基于EN 1822标准的高效过滤器性能测试与效率分级
引言
高效空气过滤器（High Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）和超高效空气过滤器（Ultra Low Penetration Air Filter，简称ULPA）广泛应用于医药、电子、生物安全实验室、核电站等对空气质量要求极高的场所。为了确保这些过滤器在实际应用中具备良好的过滤效率和稳定性，国际上制定了多个标准化测试方法，其中欧洲标准EN 1822《High efficiency air filters (HEPA and ULPA)》是目前被广泛认可的重要技术规范之一。
EN 1822标准由欧洲标准化委员会（CEN）制定，首次发布于1998年，并在2009年进行了更新，形成了现行版本EN 1822-1:2009至EN 1822-5:2009系列标准。该标准详细规定了高效空气过滤器的分类、测试方法、效率分级及质量控制要求，尤其强调了对最易穿透粒子尺寸（Most Penetrating Particle Size, MPPS）的检测，相较于传统的基于0.3微米粒子的测试方法更为科学和精准。
本文将围绕EN 1822标准的核心内容展开，详细介绍高效过滤器的性能测试流程、效率分级体系、关键产品参数，并结合国内外相关研究成果进行分析，旨在为工程技术人员、采购人员及相关研究人员提供全面的技术参考。
一、EN 1822标准概述
1.1 标准背景与发展历程
EN 1822标准最早由德国标准化协会（DIN）主导起草，随后被纳入欧洲标准体系。其发展历程如下：
| 版本 | 年份 | 主要内容 |
|---|---|---|
| EN 1822-1:1998 | 1998 | 规定了HEPA和ULPA过滤器的定义、术语和分类 |
| EN 1822-2:1998 | 1998 | 测试方法：气溶胶发生、测量仪器和采样系统 |
| EN 1822-3:1998 | 1998 | 过滤效率测试方法 |
| EN 1822-4:1998 | 1998 | 泄漏测试方法 |
| EN 1822-5:1998 | 1998 | 质量保证、检验和标记 |
| 更新版EN 1822系列 | 2009 | 统一测试条件、引入MPPS概念、细化分级 |
EN 1822标准的更新使得测试更加科学化，尤其是通过识别最易穿透粒子尺寸来评估过滤效率，提高了测试结果的准确性和可比性。
1.2 标准适用范围
EN 1822适用于以下类型的空气过滤器：
- HEPA（高效空气过滤器）：对粒径≥0.3 µm的粒子过滤效率≥99.95%
- ULPA（超高效空气过滤器）：对粒径≥0.12 µm的粒子过滤效率≥99.999%
该标准不仅适用于成品过滤器的出厂测试，也适用于现场安装后的泄漏检测和定期维护测试。
二、高效过滤器的性能测试方法
EN 1822标准中的测试方法主要包括以下几个方面：
2.1 气溶胶发生与测量
EN 1822推荐使用液态油类（如DEHS、PAO）或固体颗粒（如NaCl）作为测试气溶胶，其粒径分布需覆盖0.1–1.0 µm范围，以模拟真实环境中的污染物颗粒。
表1：常见测试气溶胶及其特性
| 气溶胶类型 | 化学成分 | 粒径范围（µm） | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| DEHS | Diethylhexylsebacat | 0.1–1.0 | HEPA/ULPA效率测试 |
| PAO | Polyalphaolefin | 0.1–1.0 | 工业洁净室测试 |
| NaCl | Sodium Chloride | 0.01–0.2 | ULPA专用测试 |
2.2 最易穿透粒子尺寸（MPPS）的确定
EN 1822采用扫描法（Scanning Method）来确定过滤器的最易穿透粒子尺寸（MPPS），即在不同粒径下测量透过率，找出穿透率最高的粒子尺寸。这一步骤至关重要，因为传统固定粒径（如0.3 µm）测试可能存在误差。
图1：典型HEPA过滤器穿透率随粒径变化曲线示意图（示意）
↑
透过率 (%) |
| *
| * *
| * *
| * *
| * *
+-------------------> 粒径（µm）
0.1 0.3 1.0图中峰值点即为MPPS，通常位于0.15–0.25 µm之间。
2.3 效率测试与穿透率计算
在确定MPPS后，继续进行效率测试，计算公式如下：
$$
text{过滤效率} = left(1 – frac{C{out}}{C{in}}right) times 100%
$$
其中：
- $ C_{in} $：上游气溶胶浓度
- $ C_{out} $：下游气溶胶浓度
穿透率（Penetration）则为：
$$
P = frac{C{out}}{C{in}} times 100%
$$
2.4 泄漏测试（Scan Test）
EN 1822-4规定了泄漏测试方法，主要采用激光粒子计数器沿过滤器表面进行扫描，检测是否存在局部缺陷或密封不严造成的泄漏。
测试时应满足以下条件：
- 扫描速度 ≤ 5 cm/s
- 探头距过滤面距离保持在1–5 cm
- 局部穿透率超过整体穿透率的3倍视为泄漏
三、高效过滤器的效率分级体系
根据EN 1822-1:2009的规定，高效空气过滤器分为以下几类：
3.1 HEPA过滤器分级
| 分级 | 穿透率上限 | 对应粒径（MPPS） | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| E10 | < 0.1% | ≥ 0.2 µm | 初效保护层 |
| E11 | < 0.01% | ≥ 0.2 µm | 一般洁净车间 |
| E12 | < 0.005% | ≥ 0.2 µm | 高洁净度车间 |
3.2 ULPA过滤器分级
| 分级 | 穿透率上限 | 对应粒径（MPPS） | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| U13 | < 0.0025% | ≥ 0.15 µm | 生物安全实验室 |
| U14 | < 0.001% | ≥ 0.12 µm | 半导体洁净室 |
| U15 | < 0.0005% | ≥ 0.10 µm | 核设施、高危环境 |
3.3 分级对比与选择建议
| 分类 | 最小粒径（µm） | 穿透率上限 | 代表型号 | 应用领域 |
|---|---|---|---|---|
| E10 | 0.2 | 0.1% | Camfil LFC | 初效预过滤 |
| E12 | 0.2 | 0.005% | Donaldson Ultra-Web | 医药洁净室 |
| U14 | 0.12 | 0.001% | Freudenberg Viledon | 半导体制造 |
| U15 | 0.10 | 0.0005% | Parker Hannifin | 核工业防护 |
四、高效过滤器的关键产品参数
4.1 初始阻力与终阻力
初始阻力是指新过滤器在额定风量下的压降值，终阻力则是达到更换标准时的压降。不同等级过滤器的典型阻力值如下：
| 分级 | 初始阻力（Pa） | 终阻力（Pa） |
|---|---|---|
| E10 | 150–200 | 400–600 |
| E12 | 200–250 | 500–700 |
| U14 | 250–300 | 600–800 |
4.2 容尘量与使用寿命
容尘量（Dust Holding Capacity）是衡量过滤器寿命的重要指标。通常，HEPA过滤器的容尘量在200–500 g/m²之间，ULPA则略低，约为150–300 g/m²。
| 类型 | 容尘量（g/m²） | 使用寿命（年） |
|---|---|---|
| HEPA | 200–500 | 3–5 |
| ULPA | 150–300 | 2–4 |
4.3 材料组成与结构设计
现代高效过滤器多采用玻璃纤维作为滤材，辅以热熔胶分隔板和金属边框。部分高端产品采用纳米涂层增强过滤效率。
| 材质 | 特性 | 代表厂商 |
|---|---|---|
| 玻璃纤维 | 高效、耐高温 | Ahlstrom-Munksjö |
| 合成纤维 | 抗湿性强 | 3M |
| 纳米复合材料 | 极低穿透率 | Honeywell |
五、国内外研究进展与案例分析
5.1 国内研究现状
中国近年来在高效过滤器领域的研究取得了显著进展。例如，清华大学环境学院在《暖通空调》期刊发表的研究指出，采用新型静电纺丝纳米纤维可显著提升ULPA过滤器的效率，同时降低阻力 [1]。
此外，中国建筑科学研究院发布的《GB/T 13554-2020 高效空气过滤器》国家标准也借鉴了EN 1822的核心理念，特别是在MPPS测试方法的应用上。
5.2 国外研究动态
美国ASHRAE在其2020年出版的《HVAC Systems and Equipment Handbook》中特别提到EN 1822标准在洁净室设计中的重要性，并建议在制药和半导体行业优先采用U14及以上级别的过滤器 [2]。
日本东京大学在《Aerosol Science and Technology》杂志上发表论文，比较了不同气溶胶源对HEPA效率测试的影响，发现DEHS比PAO更能反映真实工况下的穿透情况 [3]。
5.3 实际应用案例
某国内大型芯片制造厂在洁净室改造项目中采用了符合EN 1822标准的U14级过滤器，经测试其在MPPS为0.12 µm时的穿透率为0.0008%，远优于国标要求。该项目运行一年后未出现因空气污染导致的产品不良率上升问题 [4]。
六、结语（注：按用户要求，此处不作总结）
参考文献
[1] 清华大学环境学院. 新型纳米纤维在高效空气过滤器中的应用研究[J]. 暖通空调, 2021, 45(3): 45–50.
[2] ASHRAE. HVAC Systems and Equipment Handbook[M]. Atlanta: ASHRAE Inc., 2020.
[3] Tanaka K, et al. Comparison of Aerosol Sources for HEPA Filter Testing[J]. Aerosol Science and Technology, 2019, 53(4): 412–420.
[4] 国家建筑工程质量监督检验中心. 某芯片厂洁净室高效过滤系统实测报告[R]. 北京: 中国建研院, 2022.
[5] CEN. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
[6] CEN. EN 1822-3:2009 High efficiency air filters (HEPA and ULPA) – Part 3: Measurement of fractional efficiency and classification[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
[7] GB/T 13554-2020 高效空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.
[8] 王强, 李明. 高效空气过滤器测试标准对比研究[J]. 净化技术, 2020, 39(2): 23–27.
[9] 吴志刚, 刘晓东. 洁净室高效过滤器选型与维护策略[J]. 洁净与空调技术, 2021, 18(4): 34–38.
[10] Duguid J.O., et al. The Efficiency of Fibrous Filters Against Microorganisms in the Air[J]. Journal of Hygiene, 1947, 45(4): 470–488.
