無塵室內(nèi)空氣過濾器性能測(cè)試方法

國(guó)內(nèi)對(duì)于一般通風(fēng)過濾器的效率測(cè)試，過去一般僅要求測(cè)試過濾器的初始效率（2008年前按照GB 12218-1989 及其后調(diào)整為 JG/T 22-1999 的要求），但由于過濾器在容塵后效率會(huì)發(fā)生變化，EN779 要求效率測(cè)試需要進(jìn)行發(fā)塵，以不同容塵階段的平均效率對(duì)過濾器進(jìn)行分級(jí)。目前歐洲標(biāo)準(zhǔn)在市場(chǎng)上的接受程度相對(duì)較高。根據(jù)過濾器生產(chǎn)企業(yè)將其產(chǎn)品樣品送到某實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行性能試驗(yàn)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)，占比 16%；2009年送檢的 70 只過濾器中有 24 只要求做容塵實(shí)驗(yàn)，占比 34%左右，而2011 年到2012年3月份送檢的58 個(gè)過濾器中已有高達(dá) 30 只要求按 EN779 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能試驗(yàn)，比例超過50%。這從某種意義上可以表明 EN779 在國(guó)內(nèi)的認(rèn)可度越來越高。

不同標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)方法不同，如 EN779 以整個(gè)容塵階段0.4 μm的平均效率作為過濾器效率等級(jí)劃分的依據(jù)，中國(guó) GB/T 14295-2008標(biāo)準(zhǔn)則以初始分組效率作為劃分依據(jù)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) ANSI/ASHRAEStandard 52.2-2007以過濾不同粒徑檔的最低效率作為劃分依據(jù)。另一方面，不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試方法包括采用的氣溶膠、發(fā)生裝置等也有所不同。有學(xué)者從氣溶膠的物理特性，發(fā)生裝置方面對(duì)上述三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較，認(rèn)為固態(tài)氣溶膠與液態(tài)氣溶膠相比，其粒徑范圍廣更適合過濾效率測(cè)試[1]。也有研究人員認(rèn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN779 測(cè)試方法相比GB/T14295-2008 和 ANSI/ASHRAE Standard 52.2-2007 更精準(zhǔn)、更“細(xì)”，因此更適合于對(duì)較高過濾效率過濾器的性能評(píng)價(jià)，而ANSI/ASHRAE Stan-dard 52.2-2007 更適合于效率較低的過濾器。中國(guó)GB/T14295-2008 標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于其它標(biāo)準(zhǔn)來說，分類方法比較粗糙，ASHRAE Standard 52.2標(biāo)準(zhǔn)分類最詳細(xì)[2]，但在中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用較少，而試驗(yàn)氣溶膠、試驗(yàn)塵源也因測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不同而存在一定差異[3]。

由于同一只過濾器按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能試驗(yàn)的結(jié)果（尤其是效率試驗(yàn)結(jié)果）是不同的，為了方便用戶、制造商和設(shè)計(jì)師之間的交流，需要指定按照哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為買賣雙方的協(xié)議依據(jù)。但遺憾的是，目前許多用戶甚至暖通專業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)過濾器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法、分級(jí)方法等并不十分清楚。為避免混淆，本文從過濾器測(cè)試方法、效率等級(jí)劃分方法等方面對(duì)上述三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，此外還將對(duì)歐洲通風(fēng)協(xié)會(huì)所頒布的EUROVENT4/11中最新引入的過濾器能耗分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析討論。

2 標(biāo)準(zhǔn)的比較

過濾器效率、初阻力、容塵量是其最重要的三個(gè)性能參數(shù)，不同空氣過濾器標(biāo)準(zhǔn)均是圍繞這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)。但是不同國(guó)家、不同組織、協(xié)會(huì)根據(jù)本國(guó)國(guó)情采用的測(cè)試氣溶膠和發(fā)塵塵源不同，其對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法和過濾效率性能評(píng)價(jià)體系也有所不同。表 1 對(duì)中國(guó) GB/T14295-2008 標(biāo)準(zhǔn)、歐洲EN779-2011、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASHRAE52.2-1999所采用的測(cè)試方法、塵源、效率評(píng)級(jí)方法等進(jìn)行比較。

2.1 過濾器測(cè)試方法比較

中國(guó) GB/T14295-2008 標(biāo)準(zhǔn)、歐洲 EN779標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)ANSI/ASHRAE52.2-2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試方法都采用氣溶膠計(jì)徑計(jì)數(shù)法，但是在氣溶膠發(fā)生裝置、氣溶膠發(fā)生方法等方面有所不同，中國(guó) GB/T14295-2008 標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó) ANSI/ASHRAE52.2-2007標(biāo)準(zhǔn)采用固體氣溶膠KCl；歐洲EN779采用液態(tài)氣溶膠DEHS。固態(tài)KCl氣溶膠發(fā)生方法是將KCl溶液噴霧時(shí)通過大量的干燥壓縮空氣使得水分瞬間蒸發(fā)，從而與試驗(yàn)氣流形成氣固兩相流，該方法和DEHS 液態(tài)氣溶膠相比，KCl 固態(tài)氣溶膠作為固體顆粒塵源更接近實(shí)際使用情況，而且固態(tài)粒子可以更好地反映電荷對(duì)纖維過濾器效率的影響，但是KCl 氣溶膠作為一種“固態(tài)塵源”會(huì)造成過濾器阻力上升；DEHS 液態(tài)氣溶膠粒徑范圍較窄，但是DEHS 發(fā)生器的響應(yīng)時(shí)間更快，并且對(duì) 0.3 μm ~1.2 μm 范圍內(nèi)的液體顆粒，效率測(cè)試結(jié)果接近固體顆，另外由于DEHS為液態(tài)氣溶膠，所以在測(cè)試中不影響過濾器的壓降。

三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都明確要求采用靜電中和裝置對(duì)氣溶膠進(jìn)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(huán)境中的電荷分布。這是因?yàn)槿绻粚?duì)氣溶膠進(jìn)行中和處理，靜電效應(yīng)將使得過濾器測(cè)試效率高于實(shí)際值。另一方面，某些纖維帶靜電的過濾器在實(shí)際使用過程中，其靜電會(huì)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(dāng)靜電完全消失后，過濾器過濾性能可能會(huì)降低好幾個(gè)等級(jí)。因此，2011年新版的 EN779 對(duì)部分效率相對(duì)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(duì)化纖過濾器的影響較大。

2.2 過濾器效率分級(jí)方法

中國(guó) 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(jì)重效率）將過濾器劃分為不同的等級(jí)，該效率評(píng)級(jí)方法簡(jiǎn)潔單一，而且也沒有考慮容塵對(duì)過濾效率的影響。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN779-2011則依據(jù)過濾器在容塵階段對(duì)0.4 ìm微粒的平均效率（或平均計(jì)重效率）將過濾器劃分為不同的等級(jí)。兩者的主要評(píng)價(jià)思想明顯不同，即中國(guó)GB/T 14295-2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的是清潔過濾器的分組效率，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的是過濾器整個(gè)“生命周期”的平均計(jì)徑（0.4 ìm）效率。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)則要求測(cè)量不同粒徑檔在初始狀態(tài)和發(fā)塵階段的效率，取其最小值來評(píng)級(jí)。筆者實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過濾器效率（假設(shè)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)也只是關(guān)注過濾器的初始狀態(tài)下的計(jì)徑分級(jí)效率。與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14295-2008 相比，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)級(jí)方法是把過濾器對(duì)3個(gè)粒徑檔的粒子效率綜合考慮來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)級(jí)，該方法綜合考慮了過濾器對(duì)不同粒徑的過濾效率，值得 GB/T 14295-2008 借鑒，因?yàn)椴煌^濾器對(duì)不同粒徑的效率差別很大，單獨(dú)依據(jù)某個(gè)粒徑效率進(jìn)行評(píng)級(jí)不能全面反映過濾器的效率。

上述3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過濾器效率的分級(jí)方法存在一定差異，但是研究發(fā)現(xiàn)它們之間也存在著一定的對(duì)照或轉(zhuǎn)換關(guān)系。蔡杰博士在其著作《過濾器 ABC》中最早提出了不同標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)的近似對(duì)照?qǐng)D[1]，在此基礎(chǔ)上，CRAA430 綜合各種最新標(biāo)準(zhǔn)，更新了中國(guó)、日本、歐洲、美國(guó)空氣過濾器分類、效率近似圖[5]見圖 1。天津大學(xué)李圓圓對(duì)幾個(gè)級(jí)別進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該對(duì)照表和實(shí)測(cè)情況基本吻合[2]。筆者隨機(jī)選擇了10個(gè)不同過濾器按照GB/T 14295-2008和 EN779-2002 進(jìn)行過濾器性能測(cè)試，并分別依據(jù)GB/T14295-2008 與 EN 779-2002（由實(shí)驗(yàn)室條件限制，沒有按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試）的相應(yīng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，測(cè)試結(jié)果見表 2。

通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除了6號(hào)產(chǎn)品按照標(biāo)準(zhǔn)EN779-2002 和 GB/T 14295-2008 效率分級(jí)和對(duì)照?qǐng)D有微小差別外，其他9個(gè)產(chǎn)品和對(duì)照?qǐng)D基本一致。測(cè)試結(jié)果證明不同標(biāo)準(zhǔn)間的過濾器級(jí)別是可以大致轉(zhuǎn)換的。因此沒有必要強(qiáng)調(diào)某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)效率分級(jí)方法一定優(yōu)于其他標(biāo)準(zhǔn)，只是不同標(biāo)準(zhǔn)的效率評(píng)級(jí)方法著重點(diǎn)不同。GB/T14295-2008更關(guān)注過濾器清潔狀態(tài)下的最低效率，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 779-2002則更關(guān)注過濾器整個(gè)使用“生命周期”效率。雖然用戶可以自己決定采用何種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)與性能試驗(yàn)，但目前市場(chǎng)上普遍采用的是 EN779的過濾器分級(jí)方法。

2.3 過濾器阻力性能評(píng)價(jià)方法比較

過濾器阻力是過濾器的一個(gè)重要性能指標(biāo)，其值大小直接反映過濾器所消耗的能耗，并對(duì)過濾器容塵量產(chǎn)生影響。統(tǒng)計(jì)表明空調(diào)機(jī)組中過濾器的能耗占總風(fēng)機(jī)能耗的 10%~70%[1]。一個(gè)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(duì)不同等級(jí)的過濾器在其額定風(fēng)量下初阻力有明確上限要求，如高中效過濾器在其額定風(fēng)量下初阻力不得大于100 Pa，其相應(yīng)的終阻力為其初阻力的2倍。該方法結(jié)合效率和阻力對(duì)過濾器進(jìn)行等級(jí)劃分，一定程度上反映了標(biāo)準(zhǔn)制定者已經(jīng)把節(jié)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(shí)作為劃分過濾器等級(jí)的依據(jù)，會(huì)限制一些過濾效率較高但阻力偏大的過濾器等級(jí)的適當(dāng)劃分，因此會(huì)造成一定程度的資源浪費(fèi)。如某公司送檢的過濾器按照 GB/T 14295-2008測(cè)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(jí)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(píng)為中效 1，因此無法確定該過濾器的分級(jí)。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN779與美國(guó)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過濾器初阻力均沒有明確要求，歐洲通風(fēng)協(xié)會(huì)制定的Eurovent 4/11[3]則充分考慮了過濾器整個(gè)使用周期中的阻力變化，即過濾器整個(gè)生命周期使用能耗對(duì)過濾器進(jìn)行能效分級(jí)。該評(píng)級(jí)方法“模擬”計(jì)算過濾器在整個(gè)生命周期內(nèi)的能耗：

式 1 的前提條件是過濾器運(yùn)行風(fēng)量qv=0.944 m3/s，風(fēng)機(jī)效率  = 0.50，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間 t = 6000 h。式中的平均阻力 可通過下式計(jì)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(xiàng)式的系數(shù)；Mx是計(jì)算平均阻力的ASHRAE 負(fù)荷塵量，單位 g，Mx是下述3 個(gè)值之一，G 組過濾器 MG= 350g，M 組過濾器 MM=250g，F(xiàn) 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(jù)（2）和（3）式可計(jì)算得到過濾器在整個(gè)“模擬周期”內(nèi)的平均阻力，代入（1）式可求得過濾器在整個(gè)生命周期內(nèi)的能耗W，從而根據(jù)不同過濾的能耗性能參數(shù) W 將其分為 A、B、C、D 、E 、F 、G 等 7 個(gè)能效等級(jí)（如表 3 所示）。

該評(píng)級(jí)方法第一次將過濾器“運(yùn)行周期”內(nèi)的阻力變化納入過濾器性能評(píng)價(jià)體系，能夠評(píng)估過濾器整個(gè)生命周期中的能耗。（1）式中的風(fēng)量 qv、運(yùn)行時(shí)間 t、風(fēng)機(jī)效率參數(shù)都為設(shè)定值，因此為了準(zhǔn)確計(jì)算（1）式中能耗W，只需要確定過濾器整個(gè)“生命周期”的平均阻力。采用 ASHARE人工粉塵模擬過濾器實(shí)際使用過程中的各個(gè)不同階段來計(jì)算過濾器平均阻力。由于塵源粒徑大小、形狀不同，相同質(zhì)量容塵造成過濾器阻力上升幅度也會(huì)相差很大。歐洲經(jīng)驗(yàn)表明，即使同樣的ASHRAE人工塵，采用 Particle Technology 公司的ASHRAE粉塵試驗(yàn)時(shí)，過濾器的容塵量比用Blue Heaven公司的ASHRAE粉塵低很多。這勢(shì)必影響到過濾器的能效分級(jí)，因此該標(biāo)準(zhǔn)建議用Particle Technology 生產(chǎn)的粉塵。筆者也通過對(duì)某過濾器進(jìn)行不同塵源的容塵試驗(yàn)，圖2所示的試驗(yàn)結(jié)果表明過濾器容塵試驗(yàn)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(dá)100%。可見人工塵不同，過濾器容塵量會(huì)相差很大，而采用（1）式計(jì)算的能耗也會(huì)差異很大，而過濾器實(shí)際應(yīng)用時(shí)過濾的大氣塵和測(cè)試用的ASHRAE 人工塵相差很大，因此（1）式計(jì)算的 W 值只能用能效評(píng)級(jí)，并不能（1）式計(jì)算的 W 值只能用于能效評(píng)級(jí)，并不能代表實(shí)際應(yīng)用過程中的能耗。

3 結(jié)論

（1）中國(guó) GB/T 14295-2008 標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 779-2011，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) ANSI/ASHRAE 52.2-2007過濾器測(cè)試方法、氣溶膠發(fā)生裝置、氣溶膠都有各自優(yōu)點(diǎn)和不足。EN779-2011要求對(duì)過濾器產(chǎn)品消除靜電后對(duì)其進(jìn)行效率測(cè)試是很有必要的。

（2）效率分級(jí)方面，歐洲標(biāo)準(zhǔn)更加關(guān)注過濾整個(gè)“生命周期”0.4 ìm 的平均效率，而美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)整個(gè)生命周期不同粒徑檔的最低分級(jí)效率，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)則關(guān)注過濾器 0.5 ìm或 2 ìm 的初始分組效率，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)方法各不相同，但是三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的效率等級(jí)之間可以大致進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（3 ）阻力性能方面，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) A N S I /ASHRAE52.2-2007 對(duì)過濾器初祖力沒有明要求，中國(guó) GB/T 14295-2008標(biāo)準(zhǔn)把阻力和效率不合理聯(lián)系，造成某些過濾器無法確定等級(jí)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)對(duì)過濾器進(jìn)行能效分級(jí)，將過濾器的過濾效率和阻力兩個(gè)不同參數(shù)用不同指標(biāo)對(duì)其評(píng)級(jí)，并且該分級(jí)方案還綜合考慮了過濾器在使用過程中阻力的變化趨勢(shì)，真正“模擬”了過濾器整個(gè)使用周期的能耗