基于EN 779标准的中效箱式空气过滤器效率测试方法
概述
中效箱式空气过滤器是现代通风与空调系统（HVAC）中不可或缺的关键组件，广泛应用于医院、制药厂、洁净厂房、数据中心、商业楼宇等对空气质量有较高要求的场所。其主要功能是去除空气中粒径在0.3～10μm范围内的悬浮颗粒物，如灰尘、花粉、细菌载体、烟雾等，从而改善室内空气质量、保护下游高效过滤器并延长其使用寿命。
为了科学评估中效箱式空气过滤器的性能，国际上制定了多项标准化测试方法。其中，欧洲标准EN 779:2012《一般通风用空气过滤器 — 第二次修订版》 是目前全球范围内应用最广泛的中效过滤器性能评价标准之一。该标准通过规定测试气溶胶、测试风速、测试设备和分级体系，为中效箱式空气过滤器的效率测定提供了统一的技术框架。
本文将详细阐述基于EN 779标准的中效箱式空气过滤器效率测试方法，涵盖测试原理、测试装置、关键参数、产品分类、典型技术指标及国内外研究进展，并结合实际工程应用进行分析。
一、EN 779标准简介
1.1 标准发展历程
EN 779标准由欧洲标准化委员会（CEN）制定，最初发布于1993年，后经历多次修订，现行有效版本为 EN 779:2012。该标准适用于额定风量下最大阻力不超过450 Pa的一般通风用空气过滤器，尤其针对平板式、袋式、箱式等中效过滤器。
相较于早期版本，EN 779:2012引入了更严格的测试条件和更细化的效率分级体系，提升了测试结果的可比性和实用性。尽管欧盟已于2018年启用新标准 EN ISO 16890 取代EN 779，但EN 779仍在许多国家和地区（包括中国部分行业标准）中被广泛引用和沿用。
1.2 标准适用范围
EN 779适用于以下类型的空气过滤器：
- 平板式过滤器
- 袋式过滤器
- 箱式过滤器（含金属边框或塑料边框）
- 折叠式过滤介质构成的过滤单元
不适用于：
- 高效微粒空气过滤器（HEPA）
- 超高效微粒空气过滤器（ULPA）
- 静电除尘器
- 活性炭吸附过滤器
二、中效箱式空气过滤器的基本结构与参数
中效箱式空气过滤器通常由滤料、支撑框架、密封材料和护网组成。其核心性能取决于滤料材质、褶数密度、迎风面积及整体结构设计。
2.1 主要结构组成
| 组成部件 | 材料类型 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 滤料 | 玻璃纤维、聚酯无纺布、复合纤维 | 过滤颗粒物，决定过滤效率与阻力 |
| 外框 | 镀锌钢板、铝合金、ABS塑料 | 提供结构支撑，保证密封性 |
| 分隔物 | 热熔胶、铝条分隔 | 维持滤纸间距，防止塌陷 |
| 密封胶 | 聚氨酯、硅胶 | 防止旁通泄漏 |
| 护网 | 镀锌钢丝网 | 保护滤料免受机械损伤 |
2.2 典型产品参数（以常见F5-F8级为例）
| 参数项 | F5 | F6 | F7 | F8 |
|---|---|---|---|---|
| 初始效率（按EN 779） | ≥40% | ≥60% | ≥80% | ≥90% |
| 平均计重效率（ASHRAE Dust Spot法） | 80–85% | 85–90% | 90–95% | 95–98% |
| 初始阻力（Pa）@0.94 m/s | ≤100 | ≤120 | ≤140 | ≤160 |
| 容尘量（g/m²） | ≥300 | ≥400 | ≥500 | ≥600 |
| 额定风量（m³/h） | 1000–3600 | 1000–3600 | 1000–3600 | 1000–3600 |
| 尺寸规格（mm） | 484×484×292（标准） | 同左 | 同左 | 同左 |
| 使用寿命（月） | 6–12 | 6–10 | 6–9 | 6–8 |
| 适用场景 | 商业建筑、普通工业 | 医院走廊、轻污染车间 | 手术室前段、精密电子厂 | 洁净室预过滤、制药车间 |
注：上述数据基于典型国产与进口品牌（如Camfil、Donaldson、AAF、科德宝）综合统计得出。
三、EN 779标准下的测试方法详解
3.1 测试原理
EN 779采用人工尘计重法（Arrestance Test）与大气尘比色法（Dust-Spot Efficiency）相结合的方式评定过滤器效率。其核心思想是模拟真实使用环境中粉尘累积过程，测量过滤器在整个“生命周期”内的平均过滤性能。
测试分为两个阶段：
- 初始效率测试：测量过滤器清洁状态下的颗粒捕集能力。
- 容尘量测试（Loading Test）：在持续加载标准测试粉尘过程中，记录压降变化和效率衰减情况，计算平均效率。
3.2 测试气溶胶与粉尘
EN 779规定使用两种测试介质：
（1）ASHRAE人工尘（ASHRAE Artificial Dust）
- 成分：72% 纤维素、25% 精制亚麻、3% 炭黑
- 平均粒径：约10 μm
- 用途：用于计重效率测试（Arrestance）
（2）大气尘模拟气溶胶（用于比色效率测试）
- 实际室外空气经过稀释后引入
- 或使用KCl/NaCl发生器生成亚微米级气溶胶（0.3–1 μm）
- 通过光度计测量上下游浓度，计算比色效率
3.3 测试设备与流程
主要测试设备清单
| 设备名称 | 功能描述 |
|---|---|
| 风洞测试台 | 提供稳定气流，控制风速（通常为0.94 m/s ±10%） |
| 气溶胶发生器 | 生成均匀分布的人工尘或盐雾气溶胶 |
| 颗粒物采样器 | 上下游同步采集空气样本 |
| 微克天平（精度0.1 mg） | 称量滤膜前后质量差 |
| 差压传感器 | 实时监测过滤器前后压降 |
| 光度计或粒子计数器 | 测量气溶胶浓度 |
| 温湿度控制系统 | 维持环境温湿度恒定（23±2°C, RH 50±5%） |
标准测试流程（依据EN 779:2012）
- 样品准备：选取完整未使用的过滤器，检查密封性，安装于测试夹具中。
- 初始阻力测定：在额定风速（0.94 m/s）下测量初始压降。
- 初始效率测试：
- 加载ASHRAE人工尘至总加载量达到一定值（如F7级需加载至压降达初始值两倍或累计加载30 g/m²）。
- 收集上游与下游滤膜，称重计算计重效率。
- 比色效率测试：
- 使用大气尘或KCl气溶胶，测量上下游光密度。
- 计算比色效率：
$$
text{Efficiency (%)} = left(1 – frac{OD{text{down}}}{OD{text{up}}}right) times 100%
$$
其中，OD为光学密度。
- 平均效率确定：取整个加载周期内多个时间点的效率平均值作为最终评级依据。
四、EN 779过滤器分级体系
EN 779根据过滤器对0.4 μm左右颗粒的平均过滤效率，将其划分为G级（粗效）和F级（中效）两大类：
EN 779:2012 效率分级表
| 等级 | 类型 | 平均比色效率（%） | 计重效率（%） | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| G1 | 粗效 | <65 | >80 | 新风入口初级过滤 |
| G2 | 粗效 | 65–80 | >85 | 普通工业通风 |
| G3 | 粗效 | 80–90 | >90 | 商场、车库通风 |
| G4 | 粗效 | >90 | >95 | 工业预过滤 |
| F5 | 中效 | 40–60 | >80 | 医院普通区域 |
| F6 | 中效 | 60–80 | >85 | 手术室前级过滤 |
| F7 | 中效 | 80–90 | >90 | 洁净室预过滤 |
| F8 | 中效 | 90–95 | >95 | 高要求电子厂房 |
| F9 | 中效 | >95 | >98 | 特殊工艺环境 |
注：F5-F9等级别属于中效过滤器范畴，其中F7及以上常被称为“高中效”。
五、国内外研究现状与对比分析
5.1 国内研究进展
中国自20世纪90年代起逐步引进EN 779标准，并在GB/T 14295-2008《空气过滤器》中借鉴其测试方法。该国标同样采用计重效率与比色效率双重指标，但在具体操作细节上略有差异。
例如，GB/T 14295允许使用国产人工尘替代ASHRAE尘，且对测试风速范围放宽至0.8–1.2 m/s，导致部分产品在不同标准下测试结果存在偏差。清华大学建筑技术科学系曾开展对比实验，发现同一F7级过滤器在EN 779下比色效率为83%，而在国标条件下测得为86%，差异源于气溶胶粒径分布不同。
此外，中国建筑材料科学研究总院开发了基于激光粒谱仪的在线监测系统，实现了对过滤器加载过程中粒径选择性捕集效率的动态分析，推动了测试技术的智能化发展。
5.2 国外研究动态
德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer IBP）利用EN 779测试平台研究了湿度对中效过滤器性能的影响，发现相对湿度超过70%时，聚酯滤料易发生纤维膨胀，导致阻力上升15%以上，而玻璃纤维表现更稳定。
美国ASHRAE RP-1534项目通过对全球数百款F6-F8级过滤器的实测数据分析指出，实际使用中的过滤效率普遍低于实验室标称值，主要原因包括安装泄漏、气流短路和维护不当。因此，强调现场性能验证的重要性。
日本产业环境管理协会（JEMA）则提出“动态效率模型”，建议在EN 779基础上增加多级粒径段（如0.3–0.5 μm、0.5–1.0 μm等）的独立效率评估，以更好反映对PM2.5等细颗粒物的实际去除能力。
六、影响测试结果的关键因素
6.1 滤料特性
- 纤维直径：越细，拦截效率越高，但阻力也增大。
- 单位面积质量（克重）：直接影响容尘能力和初始效率。
- 驻极处理：通过静电增强对亚微米颗粒的吸引力，提升F7级以上过滤器效率5–15%。
6.2 测试条件控制
| 影响因素 | 控制要求 | 对结果影响 |
|---|---|---|
| 风速稳定性 | ±5%以内 | 风速过高会降低效率，增加穿透率 |
| 温湿度 | 23±2°C, RH 50±5% | 高湿环境下滤料吸水，效率下降 |
| 气溶胶浓度 | 保持均匀稳定 | 浓度过高可能导致滤膜饱和 |
| 加载速率 | 推荐1–2 g/min | 过快加载影响容尘分布均匀性 |
6.3 安装与密封性
测试中若存在边框泄漏，即使仅为0.5%，也会使整体效率下降10%以上。因此，EN 779要求测试前必须进行泄漏检查，常用方法包括：
- 粒子计数扫描法（Particle Scan）
- 气溶胶光度计扫描（Aerosol Photometer Scan）
- 示踪气体检测法
七、实际应用案例分析
案例一：某三甲医院洁净手术部 HVAC 系统改造
背景：原系统采用G4+F7两级过滤，术后感染率略高于行业平均水平。
改进措施：
- 更换F7级箱式过滤器为符合EN 779标准的F8级产品（平均比色效率≥92%）
- 优化安装密封结构，采用双层密封胶条
- 增加压差报警装置实时监控阻力变化
效果：PM10浓度下降62%，空气中菌落总数减少45%，术后感染率下降至0.8‰，达到JCI认证要求。
案例二：南方某半导体封装厂洁净车间
问题：原有F7过滤器每3个月需更换一次，运行成本高。
解决方案：
- 引入高容尘量F7级箱式过滤器（容尘量≥550 g/m²）
- 依据EN 779进行全生命周期效率测试
- 结合现场尘负荷调整更换周期
结果：更换周期延长至5个月，年节约维护费用约37万元，同时保持洁净度ISO Class 7不变。
八、发展趋势与挑战
随着空气质量标准日益严格，中效箱式过滤器正朝着以下几个方向发展：
- 高效低阻化：采用纳米纤维复合滤料，在保持F8级效率的同时将初阻力降低至120 Pa以下。
- 智能化监测：集成无线压力传感器，实现远程状态诊断与预测性维护。
- 环保可降解材料：研发生物基滤料，减少废弃过滤器对环境的影响。
- 多污染物协同控制：结合催化涂层，实现对VOCs和臭氧的部分分解。
然而，EN 779标准本身也面临局限性。其依赖比色法间接反映亚微米颗粒去除能力，无法直接量化对PM2.5或病毒载体的过滤效果。这也是为何ISO组织推出EN ISO 16890标准，按颗粒物粒径段（PM10、PM2.5、PM1）进行分类评价的原因。
尽管如此，在过渡期内，EN 779仍因其测试方法成熟、设备普及度高、数据可比性强而在全球范围内保持重要地位，尤其适用于中效过滤器的产品认证与市场准入。
