機械式濾網

過濾的主要原理是利用多孔性結構的濾材來截留氣流中的微粒。濾材有多種的形式，而 各種形式的濾材又依其孔隙度、厚度、纖維大小、孔徑、編織方法、空氣阻力而有不同的用 途。機械式過濾主要是指污染微粒與纖維表面的相互作用，進而達到收集或移除污染物的目 的，機械式過濾在住宅或商業建築空調系統使用極為普遍，機械式濾材具有不同的形狀、尺 寸、組成，其中以平板型濾網 (panel filters) 最為常見。平板型濾網以織布或不織布濾材組成，

濾材成分如玻璃纖維、金屬、聚合材料(如聚乙烯、聚丙烯)、紙類、棉材、尼龍等。

摺疊式濾網 (Pleated or extended surface filters)，因其表面積較大，風速較低，可使用較 細之纖維，充填密度較高，且壓損不會劇增，對於可吸入性粉塵之捕集效率較平板式濾網為 高。HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Arresting, HEPA）為機械式濾網之一種，通常為 摺疊式濾網，當濾網對0.3μm 粒子之濾除效率超過 99.97％可稱為 HEPA 濾網。HEPA 濾網是 由非常細小的纖維交織而形成類似濾紙之濾網(通常厚度小於 0.5 mm)，其充填密度通常介於 0.03- 0.05，纖維直徑通常介於 0.55- 6.5 μm (平均為 0.65 to 0.70 μm)。由通常有多層皺摺以擴 大表面積增加微粒污染物捕捉效能。超高效率空氣過濾網（Ultra Low Penetration Air filter, ULPA filter）則對 0.1~0.2μm 粒徑粒子之過濾網對過濾效率高達 99.999%。

空氣濾網多使用用纖維狀材料，因為其過濾效率高、壓力損失小。顆粒收集效率與濾材 纖維之直徑、濾材充填密度與厚度等參數有關。纖維直徑愈小，可收集之顆粒愈小，增加充 填密度與厚度可增加收集效率，但壓損亦會增加。濾材纖維直徑由次微米至數百微米不等。

濾網參數對顆粒貫穿與氣流阻力之影響如表5.2 所示。

表5.2 濾網參數對顆粒貫穿與氣流阻力之影響

參數 顆粒貫穿能力 氣流阻力

濾材纖維直徑 直徑愈小，貫穿愈少 直徑愈小，阻力愈大

濾材厚度 厚度愈厚，貫穿愈少 厚度愈厚，阻力愈大

濾材充填密度 密度愈高，貫穿愈少 密度愈高，阻力愈大

過濾材的微粒過濾捕集機制，主要可分為三類（圖5.2）：

（1）慣性衝擊(Inertial Impaction)：微粒撞擊集塵作用是因較重之灰塵慣性大，運動路徑不會 馬上隨著流線而變化，結果直接撞擊纖維而黏附於其上。

（2）直接攔截(Interception)：藉著過濾材中纖維結構中的孔隙，以機械方式移除微粒，此機 制隨著濾材孔洞的大小而有所不同。若是微粒的粒徑大於濾材的孔洞，則會被捕集於濾 材表面，對越大的粒子，直接攔截效果越好。(圖 5.3)

（3）布朗運動 (Brownian Motion)或擴散作用(Diffusion)：微粒在空氣中會被空氣撞擊而作激 烈的曲折運動，此一效應對越小的粒子越明顯。因為微粒受周圍空氣分子碰撞，使微粒 運動軌跡呈不規則的運動，這種不規則的運動顯著地提升微粒與濾材接觸的機會，此效 應對於越小的微粒(小於 0.1 μm)越明顯。(圖 5.3)

圖5.2 過濾捕集機制 (source: U.S. EPA/600/R-08/053)

圖5.3 過濾時不同大小顆粒之主要捕集機制 (source: U.S. EPA/600/R-08/053) 過濾之速度(空氣通過介材之速度)會影響過濾之效率，通常過濾速度愈快，效率愈低。

但若顆粒小於0.1 μm，濾速增加會造成擴散捕集作用之降低，但慣性衝擊與攔截作用可能增 加，因此再使用濾網時，最好使用廠商建議之濾速，以達最高捕集效率。過濾初期，濾材只 負責捕捉過濾初期時大粒徑之微粒，當濾材的空隙逐漸被填滿，濾材上堆積的粉塵逐漸形成 粉塵餅，其過濾效果增加，但壓力損失也隨之增大。此外，相對濕度也會影響過濾效果，一 般濕度大時，水分子易冷凝於濾材表面，雖造成捕集效果增加，但也造成壓力損失快速提高，

因此，過濾時相對濕度之控制十分重要，應避免水冷凝於濾材表面，以免壓損過大。常見之 如 圖5.4 所示。

圖5.4 過濾型空氣清淨機

一般而言，使用機械過濾之費用低，操作彈性大，除塵效果一般不錯，通常濾材使用愈

久，捕集效果愈佳，但壓損亦會增加，造成能耗增加，因此濾網建置初期，其操作費用較低，

後期則操作費用較高。此外，濾材效率高者，其更換頻率通常也較高。一般空調系統中，若 濾網之壓損超過原先設計，可能會對空調系統造成不利影響，其送風風扇通常轉速需增加，

以克服壓力損失之增加。