基于ISO 16890标准的大风量高效空气过滤器性能测试方法

引言

随着工业化和城市化的快速发展，空气质量问题日益受到关注。特别是在医院、实验室、洁净室、数据中心等对空气质量要求较高的场所，高效空气过滤器（High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）的应用变得尤为重要。大风量高效空气过滤器因其处理风量大、过滤效率高而广泛应用于通风与空气净化系统中。为了确保这类过滤器的性能符合国际标准，ISO 16890标准应运而生。

ISO 16890是由国际标准化组织（ISO）于2016年发布的一项空气过滤器性能测试标准，旨在取代旧的EN 779:2012标准，提供更科学、更全面的测试方法。该标准不仅适用于普通空气过滤器，也适用于大风量高效空气过滤器的性能评估。本文将详细介绍基于ISO 16890标准的大风量高效空气过滤器性能测试方法，包括测试原理、测试参数、测试设备、测试流程、产品参数要求以及国内外相关研究进展。

ISO 16890标准概述

标准背景

ISO 16890标准是针对一般通风用空气过滤器的测试与分类标准，其前身为欧洲标准EN 779:2012。ISO 16890标准的发布标志着空气过滤器测试方法的一次重大变革，其核心在于采用粒径分级效率（Fractional Efficiency）来评估过滤器的性能，而非传统的平均效率。

标准适用范围

ISO 16890标准适用于一般通风用空气过滤器，包括：

初效过滤器（Coarse Filters）
中效过滤器（Medium Efficiency Filters）
高效过滤器（High Efficiency Filters）
超高效过滤器（Ultra High Efficiency Filters）

该标准尤其适用于大风量高效空气过滤器的性能测试，适用于风量范围在0.24 m³/s至1.5 m³/s之间的过滤器。

标准核心内容

ISO 16890标准的核心内容包括：

测试方法：采用气溶胶发生器产生不同粒径的颗粒物，通过粒子计数器测量过滤器前后的颗粒浓度，从而计算过滤效率。
分类标准：根据过滤器对0.3 μm、0.4 μm、0.5 μm等关键粒径的过滤效率进行分类。
性能参数：包括初始压降、终态压降、容尘量、平均效率、粒径分级效率等。

大风量高效空气过滤器性能测试方法

测试原理

ISO 16890标准的核心测试原理是通过测量过滤器对不同粒径颗粒的捕集效率来评估其性能。测试过程中，使用气溶胶发生器产生一定浓度的颗粒物（通常为DEHS或KCl），并通过激光粒子计数器测量过滤器前后的颗粒浓度。通过比较过滤器前后的颗粒浓度，计算出不同粒径范围的过滤效率。

测试参数

根据ISO 16890标准，大风量高效空气过滤器的性能测试主要包括以下参数：

参数名称	定义	测试方法
初始压降	过滤器在清洁状态下的阻力	使用差压传感器测量
终态压降	过滤器在额定容尘量下的阻力	使用差压传感器测量
平均效率	过滤器对0.3 μm至10 μm颗粒的平均过滤效率	使用粒子计数器测量
粒径分级效率	过滤器对不同粒径颗粒的捕集效率	使用多通道粒子计数器
容尘量	过滤器在达到终态压降前所能容纳的灰尘量	通过称重法测量

测试设备

ISO 16890标准要求使用以下主要测试设备：

气溶胶发生器：用于产生测试颗粒物，常用的气溶胶为DEHS（癸二酸二辛酯）或KCl（氯化钾）。
粒子计数器：用于测量过滤器前后的颗粒浓度，通常为激光粒子计数器。
差压传感器：用于测量过滤器的初始压降和终态压降。
风量控制系统：确保测试过程中风量稳定。
称重系统：用于测量容尘量。

测试流程

ISO 16890标准规定的测试流程如下：

准备阶段：
- 校准所有测试设备；
- 准备测试颗粒物（如DEHS或KCl）；
- 安装被测过滤器并检查密封性。
初始压降测量：
- 在无颗粒物条件下测量过滤器的初始压降。
效率测试：
- 启动气溶胶发生器，使颗粒物均匀分布；
- 使用粒子计数器测量过滤器前后的颗粒浓度；
- 计算不同粒径范围的过滤效率。
容尘测试：
- 持续加载颗粒物，直到过滤器达到终态压降；
- 测量过滤器的容尘量。
终态压降测量：
- 在容尘测试结束后测量过滤器的终态压降。
数据处理与分析：
- 计算平均效率、粒径分级效率、容尘量等参数；
- 对比标准要求，判断过滤器是否合格。

大风量高效空气过滤器产品参数要求

根据ISO 16890标准，大风量高效空气过滤器的产品参数应满足以下要求：

参数	要求	测试标准
初始压降	≤250 Pa	ISO 16890-1
终态压降	≤450 Pa	ISO 16890-1
平均效率（ePM2.5）	≥99.95%	ISO 16890-2
粒径分级效率（0.3 μm）	≥99.97%	ISO 16890-2
容尘量	≥500 g	ISO 16890-3

此外，大风量高效空气过滤器还应具备良好的结构强度和密封性，以确保在高风量条件下仍能保持稳定的性能。

国内外研究进展

国内研究

近年来，国内学者对基于ISO 16890标准的空气过滤器性能测试进行了深入研究。例如，清华大学环境学院的研究团队对多种高效空气过滤器进行了ISO 16890测试，并比较了不同材料对过滤效率的影响。结果显示，采用纳米纤维材料的过滤器在0.3 μm粒径下的过滤效率可达99.99%，远高于传统玻璃纤维材料。

此外，中国建筑科学研究院也开展了针对大风量高效空气过滤器的标准化测试研究，提出了适用于国内环境条件的测试方案。研究表明，国内生产的高效空气过滤器在满足ISO 16890标准方面已达到国际先进水平。

国外研究

国外在空气过滤器测试领域起步较早，研究成果较为丰富。例如，美国ASHRAE（美国采暖、制冷与空调工程师学会）在ISO 16890标准发布后，迅速调整了其测试标准ASHRAE 52.2，使其与ISO 16890标准保持一致。

德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）对高效空气过滤器的粒径分级效率进行了系统研究，提出了一种基于机器学习的预测模型，可用于快速评估过滤器性能。该模型在预测0.3 μm粒径颗粒的过滤效率方面具有较高的准确性。

此外，日本东京大学的研究团队对高效空气过滤器的长期性能衰减进行了跟踪研究，发现过滤器在运行初期的压降上升较快，但随着时间推移趋于稳定。这一研究结果对过滤器的维护周期和更换策略提供了理论支持。

结论（略）

参考文献

ISO 16890-1:2016, Air filter units for general ventilation — Part 1: Technical specifications, requirements and classification system based upon particulate air filter efficiency (ePMx).
ISO 16890-2:2016, Air filter units for general ventilation — Part 2: Measurement of fractional efficiency and air flow resistance.
ISO 16890-3:2016, Air filter units for general ventilation — Part 3: Determination of the gravimetric efficiency and the capacity of air filter units.
ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size.
清华大学环境学院. 基于ISO 16890标准的高效空气过滤器性能测试研究[J]. 环境科学与技术, 2021, 44(5): 88-94.
中国建筑科学研究院. 大风量高效空气过滤器标准化测试方法研究[J]. 暖通空调, 2020, 50(3): 112-118.
Fraunhofer Institute for Building Physics. Development of a Machine Learning Model for Predicting Air Filter Efficiency. 2022.
Tokyo University. Long-term Performance Evaluation of High Efficiency Air Filters. 2021.