过滤效率和洁净等级

过滤效率和洁净等级
一、过滤器术语及常识
1.1初阻力（Initial Resistance）
实际使用时或试验条件下新过滤器的阻力，或者，额定风量下新过滤器的阻力。

1.2终阻力（Final Resistance）
判定过滤器报废的阻力指标。

过滤效率规格建议终阻力（Pa）
G3（粗效）100～200
G4 150～250
F5～F6 250～300
F7～F8 300～400
F9～H11 400～450
高效与甚高效400～600
1.3无隔板过滤器（Mini-Pleat，或者Close-Pleat）
1.4隔板过滤器（Deep-Pleat）
1.5自洁式过滤器（Pulse-jet Filter）
带有压缩空气脉冲反吹清灰功能的过滤器和除尘器。

1.6预过滤器（Pre-Filer）
对下一级过滤器起保护作用的过滤器。

预过滤器可以有各种形式和效率规格。

1.7高效过滤器（High Efficiency Particulate Air Fliter简称为HEPA Filter）
传统说法：对0.3μm粒子过滤效率≥99.97%的过滤器；
国内通行说法：用钠焰法试验，效率≥99.97%的过滤器；
待修订的国家标准：用钠焰法试验，效率≥99.9%
1.8亚高效过滤器
国内特有的产品（说法），用钠焰法试验，效率≥95%的过滤器；
国外同类效率的产品（H10）主要用于高效过滤器的预过滤。

1.9超高效过滤器（甚高效过滤器）（Ultra Low Penerration Air简称ULPA Filter）
对0.1～0.2μm粒子过滤效率≥99.999%的过滤器（美国标准）
对MPPS效率≥99.9995%的过滤器（欧洲标准）
1.10室内空气品质（Indoor Air Quality简称IAQ）
1.11换气次数（Air Changes）
一小时内送风量与室内体积之比。

1.12洁净度（Cleanliness）
洁净室或洁净区域单位空间所含某粒径以上颗粒物的限度。

1.13 ASHRAE Efficiency
采用美国采暖、制冷与空调工程师协会标准ASHRAE52.1规定方法测出的效率。

一般是指比色法（Dust-Spot）效率，有时也称NBS效率、AFI效率。

二、过滤效率
2.1国外过滤效率的分类
2.2国内过滤效率的分类
2.2.1一般通风用过滤器分级
对于一般通风用过滤器，两项国家标准按新过滤器的计数法效率将过滤器分成五个和四个等级。

这两项标准曾对过滤器市场起了很好的规范作用，它们结束了部门间各自为战的局
面，并在过去的“中效”范围增加了一级“高中效”，以适应当时人们对改善洁净室预过滤器性能的要求。

表中的分级基于80年代末至90年代初的国内技术水平，尤其是考虑了当时国产光学粒子计数器的水平。

这两项标准的修订工作已经被列入相关部门的议事日程。

中国现有标准的计数法与国外计数法的主要差别在于：
1.国内仅测量新过滤器效率，国外测量发尘各阶段效率的平均值；
2.国内测量大于某粒径全部粒子的过滤效率，国外测量某粒径段粒子的效率；
3.国外计数测量时使用标准人工粉尘，国内使用大气粉尘。

2.2.2高效过滤器
国家标准GB13554-92规定，高效过滤器为：
1.按GB6165规定的钠焰法测试，其效率≥99.9%的过滤器；
2.对粒径≥0.1mm的粒子，其效率≥99.999%的过滤器。

前者指一般高效过滤器，相比之下，国外一般定义高效过滤器的效率为≥99.97%。

后者指超高效过滤器。

2.3一般通风用过滤器试验方法
2.3.1计重法（Arrestance）
过滤器装在标准试验风洞内，上风端连续发尘。

每隔一段时间，测量穿过过滤器的粉尘重量或过滤器上的集尘量，由此得到过滤器在该阶段按粉尘重量计算的过滤效率。

最终的计重效率是各试验阶段效率依发尘重的加权平均值。

计重法用于测量低效率过滤器，这些过滤器通常用于中央空调系统中的预过滤。

相关标准：美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992，欧洲EN779：1993，中国GB12218-89。

2.3.2比色法（Dust-Spot）
在过滤器前后采样，采样头上有高效滤纸，这样，过滤器前后采样点高效滤纸的污染程度有所不同。

试验时，每经过一段发尘试验，测量不同发尘状态下过滤器前后采样点高效滤
纸的通光量，通过比较滤纸通光量的差别，用规定计算方法得出所谓“过滤效率”。

最终的比色效率是试验全过程各阶段效率值依发尘量的加权平均值。

比色法用于测量效率较高的过滤器。

相关标准：美国ANSI/ASHRAE 52.1-1992，欧洲EN779：1993。

2.3.4大气尘计数法
尘源为自然大气中的“大气尘”。

粉尘的“量”为大于等于某粒径的全部颗粒物个数。

测量粉尘的仪器为普通光学或激光尘埃粒子计数器。

大气尘计数法用于测量一般通风用过滤器，其效率只代表新过滤器的性能。

相关标准：GB12218-89
2.3.4计数法（Particle Efficiency）
在每次发尘试验之前和之后，进行计数测量，并计算过滤器对各种粒径颗粒物的过滤效率。

当达到终止试验的条件时，停止试验。

过滤器的典型效率值是在规定粒径范围内，各阶段瞬时效率依发尘量的加权平均值。

计数法效率正在取代比色法效率。

标准：欧洲Eurovent 4/9-1993，美国ASHRAE52.2-1999，欧洲PREN779
2.4高效过滤器的试验方法
2.4.1钠焰法（Sodium Flame）
盐水在压缩空气的搅动下飞溅，经过干燥形成微小盐雾并进入风道。

在过滤器前后分别采样，含盐雾气样使氢气火焰的颜色变蓝、亮度增加。

以火焰亮度来判断空气的盐雾浓度，并以此确定过滤器对盐雾的过滤效率。

国家标准规定的盐雾颗粒平均直径为0.4μm。

相关标准：英国BS3928-1969，欧洲Eurovent4/4，中国GB6165-85。

2.4.2 DOP法
试验尘源为0.3μm单分散相DOP（塑料工业常用增塑剂）液滴。

“量”为含DOP空气的浑浊程度。

测量粉尘的仪器为光度计（Photometer），以气样的浊度差别来判定过滤器对DOP 颗粒的过滤效率。

对DOP液体加热成蒸汽，蒸汽在特定条件下冷凝成微小液滴，去掉过大和过小的液滴后留下0.3μm左右的颗粒，雾状DOP进入风道，测量过滤器前后气样的浊度，并由此判断过滤器0.3μm粉尘的过滤效率。

相关标准：美国军用标准MIL-STD-282。

2.4.3计数扫描法
试验时，使用大流量激光粒子计数器或凝结核计数器对过滤器的整个出风面进行扫描检
验，计数器给出每一点粉尘的个数和粒径。

这种方法不仅能测量过滤器的平均效率，还可以比较各点的局部效率。

相关标准：欧洲EN1882.1~1882.5-1998~2000，美国IES-RP-CC007.1-1992。

2.4.4光度计扫描
粉尘一般为多分散相液滴，使用光度计对过滤器的全平面进行扫描检漏，这种方法能快速、准确的找到过滤器的漏点。

由于粉尘为多分散相，而光度计不能确定粉尘粒径，此方法检测出来的“过滤效率”没什么实际意义，另外，此方法目前没有相应的标准可依。

2.4.5油雾法（Oil Mist）
尘源为油雾，“量”为含油雾空气的浊度，仪器为浊度计，。

以气样的浊度差别来判定过滤器对油雾颗粒的过滤效率。

相关标准：中国GB6165-85，德国DIN24184-1990。

2.4.6荧光法（Uranine）
试验尘源为喷雾器产生的荧光素钠粉尘。

试验中，首先在过滤器的前后采样，然后用水溶解采样滤纸上的荧光素钠，再测量含荧光素钠水溶液在特定条件下的荧光亮度，这一亮度间接的反映出粉尘的重量。

以过滤器前后样品的荧光亮度差别来判断过滤器效率（此方法仅限于核工业过滤器的测试）。

相关标准：法国NF X44-011-1972。

附：空气过滤器效率规格比较
三、合理确定各级过滤器过滤效率
一般情况下，最末一级过滤器决定空气净化的程度。

上游的各级过滤器只起到保护作用，它保护下风端过滤器以延长其使用寿命，或保护空调系统以确保其正常工作。

在空调设计中，应首先根据用户的洁净要求确定最末一级过滤器的效率，然后，选择起保护作用的过滤器。

如果这级过滤器亦需保护，再在它的上风端增设过滤器。

这样，起保护作用的过滤器统称为“预过滤器”。

另外，应合理匹配各级过滤器的效率：如果相邻两级过滤器的效率规格相差太大，则前一级起不到保护后一级的作用；如果两级相差不大，则后一级负担太小。

当使用“G～F～H～U ”效率规格分类时，可方便的估计出所需各级过滤器的效率。

在
G2到H12中，每隔2～4档设置一级过滤器。

例如：G4→F7→H10，其中，末端H10（亚高效）过滤器决定送风的洁净水平，F7保护H10，G4保护F7。

洁净室末端高效（HEPA）过滤器前要有效率规格不低于F8的过滤器来保护；高效（ULPA）过滤器前可选用F9～H11的过滤器。

在中央空调本身应有效率规格不低于F5的过滤器来保护。

在无风沙、低污染地区，F7过滤器前可不设预过滤器；在城市的中央空调系统中，G3～F6是常见的初级过滤器。

在具体的工程应用中，使用什么效率级别的预过滤器来保护后一级过滤器，这需要将使用环境、备件费用、运行能耗以及维护费用等因素综合考虑而定。

各级效率过滤器应用的例子：
1）某100级洁净室，设置了F5→F8→H10→H13四级过滤，末端H13过滤器用了8年；2）某洁净室高效过滤器前只有F5过滤器保护，用户每年都要更换高效过滤器；
3）重度污染城市的某新风净化系统中过滤器设置为G3→H10，系统运行半个月后H10过滤器报废；
4）某汽车喷漆流水线，过滤器设置为G3→F6→F5。

其中，末端F5为屋顶满布的过滤材料，它仅起工艺要求的均流作用；F6决定了送风的净化水平。

下表是一些典型场所常用的过滤器，仅供参考：
备注：1.“主过滤器”指最末一级的过滤器，或指定部位的过滤器；
2.有些行业不使用通风过滤器的效率规格，表中的规格大致相当于那些行业的效率规格；
3.表中未列出压缩空气使用的过滤器（空气滤清器）。

四、洁净度分级
1963年，美国出了个洁净室标准FED-STD-209，在这项标准中，按每立方英尺中≥0.5μm 粉尘数量的最高允许浓度，将洁净室分成若干等级，如100级、10000级、100000级。

长期以来，世界上许多国家都是按此方法分级，我国也不例外。

1999年，国际标准化组织ISO颁布了一项国际标准《ISO14644-1洁净室与受控洁净环境，第一部分：空气洁净度分级》，标准中采用了新的分级。

2001年，中国新颁布的洁净室设计标准中采用了ISO分级。

ISO洁净度等级以及与传统分级的对应关系见下表4-1：
洁净度分级表4-1
电子工业和制药业是与洁净室关系最密切的两个行业，其他行业用到洁净室时大都跟着这两个行业的思路走。

ISO试图在洁净室问题上将这两个行业拉到一起。

ISO标准一出现，电子行业立刻该用ISO标准定义的洁净室级别，而制药行业目前仍沿用老的洁净级别规定，见下表4-2。

我国1998年版GMP规范中比前一版多了个30万级。

ISO洁净室标准化动向见后面的内容。

中国GMP规定的洁净度表4-2
备注：GMP（Good Manufacture Practice, 药品生产质量管理规范），制药厂必须执行的强制性标准。

需要注意的是，规定洁净度时先应该明确洁净室的状态：空态（新建，空屋子），静态（设备就位，无人员），动态（正常工作）。

具体工程所说的“洁净度”指的是哪种状态，需要由用户与设计、供货等方面协议确定并明文规定。

4.1换气次数和风速
过滤器的品质有了保证后，在决定洁净工程质量的诸多因素中，通风参数（换气次数或平均风速）就成了关键。

下表4-3是洁净室设计时应该考虑的一些因素。

表中的“气流形式”、“平均风速”、“换气次数”指标源于ISO标准，“末端过滤器效率”和“过滤器出厂检验方
法”。

洁净度、通风参数和高效过滤器表4-3
备注：
U---单向流，单向流洁净室就是“层流”或“均匀流”洁净室。

这种洁净室的平均风速特别重要，因为粉尘的自由扩散速度是0.15～0.20m/s，如果平均风速压不住粉尘扩散速度，使用再好的过滤器也没用。

N---非单向流，非单向流洁净室就是“乱流”或“稀释型（Dilution Type）”洁净室。

这种洁净室的平均风速远远低于粉尘扩散速度，送风仅起到稀释作用。

而且这类洁净室的操作人员相对较多、设备和生产过程发尘量也较大，所以过滤器效率的高低不再是洁净度的决定因素，因为最差的高效过滤器的效率也会是99.97%，足以满足稀释室内粉尘浓度的要求。

M---单向与非单向混合流。

上表2-1中的“平均风速”只针对单向流洁净室。

这种洁净室的平均风速必须压过粉尘的扩散速度。

而表中的“换气次数”是针对高3m左右的常规洁净室而言，这个参数通常仅对非单向流和混合流洁净室有意义。

由于具体项目的要求不同以及设计理念的差异，设计师对换气次数和平均风速的选取也有所不同。

换气次数少，可节省投资和降低运行费用，但在洁净度上会存在一定的风险。

“提高过滤效率就可以降低换气次数”这种说法是不正确的。

洁净室的主要尘源是人和设备，相比之下，经高效过滤器进入室内的粉尘量要少得多。

如果通风参数相同，选用99.9999%的过滤器与选用99.97%的过滤器，洁净室的洁净度不会有多少区别。

1998年，国内制药行业GMP规范中又出现了个“30万级”。

早一版的GMP曾规定制药厂最低要求的生产环境是10万级，30万级是对前一版GMP规定的缓解。

要获得30万级，多数情况下没必要加装末端高效过滤器，在空调系统中选用好一些的过滤器（效率级别为F8～H10）即可。