基於EN 1822標準的高效顆粒空氣過濾器分級與選型指南 概述 高效顆粒空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）廣泛應用於潔淨室、製藥、生物安全實驗室、醫院手術室、核電站及航...
基於EN 1822標準的高效顆粒空氣過濾器分級與選型指南
概述
高效顆粒空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）廣泛應用於潔淨室、製藥、生物安全實驗室、醫院手術室、核電站及航空航天等對空氣質量要求極高的場所。其核心功能是去除空氣中微米級甚至亞微米級的懸浮顆粒物，如細菌、病毒、塵埃、煙霧和放射性氣溶膠等。
在歐洲，高效過濾器的性能評估主要依據EN 1822:2009《High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)》 標準，該標準由歐洲標準化委員會（CEN）製定，已成為全球範圍內高效過濾器測試與分級的重要技術規範之一。相較於美國的IEST-RP-CC001或中國的GB/T 13554-2020標準，EN 1822采用更為科學的易穿透粒徑（Most Penetrating Particle Size, MPPS） 測試方法，能夠更真實地反映過濾器在實際使用中的過濾效率。
本文將係統介紹基於EN 1822標準的高效顆粒空氣過濾器的分級體係、測試原理、關鍵性能參數、選型原則，並結合國內外權威文獻與工程實踐，提供詳實的數據支持與應用建議。
EN 1822標準簡介
標準發展曆程
EN 1822標準早發布於1998年，現行版本為EN 1822:2009，全稱為 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Testing and classification。該標準曆經多次修訂，逐步完善了測試方法與分類體係，現已被歐盟各國廣泛采納，並作為CE認證的技術依據之一。
與傳統僅以0.3μm顆粒過濾效率為評價指標的方法不同，EN 1822引入了“易穿透粒徑”（MPPS）的概念，即在某一特定粒徑下，過濾材料的穿透率高。這一發現源於20世紀70年代美國學者D.Y.H. Pui等人在《Journal of Aerosol Science》上的研究，表明對於大多數高效濾材，MPPS通常位於0.1–0.3μm之間（Pui et al., 1977）。
參考文獻：
Pui, D. Y. H., Chen, S. L., & Zuo, Z. F. (1977). "Measurement of aerosol filtration efficiency at high flow rates." Journal of Aerosol Science, 8(5), 361–371.
核心測試方法
EN 1822標準的核心測試流程包括以下幾個步驟：
- 上遊氣溶膠發生：使用鄰苯二甲酸二辛酯（DEHS）或乳膠球（Latex）作為測試氣溶膠，粒徑分布覆蓋0.1–0.8μm。
- 掃描檢測：采用粒子計數器對過濾器表麵進行逐點掃描，測量局部穿透率。
- 確定MPPS：通過多通道粒徑譜儀識別穿透率高的粒徑。
- 計算整體效率：基於MPPS下的平均穿透率進行分級。
該方法克服了傳統“單一粒徑測試”的局限性，提升了測試結果的科學性與可比性。
高效過濾器分級體係（EN 1822）
根據EN 1822:2009，高效空氣過濾器按其在MPPS下的過濾效率分為多個等級，涵蓋從EPA（高效空氣過濾器）到ULPA（超高效空氣過濾器）的完整係列。
分級標準表
| 過濾器類別 | 等級 | MPPS穿透率上限 (%) | 過濾效率 (%) | 典型應用場景 |
|---|---|---|---|---|
| EPA（高效空氣過濾器） | E10 | ≤10.0 | ≥90.0 | 一般通風係統預過濾 |
| E11 | ≤5.0 | ≥95.0 | 工業潔淨環境 | |
| E12 | ≤0.5 | ≥99.5 | 醫療潔淨區、精密製造 | |
| HEPA（高效微粒空氣過濾器） | H13 | ≤0.25 | ≥99.75 | 手術室、製藥車間 |
| H14 | ≤0.025 | ≥99.975 | 生物安全實驗室（BSL-3）、無菌灌裝線 | |
| ULPA（超高效空氣過濾器） | U15 | ≤0.01 | ≥99.99 | 半導體潔淨室、納米實驗室 |
| U16 | ≤0.005 | ≥99.995 | 高端光刻工藝、航天器裝配 | |
| U17 | ≤0.001 | ≥99.999 | 極高潔淨度要求場所 |
注：MPPS指易穿透粒徑，通常在0.12–0.18μm範圍內。
分級邏輯解析
- E級（EPA）：適用於對空氣質量有一定要求但非極端潔淨的環境，常作為HEPA過濾器的前置保護。
- H級（HEPA）：國際公認用於生物安全與醫藥生產的關鍵過濾層級，H13與H14為常用型號。
- U級（ULPA）：主要用於半導體、液晶麵板等行業，需控製亞微米級汙染。
參考文獻：
European Committee for Standardization. (2009). EN 1822-1:2009 High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking. Brussels: CEN.
關鍵性能參數詳解
選擇高效過濾器時，除關注過濾效率外，還需綜合考慮以下技術參數：
1. 初始阻力（Initial Pressure Drop）
指在額定風量下，新過濾器兩端的壓差，單位為Pa。阻力越低，係統能耗越小。
| 等級 | 典型初始阻力（Pa） | 額定風速（m/s） |
|---|---|---|
| H13 | 180–220 | 0.45–0.55 |
| H14 | 220–260 | 0.45–0.55 |
| U15 | 250–300 | 0.40–0.50 |
| U17 | 300–380 | 0.35–0.45 |
數據來源：Camfil Farr, 2021產品手冊；同濟大學潔淨技術研究所實驗數據（張信榮等，2020）
2. 容塵量（Dust Holding Capacity）
表示過濾器在阻力達到終阻力前可容納的粉塵總量，單位為g。容塵量越高，使用壽命越長。
| 等級 | 平均容塵量（g/m²） | 測試粉塵類型 |
|---|---|---|
| H13 | 450–600 | ASHRAE Dust |
| H14 | 400–550 | Potassium Chloride |
| U15 | 350–500 | Sodium Chloride |
注：測試條件依據EN 779:2012或ISO 16890標準模擬。
3. 防火等級
根據DIN 53438或UL 900標準，高效過濾器需具備一定的阻燃性能。
| 材料類型 | 防火等級 | 耐溫能力（℃） | 應用限製 |
|---|---|---|---|
| 玻璃纖維濾紙 | F9（不燃） | ≤80（長期），≤260（短期） | 不適用於高溫排風 |
| 覆膜PET支撐層 | F1（難燃） | ≤60 | 一般室內環境 |
| 不鏽鋼邊框 | A1（不燃） | ＞800 | 高溫或消防排煙係統 |
參考：中國建築工業出版社《潔淨廠房設計規範》GB 50073-2013條文說明
4. 泄漏率（Leakage Rate）
EN 1822要求對HEPA及以上級別過濾器進行局部掃描檢漏測試，使用氣溶膠光度計或粒子計數器檢測。
- 合格標準：任意點穿透率 ≤ 規定等級穿透率的3倍
- 常見檢測氣溶膠：DEHS、PAO（聚α烯烴）
例如，H14級過濾器MPPS穿透率為0.025%，則局部泄漏限值為0.075%。
過濾器結構與材料
常見結構形式
| 結構類型 | 特點 | 適用場景 |
|---|---|---|
| 平板式 | 結構簡單，初阻力低 | 低壓係統、小型設備 |
| 有隔板 | 使用波形鋁箔分隔，容塵量大 | 大風量潔淨室主過濾 |
| 無隔板 | 折疊密、體積小，阻力適中 | 空間受限場合，如FFU |
| 袋式 | 多袋設計，表麵積大 | 高濃度粉塵環境預處理 |
數據來源：AAF International 技術白皮書（2022）
濾材類型對比
| 濾材 | 成分 | MPPS效率（H13級） | 抗濕性 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 熔噴玻璃纖維 | SiO₂ + B₂O₃ | ≥99.97% @0.15μm | 強 | 中高 |
| 聚丙烯（PP）熔噴 | C₃H₆聚合物 | ≥99.5% @0.3μm | 弱 | 低 |
| ePTFE覆膜 | 聚四氟乙烯 | ≥99.99% @0.1μm | 極強 | 高 |
注：ePTFE（膨體聚四氟乙烯）濾材近年在ULPA領域廣泛應用，具有優異的化學穩定性與低吸水率（Liu et al., 2021, Separation and Purification Technology）
選型原則與應用案例
1. 按潔淨度等級選型（參照ISO 14644-1）
| 潔淨室等級（ISO Class） | 推薦過濾器等級 | 換氣次數（次/小時） | 典型行業 |
|---|---|---|---|
| ISO 5（Class 100） | H14 或 U15 | 300–600 | 半導體、無菌製劑 |
| ISO 6（Class 1,000） | H13 或 H14 | 150–300 | 醫療器械、食品包裝 |
| ISO 7（Class 10,000） | H13 | 60–150 | 製藥中間體、電子組裝 |
| ISO 8（Class 100,000） | H10–H12 | 20–60 | 普通工業潔淨區 |
引用：國家藥品監督管理局《藥品生產質量管理規範》（GMP）附錄一：無菌藥品，2023年修訂版
2. 按應用場景細分
（1）生物醫藥領域
在無菌藥品灌裝線中，EN 1822規定的H14級過濾器為強製要求。根據《中國藥典》2020年版四部通則9201“潔淨室微生物控製”，A級潔淨區必須使用經完整性測試合格的HEPA過濾器。
實踐案例：某生物製藥企業采用H14級無隔板過濾器（尺寸610×610×150mm），初阻力210Pa，經PAO掃描檢漏後大局部穿透率為0.022%，滿足GMP審計要求。
（2）半導體製造
在光刻工藝區域，需使用U15及以上等級過濾器。據SEMI（國際半導體產業協會）標準F21-0802規定，潔淨室空氣中≥0.1μm顆粒濃度須控製在<10 pcs/ft³，對應需配置ULPA過濾係統。
數據支持：清華大學微電子所實驗數據顯示，在U16過濾器作用下，0.1μm顆粒去除率達99.998%，顯著降低晶圓缺陷率（王浩然等，2023，《微納電子技術》）
（3）醫院感染控製
新冠疫情推動了HEPA在負壓隔離病房的應用。國家衛健委《新型冠狀病毒感染的肺炎防控方案》建議，排風係統應加裝H13級以上過濾器，防止病毒氣溶膠擴散。
研究佐證：複旦大學公共衛生學院研究發現，H14過濾器對0.12μm模擬冠狀病毒氣溶膠的去除效率達99.97%（Chen et al., 2021, Building and Environment）
國內外標準對比分析
| 項目 | EN 1822:2009（歐盟） | GB/T 13554-2020（中國） | IEST-RP-CC001.5（美國） |
|---|---|---|---|
| 測試粒徑 | MPPS（0.1–0.3μm） | 0.3μm（鈉焰法或油霧法） | 0.3μm（DOP法） |
| 效率定義 | MPPS穿透率 | 0.3μm顆粒計數效率 | 0.3μm質量或計數效率 |
| 分級方式 | 連續穿透率劃分 | A/B/C三類（A類為高效） | 類似HEPA/ULPA |
| 檢漏要求 | 必須掃描 | 可選光度計法 | 必須掃描 |
| 認證體係 | CE標誌 | 中國環保產品認證（CCEP） | NSF/ANSI 49 |
注：GB/T 13554-2020雖仍以0.3μm為主，但已開始引入計數法測試，向國際靠攏。
盡管各國標準存在差異，但EN 1822因其科學性正被越來越多國家采納。中國部分高端潔淨工程項目已主動采用EN 1822作為驗收依據。
安裝與維護要點
正確安裝方式
- 密封要求：使用液槽密封或刀邊密封，確保無旁路泄漏。
- 氣流方向：箭頭標識必須與氣流方向一致，避免濾紙變形。
- 框架材質：優先選用不鏽鋼或鍍鋅鋼板，防止腐蝕。
定期檢測項目
| 檢測項目 | 檢測頻率 | 檢測方法 | 合格標準 |
|---|---|---|---|
| 風速均勻性 | 每季度 | 熱球風速儀 | 變異係數 ≤15% |
| 過濾器完整性 | 每半年 | PAO/DEHS掃描 | 局部穿透 ≤3×MPPS限值 |
| 阻力監測 | 持續 | 壓差表 | ≤終阻力（通常為初阻2倍） |
| 微生物采樣 | 每月 | 沉降菌/浮遊菌 | 符合GMP或ISO 14698 |
參考：中國醫藥工程設計協會《醫藥潔淨室調試與驗證指南》（2021版）
市場主流品牌與產品參數對比
以下為全球主要高效過濾器製造商的部分典型產品參數（基於公開資料整理）：
| 品牌 | 型號 | 等級 | 尺寸（mm） | 初阻力（Pa） | 額定風量（m³/h） | 框架材質 | 產地 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil | Hi-Flo ES | H14 | 610×610×292 | 220 | 1,300 | 鍍鋅鋼 | 瑞典 |
| Donaldson | Ultra-Web Z | U15 | 500×500×150 | 280 | 900 | 鋁合金 | 美國 |
| Kleanair | KA-HEPA-14 | H14 | 484×484×80 | 200 | 800 | 不鏽鋼 | 芬蘭 |
| 蘇州安泰 | AT-HEPA-H14 | H14 | 610×610×150 | 215 | 1,200 | 鍍鋅鋼 | 中國 |
| 重慶銀海 | YH-ULPA-U16 | U16 | 610×610×292 | 350 | 1,100 | 不鏽鋼 | 中國 |
數據來源：各公司官網產品目錄（2023年更新）
發展趨勢與技術創新
隨著新材料與智能製造的發展，高效過濾器正朝著以下方向演進：
- 智能化監測：集成壓差傳感器與無線傳輸模塊，實現遠程狀態監控（如Honeywell SmartFilter係統）。
- 納米纖維複合濾材：通過靜電紡絲技術製備直徑<100nm的聚合物纖維，顯著提升捕集效率並降低阻力（Zhang et al., 2022, ACS Nano）。
- 綠色可回收設計：開發可拆卸金屬框架與可降解濾紙，減少廢棄過濾器的環境負擔。
- 抗病毒塗層技術：在濾材表麵負載銀離子或光催化劑，實現“過濾+滅活”雙重功能（中科院過程工程研究所，2023年專利CN114534567A）。
總結（非結語性質，僅為內容延續）
EN 1822標準以其基於MPPS的科學測試方法，已成為全球高效空氣過濾器性能評估的標杆。從E10到U17的完整分級體係，不僅滿足了不同潔淨等級的需求，也為工程設計提供了明確的技術依據。在生物醫藥、半導體、醫療防護等關鍵領域，正確選型與規範安裝H13及以上等級的過濾器，是保障環境安全的核心措施。未來，隨著智能傳感、納米材料與可持續設計理念的融合，高效過濾技術將持續進化，為人類健康與高端製造保駕護航。
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