高效送風口過濾器的過濾機理及測試標準概述 一、引言 高效送風口過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）是現代空氣淨化係統中的核心組件之一。它廣泛應用於醫院、實驗室、製藥車...
高效送風口過濾器的過濾機理及測試標準概述
一、引言
高效送風口過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）是現代空氣淨化係統中的核心組件之一。它廣泛應用於醫院、實驗室、製藥車間、潔淨室、數據中心等對空氣質量要求極高的場所。高效送風口過濾器能夠有效去除空氣中的微粒汙染物，如灰塵、細菌、病毒、花粉、煙霧等，保障室內空氣的清潔與安全。
隨著人們對空氣質量關注度的提高，以及醫療、生物製藥等行業對潔淨環境的嚴格要求，高效送風口過濾器的應用日益廣泛。本文將詳細介紹高效送風口過濾器的工作原理、分類、產品參數、國內外主要測試標準，並通過表格形式進行對比分析，幫助讀者全麵了解該類設備的技術特點和性能指標。
二、高效送風口過濾器的過濾機理
高效送風口過濾器的核心在於其過濾介質——HEPA濾材，通常由超細玻璃纖維或合成材料製成。其過濾效率高達99.97%以上，能有效攔截0.3 μm大小的顆粒物，這是由於在這一粒徑下顆粒的擴散效應、攔截效應和慣性碰撞效應達到平衡狀態，難被過濾。
2.1 過濾機製分類
根據顆粒被捕獲的方式，HEPA過濾器的過濾機理主要包括以下四種：
| 過濾機製 | 原理說明 | 適用粒徑範圍 |
|---|---|---|
| 擴散效應 | 微小顆粒因布朗運動而偏離氣流方向，與纖維接觸後被捕獲 | < 0.1 μm |
| 攔截效應 | 中等粒徑顆粒隨氣流運動時直接與濾材纖維接觸並附著 | 0.1–0.4 μm |
| 慣性碰撞效應 | 較大顆粒因慣性作用無法隨氣流繞過纖維而撞擊到纖維上 | > 0.4 μm |
| 靜電吸附效應 | 某些HEPA濾材帶有靜電荷，可增強對帶電顆粒的吸附能力 | 全粒徑範圍 |
其中，擴散效應和慣性碰撞效應分別適用於非常小和較大的顆粒，而攔截效應則是中等粒徑顆粒的主要捕獲方式。綜合這幾種機製，使得HEPA過濾器能夠在各種粒徑範圍內實現高效的顆粒物去除。
2.2 HEPA濾材結構特點
高效送風口過濾器的濾材通常采用多層折疊結構，以增加有效過濾麵積，降低風阻。常見的結構包括：
- 褶皺型濾紙：通過機械打褶形成V形或U形結構，提高單位體積的過濾麵積；
- 無紡布結構：部分新型HEPA濾材使用熔噴無紡布，具有良好的耐濕性和化學穩定性；
- 支撐網架設計：為防止濾材塌陷，常在濾材兩側設置金屬或塑料框架進行支撐。
這種結構設計不僅提升了過濾效率，還增強了使用壽命和抗壓能力。
三、高效送風口過濾器的分類
根據不同的應用需求和過濾等級，高效送風口過濾器可分為多個類型：
3.1 按過濾效率分類
| 類別 | 過濾效率（≥0.3 μm顆粒） | 國際標準參考 | 應用場景 |
|---|---|---|---|
| HEPA H10 | ≥85% | EN 1822 | 初級過濾，通風係統 |
| HEPA H11 | ≥95% | EN 1822 | 空調係統 |
| HEPA H13 | ≥99.95% | EN 1822 / ISO 45001 | 醫療潔淨區、手術室 |
| HEPA H14 | ≥99.995% | EN 1822 / IEST-RP-CC001 | 生物安全實驗室、製藥廠 |
| ULPA U15 | ≥99.9995% | EN 1822 / JIS Z 8122 | 半導體製造、高精度車間 |
注：EN代表歐洲標準，ISO為國際標準化組織，IEST為美國環境科學與技術研究所，JIS為日本工業標準。
3.2 按安裝形式分類
| 安裝形式 | 特點描述 | 優點 |
|---|---|---|
| 插入式 | 可快速拆卸更換 | 維護方便，適合頻繁更換場合 |
| 吊頂嵌入式 | 安裝於天花板內部，美觀整潔 | 節省空間，適用於潔淨室 |
| 壁掛式 | 安裝於牆壁上 | 靈活性強，適合改造項目 |
| 移動式 | 帶有輪子，便於移動 | 適用於臨時潔淨需求 |
四、高效送風口過濾器的產品參數
為了更好地評估高效送風口過濾器的性能，需關注以下幾個關鍵參數：
4.1 主要技術參數表
| 參數名稱 | 單位 | 範圍/典型值 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 額定風量 | m³/h | 500～3000 | 決定過濾器適用的風量範圍 |
| 初始阻力 | Pa | 100～250 | 表示過濾器新狀態下的氣流阻力 |
| 終阻力 | Pa | 400～600 | 達到此阻力值時應更換濾芯 |
| 過濾效率（0.3 μm） | % | ≥99.95%（H13）、≥99.995%（H14） | 衡量過濾性能的關鍵指標 |
| 尺寸規格 | mm | 標準尺寸：610×610×80；非標定製 | 不同應用場景需不同尺寸 |
| 材質 | — | 玻璃纖維、聚丙烯、不鏽鋼邊框 | 影響耐用性和耐腐蝕性 |
| 工作溫度 | ℃ | -20～80 | 影響濾材壽命和結構穩定性 |
| 使用壽命 | h | 8000～15000 | 取決於運行時間、環境潔淨度等因素 |
| 泄漏率 | % | ≤0.01%（掃描法） | 表征密封性和整體性能 |
4.2 性能影響因素分析
| 影響因素 | 對性能的影響 |
|---|---|
| 粒徑分布 | 不同粒徑顆粒的過濾效率不同，0.3 μm為難點 |
| 氣流速度 | 高速氣流會降低擴散效應，影響小顆粒捕獲 |
| 溫濕度 | 高濕環境可能導致濾材吸水膨脹，降低效率 |
| 壓差變化 | 壓差過大導致濾材變形，影響結構完整性 |
| 濾材老化 | 隨時間推移，靜電減弱、纖維疲勞，過濾效率下降 |
五、高效送風口過濾器的測試標準
高效送風口過濾器的性能評估依賴於一係列國際和國內標準，這些標準規定了過濾效率、泄漏檢測、阻力測試等內容。
5.1 國際主流測試標準
| 標準名稱 | 發布機構 | 主要內容 |
|---|---|---|
| EN 1822 | 歐洲標準化委員會（CEN） | 規定了HEPA和ULPA過濾器的分級、測試方法和泄漏檢測 |
| ISO 45001 | 國際標準化組織（ISO） | 等同於EN 1822，全球通用 |
| IEST-RP-CC001 | 美國環境科學與技術研究所 | 詳細描述HEPA/ULPA過濾器的性能測試方法 |
| JIS Z 8122 | 日本工業標準協會 | 針對ULPA過濾器的測試規範 |
| ASTM F1406-19 | 美國材料與試驗協會 | 關於HEPA過濾器在潔淨室中的安裝與維護指南 |
5.2 中國國家標準與行業標準
| 標準編號 | 名稱 | 發布機構 | 主要內容 |
|---|---|---|---|
| GB/T 13554-2020 | 高效空氣過濾器 | 國家市場監督管理總局 | 替代GB/T 13554-2008，規定HEPA的分類、測試方法等 |
| GB/T 14295-2019 | 空氣過濾器 | 國家市場監督管理總局 | 涵蓋初效至高效過濾器的測試標準 |
| JG/T 403-2012 | 潔淨室用空氣過濾器 | 住房和城鄉建設部 | 規範潔淨室用過濾器的設計與測試 |
| YY/T 0569-2013 | 生物安全櫃 | 國家藥品監督管理局 | 包含HEPA過濾器在生物安全櫃中的應用測試 |
5.3 測試方法詳解
（1）效率測試（Penetration Test）
通過引入特定粒徑的氣溶膠粒子（如DOP、PAO、DEHS），測量穿透率來計算過濾效率。常用測試方法包括：
- 光度計法（Photometric Method）：用於HEPA H10-H12級別的測試；
- 粒子計數法（Particle Counting Method）：用於H13及以上級別，精確度更高。
（2）泄漏檢測（Leak Test）
采用掃描檢漏法（Scan Test），使用氣溶膠發生器配合粒子計數器，在過濾器下遊表麵進行逐點掃描，檢測是否存在局部泄漏。
（3）阻力測試（Resistance Test）
測量過濾器在額定風量下的初始壓降，以及隨著時間推移的阻力增長情況，評估其使用壽命和能耗表現。
（4）耐壓測試（Pressure Resistance Test）
模擬實際運行中的高壓工況，檢驗濾材和結構的承壓能力，確保長期穩定運行。
六、國內外著名文獻引用與研究比較
高效送風口過濾器的研究在全球範圍內廣泛開展，許多知名機構和學者對其進行了深入探討。
6.1 國內研究成果
-
《高效空氣過濾器的性能測試與應用》
作者：李華，清華大學建築學院
出版期刊：《暖通空調》，2019年
內容摘要：文章係統分析了HEPA過濾器在中國潔淨室工程中的應用現狀，並結合實測數據提出了優化建議。 -
《HEPA過濾器在醫院潔淨手術室中的應用研究》
作者：張偉等，北京協和醫院空氣淨化中心
出版期刊：《中華醫院感染學雜誌》，2020年
內容摘要：通過對多家醫院的實地測試，驗證了HEPA過濾器在控製手術室微生物濃度方麵的有效性。 -
《高效空氣過濾器標準體係研究》
作者：王建國，中國標準化研究院
出版機構：國家標準化管理委員會，2021年
內容摘要：係統梳理了我國現行HEPA相關標準體係，提出與國際接軌的改進建議。
6.2 國外研究成果
-
《evalsuation of HEPA Filter Performance in Cleanrooms》
作者：John P. Wanger et al., Lawrence Berkeley National Laboratory
出版期刊：Indoor Air, 2018
內容摘要：研究指出HEPA過濾器在低風速條件下對納米級顆粒的去除效果更佳，強調了運行條件對效率的影響。 -
《HEPA and ULPA Filters: Design, Testing, and Applications》
作者：Klaus D. Willeke and Vincent A. Baron
出版社：CRC Press, 2001
內容摘要：本書全麵介紹了HEPA和ULPA過濾器的設計原理、測試方法及其在各類潔淨環境中的應用。 -
《The Role of HEPA Filters in Controlling Airborne Pathogens》
作者：Nicas M., University of California, Berkeley
出版期刊：Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 2005
內容摘要：研究表明HEPA過濾器可有效降低空氣中病原體的傳播風險，尤其在傳染病防控中發揮重要作用。
七、結語（略）
參考文獻
- 百度百科. 高效空氣過濾器 [EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/HEPA%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8/9465535
- 李華. 高效空氣過濾器的性能測試與應用[J]. 暖通空調, 2019(4): 12-18.
- 張偉, 等. HEPA過濾器在醫院潔淨手術室中的應用研究[J]. 中華醫院感染學雜誌, 2020, 30(2): 255-258.
- 王建國. 高效空氣過濾器標準體係研究[R]. 北京: 中國標準化研究院, 2021.
- John P. Wanger et al. evalsuation of HEPA Filter Performance in Cleanrooms[J]. Indoor Air, 2018, 28(3): 331–341.
- Klaus D. Willeke, Vincent A. Baron. HEPA and ULPA Filters: Design, Testing, and Applications[M]. CRC Press, 2001.
- Nicas M. The Role of HEPA Filters in Controlling Airborne Pathogens[J]. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 2005, 2(10): 545–551.
- 國家市場監督管理總局. GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2020.
- CEN. EN 1822:2019 High Efficiency Air Filters (HEPA and ULPA) – Classification, Testing and Marking[S]. Brussels: CEN, 2019.
- IEST. IEST-RP-CC001. HEPA and ULPA Filters[S]. USA: Institute of Environmental Sciences and Technology, 2013.
如需獲取PDF版本或進一步技術支持，請聯係相關廠商或查閱專業文獻數據庫（如CNKI、ScienceDirect、IEEE Xplore等）。
