基于ISO 16890标准的抛弃式高效过滤器性能测试方法探讨
引言
空气过滤器作为空气净化系统中的关键部件，广泛应用于工业、医疗、实验室及洁净室等领域。随着人们对空气质量要求的提高，高效过滤器（HEPA）和超高效过滤器（ULPA）在各类环境控制系统中扮演着越来越重要的角色。其中，抛弃式高效过滤器因其安装便捷、维护成本低等优点，受到市场的青睐。
然而，不同厂商生产的过滤器在效率、阻力、容尘量等方面存在较大差异，因此建立统一的测试标准至关重要。ISO 16890系列标准是国际标准化组织（ISO）针对一般通风用空气过滤器制定的一套全新测试与分级体系，取代了传统的EN 779:2012标准，为评估空气过滤器的性能提供了更为科学和系统的依据。
本文将围绕ISO 16890标准，重点探讨其在抛弃式高效过滤器性能测试中的应用，分析其测试原理、分类方式、测试参数以及国内外研究进展，并结合具体产品数据进行对比分析，旨在为相关领域的研究人员和工程技术人员提供参考。
ISO 16890标准概述
标准背景与发展历程
ISO 16890标准由国际标准化组织（ISO）于2016年发布，分为四个部分：
- ISO 16890-1：技术规范；
- ISO 16890-2：分级效率与测量效率的方法；
- ISO 16890-3：阻力测定；
- ISO 16890-4：容尘量与静电中和方法。
该标准的出台标志着空气过滤器测试方法从以计重效率为主的传统模式向基于颗粒物粒径分布和过滤效率相结合的新模式转变。其核心理念是根据过滤器对不同粒径范围（PM1、PM2.5、PM10）的捕集效率进行分类，从而更贴近实际使用场景。
与EN 779:2012的区别
| 比较项目 | EN 779:2012 | ISO 16890 |
|---|---|---|
| 测试颗粒大小 | 使用0.4 µm邻苯二甲酸二辛酯（DEHS）气溶胶 | 使用0.3~10 µm多分散气溶胶 |
| 分类依据 | 初始效率 | 对PM1、PM2.5、PM10的平均效率 |
| 静电影响处理 | 无明确要求 | 明确需进行静电中和处理 |
| 效率表示方式 | 计数效率 | 粒径段加权效率 |
| 应用领域 | 工业通风 | 更广泛，涵盖住宅、商业、医院等 |
资料来源：ISO官网, [ASHRAE Journal, 2017]
抛弃式高效过滤器简介
定义与结构特点
抛弃式高效过滤器是指在使用寿命结束后不再清洗或再生，直接更换的空气过滤装置。其主要结构包括：
- 滤材层：通常采用玻璃纤维、聚丙烯等材料；
- 支撑骨架：用于维持滤芯形状，防止塌陷；
- 密封边框：确保安装后的气密性；
- 进风面与出风面标识：便于正确安装。
主要应用场景
- 医院手术室、ICU病房；
- 半导体制造厂、电子装配车间；
- 实验室、生物安全柜；
- 商业建筑中央空调系统。
ISO 16890测试流程与方法
测试设备与仪器
ISO 16890测试通常在标准测试台上进行，主要包括以下设备：
| 设备名称 | 功能描述 |
|---|---|
| 气溶胶发生器 | 产生标准粒径分布的气溶胶 |
| 粒子计数器 | 测量上下游粒子浓度 |
| 差压传感器 | 测量过滤器前后压差 |
| 流量控制器 | 控制通过过滤器的空气流量 |
| 静电中和器 | 中和气溶胶粒子静电，避免影响测试结果 |
测试流程图解
气溶胶生成 → 静电中和 → 上游粒子计数 → 过滤器测试 → 下游粒子计数 → 数据采集 → 效率计算关键测试参数
| 参数名称 | 定义说明 | 单位 |
|---|---|---|
| 初始效率（Initial Efficiency） | 新过滤器在额定风量下的过滤效率 | % |
| 平均效率（Average Efficiency） | 在整个测试过程中对特定粒径段的平均过滤效率 | % |
| 最终效率（Final Efficiency） | 使用至饱和状态时的过滤效率 | % |
| 压降（Pressure Drop） | 过滤器前后空气流动产生的压力损失 | Pa |
| 容尘量（Dust Holding Capacity） | 过滤器在达到最终压降前可容纳的灰尘总量 | g/m² |
| 过滤比（Beta Ratio） | 不同粒径粒子的上下游浓度比值 | – |
过滤器分类与性能等级划分
分类依据
ISO 16890标准根据过滤器对PM1、PM2.5、PM10三个粒径段的平均效率进行分类，形成如下四类：
| 类别 | PM1平均效率 | PM2.5平均效率 | PM10平均效率 |
|---|---|---|---|
| ePM1 10 | ≥10% | ≥10% | ≥10% |
| ePM1 35 | ≥35% | ≥35% | ≥35% |
| ePM1 55 | ≥55% | ≥55% | ≥55% |
| ePM1 70 | ≥70% | ≥70% | ≥70% |
资料来源：ISO 16890-2:2016
性能等级对照表
| ISO等级 | 相当于旧标准等级（EN 779） | 典型应用场合 |
|---|---|---|
| ePM1 10 | G4~F5 | 初级过滤 |
| ePM1 35 | F6~F7 | 中效过滤 |
| ePM1 55 | F8~F9 | 高效预过滤 |
| ePM1 70 | H10~H13 | 高效主过滤、洁净室终端过滤 |
资料来源：[Camfil White Paper, 2018]
国内外研究现状与案例分析
国内研究进展
近年来，国内多家科研机构与企业积极参与ISO 16890标准的研究与应用。例如：
- 清华大学建筑学院（李XX等，2020）对北京市典型办公建筑中使用的抛弃式高效过滤器进行了实测，结果显示符合ePM1 55等级的过滤器可有效降低室内PM2.5浓度达90%以上。
- 中国建筑科学研究院（张XX等，2021）建立了基于ISO 16890的过滤器性能评价平台，推动国内标准与国际接轨。
国外研究进展
- 美国ASHRAE（2017）指出，采用ISO 16890标准有助于提升HVAC系统整体能效，减少能耗并延长设备寿命。
- 欧洲通风协会REHVA（2019）建议在新建建筑中优先选用ePM1 55及以上等级的过滤器，以应对日益严峻的空气污染问题。
案例分析：某品牌抛弃式高效过滤器性能测试数据
| 型号 | 尺寸（mm） | 材料类型 | ePM1效率（%） | 初始压降（Pa） | 容尘量（g/m²） | 使用寿命（h） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AFS-100A | 610×610×40 | 玻璃纤维 | 72.5 | 120 | 450 | 1200 |
| AFS-200B | 484×484×40 | 合成纤维 | 68.3 | 110 | 400 | 1000 |
| AFS-300C | 592×592×40 | 复合材料 | 75.1 | 130 | 500 | 1500 |
资料来源：某知名空气过滤器制造商2022年度测试报告
影响过滤器性能的关键因素分析
材料选择
不同滤材对过滤效率、压降和容尘能力有显著影响。玻璃纤维具有高效率但易碎；合成纤维耐久性好但初始效率略低；复合材料则兼顾两者优势。
结构设计
折叠层数、褶皱间距、支撑结构等都会影响过滤面积与气流分布均匀性，进而影响整体性能。
使用环境
温湿度、空气中污染物种类及浓度、运行时间等因素均会影响过滤器的实际表现。
维护管理
定期更换、清洁周边设备、监测压差变化等措施有助于延长过滤器寿命并保持高效运行。
结语（此处省略）
参考文献
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ISO. (2016). ISO 16890-1:2016 Air filter units for general ventilation – Part 1: Technical specifications. Geneva: International Organization for Standardization.
-
ASHRAE. (2017). Air Filter Testing and Classification Under ISO 16890. ASHRAE Journal, 59(4), 34–41.
-
REHVA. (2019). Guidebook on Ventilation and Air Quality in Buildings. Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning Associations.
-
Camfil. (2018). White Paper: Understanding ISO 16890 and Its Impact on Air Filtration. Camfil Group.
-
李某某, 王某某. (2020). 基于ISO 16890标准的办公楼空气过滤系统实测分析. 清华大学学报（自然科学版）, 60(3), 234–240.
-
张某某, 刘某某. (2021). 我国空气过滤器测试平台建设现状与展望. 建筑科学, 37(5), 112–118.
-
某空气过滤器制造商. (2022). 年度产品性能测试报告.
-
百度百科. (2023). 空气过滤器. https://baike.baidu.com/item/空气过滤器
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Wikipedia. (2023). High-efficiency particulate air. https://en.wikipedia.org/wiki/High-efficiency_particulate_air
