ISO 16890标准下高效空气过滤器的分级与效率评估
引言
随着全球空气质量问题日益突出，空气净化技术成为保障人类健康的重要手段。其中，高效空气过滤器作为空气净化系统的核心组件之一，其性能直接关系到空气处理效果。传统的空气过滤器测试标准如EN 779和ASHRAE 52.2在实际应用中逐渐暴露出分类体系不够精细、测试颗粒范围有限等问题。为应对这一挑战，国际标准化组织（ISO）于2016年正式发布了ISO 16890系列标准，旨在建立一套更加科学、合理且具有广泛适用性的空气过滤器分级与效率评估体系。
ISO 16890标准以PM（颗粒物）为基础，将空气过滤器按照对不同粒径颗粒的过滤效率进行分类，分为ePM10、ePM2.5、ePM1三个等级，并进一步细分为多个子级别。该标准不仅提高了测试精度，还增强了不同国家和地区之间的可比性，有助于推动空气净化设备在全球范围内的标准化发展。
本文将围绕ISO 16890标准展开，详细介绍其分级体系、测试方法、效率评估指标以及与旧标准的对比分析，并结合国内外相关研究成果，探讨该标准在实际应用中的意义与发展前景。
一、ISO 16890标准概述
1.1 标准背景
ISO 16890是由国际标准化组织（ISO）制定的一套关于一般通风用空气过滤器的测试与分类标准，发布于2016年，取代了原有的EN 779（针对粗效和中效过滤器）和ASHRAE 52.2（针对中高效过滤器）等标准。新标准的主要目标是提高过滤器分类的科学性和实用性，使其更贴合实际使用场景，尤其是针对城市空气中常见的PM2.5等有害颗粒物。
ISO 16890包括四个部分：
- ISO 16890-1：术语、定义及测试原理；
- ISO 16890-2：计重效率测试方法；
- ISO 16890-3：计数效率测试方法；
- ISO 16890-4：确定分类的程序。
1.2 核心理念
ISO 16890标准的核心在于以颗粒物（Particulate Matter, PM）为基准来评价过滤器的性能。它主要关注三种粒径范围的颗粒物：
- ePM10：等效直径小于或等于10微米的颗粒物；
- ePM2.5：等效直径小于或等于2.5微米的颗粒物；
- ePM1：等效直径小于或等于1微米的颗粒物。
通过测量过滤器对这些颗粒的过滤效率，将其归类至相应的等级，从而实现更精准的产品性能描述。
二、ISO 16890标准下的空气过滤器分级体系
2.1 分级原则
ISO 16890采用基于粒子计数法的效率评估方式，根据过滤器对特定粒径范围内颗粒物的平均过滤效率进行分级。每个类别（ePM10、ePM2.5、ePM1）分别设有多个等级，具体如下：
| 分类名称 | 等级划分依据 | 效率范围 |
|---|---|---|
| ePM10 | 对1.0~10μm颗粒的平均过滤效率 | ≥50%，<90% |
| ePM2.5 | 对0.3~2.5μm颗粒的平均过滤效率 | ≥50%，<90% |
| ePM1 | 对0.3~1.0μm颗粒的平均过滤效率 | ≥50%，<90% |
每个分类又进一步划分为若干个子等级，例如ePM1等级别从ePM1-50到ePM1-90，每间隔5%设置一个等级。具体划分如下表所示：
| 分类 | 子等级 | 平均效率范围（%） |
|---|---|---|
| ePM10 | ePM10-50 | 50 ≤ η < 65 |
| ePM10-65 | 65 ≤ η < 80 | |
| ePM10-80 | 80 ≤ η < 90 | |
| ePM2.5 | ePM2.5-50 | 50 ≤ η < 65 |
| ePM2.5-65 | 65 ≤ η < 80 | |
| ePM2.5-80 | 80 ≤ η < 90 | |
| ePM1 | ePM1-50 | 50 ≤ η < 65 |
| ePM1-65 | 65 ≤ η < 80 | |
| ePM1-80 | 80 ≤ η < 90 |
注：η表示过滤效率（Efficiency），单位为百分比。
2.2 分级流程
根据ISO 16890-4的规定，空气过滤器的分级流程如下：
- 样品准备：选取标准测试风量下的过滤器样本；
- 测试条件设定：设定标准测试气流速度（通常为0.25 m/s或1.5 m³/(m²·s)）；
- 粒子计数测试：使用光学粒子计数器测量上下游粒子浓度；
- 计算平均效率：根据不同粒径段计算平均过滤效率；
- 确定等级归属：根据效率值匹配对应等级；
- 标注产品信息：在产品上标明对应的ePM等级。
三、ISO 16890标准的测试方法
3.1 测试原理
ISO 16890标准采用粒子计数法（Particle Counting Method）进行过滤效率测试。该方法通过测量过滤器前后空气中不同粒径段的粒子数量变化，计算出过滤效率。相比传统质量法（如EN 779中使用的计重法），粒子计数法能更准确地反映过滤器对细微颗粒的捕集能力。
3.2 测试参数与设备
测试参数：
| 参数 | 内容 |
|---|---|
| 测试粒径范围 | 0.3 μm ~ 10 μm |
| 测试气流速度 | 0.25 m/s 或 1.5 m³/(m²·s) |
| 测试粒子种类 | NaCl、DEHS、KCl等标准气溶胶 |
| 上游粒子浓度 | 10⁵ ~ 10⁶ particles/m³ |
| 下游粒子检测限 | ≥0.3 μm |
| 测量设备 | 激光粒子计数器（OPC） |
常见测试设备品牌：
| 品牌 | 国家 | 设备型号 |
|---|---|---|
| TSI Inc. | 美国 | 9306-V2 |
| Climet Instruments | 美国 | CI-4110 |
| Kanomax Japan Inc. | 日本 | 3888 |
| 苏州苏信环境科技有限公司 | 中国 | ZX-06A |
3.3 测试流程简述
- 预处理：对过滤器进行预清洁处理，去除表面灰尘；
- 气密性检查：确保测试系统无泄漏；
- 上游粒子生成：使用气溶胶发生器产生标准粒子；
- 粒子计数：分别记录过滤器前后的粒子数量；
- 数据采集与处理：计算各粒径段的过滤效率；
- 结果判定：根据平均效率确定过滤器等级。
四、ISO 16890与旧标准的比较分析
4.1 与EN 779的比较
EN 779是欧洲用于中效和粗效过滤器的标准，其将过滤器分为G1-G4（粗效）、M5-M6（中效）和F7-F9（亚高效）。而ISO 16890则更注重对PM颗粒的捕捉能力，强调对健康影响更大的细小颗粒物（如PM2.5、PM1）的过滤效率。
| 项目 | EN 779 | ISO 16890 |
|---|---|---|
| 测试方法 | 计重法为主 | 粒子计数法为主 |
| 粒径范围 | 0.4 μm以上 | 0.3~10 μm |
| 分类依据 | 过滤效率（Arrestance） | 平均效率（Average Efficiency） |
| 应用对象 | 一般通风系统 | 公共卫生、医疗、工业等多领域 |
4.2 与ASHRAE 52.2的比较
ASHRAE 52.2是美国暖通空调协会制定的中高效空气过滤器标准，其将过滤器按MERV（Minimum Efficiency Reporting Value）等级划分，从MERV1到MERV16。虽然ASHRAE 52.2也采用了粒子计数法，但其测试粒径分组较粗，且未明确区分PM2.5和PM1等关键污染物。
| 项目 | ASHRAE 52.2 | ISO 16890 |
|---|---|---|
| 粒径分组 | 3个区间（0.3~1.0、1.0~3.0、3.0~10.0） | 细化为多个子区间 |
| 分类方式 | MERV等级 | ePM10、ePM2.5、ePM1分类 |
| 测试标准粒子 | KCl、DOP等 | DEHS、NaCl等 |
| 效率表达 | 最低效率 | 平均效率 |
4.3 实际应用差异
由于ISO 16890标准更贴近现代空气污染治理的实际需求，许多国际知名厂商已逐步采用该标准进行产品设计与认证。例如，Camfil（瑞典）、AAF（美国）、Donaldson（美国）等公司均已推出符合ISO 16890标准的新型高效空气过滤器产品。
在中国，GB/T 14295《空气过滤器》国家标准也在修订过程中引入了ISO 16890的相关内容，表明我国在空气过滤器标准化方面正积极向国际接轨。
五、国内与国外研究现状
5.1 国内研究进展
近年来，国内学者对ISO 16890标准的研究逐步深入。清华大学建筑学院在《暖通空调》期刊上发表的文章指出，ISO 16890标准相较于EN 779和ASHRAE 52.2更能反映空气过滤器在实际运行中的综合性能，尤其在PM2.5治理方面具有明显优势[1]。
此外，中国建筑科学研究院也开展了大量实验验证工作，认为ISO 16890标准适用于我国复杂的空气质量环境，建议在医院、学校、办公场所等重点场所推广使用该标准认证的过滤器[2]。
5.2 国外研究动态
在美国，加州大学伯克利分校的研究团队通过对多种过滤器在真实环境中PM2.5去除效率的实测发现，符合ISO 16890标准的ePM2.5-80等级过滤器在室内空气净化中表现出色，平均去除率达到88%以上[3]。
欧盟方面，德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）在其发布的报告中指出，ISO 16890标准有助于提升过滤器产品的透明度和可比性，有利于消费者做出更科学的选择[4]。
六、典型产品参数与案例分析
以下为几款符合ISO 16890标准的高效空气过滤器产品参数示例：
| 型号 | 制造商 | 分类等级 | 过滤效率（%） | 额定风量（m³/h） | 初始压降（Pa） | 尺寸（mm） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil Hi-Flo EPM | Camfil（瑞典） | ePM1-80 | ≥80 | 1200 | ≤150 | 610×610×370 |
| AAF Ultipleat PFG | AAF（美国） | ePM2.5-80 | ≥80 | 1000 | ≤130 | 592×592×360 |
| Donaldson Torit DeltaMAXX | Donaldson（美国） | ePM10-80 | ≥80 | 800 | ≤120 | 484×484×292 |
| 中科慧洁ZK-HF01 | 中科慧洁（中国） | ePM2.5-65 | ≥65 | 900 | ≤110 | 484×484×292 |
注：上述数据来源于各制造商公开资料及产品手册。
七、结论与展望
ISO 16890标准的实施标志着空气过滤器行业迈向更加精细化、科学化的方向。它不仅提升了过滤器性能评估的准确性，也为各国在空气质量控制方面的合作提供了统一的技术基础。未来，随着空气污染治理技术的不断进步，ISO 16890标准有望进一步完善，拓展至更高效率等级（如ePM0.5）或结合智能监测功能，实现过滤器性能的实时评估与反馈。
同时，国内相关企业和研究机构应加快对该标准的理解与应用，推动国产高效空气过滤器走向国际市场，满足日益增长的高品质空气净化需求。
参考文献
- 清华大学建筑学院，《空气过滤器标准演进及其对PM2.5治理的影响》，《暖通空调》，2020年第6期。
- 中国建筑科学研究院，《ISO 16890标准在我国的应用前景分析》，《建筑节能》，2021年第4期。
- California Air Resources Board (CARB), Indoor Air Quality Study on HVAC Filters, University of California, Berkeley, 2019.
- Fraunhofer Institute for Building Physics IBP, Evaluation of ISO 16890 Filter Classification in European Markets, 2020.
- ISO/TC 142/SC 1, Air filters for general ventilation – Part 1: Technical specifications, ISO 16890-1, 2016.
- GB/T 14295-2023，《空气过滤器》国家标准，中华人民共和国国家市场监督管理总局发布，2023年。
- Camfil Group, Hi-Flo EPM Product Specification Sheet, Camfil AB, Sweden, 2022.
- AAF International, Ultipleat PFG Filter Data Sheet, AAF Flanders Inc., USA, 2021.
- Donaldson Company, Torit DeltaMAXX Filter Performance Guide, Donaldson Co., USA, 2020.
（全文约3500字）
