关于舒适性空调系统中空气过滤器的研究

    0 引言

    随着经济的发展和社会的进步，人们对自己的生活环境日益关注。由于室内环境恶化所导致的病态建筑综合症(SBS，Sick Building Syndrome)，使得人们的身心健康与工作效率受到很大影响，室内空气品质是衡量室内环境好坏的重要指标，人们已经开始认识到改善室内空气品质的重要性与紧迫性。同时，以往舒适性空调设计偏重热湿处理和气流组织，对空气洁净度缺乏必要重视。不恰当的使用过滤器会对空调系统造成损害，如气道堵塞、风机结垢，换热部件效率低下，温湿度等测量和控制元件失灵，全热交换装置失效等等。对室内人员、设备及装修带来危害，甚至使空调系统本身成为恶化室内空气品质的污染源之一。所以合理配置系统中的过滤器不仅可以改善室内空气品质，也会带来长远的经济效益。

    1 纤维过滤器过滤理论的研究与发展

    空气过滤器的过滤材料内杂乱交织的纤维层在允许气流通过的同时把灰尘拦住。捕集微粒的作用有拦截效应、惯性效应、扩散效应、重力效应和静电效应等。在一个纤维过滤器内，微粒被捕集可能由于所有机理的作用，也可能由于一种或某几种机理的作用，这要根据微粒的尺寸、密度、纤维粗细、纤维层的填充率、气流速度等条件决定。

    过滤理论特别是空气过滤理论的研究早在l9世纪已经开始，过滤理论由早期的经典过滤理论发展到现代过滤理论及微孔过滤理论。

    对微细颗粒运动规律的最早认识是在l9世纪初期，植物学家Brown观察了微细颗粒悬浮在液体中的运动(即布朗运动)；1922年，Freundlich发展了对气溶胶过滤规律的认识，提出在0 ～0．2 LLm半径范围内气溶胶颗粒存在最大渗透率；1931年，Albrecht率先对气流通过单一圆柱纤维运动进行了研究，建立了Albrecht理论，随后Sell对其进行了必要的改进。1936年，Kaufmann首先把布朗运动和惯性沉淀的概念一同应用到纤维过滤理论中，推导出过滤作用的数学公式；1942年，Langmuir继续对过滤理论进行研究，认为过滤是截留和扩散的集合，而惯性粒子在过滤纤维上的沉淀是可以忽略的。

    1952年，Davies把扩散、截留和惯性3种机制结合起来并用公式表示出来[5／，从而建立了新的过滤理论——孤立纤维理论；1958年Friedlanderto及1967年Yoshioka发展了独立纤维理论，他们对较大雷诺数情况下颗粒的惯性、扩散沉积及重力效应和过滤器阻塞现象进行了研究和总结；1967年，Pickaar和Clarenburg试图提出一个纤维过滤器微孑L结构的数学理论；1987年Pich及1993年Brown在其专著中描述了过滤理论的最新发展。

    现代过滤理论证明了惯性沉淀的正确性和最大穿透力粒子的存在，认为过滤效率是截留效应、布朗扩散效应、重力效应、沉淀效应与压力效应的集合；过滤过程中可能存在的机理有拦截、惯性碰撞、扩散、静电效应、库仑吸引排斥、映像力、电泳力及沉淀(重力)。现代过滤理论中具有代表性的是Davies的过滤理论与Kuwarbara的流场分布。

    1992年，Payet、Gougeon和Attoui考虑了气体在单一纤维上的滑动，对经典理论引入修正系数，使得理论与实验数据更好地吻合。1995年，Rosnert提出分散在单一纤维体表面的颗粒以不规则的分布和常常形成树枝状结构为特征，建立了最新改善的理论和颗粒在单一纤维体上的空间分布[91。利用此理论和计算程序可预测颗粒的沉积。