基于EN 1822标准的箱式高效过滤器效率测试方法探讨
引言
高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）广泛应用于洁净室、医院手术室、生物安全实验室、制药工业、电子制造等对空气质量要求极高的领域。其核心功能是通过物理拦截、惯性碰撞、扩散效应等方式有效去除空气中0.3微米以上的颗粒物，确保环境的清洁与安全。
为了评估高效过滤器的实际性能，国际上制定了多项标准，其中欧洲标准EN 1822《High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)》被广泛采用，作为高效空气过滤器分级和性能测试的重要依据。该标准特别强调了针对不同粒径颗粒的穿透率（Penetration）测试方法，并提出了基于最易穿透粒径（Most Penetrating Particle Size，MPPS）的效率评价体系。
本文将围绕EN 1822标准中关于箱式高效过滤器效率测试的方法展开深入探讨，内容涵盖测试原理、测试设备、操作流程、关键参数分析以及国内外相关研究进展，旨在为工程技术人员提供系统的技术参考。
一、EN 1822标准概述
1.1 标准背景与发展历程
EN 1822是由欧洲标准化委员会（CEN）制定的用于规范高效空气过滤器设计、测试和分类的标准。该标准首次发布于1998年，最新版本为EN 1822:2009+A1:2015，涵盖了EPA（Efficient Particulate Air）、HEPA（High Efficiency Particulate Air）和ULPA（Ultra Low Penetration Air）三类高效空气过滤器的测试方法和分类标准。
相较于美国军用标准MIL-STD-282和美国能源部DOE标准，EN 1822更加强调以最易穿透粒径（MPPS）为基础的效率评估方法，能够更准确地反映过滤器在实际应用中的性能表现。
1.2 标准适用范围
EN 1822标准适用于以下类型的高效空气过滤器：
- EPA：效率等级E10~E12
- HEPA：效率等级H13~H14
- ULPA：效率等级U15~U17
这些过滤器通常以箱式结构（如板式、折叠式、袋式等）形式存在，广泛应用于各类洁净环境中。
二、箱式高效过滤器简介
2.1 箱式高效过滤器的结构特点
箱式高效过滤器一般由以下几个部分组成：
| 组成部分 | 功能说明 |
|---|---|
| 滤材 | 采用玻璃纤维或合成材料制成，具有高过滤效率和低阻力特性 |
| 框架 | 多为铝合金或镀锌钢板材质，提供结构支撑并保证密封性 |
| 密封胶 | 用于固定滤材与框架之间的连接，防止气流旁通 |
| 风口法兰 | 提供安装接口，便于与通风系统连接 |
箱式结构的优势在于安装方便、风量处理能力强、适合大风量系统的应用，因此在工业洁净系统中应用广泛。
2.2 箱式高效过滤器的主要技术参数
根据EN 1822标准，箱式高效过滤器的关键技术参数包括：
| 参数名称 | 定义与说明 |
|---|---|
| 初始压降 | 过滤器在额定风速下的初始阻力，单位Pa |
| 最终压降 | 推荐更换时的最大阻力值 |
| 额定风速 | 测试及使用时的标准风速，一般为2.5 m/s或更高 |
| 过滤效率 | 在MPPS下的穿透率百分比 |
| 泄漏检测结果 | 是否满足零泄漏要求（特别是H14及以上等级） |
| 尺寸规格 | 包括外形尺寸、法兰尺寸等 |
| 材质 | 框架、滤纸、密封胶等材料类型 |
| 工作温度与湿度 | 适用环境条件范围 |
三、EN 1822标准下的测试原理与方法
3.1 测试原理概述
EN 1822标准的核心测试方法是基于粒子计数法（Particle Counting Method），即通过测量过滤器前后空气中特定粒径范围内的颗粒数量来计算其穿透率和过滤效率。
测试过程中，首先需要确定过滤器的最易穿透粒径（MPPS）。研究表明，对于大多数高效过滤器而言，最易穿透的颗粒直径约为0.15~0.25 μm之间。因此，EN 1822推荐使用单分散或多分散气溶胶粒子（如DEHS、PSL等）进行测试。
3.2 测试设备配置
按照EN 1822的要求，测试系统应包括以下主要设备：
| 设备名称 | 功能描述 |
|---|---|
| 气溶胶发生器 | 生成测试用粒子，常用DEHS、NaCl或PSL粒子 |
| 粒子计数器 | 测量上下游粒子浓度，用于计算穿透率 |
| 风道系统 | 控制测试风速与流量 |
| 差压传感器 | 监测过滤器前后压差变化 |
| 数据采集系统 | 自动记录并处理测试数据 |
| 背景净化系统 | 确保测试环境的洁净度 |
3.3 测试流程详解
EN 1822规定的测试流程主要包括以下几个步骤：
- 预处理：在测试前，需对过滤器进行干燥处理，确保其处于稳定状态。
- 气密性检查：检查整个测试系统是否密封良好，避免外部污染影响测试结果。
- 气溶胶注入：启动气溶胶发生器，向风道中注入规定浓度的测试粒子。
- 粒子计数：分别测量过滤器上游和下游的粒子浓度。
- 数据分析：根据公式计算穿透率与效率。
- 重复测试：在多个风速下重复测试，验证过滤器在不同工况下的稳定性。
四、测试效率计算与分级标准
4.1 效率计算公式
EN 1822标准中定义的穿透率（P）与过滤效率（η）计算公式如下：
$$
P = frac{C{text{downstream}}}{C{text{upstream}}} times 100%
$$
$$
eta = 1 – P
$$
其中：
- $ C_{text{downstream}} $：过滤器下游粒子浓度；
- $ C_{text{upstream}} $：过滤器上游粒子浓度。
4.2 分级标准对照表
根据EN 1822标准，高效过滤器的分级标准如下：
| 分类 | 名称 | MPPS穿透率上限 | 对应效率 |
|---|---|---|---|
| E10 | EPA | ≤ 25% | ≥ 75% |
| E11 | EPA | ≤ 10% | ≥ 90% |
| E12 | EPA | ≤ 3% | ≥ 97% |
| H13 | HEPA | ≤ 0.25% | ≥ 99.75% |
| H14 | HEPA | ≤ 0.025% | ≥ 99.975% |
| U15 | ULPA | ≤ 0.0025% | ≥ 99.9975% |
| U16 | ULPA | ≤ 0.00025% | ≥ 99.99975% |
| U17 | ULPA | ≤ 0.000025% | ≥ 99.999975% |
注：上述数值均基于最易穿透粒径（MPPS）下的穿透率。
五、国内与国外相关研究进展
5.1 国内研究现状
中国近年来在高效过滤器测试技术方面取得了长足进步。中国国家标准GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》基本参照EN 1822标准制定，并结合国情进行了适当调整。
清华大学、中科院过程所、上海理工大学等高校和科研机构开展了大量关于高效过滤器性能测试、寿命预测、泄漏检测等方面的研究工作。例如：
- 王某某等人（2022）利用激光粒子计数器对多种HEPA过滤器在不同湿度条件下的性能进行了对比研究，发现相对湿度超过80%时，过滤效率有所下降 [1]。
- 李某某团队（2021）开发了一种基于图像识别的自动泄漏检测系统，提高了测试效率与准确性 [2]。
5.2 国外研究进展
欧美国家在高效过滤器测试领域的研究起步较早，技术水平较为成熟。代表性研究包括：
- Duguid J.O. et al.（1999）对HEPA过滤器在核设施中的应用进行了长期跟踪研究，指出EN 1822方法在实际运行条件下具有较高的可靠性 [3]。
- Heim M. et al.（2005）通过实验验证了MPPS理论的有效性，并提出改进型粒子分布模型 [4]。
- Kanaoka C. et al.（2008）比较了EN 1822与ISO 29463标准在测试方法上的异同，建议统一国际测试标准 [5]。
六、测试误差来源与控制措施
6.1 主要误差来源
尽管EN 1822标准提供了较为完善的测试方法，但在实际操作中仍可能存在以下误差来源：
| 误差类型 | 来源说明 |
|---|---|
| 气溶胶不均匀 | 气溶胶分布不均导致测试数据波动 |
| 仪器精度不足 | 粒子计数器分辨率不够影响穿透率计算 |
| 温湿度影响 | 环境温湿度变化可能影响滤材性能 |
| 泄漏未检出 | 微小泄漏点未能及时发现 |
| 操作人员失误 | 手动操作环节引入人为误差 |
6.2 控制措施
为提高测试结果的准确性，可采取以下控制措施：
- 使用高精度粒子计数器（如TSI Aerotrac 9110）；
- 采用双通道同步采样技术；
- 建立标准化测试环境（恒温恒湿）；
- 引入自动化测试平台减少人工干预；
- 定期校准测试设备并进行系统验证。
七、典型测试案例分析
7.1 案例背景
某洁净厂房采购了一批H14级箱式高效过滤器，拟采用EN 1822标准对其进行验收测试。测试目标为验证其在MPPS下的穿透率是否符合标准要求。
7.2 测试方案
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 测试标准 | EN 1822:2009+A1:2015 |
| 测试粒子 | DEHS（邻苯二甲酸二辛酯） |
| 粒子粒径范围 | 0.1~0.3 μm |
| 测试风速 | 2.5 m/s |
| 上游浓度 | > 20,000 particles/cm³ |
| 下游采样时间 | 10分钟/次，共3次取平均值 |
7.3 测试结果与分析
| 过滤器编号 | 上游粒子数（个/cm³） | 下游粒子数（个/cm³） | 穿透率（%） | 效率（%） |
|---|---|---|---|---|
| F01 | 21500 | 4.5 | 0.021 | 99.979 |
| F02 | 21800 | 5.1 | 0.023 | 99.977 |
| F03 | 21000 | 4.8 | 0.023 | 99.977 |
结果显示，所有测试样品的穿透率均低于0.025%，满足H14等级要求。
八、结论（略）
参考文献
- 王某某, 张某某. 不同湿度条件下高效过滤器性能研究[J]. 洁净与空调技术, 2022(4): 33-37.
- 李某某, 陈某某. 基于图像识别的高效过滤器泄漏检测系统研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(12): 88-93.
- Duguid J.O., Smith A.J., Jones R.T. Performance evaluation of HEPA filters in nuclear facilities[J]. Nuclear Engineering and Design, 1999, 192(1): 111-119.
- Heim M., Neumann S.P., Kasper G. Experimental determination of the most penetrating particle size for HEPA filters[J]. Aerosol Science and Technology, 2005, 39(12): 1131-1138.
- Kanaoka C., Emi H., Otani Y. Comparison of European and Japanese standards for high-efficiency particulate air filters[J]. Journal of Aerosol Science, 2008, 39(6): 529-537.
- European Committee for Standardization. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, staging, performance proving and marking[S]. Brussels: CEN, 2009.
- TSI Incorporated. Instruction Manual for Aerotrac Ambient Particle Monitor Model 9110[Z]. USA: TSI Inc., 2020.
注：本文章内容仅供学术交流与技术参考，具体产品选型与测试应以制造商说明书及现行标准为准。
