市場趨勢
◎室內空氣品質(IAQ)過濾性能
目前全世界對室內空氣品質的關注持續增加，主要驅動力來自於不斷擴大的工業規模以及不斷開發的創新產品和材料。吸入空氣汙染顆粒會使人面臨重大的健康風險，包括可能導致壽命縮短的心血管和呼吸問題。空氣過濾的主要作用是減少室內環境中細顆粒的存在，然而，普遍存在的問題是多層的過濾材料之間出現大的壓力差，導致能耗增加。過濾系統設計的目標是在降低壓力差、保持過濾效率和延長過濾器使用壽命之間取得微妙的平衡，這對於維持建築物運作的節能和成本效益極為重要。過濾取決於捕集顆粒的幾個核心機制，包括攔截、慣性衝擊、擴散和分篩，被過濾顆粒的大小是決定過濾過程中優先採用哪一種機制的關鍵因素。
從 COVID-19 大流行中凸顯出室內空氣品質的重要性。
面速度的重要性及其對過濾器參數的影響以及慣性衝擊對較大顆粒尺寸的作用
值得注意的是，每種過濾機制都會受到過濾器面速度的顯著影響，這是對過濾性能有深遠影響的重要參數。特別的是在奈米纖維過濾器的情況下，壓力差隨著面速度增加反而減小，違反了達西定律(Darcy’s Law)，這是由於滑流效應所致。研究人員深入研究速度分佈對打褶幾何形狀的影響，反過來又影響初始的局部收集效率，因此，須根據最大局部速度來確定過濾器打褶的幾何形狀。此外，過濾材的特性對HEPA過濾器的效率產生影響，隨著面速度的增加，效率往往會下降，這主要是由於顆粒與奈米纖維過濾器接觸的時間減少，顯示面速度和過濾性能之間的複雜關係。再者，過濾速度越高，塵餅的比阻和密度往往越高，特別是當袋式除塵器的粉塵濃度保持恆定時。因此，過濾速度是尋求更有效率的過濾系統時的關鍵因素，其影響過濾系統的整體性能，特別是壓力差和效率。
面速度對過濾器參數的影響
1.壓力差和面速度
過濾器面速度主要影響壓力差，通常稱為壓力降。在過濾系統中，壓力差是性能的主要指標，並且與過濾速度密切相關。面速度越高，壓力降越大，如下圖所示。隨著氣流速度的增加，空氣通過過濾器的運動阻力也隨之增加。
壓差和面速度關係。
2.效率和面速度
效率是過濾的核心概念，代表過濾器捕集和截留空氣中顆粒的能力。效率和面速度之間的關係是多方面的，主要由顆粒尺寸驅動。過濾系統的效率受到空氣流過過濾系統速度的影響甚鉅，較小的顆粒在較高的面速度下可能會遇到效率降低的情況，而較大的顆粒在增加的氣流中容易被捕集，這些關係對於設計和選擇過濾器極為重要，必須有效地滿足過濾需求、優化能耗與延長過濾器的使用壽命。
3.較小的顆粒尺寸 (< 0.5 μm)
對於較小的顆粒(直徑小於0.5 μm)而言，由於其有限的質量和慣性，較高的面速度時，這些微小顆粒與過濾材的相互作用時間較短，增加它們穿過過濾器防護層的可能性。因此，隨著面速度的增加，這些顆粒的過濾效率往往會下降。同時，較小的顆粒可能包含各種汙染物，其中可能對健康或環境有害。
4.較大的顆粒尺寸
另一方面，較大的顆粒往往會在較高的面速度下被捕集，這主要歸因於慣性撞擊原理。隨著空氣速度的增加，顆粒獲得很大的慣性，增加顆粒與過濾材纖維之間碰撞的可能性，導致顆粒被有效地捕集。因此，當暴露於較高的面速度時，較大尺寸的顆粒的效率往往會提高。
所有粒徑的面速度和效率之間的關係並不一致，由於慣性撞擊和顆粒尺寸之間的相互作用，較小的顆粒難以在較高的面速度下有效地與過濾介質相互作用。因此，隨著表面速度的增加，這些顆粒的過濾效率往往會下降，如下圖所示，這在重視捕集小顆粒的情況，如在潔淨室或空氣品質需要嚴格管控的環境中是相當大的挑戰。相反地，對於較大的粒子，動力學發生巨大變化，增加面速度賦予強大的慣性力，有效增加顆粒與過濾材碰撞的機會，使得較大顆粒在較高面速度下的過濾效率有所提高。
面速度對顆粒尺寸增加時的過濾效率關係。
ISO 16890 測試帶動的過濾趨勢
ISO 16890為2016年底公佈的過濾器測試和評估標準，採用尺寸範圍為0.3-10 μm的顆粒作為測試介質，以涵蓋現實過濾情境中常見的各種顆粒，為了解面速度在影響整個粒徑範圍內過濾效率的重要性。ISO 16890測試標準共包括四個子標準，其內容分別如下：
第1部份：顆粒物綜合過濾器效率(ePM)技術要求和分級。
第2部份：粒徑效率和阻力的測試。
第3部份：計重效率及阻力與試驗容量塵量關係測試。
第4部份：確定最低粒徑效率的消靜電方法。
ISO 16890測試程序 (紡織所整理)
過濾器的面速度是過濾性能的重要參數，它直接影響過濾系統壓力差和效率。面速度、顆粒尺寸和慣性撞擊原理之間的相互作用導致一種動態且常常違反直覺的關係。在過濾技術領域持續發展的過程中，無論是室內空氣品質、優化HVAC系統或符合工業空氣過濾標準，若能了解面速度對過濾性能的影響，能使我們能夠做出最佳的選擇，在捕集各尺寸顆粒和確保過濾系統的高效運作之間取得平衡，為所有人創造更清潔、更健康、更有效率的環境。
資料來源：
1. https://www.filtnews.com/iaq-filtration-performance/
2. https://www.afc.org.tw/custom_84204.html
台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society
