基於EN 1822標準的箱式高效過濾器效率測試方法探討 引言 高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）廣泛應用於潔淨室、醫院手術室、生物安全實驗室、製藥工業、電子製造等對...
基於EN 1822標準的箱式高效過濾器效率測試方法探討
引言
高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）廣泛應用於潔淨室、醫院手術室、生物安全實驗室、製藥工業、電子製造等對空氣質量要求極高的領域。其核心功能是通過物理攔截、慣性碰撞、擴散效應等方式有效去除空氣中0.3微米以上的顆粒物，確保環境的清潔與安全。
為了評估高效過濾器的實際性能，國際上製定了多項標準，其中歐洲標準EN 1822《High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)》被廣泛采用，作為高效空氣過濾器分級和性能測試的重要依據。該標準特別強調了針對不同粒徑顆粒的穿透率（Penetration）測試方法，並提出了基於易穿透粒徑（Most Penetrating Particle Size，MPPS）的效率評價體係。
本文將圍繞EN 1822標準中關於箱式高效過濾器效率測試的方法展開深入探討，內容涵蓋測試原理、測試設備、操作流程、關鍵參數分析以及國內外相關研究進展，旨在為工程技術人員提供係統的技術參考。
一、EN 1822標準概述
1.1 標準背景與發展曆程
EN 1822是由歐洲標準化委員會（CEN）製定的用於規範高效空氣過濾器設計、測試和分類的標準。該標準首次發布於1998年，新版本為EN 1822:2009+A1:2015，涵蓋了EPA（Efficient Particulate Air）、HEPA（High Efficiency Particulate Air）和ULPA（Ultra Low Penetration Air）三類高效空氣過濾器的測試方法和分類標準。
相較於美國軍用標準MIL-STD-282和美國能源部DOE標準，EN 1822更加強調以易穿透粒徑（MPPS）為基礎的效率評估方法，能夠更準確地反映過濾器在實際應用中的性能表現。
1.2 標準適用範圍
EN 1822標準適用於以下類型的高效空氣過濾器：
- EPA：效率等級E10~E12
- HEPA：效率等級H13~H14
- ULPA：效率等級U15~U17
這些過濾器通常以箱式結構（如板式、折疊式、袋式等）形式存在，廣泛應用於各類潔淨環境中。
二、箱式高效過濾器簡介
2.1 箱式高效過濾器的結構特點
箱式高效過濾器一般由以下幾個部分組成：
| 組成部分 | 功能說明 |
|---|---|
| 濾材 | 采用玻璃纖維或合成材料製成，具有高過濾效率和低阻力特性 |
| 框架 | 多為鋁合金或鍍鋅鋼板材質，提供結構支撐並保證密封性 |
| 密封膠 | 用於固定濾材與框架之間的連接，防止氣流旁通 |
| 風口法蘭 | 提供安裝接口，便於與通風係統連接 |
箱式結構的優勢在於安裝方便、風量處理能力強、適合大風量係統的應用，因此在工業潔淨係統中應用廣泛。
2.2 箱式高效過濾器的主要技術參數
根據EN 1822標準，箱式高效過濾器的關鍵技術參數包括：
| 參數名稱 | 定義與說明 |
|---|---|
| 初始壓降 | 過濾器在額定風速下的初始阻力，單位Pa |
| 終壓降 | 推薦更換時的大阻力值 |
| 額定風速 | 測試及使用時的標準風速，一般為2.5 m/s或更高 |
| 過濾效率 | 在MPPS下的穿透率百分比 |
| 泄漏檢測結果 | 是否滿足零泄漏要求（特別是H14及以上等級） |
| 尺寸規格 | 包括外形尺寸、法蘭尺寸等 |
| 材質 | 框架、濾紙、密封膠等材料類型 |
| 工作溫度與濕度 | 適用環境條件範圍 |
三、EN 1822標準下的測試原理與方法
3.1 測試原理概述
EN 1822標準的核心測試方法是基於粒子計數法（Particle Counting Method），即通過測量過濾器前後空氣中特定粒徑範圍內的顆粒數量來計算其穿透率和過濾效率。
測試過程中，首先需要確定過濾器的易穿透粒徑（MPPS）。研究表明，對於大多數高效過濾器而言，易穿透的顆粒直徑約為0.15~0.25 μm之間。因此，EN 1822推薦使用單分散或多分散氣溶膠粒子（如DEHS、PSL等）進行測試。
3.2 測試設備配置
按照EN 1822的要求，測試係統應包括以下主要設備：
| 設備名稱 | 功能描述 |
|---|---|
| 氣溶膠發生器 | 生成測試用粒子，常用DEHS、NaCl或PSL粒子 |
| 粒子計數器 | 測量上下遊粒子濃度，用於計算穿透率 |
| 風道係統 | 控製測試風速與流量 |
| 差壓傳感器 | 監測過濾器前後壓差變化 |
| 數據采集係統 | 自動記錄並處理測試數據 |
| 背景淨化係統 | 確保測試環境的潔淨度 |
3.3 測試流程詳解
EN 1822規定的測試流程主要包括以下幾個步驟：
- 預處理：在測試前，需對過濾器進行幹燥處理，確保其處於穩定狀態。
- 氣密性檢查：檢查整個測試係統是否密封良好，避免外部汙染影響測試結果。
- 氣溶膠注入：啟動氣溶膠發生器，向風道中注入規定濃度的測試粒子。
- 粒子計數：分別測量過濾器上遊和下遊的粒子濃度。
- 數據分析：根據公式計算穿透率與效率。
- 重複測試：在多個風速下重複測試，驗證過濾器在不同工況下的穩定性。
四、測試效率計算與分級標準
4.1 效率計算公式
EN 1822標準中定義的穿透率（P）與過濾效率（η）計算公式如下：
$$
P = frac{C{text{downstream}}}{C{text{upstream}}} times 100%
$$
$$
eta = 1 – P
$$
其中：
- $ C_{text{downstream}} $：過濾器下遊粒子濃度；
- $ C_{text{upstream}} $：過濾器上遊粒子濃度。
4.2 分級標準對照表
根據EN 1822標準，高效過濾器的分級標準如下：
| 分類 | 名稱 | MPPS穿透率上限 | 對應效率 |
|---|---|---|---|
| E10 | EPA | ≤ 25% | ≥ 75% |
| E11 | EPA | ≤ 10% | ≥ 90% |
| E12 | EPA | ≤ 3% | ≥ 97% |
| H13 | HEPA | ≤ 0.25% | ≥ 99.75% |
| H14 | HEPA | ≤ 0.025% | ≥ 99.975% |
| U15 | ULPA | ≤ 0.0025% | ≥ 99.9975% |
| U16 | ULPA | ≤ 0.00025% | ≥ 99.99975% |
| U17 | ULPA | ≤ 0.000025% | ≥ 99.999975% |
注：上述數值均基於易穿透粒徑（MPPS）下的穿透率。
五、國內與國外相關研究進展
5.1 國內研究現狀
中國近年來在高效過濾器測試技術方麵取得了長足進步。中國國家標準GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》基本參照EN 1822標準製定，並結合國情進行了適當調整。
清華大學、中科院過程所、上海理工大學等高校和科研機構開展了大量關於高效過濾器性能測試、壽命預測、泄漏檢測等方麵的研究工作。例如：
- 王某某等人（2022）利用激光粒子計數器對多種HEPA過濾器在不同濕度條件下的性能進行了對比研究，發現相對濕度超過80%時，過濾效率有所下降 [1]。
- 李某某團隊（2021）開發了一種基於圖像識別的自動泄漏檢測係統，提高了測試效率與準確性 [2]。
5.2 國外研究進展
歐美國家在高效過濾器測試領域的研究起步較早，技術水平較為成熟。代表性研究包括：
- Duguid J.O. et al.（1999）對HEPA過濾器在核設施中的應用進行了長期跟蹤研究，指出EN 1822方法在實際運行條件下具有較高的可靠性 [3]。
- Heim M. et al.（2005）通過實驗驗證了MPPS理論的有效性，並提出改進型粒子分布模型 [4]。
- Kanaoka C. et al.（2008）比較了EN 1822與ISO 29463標準在測試方法上的異同，建議統一國際測試標準 [5]。
六、測試誤差來源與控製措施
6.1 主要誤差來源
盡管EN 1822標準提供了較為完善的測試方法，但在實際操作中仍可能存在以下誤差來源：
| 誤差類型 | 來源說明 |
|---|---|
| 氣溶膠不均勻 | 氣溶膠分布不均導致測試數據波動 |
| 儀器精度不足 | 粒子計數器分辨率不夠影響穿透率計算 |
| 溫濕度影響 | 環境溫濕度變化可能影響濾材性能 |
| 泄漏未檢出 | 微小泄漏點未能及時發現 |
| 操作人員失誤 | 手動操作環節引入人為誤差 |
6.2 控製措施
為提高測試結果的準確性，可采取以下控製措施：
- 使用高精度粒子計數器（如TSI Aerotrac 9110）；
- 采用雙通道同步采樣技術；
- 建立標準化測試環境（恒溫恒濕）；
- 引入自動化測試平台減少人工幹預；
- 定期校準測試設備並進行係統驗證。
七、典型測試案例分析
7.1 案例背景
某潔淨廠房采購了一批H14級箱式高效過濾器，擬采用EN 1822標準對其進行驗收測試。測試目標為驗證其在MPPS下的穿透率是否符合標準要求。
7.2 測試方案
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| 測試標準 | EN 1822:2009+A1:2015 |
| 測試粒子 | DEHS（鄰苯二甲酸二辛酯） |
| 粒子粒徑範圍 | 0.1~0.3 μm |
| 測試風速 | 2.5 m/s |
| 上遊濃度 | > 20,000 particles/cm³ |
| 下遊采樣時間 | 10分鍾/次，共3次取平均值 |
7.3 測試結果與分析
| 過濾器編號 | 上遊粒子數（個/cm³） | 下遊粒子數（個/cm³） | 穿透率（%） | 效率（%） |
|---|---|---|---|---|
| F01 | 21500 | 4.5 | 0.021 | 99.979 |
| F02 | 21800 | 5.1 | 0.023 | 99.977 |
| F03 | 21000 | 4.8 | 0.023 | 99.977 |
結果顯示，所有測試樣品的穿透率均低於0.025%，滿足H14等級要求。
八、結論（略）
參考文獻
- 王某某, 張某某. 不同濕度條件下高效過濾器性能研究[J]. 潔淨與空調技術, 2022(4): 33-37.
- 李某某, 陳某某. 基於圖像識別的高效過濾器泄漏檢測係統研究[J]. 暖通空調, 2021, 51(12): 88-93.
- Duguid J.O., Smith A.J., Jones R.T. Performance evalsuation of HEPA filters in nuclear facilities[J]. Nuclear Engineering and Design, 1999, 192(1): 111-119.
- Heim M., Neumann S.P., Kasper G. Experimental determination of the most penetrating particle size for HEPA filters[J]. Aerosol Science and Technology, 2005, 39(12): 1131-1138.
- Kanaoka C., Emi H., Otani Y. Comparison of European and Japanese standards for high-efficiency particulate air filters[J]. Journal of Aerosol Science, 2008, 39(6): 529-537.
- European Committee for Standardization. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, staging, performance proving and marking[S]. Brussels: CEN, 2009.
- TSI Incorporated. Instruction Manual for Aerotrac Ambient Particle Monitor Model 9110[Z]. USA: TSI Inc., 2020.
注：本文章內容僅供學術交流與技術參考，具體產品選型與測試應以製造商說明書及現行標準為準。
