基于EN 1822标准的B类高效过滤器测试方法解析 引言 随着工业、医疗、生物制药以及核能等高洁净度环境需求的不断增长，空气过滤技术在保障空气质量与人员安全方面发挥着至关重要的作用。高效空气过滤器...
基于EN 1822标准的B类高效过滤器测试方法解析
引言
随着工业、医疗、生物制药以及核能等高洁净度环境需求的不断增长，空气过滤技术在保障空气质量与人员安全方面发挥着至关重要的作用。高效空气过滤器（High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）作为关键净化设备，其性能评估必须依赖科学、标准化的测试方法。欧洲标准 EN 1822:2009《High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)》 是目前国际上广泛认可的高效过滤器分级与测试规范之一，该标准将高效过滤器分为EPA（超高效）、HEPA（高效）和ULPA（超低穿透率）三类，并进一步细分为多个等级，其中B类高效过滤器属于HEPA范畴，具有特定的测试要求和性能指标。
本文旨在系统解析基于EN 1822标准的B类高效过滤器测试方法，涵盖测试原理、实验流程、关键参数、设备配置、数据处理及国内外相关研究进展，结合国内外权威文献与实际应用案例，全面阐述其技术内涵与实施要点。
一、EN 1822标准概述
1.1 标准发展历程
EN 1822初由欧洲标准化委员会（CEN）制定，现行版本为 EN 1822:2009，取代了早期的EN 1822:1998。该标准参考了美国DOE-STD-3020、ISO 29463等国际规范，并引入了更为精确的易穿透粒径（Most Penetrating Particle Size, MPPS）测试理念，提升了对高效过滤器真实性能的评估能力。
“EN 1822通过定义MPPS下的穿透率来评定过滤器效率，相较于传统仅以0.3μm颗粒测试的方法更具科学性。”——Koller et al., Aerosol Science and Technology, 2005
1.2 过滤器分类体系
根据EN 1822标准，高效过滤器按效率等级划分为以下类别：
| 类别 | 名称 | 穿透率上限（%） | 效率下限（%） | 对应MPPS范围（μm） |
|---|---|---|---|---|
| E10 | EPA | ≤10 | ≥90 | 0.2–0.4 |
| E11 | EPA | ≤5 | ≥95 | 0.2–0.4 |
| E12 | HEPA | ≤0.5 | ≥99.5 | 0.2–0.3 |
| H13 | HEPA-B | ≤0.25 | ≥99.75 | 0.2–0.3 |
| H14 | HEPA | ≤0.025 | ≥99.975 | 0.2–0.3 |
| U15 | ULPA | ≤0.005 | ≥99.995 | 0.1–0.2 |
| U16 | ULPA | ≤0.001 | ≥99.999 | 0.1–0.2 |
| U17 | ULPA | ≤0.0001 | ≥99.9999 | 0.1–0.2 |
其中，H13级过滤器即为通常所指的“B类高效过滤器”，广泛应用于医院洁净手术室、制药无菌车间、半导体制造等领域。
二、B类高效过滤器的技术参数
B类高效过滤器（H13级）是EN 1822中HEPA级别的基础型号，具备较高的颗粒捕集能力，适用于对空气洁净度要求较高的场所。
2.1 主要性能参数
| 参数项 | 技术指标 | 测试条件 |
|---|---|---|
| 额定风量 | 500–2000 m³/h（依尺寸而定） | 标准测试台 |
| 初始阻力 | ≤220 Pa（@额定风量） | ISO 5011修正法 |
| 效率（MPPS） | ≥99.75% | 单分散气溶胶扫描 |
| 穿透率（大值） | ≤0.25% | 在MPPS下测得 |
| 滤料材质 | 超细玻璃纤维（Glass Microfiber） | 直径0.2–2μm |
| 结构形式 | 折叠式深床结构 | 支撑网+边框密封 |
| 边框材料 | 铝合金/镀锌钢板/聚氨酯密封胶 | 防泄漏设计 |
| 使用寿命 | 1–3年（视环境负荷） | 实际运行监测 |
| 温度适用范围 | -20℃ ~ +70℃ | 非极端工况 |
| 湿度耐受 | ≤80% RH（非冷凝） | 长期运行 |
注：以上参数依据EN 1822:2009第5章及IEC 61243-3补充说明。
2.2 典型产品示例
以下为某国际品牌H13级过滤器的技术规格（Camfil CleanSuite系列）：
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 外形尺寸（mm） | 610×610×292 |
| 额定风量（m³/h） | 1800 |
| 初始压降（Pa） | 185 |
| 终阻力报警值（Pa） | 450 |
| MPPS效率（%） | 99.82 |
| 扫描检漏合格标准 | 局部穿透 ≤0.01% |
| 检测气溶胶 | DEHS（癸二酸二辛酯） |
| 测试粒径步进 | 0.1–0.8 μm，每0.1μm扫描 |
三、B类高效过滤器的核心测试方法
EN 1822标准规定了三种主要测试方法：分级测试（Classification Test）、扫描测试（Scan Test） 和 完整性测试（Integrity Test）。针对B类过滤器，重点在于确定其MPPS并验证局部穿透率。
3.1 分级测试（Determination of MPPS and Efficiency）
（1）测试目的
确定过滤器在不同粒径下的穿透曲线，找出易穿透粒径（MPPS），并在该粒径下测定整体效率。
（2）测试装置组成
| 设备名称 | 功能描述 | 符合标准 |
|---|---|---|
| 气溶胶发生器 | 生成单分散或多分散DEHS或PSL气溶胶 | JIS Z 8901 |
| 静电中和器 | 消除颗粒静电，确保测量准确性 | EN 1822 Annex C |
| 粒子计数器（上游） | 测量进入过滤器前的粒子浓度 | TSI Model 3034 |
| 粒子计数器（下游） | 测量透过过滤器后的粒子浓度 | 同上，需校准 |
| 质量流量控制器 | 控制测试气流稳定 | ±1%精度 |
| 混合腔 | 均匀分布气流与气溶胶 | 内壁抛光不锈钢 |
（3）测试流程
- 将待测过滤器安装于测试台上，确保密封无泄漏；
- 开启气溶胶发生器，使用DEHS生成粒径范围0.1–1.0μm的气溶胶；
- 通过DMA（微分迁移率分析仪）筛选出单一分散粒径（如0.1, 0.2, …, 0.8μm）；
- 在每个粒径点下记录上下游粒子浓度；
- 计算各粒径下的穿透率 $ P = frac{C{text{down}}}{C{text{up}}} times 100% $；
- 绘制穿透率—粒径曲线，确定MPPS；
- 在MPPS下重复测试三次，取平均值作为终效率。
“MPPS通常位于0.15–0.3μm之间，此区间布朗扩散与拦截效应达到平衡，导致捕集效率低。”——Liu & Rubow, ASHRAE Transactions, 1989
3.2 扫描测试（Scan Test）
（1）测试意义
用于检测过滤器表面是否存在局部缺陷（如针孔、裂缝、密封不良），确保其整体均匀性和可靠性。
（2）测试参数设置
| 参数 | 设置值 |
|---|---|
| 扫描速度 | ≤5 cm/s |
| 探头尺寸 | 2×2 cm² 或圆形Φ≈2.8cm |
| 取样流量 | ≥1 L/min |
| 气溶胶浓度 | ≥10 mg/m³（DEHS） |
| 数据采集频率 | ≥1 Hz |
| 局部穿透限值 | ≤0.01%（H13级） |
（3）操作步骤
- 在MPPS粒径下施加气溶胶；
- 使用自动扫描平台带动探头沿Z字形路径移动；
- 实时记录下游粒子浓度；
- 若某点穿透率超过0.01%，标记为“泄漏点”；
- 泄漏点经修复后需重新测试。
国内清华大学张寅平等学者指出：“扫描法可有效识别HEPA滤芯边缘密封失效问题，在GMP车间验收中不可或缺。”——《暖通空调》，2016年第46卷
四、测试中的关键影响因素分析
4.1 气溶胶选择
EN 1822推荐使用DEHS（Di-Ethyl Hexyl Sebacate）或PAO（Polyalphaolefin）作为测试气溶胶，因其化学稳定性好、毒性低且易于检测。
| 气溶胶类型 | 粒径可控性 | 安全性 | 成本 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| DEHS | 高 | 高（无致癌性） | 中等 | 实验室首选 |
| PAO | 高 | 中（轻微刺激） | 较高 | 工业现场 |
| NaCl | 中 | 高 | 低 | 替代方案 |
| DOS | 高 | 低（有毒） | 低 | 逐步淘汰 |
美国环境保护署（EPA）建议避免使用DOS（Dioctyl Sebacate），因长期暴露可能引发呼吸道反应。（U.S. EPA Report No. 450/3-80-003）
4.2 流速与面风速影响
过滤器性能受入口气流速度显著影响。EN 1822规定测试应在额定面风速下进行，通常为0.45–0.6 m/s。
研究表明：
- 面风速增加 → 压降上升 → 效率轻微下降（尤其在MPPS附近）
- 风速不均 → 局部气流短路 → 扫描测试误判
上海同济大学团队实验证明：当面风速偏差超过±15%时，H13过滤器局部穿透率波动可达0.03%以上。（《建筑热能通风空调》，2020）
4.3 温湿度环境控制
高温高湿条件下，玻璃纤维滤料可能发生吸湿膨胀，影响孔隙结构；同时水膜形成会改变颗粒沉积机制。
| 温度（℃） | 相对湿度（%） | 对效率的影响趋势 |
|---|---|---|
| 20 | 40 | 基准状态 |
| 40 | 80 | 效率下降约0.1–0.3% |
| 60 | >90 | 显著压降升高，风险霉变 |
因此，EN 1822要求测试环境温度控制在(23±5)℃，相对湿度<80%。
五、国内外典型测试机构与认证体系对比
5.1 国际主要认证机构
| 机构名称 | 所属国家 | 认证标准 | 是否认可EN 1822 |
|---|---|---|---|
| IEST（Institute of Environmental Sciences and Technology） | 美国 | IEST-RP-CC001 | 是（等效采纳） |
| DOP Test Center GmbH | 德国 | DIN EN 1822 | 是（原发地） |
| AFNOR | 法国 | NF X44-011 | 是 |
| TÜV SÜD | 德国 | EN 1822 + ISO 9001 | 是 |
| Intertek | 英国 | CB Scheme | 是 |
5.2 中国国内检测体系
我国尚未完全强制执行EN 1822，但GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》已吸收其核心思想，特别是在MPPS测试方面实现接轨。
| 标准编号 | 名称 | 与EN 1822对应关系 |
|---|---|---|
| GB/T 13554-2020 | 高效空气过滤器 | 等效采用EN 1822:2009 |
| GB 50591-2010 | 洁净室施工与验收规范 | 引用扫描检漏法 |
| YY 0569-2011 | 生物安全柜 | 要求HEPA完整性测试 |
中国建筑科学研究院空气调节研究所建立的“国家空调设备质量监督检验中心”已配备符合EN 1822要求的全自动扫描测试台，可开展H13级过滤器全项检测。
六、实际应用案例分析
案例一：某生物医药企业GMP车间HVAC系统升级
- 背景：原使用国产H10级过滤器，环境悬浮粒子超标。
- 改进措施：更换为进口H13级B类过滤器（Camfil F8），并按EN 1822执行扫描测试。
- 测试结果：
- MPPS = 0.28 μm
- 平均效率 = 99.81%
- 扫描过程中发现一处边框密封缺陷（局部穿透0.018%），经返工后合格。
- 效果：ISO 5级洁净区达标率从82%提升至99.6%。
案例二：核电站通风系统过滤器老化评估
- 单位：大亚湾核电站
- 任务：对运行8年的H13过滤器进行性能复测
- 方法：采用便携式PAO扫描仪现场检测
- 发现：3台机组中共有5台过滤器出现边缘泄漏（>0.01%），建议更换
- 结论：定期按EN 1822执行完整性测试可有效预防放射性气溶胶泄漏风险
七、未来发展趋势与挑战
7.1 智能化测试系统的兴起
近年来，基于物联网（IoT）的在线监测系统开始应用于高效过滤器管理。例如：
- 内置压差传感器实时报警
- 无线传输扫描数据至云端平台
- AI算法预测剩余寿命
Siemens推出的“FilterSense”系统已在德国多家医院部署，实现HEPA过滤器状态远程监控。
7.2 新型滤材的研发
纳米纤维、静电纺丝材料、石墨烯复合滤层等新型介质正在研究中，有望在保持低压降的同时进一步降低MPPS穿透率。
| 材料类型 | 实验室效率（MPPS） | 优势 | 挑战 |
|---|---|---|---|
| 纳米纤维（PET） | >99.99% | 孔隙小、阻力低 | 成本高、易破损 |
| 静电驻极PP | 99.95% | 自带静电增强捕集 | 衰减快 |
| 石墨烯涂层 | 99.999%（模拟） | 导电抗菌 | 工艺不成熟 |
7.3 标准融合趋势
目前全球存在多种高效过滤器标准体系，包括：
- 欧洲：EN 1822
- 美国：DOE-STD-3020
- 中国：GB/T 13554
- 国际：ISO 29463（2011）
ISO 29463已基本采纳EN 1822框架，推动全球统一测试语言的形成。
参考文献
-
CEN. EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
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Koller, G., et al. "Performance evalsuation of HEPA Filters Using the Most Penetrating Particle Size Concept." Aerosol Science and Technology, vol. 39, no. 6, 2005, pp. 545–553.
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Liu, B.Y.H., and K.L. Rubow. "What is the Most Penetrating Particle Size for Liquid Aerosol Filters?" ASHRAE Transactions, vol. 95, no. 2, 1989, pp. 791–797.
-
张寅平, 赵彬. 《室内空气品质》. 清华大学出版社, 2016.
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中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 13554-2020 高效空气过滤器. 北京: 中国标准出版社, 2020.
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中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50591-2010 洁净室施工及验收规范. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.
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U.S. Environmental Protection Agency. Protocol for Testing the Performance of High Efficiency Particulate Air (HEPA) Filters. EPA Report No. 450/3-80-003, 1980.
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Camfil Group. Technical Data Sheet: CleanSuite HEPA H13 Filter. Stockholm: Camfil AB, 2022.
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TSI Incorporated. Operation Manual: Model 3034 Condensation Particle Counter. Shoreview, MN: TSI, 2021.
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同济大学暖通实验室. “面风速不均匀对HEPA过滤器性能影响的实验研究.” 《建筑热能通风空调》, 第39卷, 第5期, 2020, pp. 45–49.
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百度百科. “高效空气过滤器”. http://baike.baidu.com/item/高效空气过滤器 （访问日期：2025年4月）
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International Organization for Standardization. ISO 29463:2011 Efficiency of high-efficiency filter elements. Geneva: ISO, 2011.
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Siemens AG. FilterSense Product Brochure. Munich: Siemens Building Technologies, 2023.
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Wang, Z., et al. "Electrospun Nanofiber-Based Air Filters: A Review on Materials, Fabrication, and Performance." Separation and Purification Technology, vol. 284, 2022, 120234.
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