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无尘室内空气过滤器性能(néng)测试方法

國(guó)内对于一般通风过滤器的效率测试，过去一般仅要求测试过滤器的初始效率（2008年前按照GB 12218-1989 及其后调整為(wèi) JG/T 22-1999 的要求），但由于过滤器在容尘后效率会发生变化，EN779 要求效率测试需要进行发尘，以不同容尘阶段的平均效率对过滤器进行分(fēn)级。目前欧洲标准在市场上的接受程度相对较高。根据过滤器生产企业将其产品样品送到某实验室进行性能(néng)试验的要求来看，2008年送检的32只过滤器中仅有(yǒu)5只要求按照EN779 的测试标准进行容尘实验，占比 16%；2009年送检的 70 只过滤器中有(yǒu) 24 只要求做容尘实验，占比 34%左右，而2011 年到2012年3月份送检的58 个过滤器中已有(yǒu)高达 30 只要求按 EN779 测试标准进行性能(néng)试验，比例超过50%。这从某种意义上可(kě)以表明 EN779 在國(guó)内的认可(kě)度越来越高。

不同标准的分(fēn)级方法不同，如 EN779 以整个容尘阶段0.4 μm的平均效率作為(wèi)过滤器效率等级划分(fēn)的依据，中國(guó) GB/T 14295-2008标准则以初始分(fēn)组效率作為(wèi)划分(fēn)依据，美國(guó)标准 ANSI/ASHRAEStandard 52.2-2007以过滤不同粒径档的最低效率作為(wèi)划分(fēn)依据。另一方面，不同标准规定的测试方法包括采用(yòng)的气溶胶、发生装置等也有(yǒu)所不同。有(yǒu)學(xué)者从气溶胶的物(wù)理(lǐ)特性，发生装置方面对上述三个标准进行了比较，认為(wèi)固态气溶胶与液态气溶胶相比，其粒径范围广更适合过滤效率测试[1]。也有(yǒu)研究人员认為(wèi)欧洲标准 EN779 测试方法相比GB/T14295-2008 和 ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2007 更精准、更“细”，因此更适合于对较高过滤效率过滤器的性能(néng)评价，而ANSI/ASHRAE Stan-dard 52.2-2007 更适合于效率较低的过滤器。中國(guó)GB/T14295-2008 标准相对于其它标准来说，分(fēn)类方法比较粗糙，ASHRAE Standard 52.2标准分(fēn)类最详细[2]，但在中國(guó)市场应用(yòng)较少，而试验气溶胶、试验尘源也因测试标准不同而存在一定差异[3]。

由于同一只过滤器按照不同的标准进行性能(néng)试验的结果（尤其是效率试验结果）是不同的，為(wèi)了方便用(yòng)户、制造商(shāng)和设计师之间的交流，需要指定按照哪个标准作為(wèi)买卖双方的协议依据。但遗憾的是，目前许多(duō)用(yòng)户甚至暖通专业设计师对过滤器的相关标准、测试方法、分(fēn)级方法等并不十分(fēn)清楚。為(wèi)避免混淆，本文(wén)从过滤器测试方法、效率等级划分(fēn)方法等方面对上述三个标准进行分(fēn)析，此外还将对欧洲通风协会所颁布的EUROVENT4/11中最新(xīn)引入的过滤器能(néng)耗分(fēn)级标准进行分(fēn)析讨论。

2 标准的比较

过滤器效率、初阻力、容尘量是其最重要的三个性能(néng)参数，不同空气过滤器标准均是围绕这三个参数进行评价分(fēn)级。但是不同國(guó)家、不同组织、协会根据本國(guó)國(guó)情采用(yòng)的测试气溶胶和发尘尘源不同，其对应的测试方法和过滤效率性能(néng)评价體(tǐ)系也有(yǒu)所不同。表 1 对中國(guó) GB/T14295-2008 标准、欧洲EN779-2011、美國(guó)标准ANSI/ASHRAE52.2-1999所采用(yòng)的测试方法、尘源、效率评级方法等进行比较。

2.1 过滤器测试方法比较

中國(guó) GB/T14295-2008 标准、欧洲 EN779标准和美國(guó)ANSI/ASHRAE52.2-2007标准规定的测试方法都采用(yòng)气溶胶计径计数法，但是在气溶胶发生装置、气溶胶发生方法等方面有(yǒu)所不同，中國(guó) GB/T14295-2008 标准与美國(guó) ANSI/ASHRAE52.2-2007标准采用(yòng)固體(tǐ)气溶胶KCl；欧洲EN779采用(yòng)液态气溶胶DEHS。固态KCl气溶胶发生方法是将KCl溶液喷雾时通过大量的干燥压缩空气使得水分(fēn)瞬间蒸发，从而与试验气流形成气固两相流，该方法和DEHS 液态气溶胶相比，KCl 固态气溶胶作為(wèi)固體(tǐ)颗粒尘源更接近实际使用(yòng)情况，而且固态粒子可(kě)以更好地反映電(diàn)荷对纤维过滤器效率的影响，但是KCl 气溶胶作為(wèi)一种“固态尘源”会造成过滤器阻力上升；DEHS 液态气溶胶粒径范围较窄，但是DEHS 发生器的响应时间更快，并且对 0.3 μm ~1.2 μm 范围内的液體(tǐ)颗粒，效率测试结果接近固體(tǐ)颗，另外由于DEHS為(wèi)液态气溶胶，所以在测试中不影响过滤器的压降。

三个标准都明确要求采用(yòng)静電(diàn)中和装置对气溶胶进行中和处理(lǐ)，使气溶胶的電(diàn)荷降至波尔兹曼電(diàn)荷分(fēn)布，其中波尔兹曼電(diàn)荷分(fēn)布為(wèi)大气环境中的電(diàn)荷分(fēn)布。这是因為(wèi)如果不对气溶胶进行中和处理(lǐ)，静電(diàn)效应将使得过滤器测试效率高于实际值。另一方面，某些纤维带静電(diàn)的过滤器在实际使用(yòng)过程中，其静電(diàn)会因颗粒物(wù)的积累而中和（或屏蔽），从而使得过滤器效率逐渐降低，当静電(diàn)完全消失后，过滤器过滤性能(néng)可(kě)能(néng)会降低好几个等级。因此，2011年新(xīn)版的 EN779 对部分(fēn)效率相对较高的过滤器（F7、F8 及 F9）增加了最低效率的要求，该最低效率為(wèi)初始效率、过滤器消除静電(diàn)后的效率以及容尘过程中的最小(xiǎo)效率三者的最小(xiǎo)值。显然，这对化纤过滤器的影响较大。

2.2 过滤器效率分(fēn)级方法

中國(guó) GB/T 14295-2008 采用(yòng)大于或等于 0.5 ìm或 2 ìm 微粒的初始效率（或计重效率）将过滤器划分(fēn)為(wèi)不同的等级，该效率评级方法简洁单一，而且也没有(yǒu)考虑容尘对过滤效率的影响。欧洲标准EN779-2011则依据过滤器在容尘阶段对0.4 ìm微粒的平均效率（或平均计重效率）将过滤器划分(fēn)為(wèi)不同的等级。两者的主要评价思想明显不同，即中國(guó)GB/T 14295-2008标准测量的是清洁过滤器的分(fēn)组效率，而欧洲标准关注的是过滤器整个“生命周期”的平均计径（0.4 ìm）效率。美國(guó)标准则要求测量不同粒径档在初始状态和发尘阶段的效率，取其最小(xiǎo)值来评级。筆(bǐ)者实验发现过滤器效率（假设不考虑静電(diàn)作用(yòng)）基本随着单位面积容尘量的增加而增加，因此如果不考虑静電(diàn)作用(yòng)，美國(guó)标准也只是关注过滤器的初始状态下的计径分(fēn)级效率。与中國(guó)标准 GB/T 14295-2008 相比，美國(guó)标准的评级方法是把过滤器对3个粒径档的粒子效率综合考虑来对产品进行评级，该方法综合考虑了过滤器对不同粒径的过滤效率，值得 GB/T 14295-2008 借鉴，因為(wèi)不同过滤器对不同粒径的效率差别很(hěn)大，单独依据某个粒径效率进行评级不能(néng)全面反映过滤器的效率。

上述3个标准对过滤器效率的分(fēn)级方法存在一定差异，但是研究发现它们之间也存在着一定的对照或转换关系。蔡杰博士在其著作《过滤器 ABC》中最早提出了不同标准的分(fēn)级的近似对照图[1]，在此基础上，CRAA430 综合各种最新(xīn)标准，更新(xīn)了中國(guó)、日本、欧洲、美國(guó)空气过滤器分(fēn)类、效率近似图[5]见图 1。天津大學(xué)李圆圆对几个级别进行了验证，发现该对照表和实测情况基本吻合[2]。筆(bǐ)者随机选择了10个不同过滤器按照GB/T 14295-2008和 EN779-2002 进行过滤器性能(néng)测试，并分(fēn)别依据GB/T14295-2008 与 EN 779-2002（由实验室条件限制，没有(yǒu)按照美國(guó)标准测试）的相应分(fēn)级标准对其进行分(fēn)级，测试结果见表 2。

通过对比试验发现，除了6号产品按照标准EN779-2002 和 GB/T 14295-2008 效率分(fēn)级和对照图有(yǒu)微小(xiǎo)差别外，其他(tā)9个产品和对照图基本一致。测试结果证明不同标准间的过滤器级别是可(kě)以大致转换的。因此没有(yǒu)必要强调某个标准效率分(fēn)级方法一定优于其他(tā)标准，只是不同标准的效率评级方法着重点不同。GB/T14295-2008更关注过滤器清洁状态下的最低效率，而欧洲标准EN 779-2002则更关注过滤器整个使用(yòng)“生命周期”效率。虽然用(yòng)户可(kě)以自己决定采用(yòng)何种标准进行分(fēn)级与性能(néng)试验，但目前市场上普遍采用(yòng)的是 EN779的过滤器分(fēn)级方法。

2.3 过滤器阻力性能(néng)评价方法比较

过滤器阻力是过滤器的一个重要性能(néng)指标，其值大小(xiǎo)直接反映过滤器所消耗的能(néng)耗，并对过滤器容尘量产生影响。统计表明空调机组中过滤器的能(néng)耗占总风机能(néng)耗的 10%~70%[1]。一个普通 F8 袋式过滤器一年能(néng)耗约為(wèi) 500 kWh~1000 kWh，每降低 10 Pa 阻力过滤器能(néng)耗每年约减少50 kWh ~100k W h[ 2 ]，因此降低过滤器阻力是非常重要的。GB/T14295对不同等级的过滤器在其额定风量下初阻力有(yǒu)明确上限要求，如高中效过滤器在其额定风量下初阻力不得大于100 Pa，其相应的终阻力為(wèi)其初阻力的2倍。该方法结合效率和阻力对过滤器进行等级划分(fēn)，一定程度上反映了标准制定者已经把节能(néng)这一理(lǐ)念用(yòng)于过滤器，但是该方法将过滤器的初始阻力和效率同时作為(wèi)划分(fēn)过滤器等级的依据，会限制一些过滤效率较高但阻力偏大的过滤器等级的适当划分(fēn)，因此会造成一定程度的资源浪费。如某公司送检的过滤器按照 GB/T 14295-2008测得其粒径≥0.5 ìm 的分(fēn)组效率為(wèi)68.6%，初阻力為(wèi) 92Pa，按照效率分(fēn)级方法该过滤器為(wèi)中效1，但是按照初阻力要求，该过滤器不能(néng)评為(wèi)中效 1，因此无法确定该过滤器的分(fēn)级。

欧洲标准EN779与美國(guó)ASHRAE标准对过滤器初阻力均没有(yǒu)明确要求，欧洲通风协会制定的Eurovent 4/11[3]则充分(fēn)考虑了过滤器整个使用(yòng)周期中的阻力变化，即过滤器整个生命周期使用(yòng)能(néng)耗对过滤器进行能(néng)效分(fēn)级。该评级方法“模拟”计算过滤器在整个生命周期内的能(néng)耗：

式 1 的前提条件是过滤器运行风量qv=0.944 m3/s，风机效率  = 0.50，风机运行时间 t = 6000 h。式中的平均阻力 可(kě)通过下式计算得：

其中：a、b、c、d 為(wèi)过滤器阻力 - 容尘拟合曲線(xiàn)的四次多(duō)项式的系数；Mx是计算平均阻力的ASHRAE 负荷尘量，单位 g，Mx是下述3 个值之一，G 组过滤器 MG= 350g，M 组过滤器 MM=250g，F 组过滤器 MF=100 g，见表 2；  pi為(wèi)空气过滤器的初阻力，单位Pa； p 為(wèi)不同容尘阶段空气过滤器的阻力，单位 Pa；為(wèi)过滤器平均阻力单位 Pa；W 為(wèi)年能(néng)耗，单位 kWh。

根据（2）和（3）式可(kě)计算得到过滤器在整个“模拟周期”内的平均阻力，代入（1）式可(kě)求得过滤器在整个生命周期内的能(néng)耗W，从而根据不同过滤的能(néng)耗性能(néng)参数 W 将其分(fēn)為(wèi) A、B、C、D 、E 、F 、G 等 7 个能(néng)效等级（如表 3 所示）。

该评级方法第一次将过滤器“运行周期”内的阻力变化纳入过滤器性能(néng)评价體(tǐ)系，能(néng)够评估过滤器整个生命周期中的能(néng)耗。（1）式中的风量 qv、运行时间 t、风机效率参数都為(wèi)设定值，因此為(wèi)了准确计算（1）式中能(néng)耗W，只需要确定过滤器整个“生命周期”的平均阻力。采用(yòng) ASHARE人工粉尘模拟过滤器实际使用(yòng)过程中的各个不同阶段来计算过滤器平均阻力。由于尘源粒径大小(xiǎo)、形状不同，相同质量容尘造成过滤器阻力上升幅度也会相差很(hěn)大。欧洲经验表明，即使同样的ASHRAE人工尘，采用(yòng) Particle Technology 公司的ASHRAE粉尘试验时，过滤器的容尘量比用(yòng)Blue Heaven公司的ASHRAE粉尘低很(hěn)多(duō)。这势必影响到过滤器的能(néng)效分(fēn)级，因此该标准建议用(yòng)Particle Technology 生产的粉尘。筆(bǐ)者也通过对某过滤器进行不同尘源的容尘试验，图2所示的试验结果表明过滤器容尘试验采用(yòng)不同的人工尘，过滤器阻力的变化过程也显著不同，相差幅度能(néng)高达100%。可(kě)见人工尘不同，过滤器容尘量会相差很(hěn)大，而采用(yòng)（1）式计算的能(néng)耗也会差异很(hěn)大，而过滤器实际应用(yòng)时过滤的大气尘和测试用(yòng)的ASHRAE 人工尘相差很(hěn)大，因此（1）式计算的 W 值只能(néng)用(yòng)能(néng)效评级，并不能(néng)（1）式计算的 W 值只能(néng)用(yòng)于能(néng)效评级，并不能(néng)代表实际应用(yòng)过程中的能(néng)耗。

3 结论

（1）中國(guó) GB/T 14295-2008 标准、欧洲标准EN 779-2011，美國(guó)标准 ANSI/ASHRAE 52.2-2007过滤器测试方法、气溶胶发生装置、气溶胶都有(yǒu)各自优点和不足。EN779-2011要求对过滤器产品消除静電(diàn)后对其进行效率测试是很(hěn)有(yǒu)必要的。

（2）效率分(fēn)级方面，欧洲标准更加关注过滤整个“生命周期”0.4 ìm 的平均效率，而美國(guó)标准强调整个生命周期不同粒径档的最低分(fēn)级效率，中國(guó)标准则关注过滤器 0.5 ìm或 2 ìm 的初始分(fēn)组效率，三个标准分(fēn)级方法各不相同，但是三个标准的效率等级之间可(kě)以大致进行转换。

（3 ）阻力性能(néng)方面，美國(guó)标准 A N S I /ASHRAE52.2-2007 对过滤器初祖力没有(yǒu)明要求，中國(guó) GB/T 14295-2008标准把阻力和效率不合理(lǐ)联系，造成某些过滤器无法确定等级。欧洲标准单独对过滤器进行能(néng)效分(fēn)级，将过滤器的过滤效率和阻力两个不同参数用(yòng)不同指标对其评级，并且该分(fēn)级方案还综合考虑了过滤器在使用(yòng)过程中阻力的变化趋势，真正“模拟”了过滤器整个使用(yòng)周期的能(néng)耗