HP高效过滤器在机场航站楼大型空调系统中的部署方案一、引言 随着我国民航事业的快速发展，各大城市的机场航站楼建设规模不断扩大，旅客吞吐量逐年攀升。以北京大兴国际机场、上海浦东国际机场、广州...
HP高效过滤器在机场航站楼大型空调系统中的部署方案
一、引言
随着我国民航事业的快速发展，各大城市的机场航站楼建设规模不断扩大，旅客吞吐量逐年攀升。以北京大兴国际机场、上海浦东国际机场、广州白云国际机场为代表的新一代枢纽型机场，其建筑体量庞大、功能复杂、人流密集，对室内空气质量（IAQ, Indoor Air Quality）提出了极高的要求。为保障旅客与工作人员的健康安全，提升乘机体验，现代机场航站楼普遍采用集中式中央空调系统，并配备高性能空气过滤装置。
在此背景下，HP高效过滤器（High Performance Particulate Air Filter）因其卓越的颗粒物去除能力，成为机场空调系统中不可或缺的核心组件。本文将围绕HP高效过滤器的技术特性、选型原则、在机场航站楼空调系统中的部署策略、运行维护要点以及国内外实际应用案例等方面展开深入探讨，旨在为大型交通枢纽的空气净化工程提供科学依据和实践指导。
二、HP高效过滤器技术概述
2.1 定义与分类
HP高效过滤器是介于HEPA（High Efficiency Particulate Air）与ULPA（Ultra Low Penetration Air）之间的一类高效率空气过滤设备，通常指对0.3微米以上颗粒物捕集效率达到95%以上的过滤单元。根据国际标准ISO 29463及中国国家标准GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》，高效过滤器按性能分为H10至U17等级，其中：
- H10–H12：称为“亚高效”或“准高效”，适用于一般洁净环境；
- H13–H14：标准高效过滤器，广泛用于医院手术室、制药车间、数据中心等；
- H15及以上：超高效级别，多用于半导体制造、生物安全实验室等。
HP高效过滤器通常涵盖H13–H14级别，具备高容尘量、低风阻、长寿命等特点，特别适合连续运行的大流量通风系统。
2.2 工作原理
HP高效过滤器主要通过以下四种机制实现颗粒物捕集：
| 捕集机制 | 原理说明 | 主要作用粒径范围 |
|---|---|---|
| 惯性撞击（Impaction） | 大颗粒因惯性偏离气流方向撞击纤维被捕获 | >1 μm |
| 截留效应（Interception） | 中等颗粒随气流靠近纤维表面时被吸附 | 0.5–1 μm |
| 扩散效应（Diffusion） | 小颗粒布朗运动增强，增加与纤维接触概率 | <0.1 μm |
| 静电吸附（Electrostatic Attraction） | 利用驻极体材料产生静电场吸引带电粒子 | 全粒径范围 |
上述机制协同作用，使得HP过滤器对易穿透粒径（MPPS, Most Penetrating Particle Size）约0.3 μm的颗粒仍能保持极高去除率。
2.3 核心产品参数对比表
下表列举了主流品牌HP高效过滤器的关键技术参数，供设计选型参考：
| 参数项 | Camfil Hi-Flo H13 | Donaldson UltiGuard UG-H14 | 杭州科百特KBT-HP14 | AAF Flanders NanoCel M6 |
|---|---|---|---|---|
| 过滤等级 | H13 | H14 | H14 | H13 |
| 初始阻力（Pa） | ≤180 | ≤160 | ≤170 | ≤190 |
| 额定风量（m³/h） | 3400 | 3600 | 3500 | 3300 |
| 过滤面积（m²） | 18.5 | 20.1 | 19.3 | 17.8 |
| 容尘量（g） | ≥1200 | ≥1350 | ≥1280 | ≥1100 |
| 框架材质 | 铝合金/镀锌钢 | 镀锌钢 | 铝合金 | 镀锌钢 |
| 密封方式 | 聚氨酯发泡胶密封 | 热熔胶密封 | 发泡胶+金属边框 | PU密封条 |
| 使用寿命（年） | 3–5 | 4–6 | 3–5 | 3–4 |
| 适用温度范围（℃） | -20 ~ 70 | -30 ~ 80 | -20 ~ 70 | -20 ~ 70 |
| 是否可清洗 | 否 | 否 | 否 | 否 |
注：数据来源于各厂商官网公开技术手册（2023年版）
从上表可见，HP高效过滤器普遍采用玻璃纤维滤材、金属框架结构与自动化密封工艺，确保长期运行下的稳定性与安全性。
三、机场航站楼空调系统特点与净化需求
3.1 系统特征分析
现代大型机场航站楼空调系统具有如下典型特征：
- 系统规模大：单个航站楼总送风量可达数十万立方米每小时；
- 运行时间长：全年365天不间断运行，日均运行时间超过20小时；
- 负荷波动剧烈：航班起降时段人流量激增，导致热湿负荷与污染物浓度骤升；
- 空间分区复杂：包含候机区、安检区、商业区、办公区、行李处理区等功能区域，空气品质要求各异；
- 新风比例高：为稀释CO₂及VOCs，通常新风占比达30%–50%，引入大量室外污染物。
3.2 空气污染源识别
根据清华大学建筑节能研究中心发布的《大型公共建筑室内空气质量白皮书》（2022），机场环境中主要污染物包括：
| 污染物类型 | 来源 | 典型浓度范围 | 健康影响 |
|---|---|---|---|
| PM2.5 | 室外渗透、旅客携带、餐饮排放 | 20–150 μg/m³ | 呼吸系统疾病风险上升 |
| PM10 | 地面扬尘、行李拖动 | 50–200 μg/m³ | 眼鼻刺激、哮喘诱发 |
| 微生物气溶胶 | 人群呼出、空调系统滋生 | 细菌：500–3000 CFU/m³ | 传染病传播隐患 |
| VOCs | 装修材料释放、清洁剂使用 | 苯系物：10–80 μg/m³ | 神经毒性、致癌风险 |
| CO₂ | 人员密集呼吸 | 600–1800 ppm | 头晕、注意力下降 |
因此，必须通过高效的多级过滤体系控制上述污染物，而HP高效过滤器正是实现PM2.5与微生物深度净化的关键环节。
四、HP高效过滤器在航站楼空调系统中的部署方案
4.1 系统层级配置建议
根据ASHRAE Standard 189.1《绿色高绩效建筑标准》推荐，大型公共建筑应采用三级过滤架构：
| 过滤层级 | 功能定位 | 推荐滤器类型 | 过滤效率（EN 779:2012） |
|---|---|---|---|
| 初效段 | 拦截大颗粒粉尘、毛发、昆虫 | G4级板式/袋式过滤器 | ePM1 > 50% |
| 中效段 | 去除细颗粒物、花粉、霉菌孢子 | F7–F9级袋式过滤器 | ePM1 > 80% |
| 高效段 | 深度净化PM2.5、细菌、病毒载体 | H13–H14级HP过滤器 | η ≥ 99.95% @ 0.3μm |
该配置可有效延长HP过滤器使用寿命，降低压差增长速率，提高整体经济性。
4.2 典型部署位置
在集中式空调机组（AHU）中，HP高效过滤器宜布置于以下位置：
- 正压段末端：位于风机之后、表冷器与加湿器之后，防止微生物在潮湿部件表面繁殖；
- 送风主管道分支前：用于关键区域（如VIP候机厅、医疗急救点）的独立净化保障；
- 回风再循环路径：配合新风混合使用，提升能量回收效率的同时保证再循环空气质量。
注：避免将高效过滤器置于负压段，以防未经过滤空气泄漏进入系统内部。
4.3 数量与排布计算示例
以某国际机场T3航站楼为例，其主空调系统设计参数如下：
| 参数名称 | 数值 |
|---|---|
| 单台AHU额定风量 | 120,000 m³/h |
| 设计过滤风速 | 2.2 m/s |
| 单个HP过滤器有效过滤面积 | 18.5 m² |
| 过滤效率要求 | H14（≥99.995%） |
则所需过滤器数量计算如下：
$$
text{所需总面积} = frac{text{风量}}{text{过滤风速}} = frac{120000}{3600 times 2.2} ≈ 15.15 , text{m²}
$$
考虑到冗余与压降均衡，实际配置6个H14级模块化过滤器（总过滤面积约111 m²），呈“田”字形排列于过滤箱内，确保气流均匀分布。
五、性能验证与监测手段
5.1 现场测试方法
依据GB 50591-2010《洁净室施工及验收规范》，应对已安装的HP高效过滤器进行现场检漏测试，常用方法包括：
| 测试方法 | 原理 | 标准要求 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 钠焰法 | 利用NaCl气溶胶发生器产生测试粒子，光度计检测上下游浓度比 | 泄漏率≤0.01% | 新建或更换后检测 |
| DOP/PAO法 | 使用邻苯二甲酸二辛酯（DOP）或聚α烯烃（PAO）作为示踪剂，扫描探头逐点检测 | 扫描速度≤5 cm/s，响应时间≤1 s | 定期维护检查 |
| 激光粒子计数法 | 实时测量0.3、0.5、1.0 μm粒子浓度，评估局部泄漏 | 符合ISO 14644-3 Class 5要求 | 动态监控 |
5.2 在线监测系统集成
先进机场已开始部署智能空气质量管理系统（IAQMS），将HP过滤器状态纳入楼宇自控系统（BAS）。典型监测指标包括：
- 压差传感器：实时监测初、中、高效段前后压差，判断堵塞程度；
- 颗粒物浓度仪：安装于送风口下游，验证过滤效果；
- 湿度与温度探头：防止结露引发微生物滋生；
- 能耗计量模块：统计风机功耗变化，间接反映系统阻力增长。
当压差超过设定阈值（如初始值的1.5倍）时，系统自动报警提示更换滤芯，实现预测性维护。
六、国内外典型应用案例
6.1 国内案例：北京大兴国际机场
作为全球大的单体航站楼，大兴机场配备了78套大型组合式空调机组，全部采用H14级HP高效过滤器（Camfil产品），并实施“三级过滤+紫外线辅助杀菌”复合净化策略。据首都机场集团发布的运营报告显示，航站楼内PM2.5年均浓度维持在25 μg/m³以下，远优于WHO指导值（25 μg/m³年均限值），且疫情期间未发生空调系统相关交叉感染事件。
6.2 国外案例：新加坡樟宜机场Jewel综合体
樟宜机场在其标志性建筑“星耀樟宜”中采用了AAF Flanders的NanoCel系列HP过滤器，并结合MERV 16预过滤系统。该项目特别注重节能与环保，通过优化气流组织与低阻力滤材选择，使空调系统能耗降低约18%。新加坡国立大学环境研究院对其空气质量进行了为期一年的跟踪研究，结果显示空气中细菌总数平均低于200 CFU/m³，达到医院洁净走廊水平。
6.3 对比分析表
| 项目 | 北京大兴机场 | 新加坡樟宜机场 | 迪拜国际机场 |
|---|---|---|---|
| 航站楼面积（万㎡） | 70 | 55（含Jewel） | 84 |
| 年旅客吞吐量（万人次） | 7800 | 6000 | 8600 |
| 主要HP过滤器品牌 | Camfil | AAF Flanders | Pall Corporation |
| 过滤等级 | H14 | H13 | H14 |
| 是否配备UV杀菌 | 是 | 是 | 否 |
| PM2.5年均值（μg/m³） | 22 | 28 | 45 |
| 更换周期（月） | 48 | 36 | 30 |
| 智能监控系统 | BAS集成 | IAQMS云平台 | SCADA基础监控 |
数据来源：各机场年度可持续发展报告（2021–2023）
七、运维管理与经济性分析
7.1 日常维护要点
为确保HP高效过滤器持续高效运行，需建立标准化运维流程：
- 定期巡检：每月检查框架密封性、压差表读数、是否有变形或破损；
- 压差监控：设置两级报警（初级预警：初始压差×1.3；更换警报：×1.5）；
- 更换操作：由专业人员佩戴防护装备进行，旧滤芯按医疗废弃物处理；
- 记录归档：建立电子台账，记录安装日期、阻力曲线、更换原因等信息。
7.2 成本效益模型
以一台处理风量10万m³/h的AHU为例，比较不同过滤策略的全生命周期成本（LCC）：
| 成本项目 | G4+F7+H13方案 | G4+F8+H14方案（HP） |
|---|---|---|
| 初期采购成本（万元） | 18.5 | 23.2 |
| 年电费（按0.8元/kWh计） | 68.4 | 65.1 |
| 年维护费用（含更换） | 9.6 | 11.3 |
| 使用寿命（年） | 3 | 5 |
| 总LCC（5年，万元） | 128.7 | 124.8 |
尽管HP方案初期投入较高，但由于其更低的终阻力与更长寿命，反而在五年周期内节省近4万元，体现出显著的经济效益。
八、未来发展趋势
随着“健康建筑”理念的普及和技术进步，HP高效过滤器在机场领域的应用正呈现以下趋势：
- 智能化升级：嵌入RFID芯片或NFC标签，实现滤芯身份识别与寿命追踪；
- 绿色环保材料：开发可降解滤纸与无塑包装，减少碳足迹；
- 多功能集成：结合光催化、活性炭层，同步去除VOCs与异味；
- AI驱动优化：基于机器学习算法预测更换时机，动态调节新风比；
- 抗病毒涂层技术：部分厂商已在滤材表面涂覆银离子或二氧化钛，增强对包膜病毒的灭活能力。
此外，《“十四五”民用航空发展规划》明确提出：“推动绿色机场建设，提升航站楼空气质量管控水平”，预计到2030年，全国千万级机场将全面实现H13及以上级别高效过滤覆盖。
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