高效箱式过滤器的过滤效率测试方法与标准解读（EN 1822）
引言
高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）在空气净化、洁净室、医院、制药、生物工程等领域中扮演着至关重要的角色。其核心功能是通过物理拦截和吸附作用去除空气中的微粒污染物，确保空气质量达到特定等级。高效箱式过滤器作为HEPA的一种常见形式，广泛应用于各种工业与科研环境中。
为了评估高效箱式过滤器的实际性能，国际上制定了多个标准体系，其中欧洲标准EN 1822被广泛认为是最为权威和严谨的测试标准之一。本文将围绕EN 1822标准对高效箱式过滤器的过滤效率测试方法进行详细解析，并结合国内外研究文献，系统阐述相关参数、测试流程及实际应用意义。
一、高效箱式过滤器概述
1.1 定义与分类
高效箱式过滤器通常指安装于通风或净化设备中的模块化HEPA过滤单元，具有结构紧凑、便于更换、风阻小等特点。根据过滤效率的不同，可分为以下几类：
| 类别 | 过滤效率（≥0.3 μm） | 标准依据 |
|---|---|---|
| H10 | ≥85% | EN 1822:2009 |
| H11 | ≥95% | EN 1822:2009 |
| H12 | ≥99.5% | EN 1822:2009 |
| H13 | ≥99.95% | EN 1822:2009 |
| H14 | ≥99.995% | EN 1822:2009 |
注：H代表“High Efficiency”，数字越大表示过滤效率越高。
1.2 结构组成
高效箱式过滤器一般由以下几个部分构成：
- 滤材：常用玻璃纤维材料，具备高比表面积和低阻力特性；
- 框架：通常采用铝合金或镀锌钢板，保证结构强度；
- 密封条：防止气流旁通，提升整体密封性；
- 出入口接口：适配不同尺寸的通风系统；
- 压差监测孔：用于实时监控过滤器前后压差变化。
二、EN 1822标准简介
2.1 标准背景与发展
EN 1822是由欧洲标准化委员会（CEN）制定的一套关于高效空气过滤器性能测试的系列标准，首次发布于1998年，最新版本为EN 1822-1:2009至EN 1822-5:2021。该标准不仅规定了过滤效率的测试方法，还包括泄漏检测、分级原则等内容，成为全球范围内HEPA测试的重要参考依据。
相较于美国的IEST-RP-CC001标准，EN 1822更注重对粒子穿透率的精确测量，并引入了局部穿透率的概念，使得测试结果更具科学性和可重复性。
2.2 标准主要内容
EN 1822标准主要分为五个部分：
| 标准编号 | 内容概要 |
|---|---|
| EN 1822-1 | 分级、性能要求及测试条件 |
| EN 1822-2 | 粒子计数法测试程序 |
| EN 1822-3 | 局部穿透率和泄漏检测方法 |
| EN 1822-4 | 滤料分级测试 |
| EN 1822-5 | 压力损失和风量测试 |
三、过滤效率测试方法详解
3.1 测试原理
EN 1822推荐使用单分散或多分散气溶胶粒子计数法来测定过滤器的穿透率。测试过程中，将已知浓度的气溶胶粒子（如DEHS、PSL等）引入测试舱，在过滤器上下游分别采集样本并计数，计算出粒子穿透率（Penetration, P），从而得出过滤效率（Efficiency, η）：
$$
η = (1 – P) times 100%
$$
3.2 测试流程
根据EN 1822-2标准，典型测试流程如下：
- 预处理：调节过滤器温湿度至标准条件（温度23±2℃，相对湿度50±5%）；
- 气溶胶发生：使用气溶胶发生器生成指定粒径范围的粒子；
- 粒子计数：利用激光粒子计数器在过滤器上下游同时采样；
- 数据采集与分析：记录各粒径段的粒子数量，计算平均穿透率；
- 报告输出：生成测试报告，包括效率曲线、穿透率分布等。
3.3 关键测试参数
| 参数名称 | 单位 | 范围/说明 |
|---|---|---|
| 测试流量 | m³/h | 通常为100~3000 m³/h |
| 气溶胶类型 | — | DEHS、PSL、NaCl等 |
| 粒径范围 | μm | 0.1~1.0 μm（重点测试0.3 μm粒子） |
| 上游粒子浓度 | #/cm³ | 10⁵~10⁶ particles/cm³ |
| 测试时间 | min | 每个粒径点至少3分钟 |
| 温度/湿度控制 | ℃/%RH | 23±2℃ / 50±5% RH |
四、过滤效率分级与性能指标
4.1 分级标准
EN 1822-1规定了高效过滤器的分级标准，以最小穿透粒子（MPPS）处的效率为主要依据：
| 分级 | MPPS效率（%） | 对应ISO等级 | 应用场景示例 |
|---|---|---|---|
| E10 | ≥85% | ISO ePM2.5 80 | 工业除尘系统 |
| E11 | ≥95% | ISO ePM2.5 90 | 医院普通区域 |
| E12 | ≥99.5% | ISO ePM2.5 95 | 洁净手术室 |
| H13 | ≥99.95% | ISO ePM1 99.6 | 制药生产区 |
| H14 | ≥99.995% | ISO ePM1 99.97 | 生物安全实验室 |
4.2 性能对比分析
| 性能指标 | H10 | H11 | H12 | H13 | H14 |
|---|---|---|---|---|---|
| 效率（MPPS） | ≥85% | ≥95% | ≥99.5% | ≥99.95% | ≥99.995% |
| 穿透率（MPPS） | ≤15% | ≤5% | ≤0.5% | ≤0.05% | ≤0.005% |
| 压降（Pa）@340 m³/h | 180~220 | 200~240 | 220~260 | 240~280 | 260~300 |
| 尺寸（mm） | 610×610×90 | 同上 | 同上 | 同上 | 同上 |
数据来源：中国《GB/T 13554-2020 高效空气过滤器》与EN 1822标准对照。
五、国内外研究进展与案例分析
5.1 国内研究现状
近年来，国内高校与科研机构在高效过滤器测试技术方面取得显著进展。例如：
- 清华大学环境学院（2021）开展了基于EN 1822标准的HEPA滤材穿透率实验，验证了国产滤材在0.3 μm粒径下的平均穿透率为0.04%，达到H13级别。
- 中国建筑科学研究院（2020）针对医院洁净空调系统中的高效箱式过滤器进行了现场实测，结果显示其平均过滤效率为99.97%，符合H14等级要求。
5.2 国外研究成果
国外学者在高效过滤器测试方面起步较早，代表性成果包括：
- Kuwabara et al.（2018）在日本某半导体工厂中部署EN 1822测试系统，发现新型纳米纤维滤材在相同压降下效率提升了0.5个百分点。
- Japuntich et al.（2019）在美国国家可再生能源实验室（NREL）中对比了多种HEPA滤材在不同湿度条件下的效率稳定性，指出湿度超过70%时效率略有下降。
5.3 实际应用案例
| 案例名称 | 所属行业 | 使用标准 | 过滤器等级 | 测试结果 |
|---|---|---|---|---|
| 某三甲医院洁净手术室 | 医疗卫生 | EN 1822 | H13 | 平均效率99.96% |
| 某芯片制造厂洁净车间 | 半导体制造 | IEST & EN 1822 | H14 | 穿透率≤0.004% |
| 某疫苗生产车间 | 生物医药 | GB/T 13554 | H14 | 效率99.996% |
六、EN 1822与其他标准比较
| 标准名称 | 来源地 | 主要特点 | 适用领域 |
|---|---|---|---|
| EN 1822 | 欧洲 | 以粒子穿透率为基准，强调局部泄漏检测 | 医疗、洁净室、核电站 |
| IEST-RP-CC001 | 美国 | 侧重于整体效率测试，适用于洁净室认证 | 半导体、航空航天 |
| GB/T 13554 | 中国 | 参照EN 1822制定，增加中文操作指导 | 国内制造业、医疗 |
| DIN 24184 | 德国 | 专用于通风系统过滤器，包含噪音与能耗指标 | HVAC系统 |
七、测试设备与仪器选型建议
7.1 主要测试设备清单
| 设备名称 | 功能描述 | 推荐品牌（国外/国内） |
|---|---|---|
| 气溶胶发生器 | 生成标准粒子 | TSI（美）、苏州安泰科技 |
| 激光粒子计数器 | 计算粒子数量 | Met One（美）、中科仪科 |
| 测试风洞系统 | 控制气流与压力 | Camfil（瑞典）、清华同方 |
| 温湿度控制器 | 维持测试环境稳定 | Binder（德）、恒宇仪器 |
| 压差传感器 | 监测过滤器前后压差 | Honeywell、昆仑海岸 |
7.2 自动化测试平台发展趋势
随着工业4.0的发展，越来越多企业开始采用自动化测试平台，实现无人值守、远程监控与数据自动分析。例如，Camfil公司开发的智能测试系统可实时上传测试数据至云端，并自动生成符合EN 1822标准的PDF报告。
八、结论与展望（略去结语部分）
参考文献
- European Committee for Standardization. (2009). EN 1822-1:2009 – High efficiency air filters (HEPA and ULPA) for removing particles in air – Part 1: Classification, performance, testing and marking.
- European Committee for Standardization. (2021). EN 1822-2:2021 – High efficiency air filters (HEPA and ULPA) for removing particles in air – Part 2: Test method using particle counting.
- 国家市场监督管理总局. (2020). GB/T 13554-2020 高效空气过滤器. 北京: 中国标准出版社.
- 清华大学环境学院. (2021). "高效空气过滤器在医院洁净系统中的应用研究". 暖通空调, 41(6), 45–52.
- 中国建筑科学研究院. (2020). "医院洁净手术室高效过滤器运行效果评估". 建筑节能, 48(10), 112–116.
- Kuwabara, K., et al. (2018). "Performance Evaluation of HEPA Filters under Various Humidity Conditions in Semiconductor Cleanrooms". Aerosol Science and Technology, 52(4), 432–441.
- Japuntich, D. A., et al. (2019). "Comparative Study on the Efficiency of Different HEPA Media in High Humidity Environments". Journal of Aerosol Research, 35(2), 123–135.
注：本文内容综合整理自公开标准文件、学术期刊与行业研究报告，旨在提供全面、系统的高效箱式过滤器测试知识。所有引用资料均已注明来源，如有侵权请联系删除。
