基於EN 1822標準的高效過濾器性能測試與效率分級 引言 高效空氣過濾器（High Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）和超高效空氣過濾器（Ultra Low Penetration Air Filter，簡稱ULPA）廣泛應...
基於EN 1822標準的高效過濾器性能測試與效率分級
引言
高效空氣過濾器（High Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）和超高效空氣過濾器（Ultra Low Penetration Air Filter，簡稱ULPA）廣泛應用於醫藥、電子、生物安全實驗室、核電站等對空氣質量要求極高的場所。為了確保這些過濾器在實際應用中具備良好的過濾效率和穩定性，國際上製定了多個標準化測試方法，其中歐洲標準EN 1822《High efficiency air filters (HEPA and ULPA)》是目前被廣泛認可的重要技術規範之一。
EN 1822標準由歐洲標準化委員會（CEN）製定，首次發布於1998年，並在2009年進行了更新，形成了現行版本EN 1822-1:2009至EN 1822-5:2009係列標準。該標準詳細規定了高效空氣過濾器的分類、測試方法、效率分級及質量控製要求，尤其強調了對易穿透粒子尺寸（Most Penetrating Particle Size, MPPS）的檢測，相較於傳統的基於0.3微米粒子的測試方法更為科學和精準。
本文將圍繞EN 1822標準的核心內容展開，詳細介紹高效過濾器的性能測試流程、效率分級體係、關鍵產品參數，並結合國內外相關研究成果進行分析，旨在為工程技術人員、采購人員及相關研究人員提供全麵的技術參考。
一、EN 1822標準概述
1.1 標準背景與發展曆程
EN 1822標準早由德國標準化協會（DIN）主導起草，隨後被納入歐洲標準體係。其發展曆程如下：
| 版本 | 年份 | 主要內容 |
|---|---|---|
| EN 1822-1:1998 | 1998 | 規定了HEPA和ULPA過濾器的定義、術語和分類 |
| EN 1822-2:1998 | 1998 | 測試方法：氣溶膠發生、測量儀器和采樣係統 |
| EN 1822-3:1998 | 1998 | 過濾效率測試方法 |
| EN 1822-4:1998 | 1998 | 泄漏測試方法 |
| EN 1822-5:1998 | 1998 | 質量保證、檢驗和標記 |
| 更新版EN 1822係列 | 2009 | 統一測試條件、引入MPPS概念、細化分級 |
EN 1822標準的更新使得測試更加科學化，尤其是通過識別易穿透粒子尺寸來評估過濾效率，提高了測試結果的準確性和可比性。
1.2 標準適用範圍
EN 1822適用於以下類型的空氣過濾器：
- HEPA（高效空氣過濾器）：對粒徑≥0.3 µm的粒子過濾效率≥99.95%
- ULPA（超高效空氣過濾器）：對粒徑≥0.12 µm的粒子過濾效率≥99.999%
該標準不僅適用於成品過濾器的出廠測試，也適用於現場安裝後的泄漏檢測和定期維護測試。
二、高效過濾器的性能測試方法
EN 1822標準中的測試方法主要包括以下幾個方麵：
2.1 氣溶膠發生與測量
EN 1822推薦使用液態油類（如DEHS、PAO）或固體顆粒（如NaCl）作為測試氣溶膠，其粒徑分布需覆蓋0.1–1.0 µm範圍，以模擬真實環境中的汙染物顆粒。
表1：常見測試氣溶膠及其特性
| 氣溶膠類型 | 化學成分 | 粒徑範圍（µm） | 應用場景 |
|---|---|---|---|
| DEHS | Diethylhexylsebacat | 0.1–1.0 | HEPA/ULPA效率測試 |
| PAO | Polyalphaolefin | 0.1–1.0 | 工業潔淨室測試 |
| NaCl | Sodium Chloride | 0.01–0.2 | ULPA專用測試 |
2.2 易穿透粒子尺寸（MPPS）的確定
EN 1822采用掃描法（Scanning Method）來確定過濾器的易穿透粒子尺寸（MPPS），即在不同粒徑下測量透過率，找出穿透率高的粒子尺寸。這一步驟至關重要，因為傳統固定粒徑（如0.3 µm）測試可能存在誤差。
圖1：典型HEPA過濾器穿透率隨粒徑變化曲線示意圖（示意）
↑
透過率 (%) |
| *
| * *
| * *
| * *
| * *
+-------------------> 粒徑（µm）
0.1 0.3 1.0圖中峰值點即為MPPS，通常位於0.15–0.25 µm之間。
2.3 效率測試與穿透率計算
在確定MPPS後，繼續進行效率測試，計算公式如下：
$$
text{過濾效率} = left(1 – frac{C{out}}{C{in}}right) times 100%
$$
其中：
- $ C_{in} $：上遊氣溶膠濃度
- $ C_{out} $：下遊氣溶膠濃度
穿透率（Penetration）則為：
$$
P = frac{C{out}}{C{in}} times 100%
$$
2.4 泄漏測試（Scan Test）
EN 1822-4規定了泄漏測試方法，主要采用激光粒子計數器沿過濾器表麵進行掃描，檢測是否存在局部缺陷或密封不嚴造成的泄漏。
測試時應滿足以下條件：
- 掃描速度 ≤ 5 cm/s
- 探頭距過濾麵距離保持在1–5 cm
- 局部穿透率超過整體穿透率的3倍視為泄漏
三、高效過濾器的效率分級體係
根據EN 1822-1:2009的規定，高效空氣過濾器分為以下幾類：
3.1 HEPA過濾器分級
| 分級 | 穿透率上限 | 對應粒徑（MPPS） | 典型應用場景 |
|---|---|---|---|
| E10 | < 0.1% | ≥ 0.2 µm | 初效保護層 |
| E11 | < 0.01% | ≥ 0.2 µm | 一般潔淨車間 |
| E12 | < 0.005% | ≥ 0.2 µm | 高潔淨度車間 |
3.2 ULPA過濾器分級
| 分級 | 穿透率上限 | 對應粒徑（MPPS） | 典型應用場景 |
|---|---|---|---|
| U13 | < 0.0025% | ≥ 0.15 µm | 生物安全實驗室 |
| U14 | < 0.001% | ≥ 0.12 µm | 半導體潔淨室 |
| U15 | < 0.0005% | ≥ 0.10 µm | 核設施、高危環境 |
3.3 分級對比與選擇建議
| 分類 | 小粒徑（µm） | 穿透率上限 | 代表型號 | 應用領域 |
|---|---|---|---|---|
| E10 | 0.2 | 0.1% | Camfil LFC | 初效預過濾 |
| E12 | 0.2 | 0.005% | Donaldson Ultra-Web | 醫藥潔淨室 |
| U14 | 0.12 | 0.001% | Freudenberg Viledon | 半導體製造 |
| U15 | 0.10 | 0.0005% | Parker Hannifin | 核工業防護 |
四、高效過濾器的關鍵產品參數
4.1 初始阻力與終阻力
初始阻力是指新過濾器在額定風量下的壓降值，終阻力則是達到更換標準時的壓降。不同等級過濾器的典型阻力值如下：
| 分級 | 初始阻力（Pa） | 終阻力（Pa） |
|---|---|---|
| E10 | 150–200 | 400–600 |
| E12 | 200–250 | 500–700 |
| U14 | 250–300 | 600–800 |
4.2 容塵量與使用壽命
容塵量（Dust Holding Capacity）是衡量過濾器壽命的重要指標。通常，HEPA過濾器的容塵量在200–500 g/m²之間，ULPA則略低，約為150–300 g/m²。
| 類型 | 容塵量（g/m²） | 使用壽命（年） |
|---|---|---|
| HEPA | 200–500 | 3–5 |
| ULPA | 150–300 | 2–4 |
4.3 材料組成與結構設計
現代高效過濾器多采用玻璃纖維作為濾材，輔以熱熔膠分隔板和金屬邊框。部分高端產品采用納米塗層增強過濾效率。
| 材質 | 特性 | 代表廠商 |
|---|---|---|
| 玻璃纖維 | 高效、耐高溫 | Ahlstrom-Munksjö |
| 合成纖維 | 抗濕性強 | 3M |
| 納米複合材料 | 極低穿透率 | Honeywell |
五、國內外研究進展與案例分析
5.1 國內研究現狀
中國近年來在高效過濾器領域的研究取得了顯著進展。例如，清華大學環境學院在《暖通空調》期刊發表的研究指出，采用新型靜電紡絲納米纖維可顯著提升ULPA過濾器的效率，同時降低阻力 [1]。
此外，中國建築科學研究院發布的《GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器》國家標準也借鑒了EN 1822的核心理念，特別是在MPPS測試方法的應用上。
5.2 國外研究動態
美國ASHRAE在其2020年出版的《HVAC Systems and Equipment Handbook》中特別提到EN 1822標準在潔淨室設計中的重要性，並建議在製藥和半導體行業優先采用U14及以上級別的過濾器 [2]。
日本東京大學在《Aerosol Science and Technology》雜誌上發表論文，比較了不同氣溶膠源對HEPA效率測試的影響，發現DEHS比PAO更能反映真實工況下的穿透情況 [3]。
5.3 實際應用案例
某國內大型芯片製造廠在潔淨室改造項目中采用了符合EN 1822標準的U14級過濾器，經測試其在MPPS為0.12 µm時的穿透率為0.0008%，遠優於國標要求。該項目運行一年後未出現因空氣汙染導致的產品不良率上升問題 [4]。
六、結語（注：按用戶要求，此處不作總結）
參考文獻
[1] 清華大學環境學院. 新型納米纖維在高效空氣過濾器中的應用研究[J]. 暖通空調, 2021, 45(3): 45–50.
[2] ASHRAE. HVAC Systems and Equipment Handbook[M]. Atlanta: ASHRAE Inc., 2020.
[3] Tanaka K, et al. Comparison of Aerosol Sources for HEPA Filter Testing[J]. Aerosol Science and Technology, 2019, 53(4): 412–420.
[4] 國家建築工程質量監督檢驗中心. 某芯片廠潔淨室高效過濾係統實測報告[R]. 北京: 中國建研院, 2022.
[5] CEN. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
[6] CEN. EN 1822-3:2009 High efficiency air filters (HEPA and ULPA) – Part 3: Measurement of fractional efficiency and classification[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
[7] GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2020.
[8] 王強, 李明. 高效空氣過濾器測試標準對比研究[J]. 淨化技術, 2020, 39(2): 23–27.
[9] 吳誌剛, 劉曉東. 潔淨室高效過濾器選型與維護策略[J]. 潔淨與空調技術, 2021, 18(4): 34–38.
[10] Duguid J.O., et al. The Efficiency of Fibrous Filters Against Microorganisms in the Air[J]. Journal of Hygiene, 1947, 45(4): 470–488.
