Test methods for assessing the performance of gas-phase air cleaning media and devices for general ventilation — Part 2: Gas-phase air cleaning devices (GPACD)

ISO 10121-2:2013 aims to provide an objective test method to estimate the performance of any full size gas filtration device (GPACD) for general filtration regardless of media or technique used in the device. In fact, the goal of this part of ISO 10121 is to avoid relating the test data to internal parameters altogether. The benefit with this approach is that customers of GPACDs will be able to concentrate on price/performance and suppliers will have access to a normative and objective test standard that will not require the release of proprietary information or reverse engineering of the product. To ensure objectivity for test equipment suppliers, no specific design of the test apparatus is specified. Instead requirements of apparatus properties and validation tests are specified. However, different design examples in present use are outlined. ISO 10121-2:2013 can also be used with technologies such as scrubbers, absorbers, non-sorptive devices or packed columns as long as they fit into the test apparatus, can be meaningfully judged by the test method and are intended for general ventilation applications, both residential and non residential. Nuclear and military applications are specifically excluded.

Méthodes d'essai pour l'évaluation de la performance des médias et des dispositifs de filtration moléculaire pour la ventilation générale — Partie 2: Dispositifs de filtration moléculaire (GPACD)

L'ISO 10121-2:2013 a pour objet de fournir une méthode d'essai objective permettant d'évaluer les performances de tout dispositif de filtration moléculaire (GPACD) de dimension normalisée pour la ventilation générale quels que soient les médias ou la technique utilisés dans le dispositif. L'ISO 10121-2:2013 a en fait pour objet d'éviter d'associer les données d'essai aux paramètres internes. L'avantage de cette approche est que la clientèle des GPACD est en mesure de se concentrer sur le prix/les performances et les fournisseurs ont accès à une norme d'essai normative et objective qui n'exige pas la diffusion de renseignements exclusifs d'intérêt commercial ou de rétro-ingénierie du produit. Pour garantir l'objectivité des fournisseurs d'équipement d'essai, aucune conception spécifique des appareils d'essai n'est normative. En revanche, les exigences normatives des propriétés des appareils et des essais de validation sont spécifiées. Cependant, divers exemples de conceptions actuellement utilisées sont soulignés. L'ISO 10121-2:2013 peut être aussi utilisée avec des technologies telles que débourbeurs, absorbeurs, dispositifs de non-sorption ou laveurs à garnissage tant qu'elles s'adaptent à l'appareil d'essai, qu'elles peuvent être considérées significatives par la méthode d'essai et sont destinées aux applications de ventilation générale à la fois résidentielles et non résidentielles. Les applications nucléaires et militaires sont explicitement exclues.

General Information

Status
Published
Publication Date
24-Mar-2013
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
01-Oct-2018
Completion Date
01-Oct-2018
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ISO 10121-2:2013 - Test methods for assessing the performance of gas-phase air cleaning media and devices for general ventilation
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10121-2
First edition
2013-04-01
Test methods for assessing the
performance of gas-phase air cleaning
media and devices for general
ventilation —
Part 2:
Gas-phase air cleaning devices (GPACD)
Méthodes d’essai pour l’évaluation de la performance des médias et
des dispositifs de filtration moléculaire pour la ventilation générale —
Partie 2: Dispositifs de filtration moléculaire (GPACD)
Reference number
ISO 10121-2:2013(E)
ISO 2013
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ISO 10121-2:2013(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2013

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or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

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Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO 10121-2:2013(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and abbreviated terms ........................................................................................................................................................... 6

4.1 Symbols ......................................................................................................................................................................................................... 6

4.2 Abbreviated terms ............................................................................................................................................................................... 7

5 Testing of GPACDs ................................................................................................................................................................................................ 8

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 8

5.2 Test setup and normative section of test stand .......................................................................................................... 8

5.3 Raw data, sampling accuracy and normative generation parameters .................................................... 9

5.4 Test parameters selected between user and supplier .......................................................................................10

5.5 Simplified benchmark setup ....................................................................................................................................................11

6 Test sequence ........................................................................................................................................................................................................13

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................13

6.2 Conditioning and pressure drop determination .....................................................................................................13

6.3 Initial removal efficiency .............................................................................................................................................................14

6.4 Capacity determination ................................................................................................................................................................16

6.5 Retentivity determination ..........................................................................................................................................................19

7 Validation of test setup ...............................................................................................................................................................................20

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................20

7.2 Determination of rise time and decay time .................................................................................................................20

8 Evaluation and report ..................................................................................................................................................................................22

8.1 Test report introduction ..............................................................................................................................................................22

8.2 Test report example .........................................................................................................................................................................23

9 Safety features .....................................................................................................................................................................................................27

Annex A (normative) Test equipment requirements, equipment validation and

routine operation .............................................................................................................................................................................................28

Annex B (informative) Challenge gases, generation sources and analysis techniques .................................31

Annex C (informative) Test equipment designs .....................................................................................................................................36

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................39

© ISO 2013 – All rights reserved iii
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ISO 10121-2:2013(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International

Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.

Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies

casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 10121-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 142, Cleaning equipment for air and other gases.

ISO 10121 consists of the following parts, under the general title Test methods for assessing the

performance of gas-phase air cleaning media and devices for general ventilation:
— Part 1: Gas-phase air cleaning media (GPACM)
— Part 2: Gas-phase air cleaning devices (GPACD)
iv © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO 10121-2:2013(E)
Introduction

There is an increasing use and need for gas-phase filtration in general filtration applications. This demand

can be expected to increase rapidly due to the increasing pollution problems in the world together with

an increasing awareness that solutions to the problems are available in the form of filtration devices or,

phrased more technically, gas-phase air cleaning devices (GPACD). The performance of devices relies

to a large extent on the performance of a gas-phase air cleaning media (GPACM) incorporated in the

device. Still applications and device performance are often poorly understood by the users and suppliers

of such media and devices. Media tests may also be adequate to offer data for real applications if actual

low concentrations (< 100 ppb) and longer exposure times (>weeks) can be used in the test, provided

that the geometrical configuration, packing density and flow conditions of the small-scale test specimen

are equal to those used in the real applications. Such tests are however not included in the scope of

ISO 10121. ISO 10121 attempts to increase understanding and communication by supplying a more

standardized interface between media suppliers, device suppliers and end users. At present, standards

[1] [4]

exist for general ventilation in Japan by JIS, automotive filters by ISO , in-duct sorptive media gas-

[7] [8] [9]

phase air-cleaning devices by ASHRAE and for adsorptive media by ASHRAE and ASTM . No

international standard for general filtration exists today.

This part of ISO 10121 prescribes methods, test equipment, data interpretation and reporting for gas-

phase air cleaning devices intended for the removal of gas-phase contamination from air in general

ventilation applications.
In addition, information is given in a number of annexes:

— Annex A describes the normative validation procedure in detail in a tabulated form.

— Annex B gives a list of possible test gases, generation sources and suggests suitable analysis

equipment for common test gases in addition to reference techniques given for the simplified

benchmark setup in Clause 5.5.
— Annex C discusses different test stand designs.

A general introduction to molecular filtration and molecular filtration testing can be found in the

scientific literature.

ISO 10121 aims to provide laboratory test methods for media and devices which are used for removal of

gas-phase contaminants from air in general ventilation. It consists of two parts:

— ISO 10121-1 covers three different media configurations and is targeted towards giving a

standardized interface between media suppliers and producers of air cleaning devices. It may also

be used between media suppliers and end customers with regards to loose fill media properties.

— This part of ISO 10121 aims to give a standardized interface between suppliers of air cleaning

devices and end customers seeking the most cost efficient way to employ gas-phase filtration.

© ISO 2013 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10121-2:2013(E)
Test methods for assessing the performance of gas-phase
air cleaning media and devices for general ventilation —
Part 2:
Gas-phase air cleaning devices (GPACD)
1 Scope

This part of ISO 10121 aims to provide an objective test method to estimate the performance of any

full size gas filtration device (GPACD) for general filtration regardless of media or technique used in the

device. In fact, the goal of this part of ISO 10121 is to avoid relating the test data to internal parameters

altogether. The benefit with this approach is that customers of GPACDs will be able to concentrate on

price/performance and suppliers will have access to a normative and objective test standard that will

not require the release of proprietary information or reverse engineering of the product.

To ensure objectivity for test equipment suppliers, no specific design of the test apparatus is specified.

Instead requirements of apparatus properties and validation tests are specified. However, different design

examples in present use are outlined. This part of ISO 10121 can also be used with technologies such as

scrubbers, absorbers, non-sorptive devices or packed columns as long as they fit into the test apparatus,

can be meaningfully judged by the test method and are intended for general ventilation applications, both

residential and non residential. Nuclear and military applications are specifically excluded.

2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 29464:2011, Cleaning equipment for air and other gases — Terminology

EN 15805:2009, Particulate air filters for general ventilation — Standardised dimensions

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 29464 and the followings apply.

3.1
absorption
transport and dissolution of a sorbate into an absorbent
3.2
adsorbate

molecular compound in gaseous or vapour phase that will be retained by the adsorbent material of the media

3.3
adsorbent

material that collects adsorbates on its surface through physical or chemical processes

3.4
adsorption

process in which the molecules of a gas adhere by physical or chemical processes to the exposed surfaces

of solid substances, both the outer surface and inner pore surface, with which they come into contact

© ISO 2013 – All rights reserved 1
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ISO 10121-2:2013(E)
3.5
breakthrough
amount of gaseous contaminant in the effluent of a GPACD
Note 1 to entry: See “penetration”.
3.6
breakthrough vs. time curve

plot of contaminant penetration versus time for a particular challenge concentration and airflow

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.67]
3.7
bypass

proportion of the challenge air stream that passes around the GPACD without contacting the media

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.64]
3.8
capacity

amount (mass or moles) of a selected sorbate that can be contained in the filter media of a GPACD at

given test conditions, and a specific end point
Note 1 to entry: Capacity can also be negative during desorption.
3.9
challenge concentration

concentration of the test contaminant(s) of interest in the air stream prior to filtration

cf. challenge air stream
3.10
challenge compound

chemical compound that is being used as the contaminant of interest for any given test

3.11
challenge air stream

test contaminant(s) of interest diluted to the specified concentration(s) of the test prior to filtration

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.16]
3.12
channeling

disproportionate or uneven flow of gas through passages of lower resistance due to inconsistencies in

the design or production of a GPACD, particularly in packed granular beds
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.17]
3.13
chemisorption
chemical adsorption

trapping of gaseous or vapour contaminants on an adsorbent involving chemical reaction on the

adsorbent surface
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.19]
3.14
concentration
quantity of one substance dispersed in a defined amount of another
Note 1 to entry: Indices “n” denote location.
2 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO 10121-2:2013(E)
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.21]
3.15
contaminant

substance (solid, liquid, or gas) that negatively affects the intended use of a fluid

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.23]
3.16
decay time

time required for the gas contaminant monitoring instrument to record a reduction from greater than

95 % of the challenge concentration to less than 5 % of the challenge concentration (t – t ) at the

END VC

downstream sampling point for a specific test (n), challenge gas and gas flow after stopping the injection

of the contaminant with no GPACD present
3.17
desorption

process in which adsorbate molecules leave the surface of the adsorbent and re-enter the air stream

Note 1 to entry: Desorption is the oppsite of adsorption.
3.18
downstream
area following the filter in the direction of fluid flow
3.19
efficiency vs. time curve

plot of the GPACD removal efficiency against time over the duration of a challenge test for a particular

challenge concentration and airflow
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.31]
3.20
efficiency vs. capacity curve

plot of the GPACD removal efficiency against the integrated capacity over the duration of a challenge test

for a particular challenge concentration and airflow
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.28]
3.21
face velocity
air flow rate divided by the cross sectional area of the GPACD
3.22
gas

substance whose vapour pressure is greater than the ambient pressure at ambient temperature

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.44]
3.23
gas-phase air cleaning device
GPACD

assembly of a fixed size enabling the removal of specific gas- or vapour-phase contaminants

Note 1 to entry: It is normally box shaped or fits into a box of dimensions between 300 × 300 × 300 mm up to

approximately 610 × 610 × 610 mm or 2 × 2 × 2 feet.
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.45, modified – NOTE has been modified.]
© ISO 2013 – All rights reserved 3
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ISO 10121-2:2013(E)
3.24
GPACD face area

cross-sectional area of the GPACD also including a header frame if so equipped when viewed from the

direction of air flow using exact dimensions
3.25
gas-phase air cleaning media
GPACM
media or media configuration used for filtering a contaminant

EXAMPLE a porous film or fibrous layer; a bead shaped, granular or pelletized adsorbent (or chemisorbent); a

support structure of fabric, foam or monoliths containing adsorbent in the form of small sized particles, granules,

spheres or powder; a woven or nonwoven fabric completely made from an adsorbent material

3.26
initial efficiency

efficiency of an unexposed filter or GPACD calculated as soon after the start of a test as is possible

Note 1 to entry: For gas-phase, this should be calculated as soon as a steady reading can be obtained.

3.27
molecular contamination

contamination present in gas or vapour phase in an air stream and excluding compounds in particulate

(solid) phase regardless of their chemical nature
3.28
ppb(v)
parts per billion by volume

concentration measure normally used to record ambient levels of outdoor pollution

3 3
Note 1 to entry: Units are mm /m .
3.29
ppm(v)
parts per million by volume

concentration measure normally used to record pollution levels in, for example, work place safety

3 3 3
Note 1 to entry: Units are cm /m and ml/m .
3.30
penetration

ratio of contaminant concentration downstream of the filter to the upstream (challenge) concentration,

sometimes expressed as a percentage

Note 1 to entry: Related to efficiency (E) by the expression: E = (1 – P) × 100 %.

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.51]
3.31
physisorption
physical adsorption

attraction of an adsorbate to the surface, both outer surface and inner pore surface, of an adsorbent by

physical forces (Van der Waals forces)
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.52]
4 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO 10121-2:2013(E)
3.32
pore

minute passageways through which fluid may pass or that expose to the fluid stream the internal

surfaces of an adsorbent media
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.55]
3.33
pressure drop

difference in pressure between two points in an airflow system at specified conditions, especially when

measured across a GPACD
3.34
removal efficiency

fraction or percentage of a challenge contaminant that is removed by a GPACD at a given time

3.35
retentivity

measure of the ability of an adsorbent or GPACD to resist desorption of an adsorbate

Note 1 to entry: Computed as the residual capacity (fraction remaining) after purging the adsorbent with clean,

conditioned air only, following challenge breakthrough.
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.61, modified – NOTE has been added]
3.36
residence time

relative time that an increment of fluid (or contaminant) is within the boundaries of the media volume

(e.g. a bed of granules or a non-woven sheet)

Note 1 to entry: In typical use and in this part of ISO 10121, this value neglects the fact that the media and possible

support structures occupy a significant portion of the volume of the bed [t = V (total bed volume) /Q (air flow rate)].

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.71]
3.37
rise time

time between initial injection of contaminant and reaching 95 % of the challenge concentration for an

empty duct (t – t ) measured at the downstream sampling location for a specific test (n), challenge

0 VO
gas and gas flow
3.38
sorbate
molecular compounds that are retained in the adsorbent of the device

Note 1 to entry: The sorbate will refer to both intended compounds like the selected challenge gas in a test or

pollution in real service but also any other compound present in the air stream e.g. gases and vapours.

3.39
sorption

process in which fluid molecules (gas or liquid) are removed by a GPACD media by absorption or adsorption

© ISO 2013 – All rights reserved 5
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ISO 10121-2:2013(E)
3.40
vapour

substance whose vapour pressure is less than the ambient pressure at ambient temperature, but is

present in the gas phase through evaporation or sublimation
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.74]
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols

C upstream concentration [ppb, ppm] measured at a position X mm before the device

C downstream concentration [ppb, ppm] measured at a position Y mm after the device

Δp pressure drop measured over the tested device [Pa]

E initial removal efficiency [%] for the device measured at a low (< 1 ppm) challenge concen-

tration during the initial efficiency test in 6.3

E removal efficiency [%] for the device measured at the challenge concentration selected

during the capacity test in 6.4

E efficiency recorded at stop test time or value agreed between user and supplier [%]

END

m retentivity [g],[mol]; the amount withheld by the device after ventilating with clean air at

the same flow selected during the capacity test until C reaches a specified value close to

zero.

m the integrated amount in moles or grams of challenge compound accumulated during the

sEI
initial efficiency test in Formula (2)

m the integrated amount in moles or gram of challenge compound accumulated during meas-

urement at the upstream position in Formula (3)

m the integrated amount in moles or grams of challenge compound accumulated during

measurement at the downstream position in Formula (3)

m the total integrated amount [g], [mol] of challenge compound accumulated during the

whole challenge test
p upstream pressure [Pa] measured at a position X mm before the device
p downstream pressure [Pa] measured at a position Y mm after the device

Q flow used in test (normally the rated flow for the tested device) [m /h] measured at a posi-

tion Z mm after the device
RH upstream relative humidity [%] measured at a position X mm before the device
RH downstream relative humidity [%] measured at a position Y mm after the device

t start time. The time when C (contamination concentration upstream) equals the selected

0 U
challenge concentration for an empty duct

t time when a test is stopped. The time when a desired concentration or other termination

END

criteria have been met in any of the prescribed test procedures (agreed between user and

supplier)
6 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO 10121-2:2013(E)
t decay time for challenge concentration
t decay time for initial efficiency concentration
t rise time for challenge concentration
t rise time for initial efficiency concentration
t time noted at challenge gas valve closure
t time noted at challenge gas valve opening
T upstream temperature [°C] measured at a position X mm before the device
T downstream temperature [°C] measured at a position Y mm after the device
v face velocity [m/s] calculated from flow and cross sectional area of device

X a position X positioned sufficiently far ahead of the device to allow undisturbed meas-

urements, determined in the validation, Annex A. At the distance X, the concentration of

challenge compound is sufficiently mixed and uniform over the cross sectional area of the

duct while not being so close to the device that the device itself obscures the flow, pressure

drop or concentration.

Y a position Y positioned sufficiently far after the device to allow undisturbed measure-

ments, determined in the validation section, Annex A. At the distance Y the concentration

of penetrating challenge compound is sufficiently mixed and uniform to represent the

average of the device and not being so close to the device that the device itself obscures the

flow, pressure drop or concentration.

Z a position Z positioned sufficiently far after the device to permit a reliable flow measure-

ment using an orifice device, determined in the validation, Annex A
4.2 Abbreviated terms
ASHRAE American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers

ASTM ASTM International, formerly known as the American Society for Testing and Mate-

rials (ASTM)
HEPA High Efficiency Particulate Air (filter)
JIS Japanese Industrial Standards
JSA Japanese Standards Association
MSDS Material Safety Data Sheet
NMP n-Methyl −2-pyrrolidone

TLV threshold limit value. Amount of a chemical substance is a level to which it is

believed a worker can be exposed day after day for a working lifetime without
adverse health effects.
VOC Volatile Organic Compound
© ISO 2013 – All rights reserved 7
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ISO 10121-2:2013(E)
5 Testing of GPACDs
5.1 General

This part of ISO 10121 shows how to measure four key parameters that reflect the performance of a

GPACD. The four parameters are:
— pressure drop, Δp
— capacity, m
— removal efficiency, E
— retentivity, m
These parameters are:
— linked to each other;
— different for different gases (exception: Δp is not affected);

— different for different concentrations of the same gas (exception: Δp is not affected);

— affected by other gases present, by temperature, by humidity and by the air flow.

The ideal case would be to test at the exact parameter values and concentration present in the intended

application, but then the test time would be as long as the real service life, e.g. years. One way to accelerate

the test is to increase the concentration. In this part of ISO 10121 an increased concentration should be

agreed between user and supplier. Alternatively, for general benchmark purposes three concentrations

are used, one mildly increased for determination of the removal efficiency and two strongly increased

for determination of capacity. Besides the key performance parameters other important factors must

also be considered. Particles may be emitted downstream, at least during initial start-up, for GPACDs

employing loose fill granular and pelletized adsorbents or adsorbent fibres and possibly for other media

types as well. This may pose a problem depending on the sensitivity of the specific application and

on available particle filtration after the GPACD. Others factors that may be considered are gaseous

emissions, corrosion resistance, weight and depth requirements.

This clause will describe the normative part of the test stand, normative parameters for generation

of the challenge air stream and suggest test gases for benchmark purposes and for the case when the

pollution in the real application is not yet defined. Clause 6 describes in detail the test sequence for

conditioning and for determination of pressure drop, initial removal efficiency, capacity and retentivity

in this order.
5.2 Test setup and normative section of test stand

The test equipment can be designed in various ways and it is not the purpose of this part of ISO 10121 to

enforce a particular engineering solution or analysis technique. Several designs and analysis techniques

are described in the informative annexes. It is the user of this part of ISO 10121 that should select the

solution best fitted with regard to equipment availability and other concerns. There are some key

parameters that WILL SEVERELY SKEW THE DATA or make benchmark testing impossible unless they

are controlled within specified limits. These parameters are disp
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 10121-2
Première édition
2013-04-01
Méthodes d’essai pour l’évaluation
de la performance des médias et des
dispositifs de filtration moléculaire
pour la ventilation générale —
Partie 2:
Dispositifs de filtration moléculaire
(GPACD)
Test methods for assessing the performance of gas-phase air cleaning
media and devices for general ventilation —
Part 2: Gas-phase air cleaning devices (GPACD)
Numéro de référence
ISO 10121-2:2013(F)
ISO 2013
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ISO 10121-2:2013(F)
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ISO 10121-2:2013(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles et termes abrégés ..................................................................................................................................................................... 6

4.1 Symboles ...................................................................................................................................................................................................... 6

4.2 Termes abrégés ....................................................................................................................................................................................... 8

5 Essais du GPACD .................................................................................................................................................................................................... 8

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 8

5.2 Montage d’essai et section normative du banc d’essai ......................................................................................... 9

5.3 Données brutes, précision d’échantillonnage et paramètres de production normatifs .......10

5.4 Paramètres d’essai sélectionnés entre utilisateur et fournisseur ............................................................11

5.5 Montage de référence simplifié .............................................................................................................................................12

6 Séquence d’essai ................................................................................................................................................................................................14

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................14

6.2 Conditionnement et détermination de la perte de charge .............................................................................15

6.3 Efficacité d’élimination initiale ..............................................................................................................................................16

6.4 Détermination de la capacité ...................................................................................................................................................18

6.5 Détermination de la rémanence ............................................................................................................................................21

7 Validation du montage d’essai ............................................................................................................................................................22

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................22

7.2 Détermination du temps de montée et du temps de décroissance .........................................................22

8 Évaluation et rapport ....................................................................................................................................................................................24

8.1 Introduction du rapport d’essai ............................................................................................................................................24

8.2 Exemple de rapport d’essai .......................................................................................................................................................24

9 Dispositifs de sécurité..................................................................................................................................................................................28

Annexe A (normative) Exigences relatives à l’équipement d’essai, validation de l’équipement et

fonctionnement de routine .....................................................................................................................................................................30

Annexe B (informative) Gaz d’essai, sources de production et techniques d’analyse ....................................33

Annexe C (informative) Conceptions des équipements d’essai .............................................................................................39

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................42

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ISO 10121-2:2013(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne

la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives

ISO/CEI, Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de

Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.

Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités

membres votants.

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de

ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L’ISO 10121-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 142, Séparateurs aérauliques.

L’ISO 10121 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Méthodes d’essai pour l’évaluation

de la performance des médias et des dispositifs de filtration moléculaire pour la ventilation générale:

— Partie 1: Médias de filtration moléculaire (GPACM)
— Partie 2: Dispositifs de filtration moléculaire (GPACD)
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ISO 10121-2:2013(F)
Introduction

Les applications de filtration générale réclament une utilisation et un besoin croissants de filtration

moléculaire. Il est possible que cette demande augmente rapidement du fait des problèmes croissants de

pollution dans le monde ainsi que de la plus forte sensibilisation au fait que des solutions aux problèmes

sont disponibles sous forme de dispositifs de filtration également connus sous le nom plus technique

de dispositifs de filtration moléculaire (GPACD). Les performances des dispositifs dépendent largement

des performances d’un média de filtration moléculaire (GPACM) incorporé au dispositif. Néanmoins, les

applications et les performances des dispositifs sont souvent mal comprises par les utilisateurs et les

fournisseurs de ces médias et dispositifs. Les essais des médias peuvent aussi être appropriés pour fournir

des données pour les applications réelles si les concentrations basses réelles (<100 ppb) et les temps

d’exposition plus long (>semaines) peuvent être utilisés pour l’essai, à condition que la configuration

géométrique, la densité de conditionnement et les conditions de flux de l’échantillon d’essai d’échelle

réduite soient égaux à ceux utilisés dans les applications réelles. De tels essais ne sont cependant pas

inclus dans le domaine d’application de la présente partie de l’ISO 10121. L’ISO 10121 a pour objectif

d’améliorer la compréhension et la communication en la matière en fournissant une interface plus

normalisée entre fournisseurs de médias, fournisseurs de dispositif et utilisateurs finaux. Actuellement,

[1] [4]

des normes existent pour la ventilation générale au Japon (JIS), pour les filtres automobile (ISO),

[7]

pour les dispositifs de filtration moléculaire à média sorbant en conduit (ASHRAE ) et pour les médias

[8] [9]

d’adsorption (ASHRAE et ASTM ). Il n’existe aujourd’hui aucune Norme internationale pour la

filtration générale.

La présente partie de l’ISO 10121 spécifie les méthodes, les équipements d’essai, l’interprétation et la

consignation des données applicables aux dispositifs de filtration moléculaire utilisés pour éliminer de

l’air la contamination en phase gazeuse dans les applications de ventilation générale.

De plus, des informations sont données dans un certain nombre d’annexes:

— l’Annexe A décrit de façon détaillée la procédure de validation normative sous forme de tableau.

— l’Annexe B donne une liste de gaz d’essai possible, de sources de génération et suggère des

équipements d’analyse appropriés pour les gaz d’essai courants en plus des techniques de référence

données pour le montage de référence simplifié donné en 5.5.
— l’Annexe C traite des différentes conceptions de bancs d’essai.

Une introduction générale à la filtration moléculaire et aux essais de filtration moléculaire peut être

consultée dans la documentation scientifique.

L’ISO 10121 a pour objet de fournir des méthodes d’essai en laboratoire pour les médias et les dispositifs

qui sont utilisés pour éliminer de l’air les contaminants en phase gazeuse en ventilation générale. Elle

comporte deux parties:

— l’ISO 10121-1 couvre trois configurations de médias différentes et vise à fournir une interface

normalisée entre les fournisseurs de médias et les fabricants de dispositifs de filtration. La Partie 1

peut être aussi utilisée entre fournisseurs de médias et utilisateurs finaux pour ce qui concerne les

propriétés du matériau de filtration d’un média.

— La présente partie de ISO 10121 vise à fournir une interface normalisée entre fournisseurs de

dispositifs de filtration et utilisateurs finaux désireux d’utiliser la solution la plus rentable pour la

filtration moléculaire.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10121-2:2013(F)
Méthodes d’essai pour l’évaluation de la performance des
médias et des dispositifs de filtration moléculaire pour la
ventilation générale —
Partie 2:
Dispositifs de filtration moléculaire (GPACD)
1 Domaine d’application

La présente partie de l’ISO 10121 a pour objet de fournir une méthode d’essai objective permettant

d’évaluer les performances de tout dispositif de filtration moléculaire (GPACD) de dimension normalisée

pour la ventilation générale quels que soient les médias ou la technique utilisés dans le dispositif. La

présente partie de l’ISO 10121 a en fait pour objet d’éviter d’associer les données d’essai aux paramètres

internes. L’avantage de cette approche est que la clientèle des GPACD est en mesure de se concentrer sur le

prix/les performances et les fournisseurs ont accès à une norme d’essai normative et objective qui n’exige

pas la diffusion de renseignements exclusifs d’intérêt commercial ou de rétro-ingénierie du produit.

Pour garantir l’objectivité des fournisseurs d’équipement d’essai, aucune conception spécifique des

appareils d’essai n’est spécifiée. En revanche, les exigences normatives des propriétés des appareils

et des essais de validation sont spécifiées. Cependant, divers exemples de conceptions actuellement

utilisées sont soulignés. La présente partie de l’ISO 10121 peut être aussi utilisée avec des technologies

telles que débourbeurs, absorbeurs, dispositifs de non-sorption ou laveurs à garnissage tant qu’elles

s’adaptent à l’appareil d’essai, qu’elles peuvent être considérées significatives par la méthode d’essai et

sont destinées aux applications de ventilation générale à la fois résidentielles et non résidentielles. Les

applications nucléaires et militaires sont explicitement exclues.
2 Références normatives

Les documents suivants, dans leur totalité ou partiellement, sont référencés normativement dans le

présent document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition

citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique

(y compris les éventuels amendements).
ISO 29464:2011, Séparateurs aérauliques — Terminologie

EN 15805:2009, Filtres à air de ventilation générale pour l’élimination des particules — Dimensions normalisées

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 29464 ainsi que les

suivants s’appliquent.
3.1
absorption
transport et dissolution d’un sorbate dans un absorbant
3.2
adsorbat

composé moléculaire sous forme de gaz ou de vapeurs qui sera retenu par le matériau adsorbant du média

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3.3
adsorbant

matériau qui piège à sa surface des adsorbats par des processus physiques ou chimiques

3.4
adsorption

processus physique ou chimique dans lequel les molécules d’un gaz adhèrent aux surfaces accessibles

des substances solides, à la fois la surface externe et la surface poreuse interne, avec lesquelles elles

viennent en contact
3.5
percée
quantité de contaminants gazeux dans l’effluent d’un GPACD
Note 1 à l’article: Voir «pénétration».
3.6
courbe percée – temps

tracé de la pénétration de contaminant en fonction du temps pour une concentration et un flux d’air

d’essai particuliers
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.67]
3.7
dérivation

proportion de courant d’air d’essai qui passe autour du GPACD sans contact avec les médias

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.64]
3.8
capacité

quantité (masse ou moles) d’un sorbate sélectionné qui peut être contenue dans le médium du filtre d’un

GPACD dans des conditions d’essai données, et un point terminal spécifique

Note 1 à l’article: La capacité peut également être négative pendant la désorption.

3.9
concentration d’essai

concentration des contaminants d’essai examinés contenus dans le courant d’air préalablement à la

filtration (courant d’air d’essai)
3.10
composé d’essai
composé chimique utilisé comme le contaminant examiné pour tout essai donné
3.11
courant d’air d’essai

contaminant(s) d’essai examiné dilué à la ou aux concentrations spécifiées de l’essai préalablement à

la filtration
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.16]
3.12
cheminement

écoulement de gaz disproportionné ou inégal à travers des passages de plus faible résistance du

fait d’incohérences dans la conception ou la fabrication d’un GPACD, notamment dans des couches

granulaires empilées
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.17]
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3.13
chimisorption
adsorption chimique

captage de contaminants sous forme de gaz ou de vapeurs sur un adsorbant, entraînant une réaction

chimique à la surface de ce dernier
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.19]
3.14
concentration
quantité d’une substance dispersée dans une quantité définie d’une autre
Note 1 à l’article: Les indices «n» indiquent l’emplacement.
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.21]
3.15
contaminant

substance (solide, liquide ou gazeuse) qui affecte négativement l’utilisation prévue d’un fluide

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.23]
3.16
temps de décroissance

temps nécessaire à l’instrument de contrôle du contaminant sous forme gazeuse pour enregistrer

une réduction de plus de 95 % de la concentration d’essai à moins de 5 % de la concentration d’essai

(t - t ) au point d’échantillonnage en aval pour un essai spécifique (n), un flux de gaz d’essai et de

END VC
gaz après l’arrêt de l’injection du contaminant en l’absence de GPACD
3.17
désorption

processus au cours duquel les molécules adsorbées libèrent la surface de l’adsorbant et re-pénètrent

dans le courant d’air
Note 1 à l’article: La désorption est l’inverse de l’adsorption.
3.18
aval
zone située après le filtre dans la direction de l’écoulement du fluide
3.19
courbe efficacité – temps

tracé de l’efficacité d’élimination du GPACD en fonction du temps sur la durée d’un essai pour une

concentration et un flux d’air d’essai particuliers
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.31]
3.20
courbe efficacité – capacité

tracé de l’efficacité d’élimination du GPACD en fonction de la capacité intégrée sur la durée d’un essai

pour une concentration et un flux d’air d’essai particuliers
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.28]
3.21
vitesse frontale
débit d’air divisé par la surface transversale du GPACD
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3.22
gaz

substance dont la pression de la vapeur est plus grande que la pression ambiante à la température ambiante

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.44]
3.23
dispositif de filtration moléculaire
GPACD

assemblage de taille fixe permettant l’élimination de contaminants gazeux ou en phase vapeur spécifiques

Note 1 à l’article: Il est normalement sous la forme de boîte ou correspondant à une boîte de dimensions comprises

entre 300 × 300 × 300 mm jusqu’à approximativement 610 × 610 × 610 mm ou 2 × 2 × 2 fts.

[Source: ISO 29464:2011, 3.2.45 – La Note 1 à l’article a été modifiée et remplace la note originale]

3.24
surface frontale du GPACD

surface transversale du GPACD comprenant également un cadre de protection s’il en est équipé, lorsque

visualisée à partir de la direction du flux d’air en utilisant des dimensions exactes

3.25
média de filtration moléculaire
GPACM
média ou configuration de média utilisé pour filtrer un contaminant

EXEMPLE Un film poreux ou une couche fibreuse; un adsorbant (ou chimisorbant) en forme de perle,

granulaire ou aggloméré; une structure d’appui en tissu, en mousse ou monolithes contenant des adsorbants

sous forme de particules de petite taille, granules, sphères ou poudre; un textile tissé ou non tissé entièrement

constitué à base d’un matériau adsorbant.
3.26
efficacité initiale

efficacité d’un filtre propre ou GPACD, calculée dès que possible après le démarrage d’un essai.

Note 1 à l’article: Pour la phase gazeuse, il convient de la calculer dès qu’une lecture stable peut être obtenue.

3.27
contamination moléculaire

contamination présente sous forme de gaz ou de vapeurs dans un courant d’air et excluant les composés

en phase particulaire (solide) quelle que soit leur nature chimique
3.28
ppb(v)
parties par milliard par volume

mesure de la concentration normalement utilisée pour enregistrer les niveaux ambiants de la

pollution extérieure
3 3
Note 1 à l’article: Les unités sont mm /m .
3.29
ppm(v)
parties par million par volume

mesure de la concentration normalement utilisée pour enregistrer les niveaux de pollution par exemple,

dans le cadre de la sécurité sur les lieux de travail
3 3 3
Note 1 à l’article: Les unités sont cm /m et ml/m .
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3.30
pénétration

rapport de la concentration de contaminants en aval du filtre à la concentration (d’essai) de contaminants

en amont, parfois exprimé en pourcentage
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.51]

Note 1 à l’article: Associé à l’efficacité (E) par l’expression: E = (1 - P) × 100 %.

3.31
physisorption
adsorption physique

attraction d’un adsorbat à la surface, aussi bien la surface externe que la surface poreuse interne, d’un

adsorbant par des forces physiques (forces Van der Waals)
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.52]
3.32
pore

passages infinitésimaux par lesquels le fluide peut passer ou qui permettent au flux de fluide d’accéder

aux surfaces internes d’un médium adsorbant
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.55]
3.33
perte de charge

différence de pression entre deux points dans un système de flux d’air dans des conditions spécifiées,

notamment lorsque mesurée dans un GPACD
3.34
efficacité d’élimination

fraction ou pourcentage d’un contaminant d’essai qui est éliminé par un GPACD à un moment donné

3.35
rémanence

mesure de la capacité d’un adsorbant ou GPACD à résister à la désorption d’un adsorbat

[Source: ISO 29464:2011; 3.2.61 modifié – La Note 1 à l’article a été ajoutée]

Note 1 à l’article: Calculée comme la capacité résiduelle (fraction restante) après avoir purgé l’adsorbant

uniquement avec de l’air propre conditionné, suite à la percée d’essai.
3.36
temps de séjour

temps relatif au cours duquel une augmentation de fluide (ou contaminant) se situe dans les limites du

volume du média (par exemple une couche de granules ou une feuille non tissée)
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.71]

Note 1 à l’article: Dans le cadre d’une utilisation type et de la présente partie de l’ISO 10121, cette valeur ne tient

pas compte du fait que le média et les structures d’appui possibles occupent une portion significative du volume

de la couche [t = V (volume total de la couche) / Q (débit d’air)].
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ISO 10121-2:2013(F)
3.37
temps de montée

temps entre l’injection initiale du contaminant et l’atteinte des 95 % de la concentration d’essai pour un

conduit vide (t - t ), mesuré à l’emplacement de l’échantillonnage en aval pour un essai (n), un flux de

0 V0
gaz d’essai et de gaz spécifiques
3.38
sorbate
composés moléculaires qui sont retenus dans l’adsorbant du dispositif.

Note 1 à l’article: Il convient de noter que le sorbate se référera aux composés prévus, tels que le gaz d’essai

sélectionné dans un essai ou la pollution en service réel, mais également à tout autre composé présent dans le

courant d’air, par exemple les gaz et les vapeurs.
3.39
sorption

processus par lequel les molécules de fluide (gaz ou liquide) sont éliminées par un médium GPACD par

absorption ou adsorption
3.40
vapeur

substance dont la pression de vapeur est inférieure à la pression ambiante à la température ambiante,

mais qui est présente dans la phase gazeuse par évaporation ou sublimation
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.74]
4 Symboles et termes abrégés
4.1 Symboles

C concentration en amont [ppb, ppm] mesurée à une position X mm avant le dispositif

C concentration en aval [ppb, ppm] mesurée à une position Y mm après le dispositif

Δp perte de charge mesurée sur le dispositif soumis à essai [Pa]

E efficacité initiale d’élimination [%] du dispositif, mesurée à une faible (< 1 ppm) concentration

d’essai pendant l’essai d’efficacité initiale de 6.3

E efficacité d’élimination [%] du dispositif, mesurée à la concentration d’essai choisie pendant l’essai

de capacité de 6.4

E efficacité enregistrée à la fin de la période d’essai ou valeur convenue entre l’utilisateur et le four-

END
nisseur [%]

m rémanence; [g], [mol] la quantité retenue par le dispositif après ventilation avec de l’air propre au

même débit choisi au cours de l’essai de capacité jusqu’à ce que C atteigne une valeur spécifiée

proche de zéro.

m quantité intégrée en moles ou grammes du composé d’essai, accumulée au cours de l’essai d’effica-

sEI
cité initiale dans l’Équation (2)

m quantité intégrée en moles ou grammes du composé d’essai, accumulée au cours du mesurage en

position amont dans l’Équation (3)

m quantité intégrée en moles ou grammes du composé d’essai, accumulée au cours du mesurage en

position aval dans l’Équation (3)

m quantité totale intégrée [g], [mol] du composé d’essai, accumulée pendant tout l’essai

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ISO 10121-2:2013(F)
p pression en amont [Pa] mesurée à une position X mm avant le dispositif
p pression en aval [Pa] mesurée à une position Y mm après le dispositif

Q débit utilisé dans l’essai (normalement le débit assigné pour le dispositif soumis à essai) [m /h]

mesuré à une position Z mm après le dispositif

RH humidité relative en amont [%] mesurée à une position X mm avant le dispositif

RH humidité relative en aval [%] mesurée à une position Y mm après le dispositif

t temps de démarrage. Moment auquel C (concentration du contaminant en amont) est égale à la

0 U
concentration d’essai choisie pour un conduit vide

t temps d’arrêt d’un essai. Moment auquel une concentration souhaitée ou autres critères d’arrêt ont

END

été satisfaits dans n’importe laquelle des procédures d’essai spécifiées (convenues entre utilisateur

et fournisseur)
t temps de décroissance pour une concentration d’essai
t temps de décroissance pour une concentration d’efficacité initiale
t temps de montée pour une concentration d’essai
t temps de montée pour une concentration d’efficacité initiale
t temps observé à la fermeture du robinet de gaz d’essai
t temps observé à l’ouverture du robinet de gaz d’essai
T température en amont [°C] mesurée à une position X m avant le dispositif
T température en aval [°C] mesurée à une position Y mm après le dispositif

v vitesse frontale [m/s] calculée à partir du débit et de la surface transversale du dispositif

X position X placée suffisamment à l’avant du dispositif pour permettre des mesures sans perturba-

tion, déterminée dans la partie validation, à l’Annexe A. À la distance X, la concentration du com-

posé d’essai est suffisamment mélangée et uniforme sur la section transversale du conduit, sans

pour autant être trop proche du dispositif et risquer que le dispositif lui-même masque le débit, la

perte de charge ou la concentration.

Y position Y placée suffisamment à l’arrière du dispositif pour permettre des mesures sans pertur-

bation, déterminée dans la partie validation, à l’Annexe A. À la distance Y, la concentration de péné-

tration du composé d’essai est suffisamment mélangée et uniforme pour représenter la moyenne

du dispositif et ne pas être trop proche du dispositif au risque que le dispositif lui-même masque le

débit, la perte de charge ou la concentration.

Z position Z placée suffisamment à l’arrière du dispositif pour permettre une mesure fiable du débit

en utilisant un dispositif à orifice, déterminée dans la partie validation, à l’Annexe A.

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4.2 Termes abrégés
ASHRAE American Society of Heating Refrigerating et Air-conditioning Engineers

ASTM ASTM International, formerly known as the American Society for Testing et Materials

(ASTM)
HEPA Filtre à air à très haute efficacité
JIS Normes industrielles japonaises
JSA Association japonaise des normes
MSDS Fiches techniques santé / sécurité
NMP n-Méthyl-2-pyrrolidone

TLV Valeur limite de seuil. Quantité de substance chimique représentant le niveau auquel il est

estimé qu’un travailleur peut être exposé jour après jour pendant la durée de travail sans

effets néfastes pour sa santé.
COV Composé organique volatile
5 Essais du GPACD
5.1 Généralités

La présente partie de l’ISO 10121 indique la méthode de mesure des quatre paramètres essentiels qui

reflètent les performances d’un GPACD. Ces quatre paramètres sont
...

Questions, Comments and Discussion

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