性能指标与标准 (Performance Metrics & Standards)
关键性能指标 (Key Performance Metrics):
过滤效率 (Filtration Efficiency):
定义: 衡量过滤器在单次空气通过时,去除特定尺寸(或尺寸范围)颗粒物能力的百分比。即:(上游颗粒浓度 - 下游颗粒浓度) / 上游颗粒浓度 × 100%。
重要性: 这是评价过滤器性能的核心指标。效率与颗粒物大小密切相关,一个过滤器对大颗粒(如10μm)可能效率很高,但对小颗粒(如0.3μm)效率可能很低。因此,谈论效率必须指明针对的颗粒尺寸。
测量方法:
计数效率 (Counting Efficiency): 通过粒子计数器测量过滤器上、下游空气中特定尺寸颗粒的数量浓度,计算去除比例。常用于中、高效过滤器和国际标准(如 ISO 16890, EN 1822)。
计重效率 (Gravimetric / Arrestance Efficiency): 通过称量过滤器捕集的试验粉尘重量与供给的总粉尘重量的比例来确定。常用于评价初效过滤器(如旧标准中的 G 级)。
MPPS 效率: 对于 HEPA/ULPA 级别,必须测量其对最易穿透粒径 (MPPS) 的过滤效率。
额定风量 (Rated Airflow / Nominal Airflow Rate):
定义: 过滤器设计运行时应通过的空气体积流量,单位通常是 立方米/小时 (m³/h 或 CMH) 或 立方英尺/分钟 (CFM)。
重要性: 过滤器的效率和阻力都是在其额定风量下测定和标称的。实际运行风量如果显著偏离额定风量,性能会发生变化:
风量过高: 通常导致效率(尤其是依赖扩散捕捉的小颗粒效率)下降,阻力急剧升高,可能缩短寿命。
风量过低: 会提高过滤效率(增加扩散时间),但单位时间内处理的空气量减少,影响净化速度。
阻力 / 压降 (Resistance / Pressure Drop):
定义: 空气流过过滤器时遇到的流动阻碍,表现为过滤器进风侧和出风侧之间的静压差。是衡量空气通过过滤器难易程度的指标,也是风机能耗的重要因素。单位通常是帕斯卡 (Pa)、毫米水柱 (mmH₂O) 或 英寸水柱 (in. w.g.)。
初阻力 (Initial Resistance): 全新、洁净的过滤器在额定风量下的阻力值。这是选择过滤器和风机时需要考虑的参数。
终阻力 (Final Resistance / End-of-Life Resistance): 过滤器积尘堵塞后,阻力升高到建议更换时的最大值。通常是初阻力的 2-3 倍,或由系统设计者/过滤器制造商指定。达到终阻力意味着过滤器需要更换,否则风量会锐减,能耗大增,甚至可能损坏过滤器或系统。
权衡: 一般来说,过滤效率越高、滤料越致密,阻力也越大。过滤器设计(如增加有效过滤面积)的目标之一就是在保证效率的同时尽量降低阻力。
容尘量 (Dust Holding Capacity - DHC):
定义: 在额定风量下,过滤器从初始状态运行至达到其终阻力时,所能捕集、容纳的特定试验粉尘的总重量。单位通常是克 (g)。
重要性: 反映了过滤器在特定试验条件下的“纳污能力”,是预测过滤器使用寿命的一个重要参考指标。容尘量越高,通常意味着在相同污染环境下使用寿命可能越长。
注意: 实验室测定的 DHC 使用的是标准粉尘,与实际环境中的粉尘特性(粒径分布、粘性等)可能差异很大,且与实际终阻力设定有关,因此它只是寿命的一个相对参考,而非绝对保证。
寿命 (Lifespan / Service Life):
定义: 过滤器从开始使用到需要更换(通常是达到终阻力或性能显著下降)的实际运行时间。
影响因素: 过滤器的初始效率、容尘量、初阻力和终阻力设定、实际运行风量、使用环境的空气污染物浓度和类型、运行时间(连续运行还是间歇运行)等多种因素共同决定。
更换依据: 最可靠的是监测压差达到终阻力。也可以根据经验或厂家建议设定固定的更换周期(可能造成提前更换或滞后更换)。
常用标准 (Common Standards):
标准的作用在于提供统一的测试方法和分级体系,使得不同厂家、不同类型的过滤器性能可以进行比较。
ISO 16890 (国际标准):
范围: 针对一般通风用空气过滤器(从初效到中高效)的国际标准,正逐步取代各国旧标准(如 EN 779)。
核心: 基于过滤器对 PM1, PM2.5, 和 PM10 这三种与健康密切相关的颗粒物尺寸范围的 分数效率 (fractional efficiency) 进行分类。分为 ISO Coarse (对粗颗粒的计重效率) 和 ePM1, ePM2.5, ePM10 (对相应尺寸颗粒的计数效率) 等级。
分级: 过滤器会根据其对 PM1, PM2.5, PM10 的最低效率值(必须≥50%才能归入该级别)进行报告,如 "ePM1 70%" 表示该过滤器对 PM1 颗粒的平均效率至少为 70%。
特点: 直接关联空气质量指标,更关注对人体健康影响大的细颗粒物。强制要求测试初始效率和经过静电消散处理后的效率(模拟实际使用中静电衰减后的性能),结果更客观。
ASHRAE 52.2 (MERV - Minimum Efficiency Reporting Value) (美标):
范围: 美国采暖、制冷与空调工程师学会 (ASHRAE) 制定的标准,在北美及全球广泛应用。
核心: 将过滤器按其对 12 个特定粒径范围 (0.3μm - 10μm) 的 最低过滤效率 划分为 MERV 1 到 MERV 16 共 16 个等级。MERV 值越高,对小颗粒(尤其是 0.3-1.0μm)的过滤效率越高。
特点: 提供了一个简单直观的数字等级用于比较。MERV 13 通常被认为是能有效过滤病毒载体(飞沫核)的较好选择。
注意: MERV 17-20 有时被非正式地用来指代 HEPA/ULPA 级别,但这些级别并未在 ASHRAE 52.2 标准中正式定义。标准中有对静电衰减的测试步骤(Appendix J),但并非强制报告项。
EN 779:2012 (旧欧标 - 已被 ISO 16890 取代):
范围: 曾是欧洲通用的过滤器标准。虽然已被取代,但在旧设备或文档中仍可能遇到。
分级:
粗效 (Coarse): G1-G4,基于平均计重效率。
中效 (Medium): M5-M6,基于对 0.4μm 颗粒的平均效率。
精效 (Fine): F7-F9,基于对 0.4μm 颗粒的平均效率(要求比 M 级更高)。
EN 1822 / ISO 29463 (欧标/国际标准 - HEPA/ULPA):
范围: 专门针对 高效 (EPA/HEPA/ULPA) 过滤器的测试和分级标准。ISO 29463 基本协调了 EN 1822。
核心: 基于过滤器在 MPPS (最易穿透粒径) 处的 过滤效率 (包括整体效率和局部效率/泄露扫描) 进行严格分级。
分级: E10-E12 (EPA), H13-H14 (HEPA), U15-U17 (ULPA),每个等级都有明确的最低效率要求。例如 H14 要求 MPPS 整体效率 ≥ 99.995%。
特点: 是洁净室、生物安全等关键领域选用 HEPA/ULPA 过滤器的权威依据。强调单台测试和无泄漏。
GB/T (中国国家标准):
GB/T 14295: 《空气过滤器》 - 适用于一般通风空调系统。
GB/T 13554: 《高效空气过滤器》 - 对应 HEPA/ULPA 级别。
这些是中国国内生产、检验和选用过滤器的主要标准。
CADR (Clean Air Delivery Rate - 洁净空气输出比率):
范围: 主要用于评价 整台家用空气净化器 性能的指标,由美国家电制造商协会 (AHAM) 提出并推广。
核心: 表示空气净化器在单位时间内能输出多少体积的“洁净空气”。通常会针对特定污染物(如烟尘、花粉、灰尘)分别给出 CADR 值。单位是 CFM 或 m³/h。
解读: CADR 值越高,表明净化器去除该种污染物的速度越快,适用房间面积也越大(有相应的估算公式)。
特点: 是衡量净化器整机净化能力的直观指标,综合了滤网效率和风机风量两个因素。但它不直接表示单层滤网的效率,且通常不包含对气态污染物(如甲醛、VOCs)或滤网寿命的评价(除非有单独的 CCM 值等)。