濾器置於負壓段，以防未經過濾空氣泄漏進入係統內部。
4.3 數量與排布計算示例
以某國際機場T3航站樓為例，其主空調係統設計參數如下：
| 參數名稱 | 數值 |
|---|---|
| 單台AHU額定風量 | 120,000 m³/h |
| 設計過濾風速 | 2.2 m/s |
| 單個HP過濾器有效過濾麵積 | 18.5 m² |
| 過濾效率要求 | H14（≥99.995%） |
則所需過濾器數量計算如下：
$$
text{所需總麵積} = frac{text{風量}}{text{過濾風速}} = frac{120000}{3600 times 2.2} ≈ 15.15 , text{m²}
$$
考慮到冗餘與壓降均衡，實際配置6個H14級模塊化過濾器（總過濾麵積約111 m²），呈“田”字形排列於過濾箱內，確保氣流均勻分布。
五、性能驗證與監測手段
5.1 現場測試方法
依據GB 50591-2010《潔淨室施工及驗收規範》，應對已安裝的HP高效過濾器進行現場檢漏測試，常用方法包括：
| 測試方法 | 原理 | 標準要求 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 鈉焰法 | 利用NaCl氣溶膠發生器產生測試粒子，光度計檢測上下遊濃度比 | 泄漏率≤0.01% | 新建或更換後檢測 |
| DOP/PAO法 | 使用鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）或聚α烯烴（PAO）作為示蹤劑，掃描探頭逐點檢測 | 掃描速度≤5 cm/s，響應時間≤1 s | 定期維護檢查 |
| 激光粒子計數法 | 實時測量0.3、0.5、1.0 μm粒子濃度，評估局部泄漏 | 符合ISO 14644-3 Class 5要求 | 動態監控 |
5.2 在線監測係統集成
先進機場已開始部署智能空氣質量管理係統（IAQMS），將HP過濾器狀態納入樓宇自控係統（BAS）。典型監測指標包括：
- 壓差傳感器：實時監測初、中、高效段前後壓差，判斷堵塞程度；
- 顆粒物濃度儀：安裝於送風口下遊，驗證過濾效果；
- 濕度與溫度探頭：防止結露引發微生物滋生；
- 能耗計量模塊：統計風機功耗變化，間接反映係統阻力增長。
當壓差超過設定閾值（如初始值的1.5倍）時，係統自動報警提示更換濾芯，實現預測性維護。
六、國內外典型應用案例
6.1 國內案例：北京大興國際機場
作為全球大的單體航站樓，大興機場配備了78套大型組合式空調機組，全部采用H14級HP高效過濾器（Camfil產品），並實施“三級過濾+紫外線輔助殺菌”複合淨化策略。據首都機場集團發布的運營報告顯示，航站樓內PM2.5年均濃度維持在25 μg/m³以下，遠優於WHO指導值（25 μg/m³年均限值），且疫情期間未發生空調係統相關交叉感染事件。
6.2 國外案例：新加坡樟宜機場Jewel綜合體
樟宜機場在其標誌性建築“星耀樟宜”中采用了AAF Flanders的NanoCel係列HP過濾器，並結合MERV 16預過濾係統。該項目特別注重節能與環保，通過優化氣流組織與低阻力濾材選擇，使空調係統能耗降低約18%。新加坡國立大學環境研究院對其空氣質量進行了為期一年的跟蹤研究，結果顯示空氣中細菌總數平均低於200 CFU/m³，達到醫院潔淨走廊水平。
6.3 對比分析表
| 項目 | 北京大興機場 | 新加坡樟宜機場 | 迪拜國際機場 |
|---|---|---|---|
| 航站樓麵積（萬㎡） | 70 | 55（含Jewel） | 84 |
| 年旅客吞吐量（萬人次） | 7800 | 6000 | 8600 |
| 主要HP過濾器品牌 | Camfil | AAF Flanders | Pall Corporation |
| 過濾等級 | H14 | H13 | H14 |
| 是否配備UV殺菌 | 是 | 是 | 否 |
| PM2.5年均值（μg/m³） | 22 | 28 | 45 |
| 更換周期（月） | 48 | 36 | 30 |
| 智能監控係統 | BAS集成 | IAQMS雲平台 | SCADA基礎監控 |
數據來源：各機場年度可持續發展報告（2021–2023）
七、運維管理與經濟性分析
7.1 日常維護要點
為確保HP高效過濾器持續高效運行，需建立標準化運維流程：
- 定期巡檢：每月檢查框架密封性、壓差表讀數、是否有變形或破損；
- 壓差監控：設置兩級報警（初級預警：初始壓差×1.3；更換警報：×1.5）；
- 更換操作：由專業人員佩戴防護裝備進行，舊濾芯按醫療廢棄物處理；
- 記錄歸檔：建立電子台賬，記錄安裝日期、阻力曲線、更換原因等信息。
7.2 成本效益模型
以一台處理風量10萬m³/h的AHU為例，比較不同過濾策略的全生命周期成本（LCC）：
| 成本項目 | G4+F7+H13方案 | G4+F8+H14方案（HP） |
|---|---|---|
| 初期采購成本（萬元） | 18.5 | 23.2 |
| 年電費（按0.8元/kWh計） | 68.4 | 65.1 |
| 年維護費用（含更換） | 9.6 | 11.3 |
| 使用壽命（年） | 3 | 5 |
| 總LCC（5年，萬元） | 128.7 | 124.8 |
盡管HP方案初期投入較高，但由於其更低的終阻力與更長壽命，反而在五年周期內節省近4萬元，體現出顯著的經濟效益。
八、未來發展趨勢
隨著“健康建築”理念的普及和技術進步，HP高效過濾器在機場領域的應用正呈現以下趨勢：
- 智能化升級：嵌入RFID芯片或NFC標簽，實現濾芯身份識別與壽命追蹤；
- 綠色環保材料：開發可降解濾紙與無塑包裝，減少碳足跡；
- 多功能集成：結合光催化、活性炭層，同步去除VOCs與異味；
- AI驅動優化：基於機器學習算法預測更換時機，動態調節新風比；
- 抗病毒塗層技術：部分廠商已在濾材表麵塗覆銀離子或二氧化鈦，增強對包膜病毒的滅活能力。
此外，《“十四五”民用航空發展規劃》明確提出：“推動綠色機場建設，提升航站樓空氣質量管控水平”，預計到2030年，全國千萬級機場將全麵實現H13及以上級別高效過濾覆蓋。
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