国内外空气过滤器标准体系简介 同济大学暖通空调研究所.pdf

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1、国内外空气过滤器标准体系简介国内外空气过滤器标准体系简介 同济大学暖通空调研究所 杨嫒茹 摘要摘要 随着各种过滤器的广泛应用，过滤技术也正在得到不断发展。新的技术需要新的标准体系。本文简要介绍和对比了目前美国、欧洲、我国的一般通风用空气过滤器标准以及各自的测试内容和方法，借此进一步推动我国空气过滤技术的正常发展。关键词关键词 空气过滤技术；标准体系；测试方法；过滤器等级Introduction of the Main Air Filtration StandardsBy Yang airu HVAC Institute,Tongji University technology,Shanghai

2、,China AbstractWith the wide application of various filters,filtration technology is developing continuously.New technologies will require new standards.In order to further push the normal development of our air-filtration technology,the standards for General Ventilation Air-Cleaning Devices in Amer

3、ica,Europe and China as well as their respective test content and methods are introduced and compared briefly in this passage.Keywords air-filtration technology;standard system;test method;the classification of filters0 前言前言 随着社会进步和人们生活水平的提高，各种过滤器越来越广泛地应用于各个领域。在新的过滤技术的推动下，各种空气过滤技术标准体系也在不断的完善发展。试验标准是

4、通风行业选择空气净化器的基础，回顾美国、欧洲以及我国在空气洁净领域的主要标准，可以帮助我们更好的设计和规范全球 HVAC 领域的空气过滤系统。本文将简要对比介绍美国，欧洲以及我国现有的般通风用空气过滤器标准。般通风用空气过滤器标准的发展过程大致如下：1964 美国 AFI 标准和 NBS 标准1968 美国 ASHRAE 协会制定 ASHRAE52681976 美国 ASHRAE 协会制定 ASHRAE52761979 欧洲通风协会制定 EUROVENT4/9（97 年进行修订）19811984 欧洲国家标准EUROVENT4/52008 中国推荐性标准GB/T1429520081991 美国

5、国家标准ANSI/ASHRAE52.1911993 欧洲通风协会制定 EN779（2002 年进行修订）1995 美国国家标准ASHRAE52.2951998 欧洲通风协会制定 BSEN18221999 美国国家标准ANSI/ASHRAE52.2992007 美国国家标准ANSI/ASHRAE52.2072008 中国国家标准GB/T1429508由此可见，空气过滤标准体系是长期逐步发展的，而不是一蹴而就。历史上，空气净化器件的试验标准随时代的需要而多次修订。最初只是考虑到保护机器和热交换盘管，稍后又考虑到减轻表面积尘，现在考虑的是室内空气品质与可吸入颗粒物、制造过程中对产品的保护、对暖通空调

6、（HVAC）设备的保护。检测标准也由全效率的测试方法发展为分级效率检测。全效率测试不考虑不同粒径对过滤器效率的影响，以其所有粒径的平均效率作为过滤器的效率指标（如计重法与比色法），而分级效率检测是在考虑不同粒子粒径范围对过滤器效率影响的前提下，得到的过滤器效率随粒径的变化曲线。下面就三大较新标准体系进行简要介绍。1 ANSI/ASHRAE52.21999 一般通风用空气净化装置分级效率试验方法一般通风用空气净化装置分级效率试验方法 1.1 标准简介标准简介美国 ASHRAE 制定 Standard52.2 的目的在于：用户与产品厂商双方可以比较产品；对已知性能的产品，双方对其运行状况的预测不发

7、生明显分歧；双方都可以对特定环境下空气净化器的效率进行合理判定。但 ASHRAE 标准仅提供试验方法，其试验结果是基于标准来比较空气净化器的性能，而与它们的实际应用无关，这一点经常被误解。在研究 ANSI/ASHRAE52.299 之前的测试标准可以发现，这些测试标准都能定性比较过滤器，但却未能评价过滤器在特定粒径下的过滤器阻力这一个重要特点。此外，容尘量的相关信息也没有对比性。人们不能通过这些标准所提供的容尘量来预测过滤器的使用寿命，因为负载测试所用的试验尘并不能代表实际空气处理系统中所处理的颗粒物。ANSI/ASHRAE52.299 首次从本质上克服了这些不足，该标准包括确定过滤效率与粒子

8、粒径关系的测试方法。空气处理系统的试验尘问题也在 ASHRAE 研究项目 RP1190 中得到很好的解决1。本标准解决了空气净化装置用户关心的两个重要性能：在空气过滤器在试验风量为 0.22m3/s1.4m3/s（472cfm3000cfm）范围内，对空气中微小粒子（0.310.0 微米）的过滤效率和对气流通过的阻力。试验采用气溶胶为由氯化钾（KCl）水溶液喷雾干燥生成的固体 KCl 颗粒，其中氯化钾（KCl）水溶液的浓度为 30%。采用可以测量 12 个粒径档的粒子计数器对上游和下游进行检测与计数，以确定效率。模拟现场条件的粉尘负载测试所用的 ASHRAE 人工尘，组分（重量：%）为：72%

9、的 SAE J726 标准规定的试验粉尘（细尘）、23%的碳粉、5%的短棉绒。该人工尘不适用于某些需要电源的电除尘器（静电除尘器）。每个粉尘负载测试阶段，可获得一组于不同粒径下的过滤效率（Particle Size RemovalEfficiency,PSE）性能曲线，以及一条由未使用过的空气滤器所测得的初始性能曲线，由这些曲线各粒径档的最低点合成一条最低性能曲线。对曲线上的点取平均值，以用于确定空气过滤器等级的最小效率测试值（MinimumEfficiencyReportingValue,MERV）。图 1 为标准规定的空气过滤器，试验装置截面积为 610 x610mm，除特别声明外，图中所

10、有尺寸都是强制性的，图中的单位为 mm（in.，英寸）。对风机，阀门和外部管道等设备的设计并未进行特别规定，但其功能必须满足标准要求2。图图 1 风道示意，单位风道示意，单位 mm（in.）1.风机 9.混合孔板2.风量控制阀 10.多孔扩散板3.HEPA 过滤段 11.采样头位置4.变径（若需要）12.静压管口从过滤段至 610mm610mm 13.微压计（24in.24in.）风道14.空气净化器件及变径（若需要）变径半角450 15.末端过滤器（仅在容尘试验时安装）5.气溶胶注入管 16.立式微压计6.气溶胶发生器 17.主气流测量喷嘴7.容尘负荷尘注尘管 18.变径（若需要）8.喂尘器

11、19.弯头，选择性1.2 测试主要内容及方法测试主要内容及方法ANSI/ASHRAE52.21999 的测试项目是：初始压损；流量对压损的关系；初始过滤效能；粉尘负载测试。最后一项又包括（1）容尘量；（2）复合平均效能值（E1、E2、E3）；（3）MERV；及（4）平均重量捕集率。在标准允许的七种风速（0.60、1.25、1.50、1.90、2.50、3.20、3.80 m/s）下，测试干净过滤器的分级粒径效率和阻力，未特别说明时，则以 2000cfm 作为额定流量，并记录额定流量的 50%、75%、100%和 125%流量下的初始压损值，即可绘制滤网压损依风量的变化曲线；然后用 ASHRAE

12、 尘进行发尘，调整喂入速度以保证箱内浓度保持在 70mg/m3，在以下状态点进行效率和阻力测试：（1）在第一次发尘 30g 或器件压差增加 10Pa（以先达条件者为准）时测试；（2）随着容尘过程，当阻力与预定终阻力间的差值达到预定差值的 1/4、1/2、3/4 时；（3）器件阻力增至预定终阻力，或者出现计重效率低于计重效率峰值的 75，或者出现两个低于峰值的 85，根据测得的效率数据分别求三组算术平均值，得到三个组合平均效率 E1、E2 和 E3。再将这三个效率值与附表相比较，得到过滤器的等级和最低报告效率值（MERV 值）。1.3 最新标准最新标准 ANSI/ASHRAE52.207 最新标

13、准 ANSI/ASHRAEStandard52.22007 是在 ANSI/ASHRAE52.21999 的基础上新增加了附录 a3。由于参考过滤器的过滤效率曲线通常在粒径范围的一端或两端是平的，该标准将测量中心轴由粒径中心改为过滤效率中心，从而使得参考过滤器测试更加实用化；修改后的最新标准使得试验室内参考过滤器的放置更加简单，从而在保持参考过滤器实用性的同时允许更多的过滤器能满足测试要求4。2 EN799:2002 一般通风用粒子空气过滤器过滤性能测定一般通风用粒子空气过滤器过滤性能测定 2.1 标准介绍标准介绍欧洲在 EN799：2002 标准之前的所有标准存在的问题和第一节提到的相同。E

14、N799：2002 标准解决了一般通风用粒子空气过滤器性能测试的问题，其附件 A 和 B 解决了粒子的再卷吸，泄露以及特殊类型滤料在使用时的电荷中和特性等问题，测试方法基于EUROVENT4/9 和 EN779：1997，内容涵盖试验台检测步骤，评估气动过滤器电荷增量的步骤，以及颗粒空气过滤器实际运行性能的一些信息。除“比色法”大气尘浊度测试装置外，试验台的基本设计仍采用EN779:1993所规定的，同时仍采用EN799:1993过滤器等级标准（由中效 F 和粗效 G 两组构成），试验尘为平均粒径 0.4um 的 DEHS 粒子4。该标准的过滤器等级划分较简单，是按照平均粒径为 0.4um 的

15、 DEHS 粒子的平均过滤效率进行划分的。中效 F 过滤器的等级基于 0.4um 粒子（该粒径与还在使用的 Standard52.11992 所测试的比色效率值相匹配5）的过滤效率；平均效率小于 40%的过滤器划分为粗效 G 过滤器，其等级是按照试验尘的平均计重效率划分的。测试工况应满足：在生产商没有规定额定气流量时，可采用 0.944 m3/s（3400m3/h）；粗效过滤器的最大终阻力是250Pa；中效过滤器的最大中阻力是 450Pa。如果过滤器的测试气流量和终阻力与标准不同，则应加括号表示测试工况，例如 G4（0.7m3/s，200Pa），F7（1.25m3/s）。测试气溶胶可以是 0.

16、4m 液态未处理的纯净 DEHS，或者其他具有相同特性的气溶胶。一般使用 Laskin 喷嘴产生 DEHS，也可以使用其他发生装置，只要能产生大量的 0.2um0.3um的粒子即可。由两个加压容器和供应压缩空气的超声波雾化器组成的气溶胶，发生装置在法国标准 NFX44060 中有明确的规定。容尘负荷试验尘采用的是 ASHRAE52.1 人工尘，组分（重量：%）是：72%的 ISO121031 标准规定的细试验粉尘（亚特桑那州路尘，主要是硅粒子）、23%的炭黑、5%的棉绒。该标准适用于对于 0.4um 的粒子的初始过滤效率小于 98%的过滤器。测试风量为0.24m3/s1.45m3/s（850m

17、3/h5400m3/h）。根据本标准得到的性能结论不能定量地来预测实际使用效率和使用寿命，因为测试采用的人工试验尘与实际大气尘的特征有很大的区别。试验台（原理见图 2，尺寸见图 3）由几个方形管段构成，除安装过滤器的截面外，其余截面的内部公称尺寸为 610 mm 610 mm。安装过滤器的截面公称尺寸位于 616mm 到622mm 之间。管段的长度至少是过滤器长度的 1.1 倍，同时最小长度是 1m。测试管道应该可导电并且接地，内表面光滑，强度应能保证在操作压力下仍保持其形状不变。为了便于观察过滤器和设备，管道的一小部分可以由玻璃或塑料制成，为了能够检测试验进程可以使用安置窗口4。1,2,5,

18、6管道 3被测过滤器 4放置被测过滤器的管道 7高效过滤器（至少是 H13）8DEHS 发尘孔 9人工尘喷嘴 10均流阀 11外插板 12上有采样头 13下游采样头 图图 2 测试台原理图测试台原理图图图 3 测试台尺寸图测试台尺寸图2.2 测试主要内容及方法测试主要内容及方法EN779:2002 的测试项目是：过滤器的初阻力、终阻力、初始效率和平均计重效率、平均计数效率、容尘量、未消除静电和消除静电后的效率。在发尘前记录 50、75、100和 120额定风量（未特别说明时，以 3400m3/h 作为额定流量）下的初阻力，绘制阻力随风量的变化曲线；在额定风量下，用光学粒子计数器在过滤器上下游进

19、行切换采样，得到 0.4m 的粒径效率；初次发尘 30g，测试过滤器的计重效率、计数效率和阻力，依次发尘直到终阻力（至少 4 次），或者出现计重效率低于计重效率峰值的 75，或者出现两个低于峰值的 85，计算平均计重效率、平均计数效率和容尘量，按照平均效率的高低对过滤器进行分类。3 GB/T 14295-2008 空气过滤器空气过滤器 3.1 标准简介标准简介GB142952008 颁布，废止了 GB1221889，该标准规定了空气过滤器的术语与定义、分类与标记、要求，试验方法、检验规则以及产品的标志、包装、运输和贮存等。适用于常温、常湿、包括外加电场条件下的通风。空气调节和空气净化系统或设备

20、的干式过滤器。适用于对粒径大于或等于 0.5um 粒子的过滤效率小于或等于 99.9%（亚高效及其级别之下）的空气过滤器6。相对于 GB/T142951993，本标准更注重规范用词，如将“1 主题内容与适用范围”改为“1 范围”；增加了多个引用标准和规范，在 2 中有所体现；过滤器分类更加精确，将粗效过滤器的分类改为按效率的高低分为四类，将中效过滤器分为三类；标准章节分类更加细化，如将原标准中关于过滤器的基本要求，滤料要求和结构要求单独分出来形成“5 基本规定、材料与结构”，等等。总之，该标准更加实用化，内容更具体，涵盖对象更多。试验尘为多分散固相氯化钾（KCL）粒子气溶胶，粒径范围为 0.3

21、um10um。气溶胶发生器工作时使用的气溶胶物质为质量浓度 10%的氯化钾溶液，粒径分布如下表 1。计重效率使用的人工尘源是由路尘、炭黑、短棉绒等三种粉尘按照一定比例混合而成的模拟大气尘。三种成分的质量百分比为：72%的粗粒（道路尘）；23%的细粒（炭黑）；5%的纤维（短棉绒）。表表 1 气溶胶粒径分布表气溶胶粒径分布表粒径分布0.30.5m0.51.0m1.02.0m2.0m（655）%（303）%（31）%1%空气过滤器性能试验装置的风道系统的构造及尺寸见图四，其制作和安装应满足 GB50243 的要求，各管段之间连接时，任何一边错位不应大于 1.5mm【6】。1洁净空气进口；9静压环；2

22、洁净空气进口罩；10被试过滤器后风管；3气溶胶发生装置；11过滤后采样管；4穿孔板；12天圆地方；5背式过滤器前风管；13流量测量装置前风管；6过滤前采样管；14流量测量装置；7压力测量装置；15流量测量装置后风管；8被试过滤器安装段；16风机进口风管。图图 4 试验风道尺寸示意图试验风道尺寸示意图空气过滤器计重效率和容尘量试验的风道系统如上图，但需在管段（9）、（11）之间安装末端过滤器和静压环，同时去除过滤器前、后采样管。3.2 测试主要内容及方法测试主要内容及方法本规范附录 A、B 分别是过滤器性能试验方法，包括效率和阻力测试，以及空气过滤器计重效率和容尘量试验。用微压计测出 50%、7

23、5%、100%和 125%额定风量（未标注额定风量，则应按照迎面风速推算额定风量，迎面风速分别是：粗效 2.5m/s，中效 2.0m/s，高中效 1.5m/s，亚高效 1.0m/s）下的阻力，并绘制风量阻力曲线；背景浓度采样完成后，在额定风量下，一般采用光学粒子计数器同时测出受试过滤器上、下风侧粒径大于或等于 0.3m、大于或等于 0.5m、大于或等于 1.0m 和大于或等于 2.0m 的粒子计数浓度，计数效率为其上、下风侧计数浓度之差与上风侧浓度之比；将称量过的末端过滤器和受试过滤器安装在风道系统中，用人工尘发生器向风道系统中发生一定量的人工尘（粉尘浓度在 707 mg/m3），穿过受试过滤

24、器的人工尘被末端过滤器捕集，取出末端过滤器和受试过滤器，重新称量。根据两过滤器增加的质量计算受试过滤器的人工尘计重效率，至少进行四次。每个试验周期开始和结束都需要测量阻力、两过滤器的人工尘捕集量，以此确定受试过滤器的容尘量、阻力与容尘量的关系和计重效率与容尘量的关系。4 ANSI/ASHRAE52.21999、EN799:2002 及及 GB/T 14295-2008 主要异同主要异同 由上面简介可知，各标准间存在许多相似之处，这些相似点及 ISO/TC 142/WG3 美国代表的参与使得编写全球性过滤器标准成为可能5，GB/T 142952008 颁布使得我国过滤器标准走向与国际标准接轨，并

25、更适用于我国实际情况。下表 2 比较了上述三大标准主要内容的异同点。表表 2 三大标准的对比三大标准的对比项目ANSI/ASHRAEStandard52.11992EN779:2002GB/T142952008测试管道允许使用直管道和 U 形弯；只能使用正压；相当严格的尺寸规定；导热管壁规定使用直管道；允许管道采用正压和负压，带有泄露测定；较自由的尺寸规定；导热管道试验装置结构允许有所差别，但实验条件应和本标准的规定相同，且同一受试过滤器的测量结果应与本标准所规定的的实验装置的测量结果一致试 验 用 空气室内空气或室内回风；10C30C，相 对 湿 度20%65%室内空气，室内回风或者新风；相

26、对湿度75%，温度无规定风道中粒子的背景浓度不应超过气溶胶发生浓度的 1%；10C30C，相对湿度 30%75%试 验 用 气溶胶干燥，近似球形，多分散 KCL液体，球形，多分散 DEHS干燥，多分散固相 KCL取样允许主采样/二次采样以及稀释装置；上下游采样管必须是相同的几何形状，刚性并且导热；规定了等速采样的偏离值离 散 型 粒子计数器允许使用光学或者气动计数器，上下游可以使用相匹配的一对计数器或者一个可以转换的计数器；在 0.310 微米范围内设定 12 个粒径档规定使用光学计数器；在 0.20.3 微米范围内至少设定 5 个近似对数等距插值点；上下游之间规定采用一个可以转换的计数器一般

27、使用两台光学粒子计数器，至 少 应 有 大 于 或 等 于0.3um、大于或等于 0.5um、大于或等于 1.0um 和大于或等于2.0um 和大于或等于 5.0um 五个粒径档；当 0.5um 粒径档的技术效率小于 90%时，也可以使用一台计数器试 验 台 校核试验标准都要求采用 113 条。Standard 52.21999 还要 1417 条。(1)速度均匀(2)气溶胶分布均匀(3)粒子计数器粒径划分准确(4)粒子计数器过载测试(5)粒子计数器归零(6)零过滤效率(7)100%过滤效率(8)气溶胶发生器的响应时间(9)中和器的放射性(10)压差计标定(11)粉尘喂入气流量(12)管道泄漏

28、(13)末端过滤器效率及稳定性(14)下游气溶胶的混合效果(15)上下游相关比(16)气溶胶计数器的上限(17)空载测试时的压降保养测试标准都要求不定期的重复进行鉴定试验112。ASHRAE52.2还要求定期重复进行1316项测试并且额外增加两项：(18)为了避免磨损要检查粉尘喂入管喉部尺寸(19)评估一组“参考过滤器”的阻力，计重效率和计数效率带 电 纤 维还没有关于静电效应可包括抑制静电效应的过标准规定了静电空气过滤器的过 滤 器 测试能引起的腐蚀后果的建议。有关消除静电效应的预防措施的附录还在商讨中。滤器调整措施以及可以测试非静电效率。最大臭氧发生量及测试方法粉 尘 和 纤维泄露效率测试

29、之后再连续增加 20 分钟的粉尘量以保证高效过滤器的气流流动。粒子计数器可以显示泄漏量。讨论但没有明确规定未提及目前关于 ASHRAE 所规定的过滤器终阻力问题仍有很多疑问，因为终阻力能影响到平均效率以及粉尘的泄露。下图比较了 ASHRAE52.21999 与 EN799:2002 的过滤器等级。图图 5 国外空气过滤器标准比较图国外空气过滤器标准比较图（注：我国标准未提及与国外标准测试方法的联系，故无法进行比较）（注：我国标准未提及与国外标准测试方法的联系，故无法进行比较）5 结语结语 新的技术需要新的标准来规范。随着过滤技术的不断应用和推广，制定更加全面的标准，包括修改现存标准，对于 HV

30、AC 系统设计人员来说是很重要的。本文简单介绍了目前美、欧、我国的一般通风用空气过滤器标准以及各自的测试内容和方法，并稍加对比，希望对设计人员能有所帮助。随着高效以及超高效过滤器的应用，对高效过滤器标准的比较将在后续文章中进行介绍。参考文献参考文献 1 2004.FinalReport,ASHRAEResearchProject1190RP,DevelopaNewLoadingDustandDustLoadingProceduresfortheASHRAEFilterTestStandards52.1and52.2.2 ANSI/ASHRAE52.21999,MethodofTestingGe

31、neralVentilationAirCleaningDevicesforRemovalEfficiencybyParticleSize.3 ANSI/ASHRAEStandard52.22007,MethodofTestingGeneralVentilationAirCleaningDevicesforRemovalEfficiencybyParticleSize,AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirConditioningEngineers,Inc.4 ANSI/ASHRAEAddendumatoANSI/ASHRAEStandard52

32、.21999,AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirConditioningEngineers,Inc.5 ParticulateairfiltersforgeneralventilationDeterminationofthefiltrationperformanceNovember2002,EUROPEANSTANDARDNORMEEUROPENNEEUROPISCHENORM.6 PaoloTronville,Ph.D.GlobalStandardsForFilterTesting,2006AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirConditioningEngineers,Inc.(www.ashrae.org).PublishedinASHRAEJournal(Vol.48,August2006).7 空气过滤器 GB/T142952008