對于Aerobiological應用

生物恐怖襲擊的擔憂和現(xiàn)有的室內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)注加息的技術(shù)，可以消除室內(nèi)生物污染。這些空氣凈化技術(shù)，其中最主要的是過濾，過濾器，以消除微生物的能力，可以更好地理解ASHRAE 52.2-1999空氣過濾器，用于測試的新標準。ASHRAE標準提供了一種方法，用于測試，其中包括測量濾波器的性能在0.3-10.0微米大小的范圍和分配的最低能效報告值（MERV），這些過濾器的過濾性能。該尺寸范圍內(nèi)包括所有孢子和大多數(shù)細菌，但它是必要知道如何以及這些過濾器，將刪除小于0.3微米，其中包括所有的病毒和細菌的小的空氣中的微生物。無論是額外的測試結(jié)果或數(shù)學模型可用于確定或估計的微生物的除去率低于MERV過濾器的測試范圍。在這篇文章中的變形的過濾的經(jīng)典模型被描述和用于生成濾波器的性能曲線，可以適合MERV在0.3-10.0微米的尺寸范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且可以向下延伸的大小范圍的病毒。再加上空氣中的微生物logmean直徑的總結(jié)，包括在這里，將這些模型使病毒和細菌的過濾率估計，包括那些可能被用作生物恐怖武器。

的古典篩選模型

下面的等式定義的整體過濾效率（E）的任何顆粒的大小和組條件。

其中：
S =纖維的投影面積，無量綱
ED =單纖維擴散效率，分數(shù)
ER =單纖維攔截效率，分數(shù)
F =纖維校正因子（通常= 0.615）

在方程（1）中的元件參數(shù)的計算數(shù)學上是密集的，但已詳細論及在參考文獻中，還沒有重新尋址（科瓦爾斯基等1999）。的纖維進行調(diào)整的校正系數(shù)代表理論濾波器模型考慮到過濾器的不均勻性，但也可以使用，以適應特定制造商的過濾器的過濾器的模型。的兩個組成部分，擴散和攔截，相結(jié)合，產(chǎn)生如在圖1中示出的理論性能曲線。

圖1廣義的MERV 15過濾器的顯示組件的性能曲線。

過濾器性能的實際數(shù)據(jù)相比，有兩個問題是很明顯的，這一理論的過濾器模型。首先，在0.01微米附近的擴散效率接近100％的效率，并實際上將達到100％的效率，更小的顆粒。它不僅是不可能的，小于0.01微米的粒子將被完全刪除，但公布的數(shù)據(jù)表明，亞微米大小的顆粒去除率分別為永遠達不到100％，甚至HEPA過濾器（恩索爾1988年）。

第二個問題是MERV 6-10范圍，尤其是在許多過濾器，往往永遠無法達到100％的去除效率在高端，相反理論的過濾器模型的預測結(jié)果。對于一些制造商的過濾器，的上限的效率往往高原在5-10.0微米的尺寸范圍在小于100％。

的改性的古典這里提出的模型校正的方式，有利于MERV數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的過濾器的建模中的這些缺陷。擴散部件，在方程（1）中ED，來校正具有降低的去除效率的因素，作為粒子平均直徑的函數(shù)。這個擴散效率校正因子，稱為Df的，是基于上Gompertz曲線與最小二乘曲線擬合的數(shù)據(jù)從恩索爾（1988）所設(shè)置的常數(shù)。此數(shù)據(jù)和擬合模型的四個DSP額定過濾器的圖2中所示。可以觀察到這條曲線相比，曲線擬合未經(jīng)擴散校正因子（科瓦爾斯基等1999），得到的在源提供一種改進的適合。

圖2比較了四個DSP額定過濾器模擬與漫射校正因子和與從恩索爾（1988）的數(shù)據(jù)比較。

的擴散效率的修正系數(shù)，稱為一個計數(shù)器擴散的因素，使用在圖2中，以適應模型是如下：

在哪里：
DP =粒徑，微米
?=常數(shù)，1×10-10 
克=氣體分子尺寸，0.003微米

方程（2）是一個嚴格的數(shù)學曲線擬合到一個有限的數(shù)據(jù)集，并在這里被呈現(xiàn)不推導。因為它是純粹的顆粒直徑的函數(shù)，它可以不被操縱，并且可用于所有過濾器和操作條件是相同的。它數(shù)學定義擴散效率向零減小的事實，即作為粒子接近的大小的氣體分子。

截取參數(shù)的校正因子，稱為LU，定義的截取范圍的曲線效率的上限。現(xiàn)在，這兩個修正因子適用于以下修改后的過濾器模型方程（1）：

方程（3）現(xiàn)在，可以使用一個單一的平均纖維直徑的基礎(chǔ)上的任何過濾器，以適應的性能曲線。這兩個修正因素，LU和F提供了很大的靈活性相匹配的模型MERV數(shù)據(jù)。可以被設(shè)定為等于在MERV測試結(jié)果以最高的效率因子LU。然后，可以使用該因子f，以作進一步的曲線擬合的必要的調(diào)整。應當指出，對于任何給定的MERV評分在過濾器的效率的變化可能是至少+ / -20％的順序，因此，它可能不是重要的是獲得一緊的曲線擬合。可用于手動調(diào)整的參數(shù)，以適合的曲線，雖然最準確的方法是使用一個最小二乘曲線擬合。

大多數(shù)過濾器今天的過濾器使用的過濾器的纖維直徑，通常直徑在0.6-20微米的范圍內(nèi)，因此，它是優(yōu)選的模型與多個（即3）的光纖尺寸的過濾器。后一種方法在匹配過濾器的MERV或供應商的數(shù)據(jù)模型提供了相當大的靈活性。可以使用的參數(shù)LU和CD適應以匹配任何制造商的濾波器的特性的曲線。參考源參考其他具體細節(jié)建模。

建模MERV過濾器

MERV測試結(jié)果包括大小介于0.3-10.0微米的顆粒去除率分別為。測試結(jié)果通常是效率，在幾個過濾??條件的初步測試，調(diào)整步驟，和一些灰塵的加載過程。這樣的數(shù)據(jù)的一個例子示于表1。的測試的結(jié)果被概括為在每個平均直徑的復合物的最小效率。

表1比較了四個DSP額定過濾器模擬與漫射校正因子和與從恩索爾（1988）的數(shù)據(jù)比較。

選擇的條件下使用的建模是有點武斷，因為初始條件是保守的，但最終的情況可能是更現(xiàn)實的。的復合物的最小數(shù)據(jù)也可以代表不同的負載條件下，因此，該數(shù)據(jù)可以被分散或可能不能產(chǎn)生一個自然平滑的曲線。大多數(shù)情況下，最低的復合數(shù)據(jù)將代表初始條件和問題變得毫無意義。

圖3示出了過濾器的嵌合幾套MERV測試結(jié)果的性能曲線。兩組數(shù)據(jù)分別為MERV 8 MERV 13款，并根據(jù)這些曲線擬合的平均值。所有的過濾器是基于，初始條件MERV數(shù)據(jù)。

上文概述的性能曲線代表嵌合MERV測試結(jié)果的基礎(chǔ)上的特定的制造商的過濾器，曲線。這些不能被認為是普遍適用的其他過濾器相同MERV評級，因為的曲率可以改變相當大的廠商之間的。

 圖3 MERV過濾器模型與試驗數(shù)據(jù)相比較。

 圖4示出了從圖3a-j的所有MERV模型復合。為MERV 12和MERV 13在圖4中的過濾器，這是很明顯的性能曲線，甚至可以跨，自MERV評級并不真正定義整個性能曲線，但只有一個單一的曲線上的點。這種相同的效果觀察是否曲線的初始條件的基礎(chǔ)上或復合最低。

圖4復合材料的所有MERV過濾器模型，根據(jù)初始條件。

提出的模型一般只能代表的MERV整個陣列的過濾器，因為相當大的差異是可以通過不同的過濾器MERV等級相同。如果它是必要的微生物過濾應用的一個特定的濾波器，用于建模，MERV為該特定的過濾器的數(shù)據(jù)，應使用作為優(yōu)先使用任何上述模型的基礎(chǔ)。

該過濾器模型應該提供較為準確的估計過濾器的性能在其他的運行速度，雖然沒有經(jīng)驗數(shù)據(jù)的佐證是尚未公布。圖5示出了一個MERV 12過濾器在不同的速度操作的例子。顯然，滲透在病毒和細菌的大小范圍可以很大的影響，在篩選器操作速度的變化。

圖5 MERV 12過濾器模型在不同的操作速度。

微生物過濾

大氣微生物可以除去通過過濾器的速率依賴于過濾器的性能曲線和微生物的平均直徑。各微生物的植物的特性的范圍內(nèi)，形成一個對數(shù)正態(tài)分布的最大值和最小值之間的尺寸。大多數(shù)微生物是球形或卵形，可以近似為球形。一些細菌和孢子棒狀，可以保守近似代表其最小尺寸的球體。這一規(guī)則的例外包括棒狀細菌，是小于最易穿透的粒徑范圍內(nèi)的過濾器，和細菌，具有大于約3.5的長寬比。高于此寬高比經(jīng)驗校正因子用于調(diào)整的最大長度。所有空氣傳播的病原體和過敏原的的等效logmean直徑已被估計，并且這些值都是可從引用（科瓦爾斯基等1999）。

空氣中的細菌，真菌和病毒的平均直徑都顯示在圖中，圖6a-c上疊加其粒度分布。的微生物包括所有常見的空氣中的病原體和過敏原以及一些潛在的生物武器制劑。圖6a-c是根據(jù)事先計算（科瓦爾斯基等1999），示于圖logmean直徑。這些logmean直徑可用于與以前的MERV過濾器模型估計的去除率。不過，正如前面提到的，這些特定的模型只適用于特定制造商的過濾器上，他們?yōu)榛A(chǔ)，不一定會產(chǎn)生其他制造商的過濾器模型的準確的預測，即使MERV評級是相同的。

圖6-A的平均粒徑和粒度分布的病毒。

圖6-B （藍綠色）平均直徑和對細菌的大小分布。圖6-C （綠色）平均直徑及粒徑分布的真菌。

結(jié)論

本文總結(jié)了一個新的過濾器被安裝在任何制造商的過濾器MERV數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，有能力的模型。這里介紹的過濾器模型的例子說明什么樣的性能，可能來自于不同的MERV額定過濾器。MERV過濾器模型的性能曲線的比較也顯示了如何MERV評級是不一定的絕對指標的去除率MERV評級降低的可能，因為一些過濾器去除顆粒在一些大小不等率較高。因此，這里給出的例子不應該被認為是MERV評級的性能曲線，每個代表什么，但一般的時尚，因為可能會發(fā)生相當大的變化，為不同制造商的過濾器，即使它們具有相同的過濾等級。這些曲線是基于在一個有限數(shù)量的數(shù)據(jù)集。據(jù)預計，隨著越來越多MERV數(shù)據(jù)集，成為曲線可以產(chǎn)生更真實地代表MERV額定過濾器的平均性能。

摘要logmean直徑空氣中的病原體和過敏原提供的資源，工程師可以用它來選擇或為特定的應用程序的大小過濾器。這些可用于結(jié)合的過濾器的模型來估計除去率，或者它們可以被用來與特定制造商的濾波器模型開發(fā)的新的曲線，以獲得更準確的和現(xiàn)實的預測。傳統(tǒng)的過濾器模型校正因子，應考慮曲線擬合工具。作者希望完善這一研究和開發(fā)一個完整的過濾模式在未來具有更堅實的理論基礎(chǔ)。

信息來源：www.yodelcompany.com
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參考文獻

科瓦爾斯基，WJ，WP Bahnfleth;，：TS Whittam（1999）。“過濾空氣微生物：建模和預測。”ASHRAE交易105（2），4-17。http://www.engr.psu.edu/ae/wjk/fom.html。

² 恩索爾，DS，瓦伊納，AS，漢利，JT，無法無天，PA，拉馬納坦，K.，歐文，MK，山本，T.，和火花，LE（1988年）。“工程室內(nèi)空氣問題的解決方案。”室內(nèi)空氣質(zhì)素88 /工程室內(nèi)空氣問題，亞特蘭大的解決方案。

ASHRAE（1999年）。“ASHRAE標準52.2-1999。”，ASHRAE，亞特蘭大。