基于EN 1822标准的高效颗粒空气过滤器分级与选型指南
概述
高效颗粒空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）广泛应用于洁净室、制药、生物安全实验室、医院手术室、核电站及航空航天等对空气质量要求极高的场所。其核心功能是去除空气中微米级甚至亚微米级的悬浮颗粒物，如细菌、病毒、尘埃、烟雾和放射性气溶胶等。
在欧洲，高效过滤器的性能评估主要依据EN 1822:2009《High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)》 标准，该标准由欧洲标准化委员会（CEN）制定，已成为全球范围内高效过滤器测试与分级的重要技术规范之一。相较于美国的IEST-RP-CC001或中国的GB/T 13554-2020标准，EN 1822采用更为科学的最易穿透粒径（Most Penetrating Particle Size, MPPS） 测试方法，能够更真实地反映过滤器在实际使用中的过滤效率。
本文将系统介绍基于EN 1822标准的高效颗粒空气过滤器的分级体系、测试原理、关键性能参数、选型原则，并结合国内外权威文献与工程实践，提供详实的数据支持与应用建议。
EN 1822标准简介
标准发展历程
EN 1822标准最早发布于1998年，现行版本为EN 1822:2009，全称为 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Testing and classification。该标准历经多次修订，逐步完善了测试方法与分类体系，现已被欧盟各国广泛采纳，并作为CE认证的技术依据之一。
与传统仅以0.3μm颗粒过滤效率为评价指标的方法不同，EN 1822引入了“最易穿透粒径”（MPPS）的概念，即在某一特定粒径下，过滤材料的穿透率最高。这一发现源于20世纪70年代美国学者D.Y.H. Pui等人在《Journal of Aerosol Science》上的研究，表明对于大多数高效滤材，MPPS通常位于0.1–0.3μm之间（Pui et al., 1977）。
参考文献：
Pui, D. Y. H., Chen, S. L., & Zuo, Z. F. (1977). "Measurement of aerosol filtration efficiency at high flow rates." Journal of Aerosol Science, 8(5), 361–371.
核心测试方法
EN 1822标准的核心测试流程包括以下几个步骤：
- 上游气溶胶发生：使用邻苯二甲酸二辛酯（DEHS）或乳胶球（Latex）作为测试气溶胶，粒径分布覆盖0.1–0.8μm。
- 扫描检测：采用粒子计数器对过滤器表面进行逐点扫描，测量局部穿透率。
- 确定MPPS：通过多通道粒径谱仪识别穿透率最高的粒径。
- 计算整体效率：基于MPPS下的平均穿透率进行分级。
该方法克服了传统“单一粒径测试”的局限性，提升了测试结果的科学性与可比性。
高效过滤器分级体系（EN 1822）
根据EN 1822:2009，高效空气过滤器按其在MPPS下的过滤效率分为多个等级，涵盖从EPA（高效空气过滤器）到ULPA（超高效空气过滤器）的完整系列。
分级标准表
| 过滤器类别 | 等级 | MPPS穿透率上限 (%) | 过滤效率 (%) | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| EPA（高效空气过滤器） | E10 | ≤10.0 | ≥90.0 | 一般通风系统预过滤 |
| E11 | ≤5.0 | ≥95.0 | 工业洁净环境 | |
| E12 | ≤0.5 | ≥99.5 | 医疗洁净区、精密制造 | |
| HEPA（高效微粒空气过滤器） | H13 | ≤0.25 | ≥99.75 | 手术室、制药车间 |
| H14 | ≤0.025 | ≥99.975 | 生物安全实验室（BSL-3）、无菌灌装线 | |
| ULPA（超高效空气过滤器） | U15 | ≤0.01 | ≥99.99 | 半导体洁净室、纳米实验室 |
| U16 | ≤0.005 | ≥99.995 | 高端光刻工艺、航天器装配 | |
| U17 | ≤0.001 | ≥99.999 | 极高洁净度要求场所 |
注：MPPS指最易穿透粒径，通常在0.12–0.18μm范围内。
分级逻辑解析
- E级（EPA）：适用于对空气质量有一定要求但非极端洁净的环境，常作为HEPA过滤器的前置保护。
- H级（HEPA）：国际公认用于生物安全与医药生产的关键过滤层级，H13与H14为最常用型号。
- U级（ULPA）：主要用于半导体、液晶面板等行业，需控制亚微米级污染。
参考文献：
European Committee for Standardization. (2009). EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking. Brussels: CEN.
关键性能参数详解
选择高效过滤器时，除关注过滤效率外，还需综合考虑以下技术参数：
1. 初始阻力（Initial Pressure Drop）
指在额定风量下，新过滤器两端的压差，单位为Pa。阻力越低，系统能耗越小。
| 等级 | 典型初始阻力（Pa） | 额定风速（m/s） |
|---|---|---|
| H13 | 180–220 | 0.45–0.55 |
| H14 | 220–260 | 0.45–0.55 |
| U15 | 250–300 | 0.40–0.50 |
| U17 | 300–380 | 0.35–0.45 |
数据来源：Camfil Farr, 2021产品手册；同济大学洁净技术研究所实验数据（张信荣等，2020）
2. 容尘量（Dust Holding Capacity）
表示过滤器在阻力达到终阻力前可容纳的粉尘总量，单位为g。容尘量越高，使用寿命越长。
| 等级 | 平均容尘量（g/m²） | 测试粉尘类型 |
|---|---|---|
| H13 | 450–600 | ASHRAE Dust |
| H14 | 400–550 | Potassium Chloride |
| U15 | 350–500 | Sodium Chloride |
注：测试条件依据EN 779:2012或ISO 16890标准模拟。
3. 防火等级
根据DIN 53438或UL 900标准，高效过滤器需具备一定的阻燃性能。
| 材料类型 | 防火等级 | 耐温能力（℃） | 应用限制 |
|---|---|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | F9（不燃） | ≤80（长期），≤260（短期） | 不适用于高温排风 |
| 覆膜PET支撑层 | F1（难燃） | ≤60 | 一般室内环境 |
| 不锈钢边框 | A1（不燃） | ＞800 | 高温或消防排烟系统 |
参考：中国建筑工业出版社《洁净厂房设计规范》GB 50073-2013条文说明
4. 泄漏率（Leakage Rate）
EN 1822要求对HEPA及以上级别过滤器进行局部扫描检漏测试，使用气溶胶光度计或粒子计数器检测。
- 合格标准：任意点穿透率 ≤ 规定等级穿透率的3倍
- 常见检测气溶胶：DEHS、PAO（聚α烯烃）
例如，H14级过滤器MPPS穿透率为0.025%，则局部泄漏限值为0.075%。
过滤器结构与材料
常见结构形式
| 结构类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 平板式 | 结构简单，初阻力低 | 低压系统、小型设备 |
| 有隔板 | 使用波形铝箔分隔，容尘量大 | 大风量洁净室主过滤 |
| 无隔板 | 折叠密、体积小，阻力适中 | 空间受限场合，如FFU |
| 袋式 | 多袋设计，表面积大 | 高浓度粉尘环境预处理 |
数据来源：AAF International 技术白皮书（2022）
滤材类型对比
| 滤材 | 成分 | MPPS效率（H13级） | 抗湿性 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 熔喷玻璃纤维 | SiO₂ + B₂O₃ | ≥99.97% @0.15μm | 强 | 中高 |
| 聚丙烯（PP）熔喷 | C₃H₆聚合物 | ≥99.5% @0.3μm | 弱 | 低 |
| ePTFE覆膜 | 聚四氟乙烯 | ≥99.99% @0.1μm | 极强 | 高 |
注：ePTFE（膨体聚四氟乙烯）滤材近年在ULPA领域广泛应用，具有优异的化学稳定性与低吸水率（Liu et al., 2021, Separation and Purification Technology）
选型原则与应用案例
1. 按洁净度等级选型（参照ISO 14644-1）
| 洁净室等级（ISO Class） | 推荐过滤器等级 | 换气次数（次/小时） | 典型行业 |
|---|---|---|---|
| ISO 5（Class 100） | H14 或 U15 | 300–600 | 半导体、无菌制剂 |
| ISO 6（Class 1,000） | H13 或 H14 | 150–300 | 医疗器械、食品包装 |
| ISO 7（Class 10,000） | H13 | 60–150 | 制药中间体、电子组装 |
| ISO 8（Class 100,000） | H10–H12 | 20–60 | 普通工业洁净区 |
引用：国家药品监督管理局《药品生产质量管理规范》（GMP）附录一：无菌药品，2023年修订版
2. 按应用场景细分
（1）生物医药领域
在无菌药品灌装线中，EN 1822规定的H14级过滤器为强制要求。根据《中国药典》2020年版四部通则9201“洁净室微生物控制”，A级洁净区必须使用经完整性测试合格的HEPA过滤器。
实践案例：某生物制药企业采用H14级无隔板过滤器（尺寸610×610×150mm），初阻力210Pa，经PAO扫描检漏后最大局部穿透率为0.022%，满足GMP审计要求。
（2）半导体制造
在光刻工艺区域，需使用U15及以上等级过滤器。据SEMI（国际半导体产业协会）标准F21-0802规定，洁净室空气中≥0.1μm颗粒浓度须控制在<10 pcs/ft³，对应需配置ULPA过滤系统。
数据支持：清华大学微电子所实验数据显示，在U16过滤器作用下，0.1μm颗粒去除率达99.998%，显著降低晶圆缺陷率（王浩然等，2023，《微纳电子技术》）
（3）医院感染控制
新冠疫情推动了HEPA在负压隔离病房的应用。国家卫健委《新型冠状病毒感染的肺炎防控方案》建议，排风系统应加装H13级以上过滤器，防止病毒气溶胶扩散。
研究佐证：复旦大学公共卫生学院研究发现，H14过滤器对0.12μm模拟冠状病毒气溶胶的去除效率达99.97%（Chen et al., 2021, Building and Environment）
国内外标准对比分析
| 项目 | EN 1822:2009（欧盟） | GB/T 13554-2020（中国） | IEST-RP-CC001.5（美国） |
|---|---|---|---|
| 测试粒径 | MPPS（0.1–0.3μm） | 0.3μm（钠焰法或油雾法） | 0.3μm（DOP法） |
| 效率定义 | MPPS穿透率 | 0.3μm颗粒计数效率 | 0.3μm质量或计数效率 |
| 分级方式 | 连续穿透率划分 | A/B/C三类（A类为高效） | 类似HEPA/ULPA |
| 检漏要求 | 必须扫描 | 可选光度计法 | 必须扫描 |
| 认证体系 | CE标志 | 中国环保产品认证（CCEP） | NSF/ANSI 49 |
注：GB/T 13554-2020虽仍以0.3μm为主，但已开始引入计数法测试，向国际靠拢。
尽管各国标准存在差异，但EN 1822因其科学性正被越来越多国家采纳。中国部分高端洁净工程项目已主动采用EN 1822作为验收依据。
安装与维护要点
正确安装方式
- 密封要求：使用液槽密封或刀边密封，确保无旁路泄漏。
- 气流方向：箭头标识必须与气流方向一致，避免滤纸变形。
- 框架材质：优先选用不锈钢或镀锌钢板，防止腐蚀。
定期检测项目
| 检测项目 | 检测频率 | 检测方法 | 合格标准 |
|---|---|---|---|
| 风速均匀性 | 每季度 | 热球风速仪 | 变异系数 ≤15% |
| 过滤器完整性 | 每半年 | PAO/DEHS扫描 | 局部穿透 ≤3×MPPS限值 |
| 阻力监测 | 持续 | 压差表 | ≤终阻力（通常为初阻2倍） |
| 微生物采样 | 每月 | 沉降菌/浮游菌 | 符合GMP或ISO 14698 |
参考：中国医药工程设计协会《医药洁净室调试与验证指南》（2021版）
市场主流品牌与产品参数对比
以下为全球主要高效过滤器制造商的部分典型产品参数（基于公开资料整理）：
| 品牌 | 型号 | 等级 | 尺寸（mm） | 初阻力（Pa） | 额定风量（m³/h） | 框架材质 | 产地 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | Hi-Flo ES | H14 | 610×610×292 | 220 | 1,300 | 镀锌钢 | 瑞典 |
| Donaldson | Ultra-Web Z | U15 | 500×500×150 | 280 | 900 | 铝合金 | 美国 |
| Kleanair | KA-HEPA-14 | H14 | 484×484×80 | 200 | 800 | 不锈钢 | 芬兰 |
| 苏州安泰 | AT-HEPA-H14 | H14 | 610×610×150 | 215 | 1,200 | 镀锌钢 | 中国 |
| 重庆银海 | YH-ULPA-U16 | U16 | 610×610×292 | 350 | 1,100 | 不锈钢 | 中国 |
数据来源：各公司官网产品目录（2023年更新）
发展趋势与技术创新
随着新材料与智能制造的发展，高效过滤器正朝着以下方向演进：
- 智能化监测：集成压差传感器与无线传输模块，实现远程状态监控（如Honeywell SmartFilter系统）。
- 纳米纤维复合滤材：通过静电纺丝技术制备直径<100nm的聚合物纤维，显著提升捕集效率并降低阻力（Zhang et al., 2022, ACS Nano）。
- 绿色可回收设计：开发可拆卸金属框架与可降解滤纸，减少废弃过滤器的环境负担。
- 抗病毒涂层技术：在滤材表面负载银离子或光催化剂，实现“过滤+灭活”双重功能（中科院过程工程研究所，2023年专利CN114534567A）。
总结（非结语性质，仅为内容延续）
EN 1822标准以其基于MPPS的科学测试方法，已成为全球高效空气过滤器性能评估的标杆。从E10到U17的完整分级体系，不仅满足了不同洁净等级的需求，也为工程设计提供了明确的技术依据。在生物医药、半导体、医疗防护等关键领域，正确选型与规范安装H13及以上等级的过滤器，是保障环境安全的核心措施。未来，随着智能传感、纳米材料与可持续设计理念的融合，高效过滤技术将持续进化，为人类健康与高端制造保驾护航。
