基于ISO 16890标准的空气亚高效过滤器性能测试方法
基于ISO 16890标准的空气亚高效过滤器性能测试方法
引言
空气过滤器作为空气净化系统中的核心组件，广泛应用于工业、医疗、商业建筑以及住宅环境中。其主要功能是去除空气中的颗粒物（PM），以提升空气质量并保障人体健康。随着空气污染问题日益严峻，对空气过滤器性能评估的要求也不断提高。传统的过滤器测试标准如EN 779和ASHRAE 52.2已逐渐无法满足现代空气净化的需求。
为应对这一挑战，国际标准化组织（ISO）于2016年发布了新的空气过滤器测试标准——ISO 16890，该标准基于颗粒物质量浓度分级体系，更贴近实际应用环境，并能够更准确地反映过滤器对不同粒径颗粒的过滤效率。本文将围绕ISO 16890标准，深入探讨其在空气亚高效过滤器性能测试中的应用，包括测试原理、测试流程、关键参数及性能评价指标等内容，并结合国内外研究进展进行分析与比较。
ISO 16890标准概述
标准背景
ISO 16890标准由国际标准化组织（ISO）发布，取代了原有的EN 779:2012标准，成为全球范围内空气过滤器性能评估的新基准。该标准适用于额定风量下大阻力不超过1 kPa的通风用空气过滤器，特别适用于中效和亚高效过滤器。
标准特点
相较于传统标准，ISO 16890具有以下显著优势：
- 基于颗粒物分类：不再使用MERV或F级别划分，而是根据过滤器对PM₁₀、PM₂.₅、PM₁等不同粒径颗粒的过滤效率进行分类。
- 更贴近实际应用：采用气溶胶发生器模拟真实大气颗粒物分布，提高了测试结果的实用性。
- 统一全球测试方法：促进全球范围内空气过滤器性能评估的一致性。
测试原理与设备配置
测试原理
ISO 16890标准的核心在于通过测量过滤器对特定粒径范围颗粒的穿透率来评估其过滤效率。具体来说，测试过程中会引入一定浓度的NaCl或DEHS气溶胶，分别用于模拟亲水性和疏水性颗粒。测试时，通过粒子计数器测量上下游的颗粒数浓度，从而计算出不同粒径段的过滤效率。
测试设备
| 设备名称 | 功能描述 |
|---|---|
| 气溶胶发生器 | 生成稳定浓度的NaCl或DEHS气溶胶，模拟空气中悬浮颗粒 |
| 粒子计数器 | 实时监测上下游颗粒数浓度，支持多通道粒径检测 |
| 风速控制系统 | 控制通过过滤器的风速，确保测试条件稳定 |
| 压力差传感器 | 测量过滤器前后压差，用于计算初始阻力和终阻力 |
| 数据采集与处理系统 | 自动记录测试数据，生成过滤效率曲线及性能报告 |
测试流程详解
1. 样品准备
选择待测过滤器样品，确保其尺寸、结构完整且未受损。根据制造商提供的额定风量设定测试风速，通常为0.75 m/s或1.0 m/s。
2. 气溶胶注入
启动气溶胶发生器，在测试舱内注入规定浓度的NaCl或DEHS颗粒，确保颗粒粒径分布在0.3 μm至10 μm之间，并符合ISO 16890规定的颗粒分布要求。
3. 上游与下游采样
使用粒子计数器分别测量上游（进入过滤器前）和下游（经过过滤器后）的颗粒数浓度。测试时间一般为30分钟以上，以保证数据稳定性。
4. 过滤效率计算
根据公式计算各粒径段的过滤效率：
$$
eta = left(1 – frac{C{down}}{C{up}}right) times 100%
$$
其中：
- $eta$：过滤效率（%）
- $C_{up}$：上游颗粒数浓度（个/cm³）
- $C_{down}$：下游颗粒数浓度（个/cm³）
5. 分类评级
根据平均过滤效率对过滤器进行分类：
| 分类等级 | PM₁₀平均效率 | PM₂.₅平均效率 | PM₁平均效率 |
|---|---|---|---|
| ePM₁₀ 50 | ≥50% | <50% | <50% |
| ePM₁₀ 65 | ≥65% | <65% | <65% |
| ePM₂.₅ 50 | ≥50% | ≥50% | <50% |
| ePM₂.₅ 65 | ≥65% | ≥65% | <65% |
| ePM₁ 50 | ≥50% | ≥50% | ≥50% |
| ePM₁ 70 | ≥70% | ≥70% | ≥70% |
性能参数与测试结果分析
1. 初始效率与终效率对比
测试过程中，需记录过滤器在初始状态下的效率及在持续加载颗粒后的终效率。两者差异可反映过滤器的容尘能力和长期性能衰减情况。
| 测试阶段 | 平均效率（ePM₁） | 压降（Pa） |
|---|---|---|
| 初始状态 | 75% | 80 Pa |
| 终态（加载后） | 68% | 120 Pa |
2. 不同粒径段过滤效率分布
| 粒径范围（μm） | 过滤效率（%） |
|---|---|
| 0.3–0.4 | 65 |
| 0.4–0.5 | 70 |
| 0.5–0.7 | 75 |
| 0.7–1.0 | 80 |
| 1.0–2.5 | 85 |
| 2.5–4.0 | 90 |
| 4.0–10.0 | 95 |
从上表可见，随着粒径增大，过滤效率呈上升趋势，说明亚高效过滤器在大颗粒捕集方面表现优异。
国内外研究现状与技术对比
国内研究进展
近年来，国内多家高校与研究机构积极参与ISO 16890标准的研究与应用推广。例如，清华大学建筑学院（2020）在《暖通空调》期刊中发表论文指出，采用ISO 16890标准评估的过滤器在PM₂.₅去除率方面比EN 779标准更具代表性 [1]。
中国建筑科学研究院（2021）对市场上主流亚高效过滤器进行了实测，发现部分产品在ePM₁ 70等级下仍具备良好的经济性与节能潜力 [2]。
国外研究动态
美国ASHRAE协会在其2019年年会上指出，ISO 16890标准已在欧美国家广泛应用，并逐步替代ASHRAE 52.2成为新建筑项目的首选测试标准 [3]。
德国Fraunhofer研究所（2020）对欧洲市场上的空气过滤器进行了大规模测试，结果显示，采用ISO 16890标准分类的产品在实际运行中表现出更高的能效比 [4]。
技术对比分析
| 对比维度 | EN 779标准 | ISO 16890标准 |
|---|---|---|
| 分类依据 | MERV/F级别 | PM₁₀/PM₂.₅/PM₁效率 |
| 测试颗粒类型 | 灰尘、粉末等 | NaCl/DEHS气溶胶 |
| 适用对象 | 中效过滤器 | 中效及亚高效过滤器 |
| 实际应用匹配度 | 较低 | 更高 |
应用案例分析
案例一：医院洁净室空气净化系统
某三甲医院在新建手术部时采用了符合ISO 16890标准的ePM₂.₅ 65等级过滤器。运行半年后，室内PM₂.₅浓度维持在10 µg/m³以下，明显优于采用传统过滤器的对照区域。
案例二：数据中心机房空气质量控制
某大型数据中心在冷却系统中安装了ePM₁ 70等级的亚高效过滤器。测试数据显示，其颗粒物去除效率达到98%，有效降低了设备故障率，延长了服务器使用寿命。
结论（略去）
参考文献
- 清华大学建筑学院. (2020). "基于ISO 16890标准的空气过滤器性能评估". 《暖通空调》, 第40卷, 第6期.
- 中国建筑科学研究院. (2021). "空气过滤器在公共建筑中的应用研究". 北京: 中国建筑工业出版社.
- ASHRAE. (2019). "Transitioning to ISO 16890: A New Era for Air Filter Testing". ASHRAE Journal.
- Fraunhofer Institute. (2020). "Performance Evaluation of Air Filters under ISO 16890 Standard". European HVAC Research Report.
（全文共计约3200字）