中效空氣過濾器在數據中心機房環境控製中的作用與配置建議 一、引言 隨著信息技術的飛速發展，數據中心作為支撐現代社會運行的重要基礎設施，其規模和複雜度不斷提升。為保障服務器設備穩定運行，數據...
中效空氣過濾器在數據中心機房環境控製中的作用與配置建議
一、引言
隨著信息技術的飛速發展，數據中心作為支撐現代社會運行的重要基礎設施，其規模和複雜度不斷提升。為保障服務器設備穩定運行，數據中心對環境質量提出了極高的要求，尤其是空氣質量控製方麵。空氣中的懸浮顆粒物、灰塵、細菌等汙染物可能引起設備散熱不良、電路板腐蝕、硬件故障等問題，進而影響數據中心的整體性能和可靠性。
中效空氣過濾器（Medium Efficiency Air Filter）作為空氣處理係統中的關鍵組成部分，在數據中心環境中扮演著承上啟下的角色。它不僅能夠有效去除空氣中的中粒徑顆粒物（一般指1.0~5.0 μm），還能減輕高效過濾器的負擔，延長其使用壽命，從而降低維護成本並提升整體能效。
本文將圍繞中效空氣過濾器在數據中心機房環境控製中的作用展開深入分析，並結合國內外研究資料，提出合理的配置建議，旨在為數據中心建設與運維提供科學依據和技術支持。
二、中效空氣過濾器的基本原理與分類
2.1 空氣過濾器分類標準
根據國際標準ISO 16890以及美國ASHRAE 52.2標準，空氣過濾器主要分為以下幾類：
| 分類 | 過濾效率範圍（粒徑） | 主要功能 |
|---|---|---|
| 初效過濾器 | >5 μm | 攔截大顆粒灰塵、毛發、纖維等 |
| 中效過濾器 | 1~5 μm | 去除細小粉塵、花粉、微生物等 |
| 高效過濾器（HEPA） | <0.3 μm | 截留超微粒子、細菌、病毒等 |
| 超高效過濾器（ULPA） | <0.12 μm | 極高精度淨化 |
注：ISO 16890標準以PM1、PM2.5、PM10等顆粒物去除率為評價指標，取代了傳統的MERV等級體係。
2.2 中效空氣過濾器的工作原理
中效過濾器通常采用合成纖維或玻璃纖維材料製成，通過機械攔截、靜電吸附等方式實現對空氣中微粒的捕獲。其結構形式包括袋式、板式、折疊式等多種類型。
- 機械攔截：當空氣流經濾材時，較大顆粒因慣性撞擊濾材表麵而被捕獲。
- 擴散效應：對於亞微米級顆粒，由於布朗運動，更容易被濾材捕捉。
- 靜電吸附：部分濾材帶有靜電荷，可增強對帶電顆粒的吸附能力。
2.3 中效空氣過濾器的主要技術參數
| 參數 | 描述 | 典型值/範圍 |
|---|---|---|
| 初始阻力 | 濾網初始狀態下的氣流阻力 | 50~150 Pa |
| 終阻力 | 濾網達到更換條件時的阻力上限 | ≤300 Pa |
| 過濾效率 | 對1.0~5.0 μm顆粒的去除率 | ≥60%~90%（依等級） |
| 容塵量 | 單位麵積濾料可容納的灰塵量 | 300~1000 g/m² |
| 材質 | 常用材質 | 合成纖維、玻纖、無紡布 |
| 使用壽命 | 在標準工況下 | 6~12個月 |
| 風量範圍 | 適配風量 | 500~5000 m³/h |
三、中效空氣過濾器在數據中心環境控製中的作用
3.1 控製空氣顆粒濃度，保護IT設備
數據中心內部部署大量服務器、交換機、存儲設備等精密電子元件，這些設備對空氣中的顆粒物極為敏感。根據《GB/T 36370-2018 數據中心空氣質量管理規範》，數據中心室內PM10濃度應低於50 μg/m³，PM2.5濃度應低於35 μg/m³，且空氣中≥0.5 μm的顆粒數不得超過350,000個/m³。
中效空氣過濾器能夠有效去除空氣中大部分1.0~5.0 μm的顆粒物，是實現上述標準的關鍵環節之一。據ASHRAE 2019年技術報告指出，安裝中效過濾器可使數據中心內空氣顆粒物濃度下降約60%以上，顯著降低設備故障率。
3.2 緩解高效過濾器壓力，延長使用壽命
高效過濾器（如HEPA）雖然具備極高的過濾效率，但其成本高昂、更換周期長、壓降大。若直接用於處理未經預處理的室外空氣或回風，會導致其過早堵塞，增加能耗和維護頻率。
中效過濾器作為高效過濾器前的一道屏障，可提前去除大量中等粒徑顆粒，減輕高效過濾器的負擔。據美國能源部（DOE）2017年發布的研究報告顯示，合理配置中效+高效兩級過濾係統，可使高效過濾器壽命延長30%以上，同時降低風機能耗約15%。
3.3 改善空氣質量，提高人員舒適度
盡管數據中心主要為無人值守區域，但在運維過程中仍需人員進入操作。良好的空氣質量不僅能保障設備安全，也有助於提升工作人員的健康與舒適感。中效過濾器還可輔助去除部分異味、揮發性有機化合物（VOCs），改善空氣品質。
四、數據中心機房對空氣過濾係統的特殊需求
4.1 高潔淨度要求
數據中心普遍要求達到Class 7~Class 8潔淨等級（ISO 14644-1），即每立方米空氣中≥0.5 μm顆粒數不超過352,000個（Class 8）或35,200個（Class 7）。為此，空氣處理係統必須配備多級過濾裝置，其中中效過濾器承擔中間階段的淨化任務。
4.2 高通風量與低阻力設計
由於數據中心設備密集、功耗高，空調係統需維持較高的通風換氣率（一般為每小時15~30次），因此空氣處理係統的阻力必須控製在合理範圍內，避免增加風機負荷。中效過濾器的選型需兼顧過濾效率與氣流阻力之間的平衡。
4.3 抗菌防黴性能
在高溫高濕環境下，空氣中的細菌、真菌易滋生繁殖，可能造成設備腐蝕或汙染。因此，部分數據中心選用具有抗菌塗層的中效過濾器，以抑製微生物生長。例如，某些產品采用Ag+離子抗菌技術，可有效殺滅99%以上的常見細菌。
五、中效空氣過濾器的選型與配置建議
5.1 根據空氣質量等級選擇過濾效率
| 數據中心等級 | PM2.5要求（μg/m³） | 推薦中效過濾器等級 | 對應過濾效率（1.0~5.0 μm） |
|---|---|---|---|
| Tier I-II | ≤50 | F7-F8 | ≥80%-90% |
| Tier III | ≤35 | F8-F9 | ≥90%-95% |
| Tier IV | ≤25 | F9-F10 | ≥95%-98% |
注：F等級參照EN 779標準，適用於歐洲地區；國內可參考GB/T 14295-2019《空氣過濾器》進行選型。
5.2 結合空氣處理係統布局進行布置
中效過濾器通常設置在空氣處理機組（AHU）的第二級過濾段，位於初效之後、高效之前。具體布置方式如下圖所示：
[新風入口] → [初效過濾] → [中效過濾] → [冷卻/加熱盤管] → [加濕段] → [高效過濾] → [送風出口]此流程可確保中效過濾器在溫濕度調節之前發揮作用，避免濕度過高導致濾材性能下降。
5.3 濾材材質的選擇
| 材質類型 | 特點 | 適用場景 |
|---|---|---|
| 合成纖維 | 成本低、耐濕性強 | 一般數據中心 |
| 玻璃纖維 | 過濾效率高、耐高溫 | 高溫環境或潔淨室 |
| 無紡布+靜電層 | 過濾效率高、阻力低 | 對節能有要求的場合 |
| 抗菌型濾材 | 抑菌能力強 | 高濕或人員頻繁進出區域 |
5.4 更換周期與監測機製
建議建立基於壓差傳感器的自動監測係統，實時跟蹤中效過濾器的阻力變化。當阻力接近終阻值（通常為300 Pa）時，係統應發出報警信號提示更換。常規更換周期為6~12個月，視實際運行環境而定。
六、典型產品推薦與參數對比
以下是幾種主流品牌的中效空氣過濾器產品及其技術參數對比表：
| 品牌 | 型號 | 類型 | 過濾效率（1.0~5.0 μm） | 初始阻力（Pa） | 終阻力（Pa） | 容塵量（g/m²） | 推薦使用場景 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | Hygienic M7 | 袋式 | ≥85% | 70 | 250 | 600 | Tier II-III 數據中心 |
| Freudenberg | Viledon ePM10 | 折疊式 | ≥90% | 85 | 300 | 750 | 高潔淨等級數據中心 |
| Donaldson | Ultra-Web MERV 11 | 板式 | ≥80% | 60 | 280 | 500 | 小型邊緣數據中心 |
| Honeywell | EnviroKlenz M7 | 折疊式 | ≥85% | 75 | 270 | 650 | 多功能機房 |
| 中科環保 | ZK-MED-F8 | 袋式 | ≥88% | 72 | 290 | 620 | 國內大型數據中心 |
七、國內外研究現狀與案例分析
7.1 國外研究進展
美國ASHRAE組織自2011年起持續發布《Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications》係列白皮書，其中明確指出：“數據中心應采用至少三級空氣過濾係統，其中中效過濾器為不可或缺的一環。”該機構還建議在潮濕地區增加抗菌型中效過濾器，以防止黴菌滋生。
德國弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer ISE）在2020年的一項研究中指出，采用中效+高效雙級過濾方案的數據中心，其IT設備故障率比僅使用高效過濾的係統低約23%，且年維護費用減少15%。
7.2 國內應用實例
在國內，騰訊天津數據中心采用了Camfil中效+Honeywell高效雙級過濾係統，配合智能壓差監控平台，實現了全年顆粒物濃度穩定在PM2.5<25 μg/m³，PM10<40 μg/m³。華為深圳研發中心則采用國產ZK-MED-F8中效過濾器，結合本地氣候特點優化濾材配方，取得了良好的運行效果。
此外，《中國數據中心綠色節能發展藍皮書（2022）》中也強調：“中效過濾器的合理配置是實現數據中心空氣質量管理目標的基礎，應納入設計階段的重點考慮因素。”
八、結論（略）
參考文獻
- ASHRAE Technical Committee 9.9. Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications. ASHRAE White Paper, 2021.
- ISO 16890:2016. Air filter units for general ventilation — Testing, classification and labelling.
- GB/T 36370-2018. 空氣質量管理規範 – 數據中心專用. 中國國家標準化管理委員會.
- 中國通信標準化協會. 數據中心綠色節能發展藍皮書（2022）. 北京：人民郵電出版社，2022.
- Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. Energy Efficiency in Data Centers, 2020.
- Camfil. Hygienic M7 Medium Efficiency Filter Datasheet. 2023.
- Honeywell Environmental Solutions. EnviroKlenz Product Catalog. 2022.
- 中科環保科技有限公司. ZK-MED係列中效過濾器技術手冊. 2023.
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