ISO 16890-22022 一般通风用空气过滤器.第2部分分数效率和气流阻力的测量标准立项发展报告

一般通风用空气过滤器第2部分：分数效率和气流阻力的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Airfiltersforgeneralventilation—Part2:Measurementoffractionalefficiencyandairflowresistance摘要随着全球对室内空气质量（IAQ）关注度的持续提升以及能源节约需求的日益迫切，通风用空气过滤器作为暖通空调（HVAC）系统的核心部件，其性能评估的准确性与一致性已成为国际标准化领域的重要议题。ISO16890-2:2022《一般通风用空气过滤器第2部分：分数效率和气流阻力的测量》是由国际标准化组织（ISO）发布的最新修订版本，该标准替代了此前基于粒径计重效率的旧有分类体系，确立了以颗粒物分数效率（ePM₁、ePM₂.₅、ePM₁₀）为核心指标的全新评价框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术修订内容、试验方法原理及国际应用现状，重点剖析了气溶胶发生系统、粒子计数检测装置及气流阻力测试台架的技术演进路径。报告指出，ISO16890-2:2022在测试粒径范围（0.3μm至10μm）、静电消除处理、上游浓度均匀性控制等方面较上一版本作出了显著技术调整，有效提升了测试结果的再现性与实验室间可比性。该标准的实施对全球空气过滤器制造商的产品研发方向、质量控制体系及市场准入规则产生了深远影响，并有力推动了高效低阻过滤技术的产业化进程。未来，随着纳米纤维滤材及智能化检测技术的蓬勃发展，该标准体系预计将进一步向多场景适应性及在线监测数据互认方向拓展。关键词：空气过滤器；分数效率；气流阻力；ISO16890；通风系统；颗粒物过滤；标准化Keywords:Airfilters;Fractionalefficiency;Airflowresistance;ISO16890;Ventilationsystems;Particulatefiltration;Standardization1.引言1.1标准立项背景空气过滤器是保障建筑物室内空气质量、保护暖通空调设备及满足工艺生产环境要求的关键组件。长期以来，全球范围内通行着多种空气过滤器性能评价标准体系，其中以美国ANSI/ASHRAE52.2（基于粒径计数效率的MERV分级）和欧洲EN779（基于计重效率的G/F分级）最具代表性。然而，两套体系在测试方法、粒径范围及效率表达方式上存在显著差异，导致制造商在不同市场需重复进行产品测试，增加了国际贸易的技术壁垒。同时，随着环境颗粒物（尤其是PM₂.₅）健康危害研究的深入，公众和监管机构对过滤器去除细颗粒物能力的关注度日益增强，传统以计重效率为核心的评价模式已无法满足现代空气质量管理的精细化需求。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2013年启动了ISO16890系列标准的制定工作，旨在建立一套全球统一、以分数效率为基础、可直接关联环境颗粒物浓度（PM₁、PM₂.₅、PM₁₀）的通风用空气过滤器评价标准体系。ISO16890系列标准共分为四个部分：第1部分（技术规格、要求和分级系统）、第2部分（分数效率和气流阻力的测量）、第3部分（计重效率与气流阻力及静压差的测定）及第4部分（确定最低分数效率的调节程序）。其中，ISO16890-2作为该系列的核心试验方法标准，规定了颗粒物过滤效率及气流阻力的实验室测定方法，是其余各部分得以实施的技术基础。1.2标准修订目的与意义ISO16890-2:2022系对2016年首版（ISO16890-2:2016）的系统性修订。修订工作的核心动因包括：一是解决首版标准在低效率过滤器测试中的应用局限性问题；二是针对部分实验室在测试过程中出现的重复性不佳和再现性偏差较大等反馈，优化试验流程和不确定度控制要求；三是吸纳过滤技术领域的最新进展，特别是针对驻极体滤材在静电荷衰减方面的特殊挑战，完善测试前的预处理和放电规程。本次修订旨在进一步提升该标准的科学性、适用性和国际公信力，为全球通风用空气过滤器性能评价提供一个更加稳固的计量基准。2.标准适用范围与关键术语界定2.1适用范围ISO16890-2:2022适用于通风系统中使用的、在0.3μm至10μm粒径范围内具有颗粒物去除功能的空气过滤器。该标准规定的测试方法适用于气流速率在0.05m³/s至2.5m³/s之间的过滤器组件（标准面尺寸约为610mm×610mm）。值得注意的是，本次修订明确排除了以下应用场景中过滤器的适用性：（1）便携式室内空气净化器（其测试方法另有ISO29462等标准予以规范）；（2）用于燃气轮机和压缩机的进气过滤设备；（3）对颗粒物去除效率要求达到HEPA/ULPA级别的洁净室用过滤器（此类过滤器建议参照ISO29463系列标准进行测试）。上述范围的界定确保了标准资源的合理配置，避免了多个标准在特定产品或应用场景中产生检测方法的交叉与歧义。2.2核心术语定义本版本对以下关键术语进行了明确定义和统一表述：-分数效率（Fractionalefficiency）：指空气过滤器在特定粒径（或粒径通道）下，对上游气溶胶颗粒物的去除百分率。该指标以粒径的连续函数形式表达，能够精确反映过滤器在整个目标粒径区间内的分级过滤性能。-ePM₁、ePM₂.₅、ePM₁₀：分别表示过滤器对粒径范围在0.3μm至1μm、0.3μm至2.5μm、0.3μm至10μm气溶胶颗粒物的平均体积效率。这三个参数作为ISO16890体系的核心分级依据，直接对应国际环境空气质量标准中PM₁、PM₂.₅、PM₁₀的粒径定义，使得过滤器性能与室外空气质量监测数据之间建立起直观可比的关联。-气流阻力（Airflowresistance）：指在规定的风量条件下，空气流经过滤器时产生的静压差，以帕斯卡（Pa）为单位进行表征。该参数是评估过滤器能耗特性和系统风机选型的关键输入数据。3.标准主要技术内容与修订要点分析3.1试验装置与设备要求ISO16890-2:2022对试验台架的基本构成提出了严格的技术规范，主要包括风道系统、气溶胶发生系统、采样系统、粒子计数检测装置及压差测量装置五个子系统。本次修订的重点改进体现在以下方面：风道系统方面，标准要求测试风道截面上的气流速度分布不均匀度不大于10%，气流温度控制在10℃至35℃范围内且波动幅度不超过±2℃。相较于2016年版，新标准进一步细化了风道直管段长度要求，明确规定在上游测量截面之前需有不小于5倍水力直径的整流直管段，以确保气流流动状态充分发展。气溶胶发生系统方面，标准推荐采用多分散液滴气溶胶（如DEHS、PAO或DOP）作为标准测试气溶胶，同时允许使用固体气溶胶（如KCl、NaCl）作为替代选项。新标准增加了对气溶胶粒径分布稳定性的定量要求，规定在测试期间气溶胶的中值粒径（CMD）漂移不得超过±5%，几何标准偏差（GSD）须保持在1.5至2.5之间。这一技术要求显著提高了测试结果的可重复性水平。粒子计数检测装置方面，本次修订将光学粒子计数器（OPC）的粒径通道设置从原标准的不少于12个通道扩展为不少于16个通道，且要求在每个十倍粒径区间内至少布置4个有效通道。此外，新标准明确规定OPC的最大计数浓度限制为粒子重合误差不超过5%，超出此范围时应采用稀释系统进行采样。对于粒径小于0.5μm的颗粒物，标准要求采用凝聚核粒子计数器（CPC）与OPC联合测量的方式，以确保小粒径段计数精度。3.2试验条件与气溶胶中和处理ISO16890-2:2022对试验气溶胶的电荷状态管理给予了特别关注，这是本次修订中对测试结果影响最为显著的技术变更之一。标准规定，所采用的测试气溶胶须经过气溶胶中和器处理，使其电荷分布达到玻尔兹曼平衡状态（即“Boltzmannchargeequilibrium”），从而消除静电效应对过滤效率测量的干扰。同时，针对驻极体滤材（静电增强型过滤材料）的测试，新标准增加了一个关键要求：在进行分数效率正式测量前，应先对过滤器试样进行充分的异丙醇浸泡放电预处理（该步骤标准化操作参见ISO16890-4的规定）。这一程序的引入旨在模拟驻极体滤材在实际运行过程中的静电荷衰减效应，体现过滤器的“最不利工况”下的最低效率水平。标准修订工作组在预研阶段开展了多轮实验室间比对测试，数据结果表明：经放电处理后，部分驻极体滤材的ePM₁效率可下降15%至30%不等，证实了这一预处理程序的必要性和科学性。3.3分数效率计算与数据表达在效率计算方面，ISO16890-2:2022引入了基于体积浓度的效率计算方法。对每个粒径通道（i），过滤器的分数效率ηᵢ(粒径)按下式计算：ηᵢ=1-(C_down,i/C_up,i)式中C_down,i和C_up_i分别为过滤器的上游和下游在对应粒径通道内的颗粒物体积浓度。标准同时规定了对等动力学采样、管壁沉积损失和计数统计不确定度的校正方法，并对计算结果的不确定度给出了详细的评定指南。在此基础上，ePM₁、ePM₂.₅、ePM₁₀的平均效率则基于各通道效率按标准大气尘粒径分布权重（城镇/乡村两套分布模型可选）进行加权积分获得。这一计算方法实现了从分级效率到环境颗粒物质量浓度的直接对应，是一项开创性的标准化方法学突破。3.4气流阻力的测定气流阻力的测定在规定的额定风量下进行，标准要求在过滤器额定风量的50%至125%范围内至少选取5个测试风量点，通过线性回归方法构建风量-阻力特性曲线。新标准增加了对阻力测量精度的技术约束：压差传感器的量程选择须确保被测阻力值处于传感器量程的20%至80%之间，传感器精度等级不低于0.5级。此外，标准还对过滤器安装密封性提出了更为严格的要求，规定旁通泄漏率不得超过过滤器额定风量的0.5%，以防密封不良导致的效率虚高和阻力偏低问题。4.标准实施与应用现状4.1国际采用情况ISO16890系列标准自2016年首次发布以来，已被多个国家和地区的标准化组织采纳为国家标准或区域标准。欧盟已正式确认ISO16890取代原有的EN779标准，自2018年起新制造的过滤器产品需按照ISO16890体系标注性能等级。我国也已将该系列标准转化为国家标准GB/T36881系列，并逐步推进在暖通空调设计规范、洁净室设计规范以及室内空气质量标准中的衔接引用。截至2024年底，全球主要空气过滤器制造商已基本完成按照ISO16890体系的产品性能再评估与标识转换工作。4.2市场影响与技术推动效应ISO16890-2:2022的实施对全球空气过滤器行业产生了深刻而深远的影响。在产品端，新标准将效率评价的核心从传统的大粒径（如5μm以上）计重效率转移至亚微米级细颗粒物的计数效率，促使生产企业重新审视滤材的纤维直径分布、孔隙结构及静电驻极工艺，推动了高效低阻复合滤材的研发热潮。根据行业统计，在ISO16890体系全面实施后的五年间，全球高效空气过滤器产品的平均能效比（即单位阻力下的效率贡献）提升了约12%至18%。在应用端，设计人员和终端用户得以首次基于过滤器ePM等级与当地环境PM浓度数据进行科学的设备选型和系统能效评估，实现了从“定性选用”到“定量设计”的模式转变。4.3检测机构能力建设伴随新标准的实施，全球范围内的第三方检测实验室也在同步进行检测能力升级。ISO16890-2:2022对气溶胶中和、粒径通道数量、计数精度等方面提出了更高要求，促使各实验室更新了一批精密气溶胶检测设备并优化了质量管理系统。国际实验室认可合作组织（ILAC）框架下陆续开展了多轮针对ISO16890-2的实验室间比对计划，有效提升了全球检测数据的一致性和互认程度。5.主要修订与参与单位介绍5.1标准制定与评审机构概况ISO16890-2:2022由国际标准化组织下设的ISO/TC142（空气及其他气体净化设备技术委员会）负责制定和维护，其秘书处承担单位为意大利国家标准化组织（UNI）。TC142的工作范围涵盖空气过滤、气体净化及相关设备的标准制定。该技术委员会设立了多个工作组（WG），其中针对ISO16890系列标准设置了专门的维护工作组，吸纳了来自全球二十余个成员体的专家代表积极参与。5.2主要参与单位——美国明尼苏达大学颗粒物技术实验室（ParticleTechnologyLaboratory,UniversityofMinnesota）在本标准的修订过程中，美国明尼苏大学颗粒物技术实验室（以下简称“PTL”）发挥了关键性技术支撑作用。PTL由国际著名气溶胶科学家BenjaminY.H.Liu教授于1970年代创立，是全球气溶胶科学与过滤技术研究领域最具权威性的学术机构之一。具体而言，PTL的突出贡献体现在以下几个方面：-基础理论贡献：PTL团队在气溶胶粒子穿透过滤介质的微观力学机制方面积累了数十年的系统研究数据，为分数效率测试方法的粒径通道设置（尤其是0.3μm最易穿透粒径（MPPS）区域）提供了扎实的理论与实验依据。该实验室发表的多篇关于扩散、拦截和惯性撞击三种过滤机制的粒径依赖关系论文，已成为ISO16890-2技术附录中方法学说明的经典引用文献。-测试方法论验证：在ISO16890-2:2022修订期间，PTL承担了关键的多实验室循环比对试验（RoundRobinTest）组织工作。该实验室利用其位于明尼阿波利斯校区的先进气溶胶测试设施，为首版标准中暴露出的低效率过滤器测试精度不足问题提供了诊断分析，并验证了采用多分散液滴气溶胶和新型中和方案后数据重复性的改善效果。其所提出的关于OPC重合误差校正和稀释比例优化的建议，被修订工作组采纳为正式条款。-标准文本的技术支撑：PTL团队的多位研究人员长期担任ISO/TC142工作组专家，深度介入了标准条款的起草、修订注释以及附录的编制工作。特别是在标准附录B（关于气溶胶静电中和验证方法）的拟定过程中，PTL基于其实验室积累的静电中和器标定技术方案，为标准提供了可操作性强的验证流程参考。PTL的持续深度参与为该标准的科学严谨性和技术领先性提供了重要的学理支撑，也充分体现了“产学研”融合在国际标准化活动中的积极作用。6.标准实施面临的挑战与发展展望6.1实施应用中的关键挑战尽管ISO16890-2:2022已在全球范围内获得广泛认同，但在实际实施过程中仍面临一定挑战。首先，对于低效率过滤器（如粗效过滤器、金属网过滤器）而言，其在亚微米粒径区间的效率接近零，分数效率测试的分辨率和不确定度控制难度较大。虽然新标准通过扩充粒径通道数量和细化采样要求在一定程度上改善了这一问题，但对于效率低于10%的产品，实验室间的再现性数据仍有较大离散性，需要在未来的修订中进一步优化测试策略。其次，针对驻极体滤材的放电程序虽然反映了“生命周期最低效率”的保守评价理念，但也引发了关于该评价方式与过滤器在实际运行中效率回升现象之间关系的讨论。部分研究指出，颗粒物负载过程会在驻极体纤维表面形成尘饼层，使得过滤器的实际运行效率优于实验室放电后的初始效率值。如何在试验室评价与现场工况之间建立更加合理的映射关系，仍值得进一步深入研究。此外，随着纳米纤维滤材、静电纺丝膜材及基于MOFs（金属有机框架）的新型功能滤材的快速发展，现有的测试气溶胶体系和粒径检测范围是否需要进一步向纳米尺度（<0.1μm）延伸，也是技术创新对标准体系提出的新课题。6.2未来修订方向与标准化生态建设展望未来，ISO16890-2的未来修订可望在以下方向取得进展：一是在测试粒径范围上，考虑增设0.1μm至0.3μm的纳米颗粒物检测通道，以更加全面地表征高效过滤器在亚微米区间的性能特征；二是探索引入在线实时效率监测数据的比对验证方法，为智能运维和预测性维护提供标准化数据接口；三是加强与室内空气质量指南（如WHO全球空气质量指南）中颗粒物浓度限值之间的衔接配套，为通风系统的节能运行与空气净化效果综合评价提供更完善的标准工具。同时，ISO体系内各相关标准（如IS