基于ISO 16890标准的医院用高效空气过滤器性能评估
引言
在现代医疗环境中，空气质量对于患者康复、医护人员健康以及手术室环境控制至关重要。医院作为高风险场所，其空气净化系统依赖高效的空气过滤设备来去除空气中的颗粒物（PM）、微生物及有害气体。空气过滤器的性能评估直接关系到医院空气质量控制的效果和系统的运行效率。
国际标准化组织（ISO）于2016年发布《ISO 16890: Air filter for general ventilation — Testing and classification for particulate air filtration》标准，替代了传统的EN 779标准，成为全球通用的通风用空气过滤器分类与测试方法。该标准基于颗粒物粒径分级效率进行评价，更加科学地反映了空气过滤器在实际应用中的性能表现。
本文将围绕ISO 16890标准的核心内容，结合医院环境下对高效空气过滤器的具体需求，系统分析其性能评估指标、产品参数、测试方法，并引用国内外权威文献对相关技术进行探讨，旨在为医院空气过滤系统的选型与优化提供理论依据和技术支持。
ISO 16890标准概述
标准背景
ISO 16890系列标准由ISO/TC 142（清洁空气技术委员会）制定，取代了之前广泛使用的EN 779标准。相较于后者仅以0.4 μm粒子的平均效率划分等级（如G级、F级、E级），ISO 16890标准更注重对不同粒径范围内的颗粒物过滤效率进行量化评估。
标准结构
ISO 16890标准分为以下几个部分：
| 部分编号 | 内容描述 |
|---|---|
| ISO 16890-1:2016 | 术语、定义与分类 |
| ISO 16890-2:2016 | 粒子计数效率测试方法 |
| ISO 16890-3:2016 | 质量法测定初始压降与阻力 |
| ISO 16890-4:2016 | 分类与标记方法 |
该标准适用于一般通风系统中使用的空气过滤器，特别适用于医院、实验室、洁净车间等对空气质量要求较高的场所。
医院用高效空气过滤器的应用需求
医院空气过滤系统需应对以下挑战：
- 病原体控制：如细菌、病毒、真菌孢子等。
- 微粒污染控制：如PM2.5、PM10等可吸入颗粒物。
- 异味与气态污染物处理：如甲醛、VOCs（挥发性有机化合物）。
- 节能与运行稳定性：保证长期运行下的低能耗与高效率。
因此，医院常用的空气过滤器类型包括：
| 类型 | 过滤对象 | 效率范围 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 初效过滤器 | 大颗粒粉尘 | ≥60% @ ePM10 | 新风入口预处理 |
| 中效过滤器 | 细小颗粒 | ≥60% @ ePM2.5 | 空调机组前段 |
| 高效过滤器（HEPA） | 微生物、PM0.3 | ≥99.97% @ 0.3 μm | 手术室、ICU等洁净区域 |
| 超高效过滤器（ULPA） | 极细颗粒 | ≥99.999% @ 0.12 μm | 生物安全实验室 |
其中，HEPA和ULPA过滤器是医院核心区域的关键净化设备，必须符合严格的性能标准。
ISO 16890标准下的性能评估方法
测试原理
ISO 16890采用粒子计数法测量过滤效率，主要针对三种粒径范围：
- ePM1.0：直径大于等于1.0 μm的颗粒
- ePM2.5：直径大于等于2.5 μm的颗粒
- ePM10：直径大于等于10 μm的颗粒
通过测量过滤前后空气中各粒径段的粒子浓度，计算出对应的过滤效率。
性能等级划分
根据ePM1.0、ePM2.5和ePM10的过滤效率，ISO 16890将空气过滤器划分为四个基本类别：
| 类别 | ePM1.0效率范围 | ePM2.5效率范围 | ePM10效率范围 |
|---|---|---|---|
| ISO ePM1.0 10 | ≥90% | – | – |
| ISO ePM1.0 7 | ≥70%，<90% | – | – |
| ISO ePM1.0 4 | ≥40%，<70% | – | – |
| ISO Coarse | <40% | – | – |
同理，ePM2.5和ePM10也有相应等级划分。例如，一个过滤器若满足ePM1.0≥70%，则标记为“ISO ePM1.0 7”。
压降与阻力测试
ISO 16890-3规定了空气过滤器在额定风速下的初始压降（ΔP）测试方法。压降是影响系统能耗的重要因素，通常以Pa为单位表示。
| 过滤器类型 | 典型初始压降范围（Pa） |
|---|---|
| 初效过滤器 | 20~80 |
| 中效过滤器 | 80~150 |
| HEPA过滤器 | 150~250 |
| ULPA过滤器 | 250~400 |
医院用高效空气过滤器的性能对比分析
以下表格展示了目前市场上几种常见高效空气过滤器在ISO 16890标准下的性能参数对比（数据来源：Camfil, Donaldson, Freudenberg Filtration Technologies）：
| 品牌 | 模型 | ePM1.0效率 | ePM2.5效率 | ePM10效率 | 初始压降（Pa） | 材质 | 推荐应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | Hi-Flo ES | ≥95% | ≥99% | ≥99.9% | 180 | 合成纤维+玻纤 | 手术室、ICU |
| Donaldson | Torit® Ultra-Guard | ≥92% | ≥98% | ≥99.8% | 200 | 玻璃纤维 | 实验室、药房 |
| Freudenberg | Viledon HyClass E | ≥90% | ≥97% | ≥99.5% | 160 | 静电增强材料 | 洁净走廊、病房 |
| AAF Flanders | MicroPlus | ≥93% | ≥98.5% | ≥99.9% | 190 | 合成无纺布 | 医疗器械室 |
从上表可以看出，不同品牌和型号的过滤器在效率和阻力之间存在权衡。选择时应结合医院具体用途、系统风量配置以及运行成本综合考虑。
国内外研究现状与实践案例
国内研究进展
中国近年来在空气过滤领域取得了显著进步。清华大学建筑学院在《暖通空调》期刊中发表的研究指出，采用符合ISO 16890标准的高效过滤器可使医院室内PM2.5浓度降低至10 μg/m³以下，显著优于传统EN 779标准产品 [1]。
北京协和医院在其新建洁净手术部中全面采用ISO 16890认证的HEPA过滤器，配合智能控制系统，实现了全年空气质量稳定达标 [2]。
国外研究成果
美国ASHRAE（美国采暖制冷与空调工程师学会）在其标准ASHRAE Standard 52.2中也采纳了类似ISO 16890的粒径分级测试方法。研究表明，采用ISO 16890标准筛选的过滤器在实际运行中可提升系统整体能效达15%以上 [3]。
德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer IPA）通过对欧洲多所医院的实证研究发现，使用ISO ePM1.0 7及以上等级的过滤器，可有效减少术后感染率约20% [4]。
结构设计与安装建议
过滤器结构设计
现代高效空气过滤器多采用褶皱式结构，以增加过滤面积并降低气流阻力。典型结构如下：
| 层次 | 功能 |
|---|---|
| 预过滤层 | 捕获大颗粒，延长主滤材寿命 |
| 主滤材层 | 高效过滤微粒，常用玻璃纤维或合成材料 |
| 支撑框架 | 提供机械强度，防止变形 |
| 密封边框 | 确保安装密封性，防止泄漏 |
安装与维护要点
- 安装方向：注意标注的气流方向，避免反装导致效率下降；
- 密封性检查：定期使用粒子计数器检测安装缝隙；
- 更换周期：依据压差报警信号或厂家推荐时间进行更换；
- 系统匹配：确保过滤器与风机、管道尺寸匹配，避免局部风速过高造成穿透。
成本与经济性分析
虽然高效空气过滤器的初投资较高，但其带来的健康效益和节能回报显著。以下为某三甲医院改造项目中的成本对比（数据来源：医院运营报告）：
| 项目 | 传统EN 779过滤器 | ISO 16890过滤器 |
|---|---|---|
| 单位价格（元） | 800 | 1200 |
| 更换周期（月） | 6 | 12 |
| 年耗电量（kWh） | 1200 | 1000 |
| 年维护费用（元） | 1500 | 1000 |
| 年总成本（含能耗） | 3000 | 2200 |
由此可见，尽管初期投入略高，但长期来看ISO 16890过滤器更具经济优势。
结论（注：原文未包含结语）
参考文献
[1] 清华大学建筑学院. “医院空气净化系统中高效过滤器性能研究”.《暖通空调》, 2021年第5期.
[2] 北京协和医院后勤管理处. “洁净手术部空气过滤系统升级报告”, 2022.
[3] ASHRAE. “Standard 52.2-2017: Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.” Atlanta: ASHRAE, 2017.
[4] Fraunhofer IPA. “Air Filtration in Hospitals – Impact on Infection Rates and Energy Consumption.” Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation, 2019.
[5] ISO. “ISO 16890: Air Filter for General Ventilation – Testing and Classification for Particulate Air Filtration.” Geneva: International Organization for Standardization, 2016.
[6] Camfil Group. “Hi-Flo ES Product Specification Sheet.” Stockholm: Camfil AB, 2023.
[7] Donaldson Company Inc. “Torit® Ultra-Guard Technical Data.” Minneapolis: Donaldson, 2022.
[8] Freudenberg Filtration Technologies. “Viledon HyClass E Brochure.” Weinheim: Freudenberg SE, 2021.
[9] AAF International. “MicroPlus High-Efficiency Filter Catalog.” Louisville: AAF Flanders, 2020.
[10] 百度百科. “空气过滤器”. https://baike.baidu.com/item/空气过滤器, 访问日期：2024年5月。
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