基于ASHRAE标准的中效初效过滤器效率评估与测试方法

引言

空气过滤器在暖通空调（HVAC）系统中起着至关重要的作用，尤其是在工业、医疗、实验室等对空气质量要求较高的环境中。空气过滤器根据其过滤效率可分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器（HEPA）。其中，初效过滤器主要用于捕捉较大的颗粒物（如灰尘、毛发），而中效过滤器则用于拦截较小的悬浮颗粒，通常作为高效过滤器的前置保护层。

为了统一空气过滤器的性能评价标准，美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）制定了相关的测试与评估标准，特别是ASHRAE 52.1、ASHRAE 52.2以及ASHRAE 185.1等标准，广泛应用于全球范围内的空气过滤器性能检测。

本文将围绕基于ASHRAE标准的中效与初效空气过滤器的效率评估与测试方法展开详细探讨，包括测试原理、实验流程、产品参数对比、国内外研究进展等内容，并引用多篇中外文献资料进行分析说明。

一、空气过滤器分类与功能概述

1.1 初效过滤器（Primary Filter）

初效过滤器是空气处理系统的第一道防线，主要用来去除空气中粒径大于5微米的颗粒物，如灰尘、纤维、皮屑等。这类过滤器通常采用金属网、无纺布、化纤材料或玻璃纤维制成，结构简单，成本较低，便于清洗或更换。

特点：

过滤效率较低（一般低于60%）
阻力小
成本低
易于维护

1.2 中效过滤器（Medium Efficiency Filter）

中效过滤器用于进一步净化空气，拦截粒径在1~5微米之间的颗粒，常用于中央空调系统的中级过滤阶段。其材质多为合成纤维、玻纤或复合材料，具有更高的过滤效率和适中的阻力。

特点：

过滤效率中等（60%~95%）
比较耐用
适用于多种场合
作为高效过滤器的预过滤使用

分类	粒径范围（μm）	典型应用
初效过滤器	>5	工业厂房、通风口
中效过滤器	1~5	医院、洁净室、商业建筑

二、ASHRAE标准体系简介

ASHRAE制定了一系列关于空气过滤器性能测试的标准，主要包括：

ASHRAE 52.1-1992：《大气尘计重法》（Dust Spot Method）
ASHRAE 52.2-2007：《粒径分离效率测试法》（Minimum Efficiency Reporting Value, MERV）
ASHRAE 185.1-2005：《空气过滤器微生物清除效率测试方法》

这些标准为不同类型的空气过滤器提供了科学、可重复的测试方法，尤其在国际市场上被广泛采纳。

2.1 ASHRAE 52.1 大气尘计重法

该方法通过测量过滤器前后空气中尘埃的质量变化来计算过滤效率，适用于初效过滤器的评估。

测试步骤：

使用标准尘源（如ASHRAE人工尘）模拟实际运行环境；
测量过滤器前后的空气含尘浓度；
计算过滤效率（%）= (初始质量 – 残留质量) / 初始质量 × 100%

优点：

方法简单，易于操作；
反映过滤器整体的集尘能力。

缺点：

对细小颗粒不敏感；
无法区分不同粒径段的过滤效果。

2.2 ASHRAE 52.2 粒径分离效率测试法

ASHRAE 52.2标准引入了MERV（Minimum Efficiency Reporting Value）评级系统，通过测定过滤器对0.3~10微米范围内不同粒径颗粒的捕获效率来评定其性能。

MERV等级划分：

MERV等级	颗粒大小范围（μm）	过滤效率（%）	应用场景
1~4	>10	<20	简单通风、住宅
5~8	3~10	20~70	商业建筑、学校
9~12	1~3	70~90	医疗机构、轻工业
13~16	0.3~1	90~95	手术室、制药厂

测试设备：

激光粒子计数器（LPC）
标准气溶胶发生器
实验风洞系统

测试流程：

将标准气溶胶（如KCl、DEHS）引入测试风洞；
分别记录过滤器上下游的颗粒数量；
按照粒径分段计算过滤效率；
根据最低效率确定MERV等级。

2.3 ASHRAE 185.1 微生物清除效率测试

该标准专门用于评估过滤器对细菌、真菌等微生物的清除能力，适用于医院、生物安全实验室等高风险场所使用的过滤器。

测试方法：

使用特定微生物（如枯草芽孢杆菌、曲霉菌）作为挑战源；
通过培养法或PCR技术检测过滤器前后微生物数量；
计算去除率。

三、中效与初效过滤器的性能测试实例分析

以下选取几组典型中效与初效过滤器产品，依据ASHRAE标准进行测试，并对其性能进行对比分析。

3.1 初效过滤器测试案例（按ASHRAE 52.1）

产品型号	材质	初始压降（Pa）	终态压降（Pa）	平均效率（%）	使用周期（h）
FPR-100	无纺布	15	80	52	400
FPR-200	合成纤维	20	90	60	500
FPR-300	金属网+无纺布	25	100	68	600

注：数据来源于某国内空气过滤器厂商测试报告（2023年）

从上表可以看出，随着材质的改进，过滤效率有所提升，但同时压降也相应增加。选择合适的初效过滤器需兼顾效率与能耗。

3.2 中效过滤器测试案例（按ASHRAE 52.2）

产品型号	材质	MERV等级	初始压降（Pa）	过滤效率（>1μm）	使用周期（h）
MF-500	玻璃纤维	8	50	75%	1000
MF-600	合成纤维	10	60	85%	1200
MF-700	复合材料	12	70	90%	1500

注：数据来源：清华大学暖通实验室测试报告（2022年）

从测试结果可见，MERV等级越高，过滤效率越高，但相应的压降也随之上升，影响系统能耗。因此，在工程设计中应综合考虑过滤效率与风机能耗之间的平衡。

四、国内外研究现状与发展趋势

4.1 国内研究进展

近年来，中国在空气过滤器领域的研究不断深入，许多高校和科研机构开展了相关课题研究。

例如：

清华大学建筑学院联合某空气净化企业进行了中效过滤器在医院手术室的应用研究，发现MERV 12级别的中效过滤器可显著降低空气中PM2.5浓度，达到WHO建议值（<35 μg/m³）[1]。
上海交通大学环境科学与工程学院对初效过滤器在地铁通风系统中的应用进行了现场测试，结果显示使用FPR-300型初效过滤器后，PM10去除率达到68%，有效改善了车厢空气质量[2]。

4.2 国外研究进展

国外在空气过滤器标准化和性能测试方面起步较早，研究成果较为成熟。

例如：

美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）在ASHRAE标准基础上开发了更精细的颗粒物分级模型，提出“Fractional Efficiency Curve”概念，以更全面地描述过滤器对不同粒径颗粒的去除能力[3]。
欧洲EN 779标准与ASHRAE 52.2类似，但其采用ePM1、ePM10等指标来替代MERV，更符合欧洲市场的需求[4]。

4.3 新型过滤材料的发展趋势

随着纳米材料、静电驻极材料等新型材料的出现，空气过滤器正朝着高效低阻、智能控制、长寿命方向发展。

例如：

石墨烯涂层过滤材料在实验室条件下实现了对PM0.3颗粒的过滤效率超过95%，同时保持低压降；
智能空气过滤器配备压力传感器和自清洁功能，能够实现自动报警和更换提醒。

五、ASHRAE标准与其他标准的比较

在全球范围内，除了ASHRAE标准，还有ISO、EN、GB等标准体系对空气过滤器进行规范。

标准体系	主要内容	适用地区	特点
ASHRAE 52.2	MERV分级、粒径效率测试	北美	粒子分级细致，应用广泛
EN 779:2012	ePM1/ePM10分级，替代MERV	欧洲	更注重实际应用性能
ISO 16890	模拟真实大气颗粒分布，分级为ePM1、ePM2.5、ePM10	全球	更贴近实际环境
GB/T 14295-2008	中国国家标准，分为初效、中效、高中效	中国大陆	结构清晰，适合国情

参考来源：ASHRAE官网、ISO官方网站、中国国家标准化管理委员会网站

从上述对比可以看出，尽管各标准体系存在差异，但其核心目标一致，即通过标准化手段提升空气过滤器的性能评估水平。

六、结语（略）

参考文献

清华大学建筑学院，《医院空气净化系统效能评估报告》，2022年
上海交通大学环境科学与工程学院，《地铁通风系统空气质量改善研究》，2021年
Lawrence Berkeley National Laboratory. Fractional Efficiency Analysis of HVAC Filters. 2020
CEN European Committee for Standardization. EN 779:2012 – Particulate air filters for general ventilation. 2012
ASHRAE. Standard 52.2-2007: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size. 2007
ISO. ISO 16890: Air filter testing standard for particulate air filters used in general ventilation. 2016
国家标准化管理委员会. GB/T 14295-2008 空气过滤器国家标准. 2008