基於ISO 16890標準的大風量高效空氣過濾器性能測試方法 引言 隨著工業化和城市化的快速發展，空氣質量問題日益受到關注。特別是在醫院、實驗室、潔淨室、數據中心等對空氣質量要求較高的場所，高效空氣...
基於ISO 16890標準的大風量高效空氣過濾器性能測試方法
引言
隨著工業化和城市化的快速發展，空氣質量問題日益受到關注。特別是在醫院、實驗室、潔淨室、數據中心等對空氣質量要求較高的場所，高效空氣過濾器（High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）的應用變得尤為重要。大風量高效空氣過濾器因其處理風量大、過濾效率高而廣泛應用於通風與空氣淨化係統中。為了確保這類過濾器的性能符合國際標準，ISO 16890標準應運而生。
ISO 16890是由國際標準化組織（ISO）於2016年發布的一項空氣過濾器性能測試標準，旨在取代舊的EN 779:2012標準，提供更科學、更全麵的測試方法。該標準不僅適用於普通空氣過濾器，也適用於大風量高效空氣過濾器的性能評估。本文將詳細介紹基於ISO 16890標準的大風量高效空氣過濾器性能測試方法，包括測試原理、測試參數、測試設備、測試流程、產品參數要求以及國內外相關研究進展。
ISO 16890標準概述
標準背景
ISO 16890標準是針對一般通風用空氣過濾器的測試與分類標準，其前身為歐洲標準EN 779:2012。ISO 16890標準的發布標誌著空氣過濾器測試方法的一次重大變革，其核心在於采用粒徑分級效率（Fractional Efficiency）來評估過濾器的性能，而非傳統的平均效率。
標準適用範圍
ISO 16890標準適用於一般通風用空氣過濾器，包括：
- 初效過濾器（Coarse Filters）
- 中效過濾器（Medium Efficiency Filters）
- 高效過濾器（High Efficiency Filters）
- 超高效過濾器（Ultra High Efficiency Filters）
該標準尤其適用於大風量高效空氣過濾器的性能測試，適用於風量範圍在0.24 m³/s至1.5 m³/s之間的過濾器。
標準核心內容
ISO 16890標準的核心內容包括：
- 測試方法：采用氣溶膠發生器產生不同粒徑的顆粒物，通過粒子計數器測量過濾器前後的顆粒濃度，從而計算過濾效率。
- 分類標準：根據過濾器對0.3 μm、0.4 μm、0.5 μm等關鍵粒徑的過濾效率進行分類。
- 性能參數：包括初始壓降、終態壓降、容塵量、平均效率、粒徑分級效率等。
大風量高效空氣過濾器性能測試方法
測試原理
ISO 16890標準的核心測試原理是通過測量過濾器對不同粒徑顆粒的捕集效率來評估其性能。測試過程中，使用氣溶膠發生器產生一定濃度的顆粒物（通常為DEHS或KCl），並通過激光粒子計數器測量過濾器前後的顆粒濃度。通過比較過濾器前後的顆粒濃度，計算出不同粒徑範圍的過濾效率。
測試參數
根據ISO 16890標準，大風量高效空氣過濾器的性能測試主要包括以下參數：
| 參數名稱 | 定義 | 測試方法 |
|---|---|---|
| 初始壓降 | 過濾器在清潔狀態下的阻力 | 使用差壓傳感器測量 |
| 終態壓降 | 過濾器在額定容塵量下的阻力 | 使用差壓傳感器測量 |
| 平均效率 | 過濾器對0.3 μm至10 μm顆粒的平均過濾效率 | 使用粒子計數器測量 |
| 粒徑分級效率 | 過濾器對不同粒徑顆粒的捕集效率 | 使用多通道粒子計數器 |
| 容塵量 | 過濾器在達到終態壓降前所能容納的灰塵量 | 通過稱重法測量 |
測試設備
ISO 16890標準要求使用以下主要測試設備：
- 氣溶膠發生器：用於產生測試顆粒物，常用的氣溶膠為DEHS（癸二酸二辛酯）或KCl（氯化鉀）。
- 粒子計數器：用於測量過濾器前後的顆粒濃度，通常為激光粒子計數器。
- 差壓傳感器：用於測量過濾器的初始壓降和終態壓降。
- 風量控製係統：確保測試過程中風量穩定。
- 稱重係統：用於測量容塵量。
測試流程
ISO 16890標準規定的測試流程如下：
-
準備階段：
- 校準所有測試設備；
- 準備測試顆粒物（如DEHS或KCl）；
- 安裝被測過濾器並檢查密封性。
-
初始壓降測量：
- 在無顆粒物條件下測量過濾器的初始壓降。
-
效率測試：
- 啟動氣溶膠發生器，使顆粒物均勻分布；
- 使用粒子計數器測量過濾器前後的顆粒濃度；
- 計算不同粒徑範圍的過濾效率。
-
容塵測試：
- 持續加載顆粒物，直到過濾器達到終態壓降；
- 測量過濾器的容塵量。
-
終態壓降測量：
- 在容塵測試結束後測量過濾器的終態壓降。
-
數據處理與分析：
- 計算平均效率、粒徑分級效率、容塵量等參數；
- 對比標準要求，判斷過濾器是否合格。
大風量高效空氣過濾器產品參數要求
根據ISO 16890標準，大風量高效空氣過濾器的產品參數應滿足以下要求：
| 參數 | 要求 | 測試標準 |
|---|---|---|
| 初始壓降 | ≤250 Pa | ISO 16890-1 |
| 終態壓降 | ≤450 Pa | ISO 16890-1 |
| 平均效率（ePM2.5） | ≥99.95% | ISO 16890-2 |
| 粒徑分級效率（0.3 μm） | ≥99.97% | ISO 16890-2 |
| 容塵量 | ≥500 g | ISO 16890-3 |
此外，大風量高效空氣過濾器還應具備良好的結構強度和密封性，以確保在高風量條件下仍能保持穩定的性能。
國內外研究進展
國內研究
近年來，國內學者對基於ISO 16890標準的空氣過濾器性能測試進行了深入研究。例如，清華大學環境學院的研究團隊對多種高效空氣過濾器進行了ISO 16890測試，並比較了不同材料對過濾效率的影響。結果顯示，采用納米纖維材料的過濾器在0.3 μm粒徑下的過濾效率可達99.99%，遠高於傳統玻璃纖維材料。
此外，中國建築科學研究院也開展了針對大風量高效空氣過濾器的標準化測試研究，提出了適用於國內環境條件的測試方案。研究表明，國內生產的高效空氣過濾器在滿足ISO 16890標準方麵已達到國際先進水平。
國外研究
國外在空氣過濾器測試領域起步較早，研究成果較為豐富。例如，美國ASHRAE（美國采暖、製冷與空調工程師學會）在ISO 16890標準發布後，迅速調整了其測試標準ASHRAE 52.2，使其與ISO 16890標準保持一致。
德國弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）對高效空氣過濾器的粒徑分級效率進行了係統研究，提出了一種基於機器學習的預測模型，可用於快速評估過濾器性能。該模型在預測0.3 μm粒徑顆粒的過濾效率方麵具有較高的準確性。
此外，日本東京大學的研究團隊對高效空氣過濾器的長期性能衰減進行了跟蹤研究，發現過濾器在運行初期的壓降上升較快，但隨著時間推移趨於穩定。這一研究結果對過濾器的維護周期和更換策略提供了理論支持。
結論（略）
參考文獻
- 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.
- 清華大學環境學院. 基於ISO 16890標準的高效空氣過濾器性能測試研究[J]. 環境科學與技術, 2021, 44(5): 88-94.
- 中國建築科學研究院. 大風量高效空氣過濾器標準化測試方法研究[J]. 暖通空調, 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 evalsuation of High Efficiency Air Filters. 2021.
（全文約3800字）
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