無塵室內空氣過濾器性能測試方法

國內對于一般通風過濾器的效率測試，過去一般僅要求測試過濾器的初始效率（2008年前按照GB 12218-1989 及其后調整為 JG/T 22-1999 的要求），但由于過濾器在容塵后效率會發生變化，EN779 要求效率測試需要進行發塵，以不同容塵階段的平均效率對過濾器進行分級。目前歐洲標準在市場上的接受程度相對較高。根據過濾器生產企業將其產品樣品送到某實驗室進行性能試驗的要求來看，2008年送檢的32只過濾器中僅有5只要求按照EN779 的測試標準進行容塵實驗，占比 16%；2009年送檢的 70 只過濾器中有 24 只要求做容塵實驗，占比 34%左右，而2011 年到2012年3月份送檢的58 個過濾器中已有高達 30 只要求按 EN779 測試標準進行性能試驗，比例超過50%。這從某種意義上可以表明 EN779 在國內的認可度越來越高。

不同標準的分級方法不同，如 EN779 以整個容塵階段0.4 μm的平均效率作為過濾器效率等級劃分的依據，中國 GB/T 14295-2008標準則以初始分組效率作為劃分依據，美國標準 ANSI/ASHRAEStandard 52.2-2007以過濾不同粒徑檔的最低效率作為劃分依據。另一方面，不同標準規定的測試方法包括采用的氣溶膠、發生裝置等也有所不同。有學者從氣溶膠的物理特性，發生裝置方面對上述三個標準進行了比較，認為固態氣溶膠與液態氣溶膠相比，其粒徑范圍廣更適合過濾效率測試[1]。也有研究人員認為歐洲標準 EN779 測試方法相比GB/T14295-2008 和 ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2007 更精準、更“細”，因此更適合于對較高過濾效率過濾器的性能評價，而ANSI/ASHRAE Stan-dard 52.2-2007 更適合于效率較低的過濾器。中國GB/T14295-2008 標準相對于其它標準來說，分類方法比較粗糙，ASHRAE Standard 52.2標準分類最詳細[2]，但在中國市場應用較少，而試驗氣溶膠、試驗塵源也因測試標準不同而存在一定差異[3]。

由于同一只過濾器按照不同的標準進行性能試驗的結果（尤其是效率試驗結果）是不同的，為了方便用戶、制造商和設計師之間的交流，需要指定按照哪個標準作為買賣雙方的協議依據。但遺憾的是，目前許多用戶甚至暖通專業設計師對過濾器的相關標準、測試方法、分級方法等并不十分清楚。為避免混淆，本文從過濾器測試方法、效率等級劃分方法等方面對上述三個標準進行分析，此外還將對歐洲通風協會所頒布的EUROVENT4/11中最新引入的過濾器能耗分級標準進行分析討論。

2 標準的比較

過濾器效率、初阻力、容塵量是其最重要的三個性能參數，不同空氣過濾器標準均是圍繞這三個參數進行評價分級。但是不同國家、不同組織、協會根據本國國情采用的測試氣溶膠和發塵塵源不同，其對應的測試方法和過濾效率性能評價體系也有所不同。表 1 對中國 GB/T14295-2008 標準、歐洲EN779-2011、美國標準ANSI/ASHRAE52.2-1999所采用的測試方法、塵源、效率評級方法等進行比較。

2.1 過濾器測試方法比較

中國 GB/T14295-2008 標準、歐洲 EN779標準和美國ANSI/ASHRAE52.2-2007標準規定的測試方法都采用氣溶膠計徑計數法，但是在氣溶膠發生裝置、氣溶膠發生方法等方面有所不同，中國 GB/T14295-2008 標準與美國 ANSI/ASHRAE52.2-2007標準采用固體氣溶膠KCl；歐洲EN779采用液態氣溶膠DEHS。固態KCl氣溶膠發生方法是將KCl溶液噴霧時通過大量的干燥壓縮空氣使得水分瞬間蒸發，從而與試驗氣流形成氣固兩相流，該方法和DEHS 液態氣溶膠相比，KCl 固態氣溶膠作為固體顆粒塵源更接近實際使用情況，而且固態粒子可以更好地反映電荷對纖維過濾器效率的影響，但是KCl 氣溶膠作為一種“固態塵源”會造成過濾器阻力上升；DEHS 液態氣溶膠粒徑范圍較窄，但是DEHS 發生器的響應時間更快，并且對 0.3 μm ~1.2 μm 范圍內的液體顆粒，效率測試結果接近固體顆，另外由于DEHS為液態氣溶膠，所以在測試中不影響過濾器的壓降。

三個標準都明確要求采用靜電中和裝置對氣溶膠進行中和處理，使氣溶膠的電荷降至波爾茲曼電荷分布，其中波爾茲曼電荷分布為大氣環境中的電荷分布。這是因為如果不對氣溶膠進行中和處理，靜電效應將使得過濾器測試效率高于實際值。另一方面，某些纖維帶靜電的過濾器在實際使用過程中，其靜電會因顆粒物的積累而中和（或屏蔽），從而使得過濾器效率逐漸降低，當靜電完全消失后，過濾器過濾性能可能會降低好幾個等級。因此，2011年新版的 EN779 對部分效率相對較高的過濾器（F7、F8 及 F9）增加了最低效率的要求，該最低效率為初始效率、過濾器消除靜電后的效率以及容塵過程中的最小效率三者的最小值。顯然，這對化纖過濾器的影響較大。

2.2 過濾器效率分級方法

中國 GB/T 14295-2008 采用大于或等于 0.5 ìm或 2 ìm 微粒的初始效率（或計重效率）將過濾器劃分為不同的等級，該效率評級方法簡潔單一，而且也沒有考慮容塵對過濾效率的影響。歐洲標準EN779-2011則依據過濾器在容塵階段對0.4 ìm微粒的平均效率（或平均計重效率）將過濾器劃分為不同的等級。兩者的主要評價思想明顯不同，即中國GB/T 14295-2008標準測量的是清潔過濾器的分組效率，而歐洲標準關注的是過濾器整個“生命周期”的平均計徑（0.4 ìm）效率。美國標準則要求測量不同粒徑檔在初始狀態和發塵階段的效率，取其最小值來評級。筆者實驗發現過濾器效率（假設不考慮靜電作用）基本隨著單位面積容塵量的增加而增加，因此如果不考慮靜電作用，美國標準也只是關注過濾器的初始狀態下的計徑分級效率。與中國標準 GB/T 14295-2008 相比，美國標準的評級方法是把過濾器對3個粒徑檔的粒子效率綜合考慮來對產品進行評級，該方法綜合考慮了過濾器對不同粒徑的過濾效率，值得 GB/T 14295-2008 借鑒，因為不同過濾器對不同粒徑的效率差別很大，單獨依據某個粒徑效率進行評級不能全面反映過濾器的效率。

上述3個標準對過濾器效率的分級方法存在一定差異，但是研究發現它們之間也存在著一定的對照或轉換關系。蔡杰博士在其著作《過濾器 ABC》中最早提出了不同標準的分級的近似對照圖[1]，在此基礎上，CRAA430 綜合各種最新標準，更新了中國、日本、歐洲、美國空氣過濾器分類、效率近似圖[5]見圖 1。天津大學李圓圓對幾個級別進行了驗證，發現該對照表和實測情況基本吻合[2]。筆者隨機選擇了10個不同過濾器按照GB/T 14295-2008和 EN779-2002 進行過濾器性能測試，并分別依據GB/T14295-2008 與 EN 779-2002（由實驗室條件限制，沒有按照美國標準測試）的相應分級標準對其進行分級，測試結果見表 2。

通過對比試驗發現，除了6號產品按照標準EN779-2002 和 GB/T 14295-2008 效率分級和對照圖有微小差別外，其他9個產品和對照圖基本一致。測試結果證明不同標準間的過濾器級別是可以大致轉換的。因此沒有必要強調某個標準效率分級方法一定優于其他標準，只是不同標準的效率評級方法著重點不同。GB/T14295-2008更關注過濾器清潔狀態下的最低效率，而歐洲標準EN 779-2002則更關注過濾器整個使用“生命周期”效率。雖然用戶可以自己決定采用何種標準進行分級與性能試驗，但目前市場上普遍采用的是 EN779的過濾器分級方法。

2.3 過濾器阻力性能評價方法比較

過濾器阻力是過濾器的一個重要性能指標，其值大小直接反映過濾器所消耗的能耗，并對過濾器容塵量產生影響。統計表明空調機組中過濾器的能耗占總風機能耗的 10%~70%[1]。一個普通 F8 袋式過濾器一年能耗約為 500 kWh~1000 kWh，每降低 10 Pa 阻力過濾器能耗每年約減少50 kWh ~100k W h[ 2 ]，因此降低過濾器阻力是非常重要的。GB/T14295對不同等級的過濾器在其額定風量下初阻力有明確上限要求，如高中效過濾器在其額定風量下初阻力不得大于100 Pa，其相應的終阻力為其初阻力的2倍。該方法結合效率和阻力對過濾器進行等級劃分，一定程度上反映了標準制定者已經把節能這一理念用于過濾器，但是該方法將過濾器的初始阻力和效率同時作為劃分過濾器等級的依據，會限制一些過濾效率較高但阻力偏大的過濾器等級的適當劃分，因此會造成一定程度的資源浪費。如某公司送檢的過濾器按照 GB/T 14295-2008測得其粒徑≥0.5 ìm 的分組效率為68.6%，初阻力為 92Pa，按照效率分級方法該過濾器為中效1，但是按照初阻力要求，該過濾器不能評為中效 1，因此無法確定該過濾器的分級。

歐洲標準EN779與美國ASHRAE標準對過濾器初阻力均沒有明確要求，歐洲通風協會制定的Eurovent 4/11[3]則充分考慮了過濾器整個使用周期中的阻力變化，即過濾器整個生命周期使用能耗對過濾器進行能效分級。該評級方法“模擬”計算過濾器在整個生命周期內的能耗：

式 1 的前提條件是過濾器運行風量qv=0.944 m3/s，風機效率  = 0.50，風機運行時間 t = 6000 h。式中的平均阻力 可通過下式計算得：

其中：a、b、c、d 為過濾器阻力 - 容塵擬合曲線的四次多項式的系數；Mx是計算平均阻力的ASHRAE 負荷塵量，單位 g，Mx是下述3 個值之一，G 組過濾器 MG= 350g，M 組過濾器 MM=250g，F 組過濾器 MF=100 g，見表 2；  pi為空氣過濾器的初阻力，單位Pa； p 為不同容塵階段空氣過濾器的阻力，單位 Pa；為過濾器平均阻力單位 Pa；W 為年能耗，單位 kWh。

根據（2）和（3）式可計算得到過濾器在整個“模擬周期”內的平均阻力，代入（1）式可求得過濾器在整個生命周期內的能耗W，從而根據不同過濾的能耗性能參數 W 將其分為 A、B、C、D 、E 、F 、G 等 7 個能效等級（如表 3 所示）。

該評級方法第一次將過濾器“運行周期”內的阻力變化納入過濾器性能評價體系，能夠評估過濾器整個生命周期中的能耗。（1）式中的風量 qv、運行時間 t、風機效率參數都為設定值，因此為了準確計算（1）式中能耗W，只需要確定過濾器整個“生命周期”的平均阻力。采用 ASHARE人工粉塵模擬過濾器實際使用過程中的各個不同階段來計算過濾器平均阻力。由于塵源粒徑大小、形狀不同，相同質量容塵造成過濾器阻力上升幅度也會相差很大。歐洲經驗表明，即使同樣的ASHRAE人工塵，采用 Particle Technology 公司的ASHRAE粉塵試驗時，過濾器的容塵量比用Blue Heaven公司的ASHRAE粉塵低很多。這勢必影響到過濾器的能效分級，因此該標準建議用Particle Technology 生產的粉塵。筆者也通過對某過濾器進行不同塵源的容塵試驗，圖2所示的試驗結果表明過濾器容塵試驗采用不同的人工塵，過濾器阻力的變化過程也顯著不同，相差幅度能高達100%。可見人工塵不同，過濾器容塵量會相差很大，而采用（1）式計算的能耗也會差異很大，而過濾器實際應用時過濾的大氣塵和測試用的ASHRAE 人工塵相差很大，因此（1）式計算的 W 值只能用能效評級，并不能（1）式計算的 W 值只能用于能效評級，并不能代表實際應用過程中的能耗。

3 結論

（1）中國 GB/T 14295-2008 標準、歐洲標準EN 779-2011，美國標準 ANSI/ASHRAE 52.2-2007過濾器測試方法、氣溶膠發生裝置、氣溶膠都有各自優點和不足。EN779-2011要求對過濾器產品消除靜電后對其進行效率測試是很有必要的。

（2）效率分級方面，歐洲標準更加關注過濾整個“生命周期”0.4 ìm 的平均效率，而美國標準強調整個生命周期不同粒徑檔的最低分級效率，中國標準則關注過濾器 0.5 ìm或 2 ìm 的初始分組效率，三個標準分級方法各不相同，但是三個標準的效率等級之間可以大致進行轉換。

（3 ）阻力性能方面，美國標準 A N S I /ASHRAE52.2-2007 對過濾器初祖力沒有明要求，中國 GB/T 14295-2008標準把阻力和效率不合理聯系，造成某些過濾器無法確定等級。歐洲標準單獨對過濾器進行能效分級，將過濾器的過濾效率和阻力兩個不同參數用不同指標對其評級，并且該分級方案還綜合考慮了過濾器在使用過程中阻力的變化趨勢，真正“模擬”了過濾器整個使用周期的能耗