Air filters for general ventilation — Part 3: Determination of the gravimetric efficiency and the air flow resistance versus the mass of test dust captured

ISO 16890-3:2016 specifies the test equipment and the test methods used for measuring the gravimetric efficiency and resistance to air flow of air filter for general ventilation. It is intended for use in conjunction with ISO 16890‑1, ISO 16890‑2 and ISO 16890‑4. The test method described in this part of ISO 16890 is applicable for air flow rates between 0,25 m3/s (900 m3/h, 530 ft3/min) and 1,5 m3/s (5 400 m3/h, 3 178 ft3/min), referring to a test rig with a nominal face area of 610 mm × 610 mm (24 in × 24 in). ISO 16890 (all parts) refers to particulate air filter elements for general ventilation having an ePM1 efficiency less than or equal to 99 % and an ePM10 efficiency greater than 20 % when tested as per the procedures defined within ISO 16890 (all parts). Air filter elements outside of this aerosol fraction are evaluated by other applicable test methods. See ISO 29463 (all parts). Filter elements used in portable room-air cleaners are excluded from the scope of this part of ISO 16890. The performance results obtained in accordance with ISO 16890 (all parts) cannot by themselves be quantitatively applied to predict performance in service with regard to efficiency and lifetime.

Filtres à air de ventilation générale — Partie 3: Détermination de l'efficacité gravimétrique et de la résistance à l'écoulement de l'air par rapport à la quantité de poussière d'essai retenue

ISO 16890-3:2016 spécifie l'équipement d'essai et les méthodes d'essai utilisés pour mesurer l'efficacité gravimétrique et la résistance à l'écoulement de l'air d'un filtre à air de ventilation générale. Elle est destinée à être utilisée conjointement avec l'ISO 16890‑1, ISO 16890‑2 et ISO 16890‑4. La méthode d'essai décrite dans la présente partie de l'ISO 16890 est applicable pour des débits d'air compris entre 0,25 m3/s (900 m3/h, 530 ft3/min) et 1,5 m3/s (5 400 m3/h, 3 178 ft3/min), en se référant à un banc d'essai ayant une surface frontale nominale de 610 mm × 610 mm (24 inch × 24 inch). L'ISO 16890 (toutes les parties) concerne les éléments filtrants de ventilation générale ayant une efficacité ePM1 inférieure ou égale à 99 % et une efficacité ePM10 supérieure à 20 %, lorsqu'ils sont soumis à essai selon les modes opératoires définis dans l'ISO 16890 (toutes les parties). En dehors de ces fractions d'aérosol, les éléments filtrants sont évalués par d'autres méthodes d'essai applicables. Voir l'ISO 29463 (toutes les parties). Les éléments filtrants utilisés dans les épurateurs d'air ambiant portatifs sont exclus du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 16890. Les résultats de performance obtenus conformément à l'ISO 16890 (toutes les parties) ne peuvent pas être utilisés quantitativement pour prédire les performances en service, en ce qui concerne l'efficacité et la durée de vie.

General Information

Status
Published
Publication Date
27-Nov-2016
Current Stage
9092 - International Standard to be revised
Start Date
18-May-2021
Completion Date
18-May-2021
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ISO 16890-3:2016 - Air filters for general ventilation
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16890-3
First edition
2016-12-01
Air filters for general ventilation —
Part 3:
Determination of the gravimetric
efficiency and the air flow resistance
versus the mass of test dust captured
Filtres à air de ventilation générale —
Partie 3: Détermination de l’efficacité gravimétrique et de la
résistance à l’écoulement de l’air par rapport à la quantité de
poussière d’essai retenue
Reference number
ISO 16890-3:2016(E)
ISO 2016
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ISO 16890-3:2016(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2016, Published in Switzerland

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form

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

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Fax +41 22 749 09 47
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www.iso.org
ii © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 16890-3:2016(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

3.1 Air flow and resistance .................................................................................................................................................................... 2

3.2 Test device .................................................................................................................................................................................................. 2

3.3 Gravimetric efficiency ....................................................................................................................................................................... 3

3.4 Other terms ................................................................................................................................................................................................ 4

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

5 General test device requirements ...................................................................................................................................................... 5

5.1 Test device requirements ............................................................................................................................................................... 5

5.2 Test device preparation ................................................................................................................................................................... 5

6 Loading dust .............................................................................................................................................................................................................. 6

7 Test equipment....................................................................................................................................................................................................... 6

8 Qualification of test rig and apparatus .......................................................................................................................................... 9

8.1 Schedule of qualification testing requirements .......................................................................................................... 9

8.2 Dust feeder air flow rate ................................................................................................................................................................. 9

8.3 Final filter efficiency qualification test ..........................................................................................................................10

9 Test sequence dust-loading procedure ......................................................................................................................................10

9.1 Test procedure for the filter ......................................................................................................................................................10

9.1.1 Preparation of the test device ............................................................................................................................10

9.1.2 Initial resistance to air flow .................................................................................................................................10

9.2 Dust loading ............................................................................................................................................................................................10

9.2.1 Dust loading procedure .................. .........................................................................................................................10

9.2.2 Arrestance ..........................................................................................................................................................................11

9.2.3 Test dust capacity .........................................................................................................................................................12

10 Reporting results ..............................................................................................................................................................................................12

10.1 General ........................................................................................................................................................................................................12

10.2 Required reporting elements ..................................................................................................................................................12

10.2.1 Report values ...................................................................................................................................................................12

10.2.2 Report summary ...........................................................................................................................................................12

10.2.3 Report details ..................................................................................................................................................................14

Annex A (informative) Resistance to air flow calculation............................................................................................................19

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................21

© ISO 2016 – All rights reserved iii
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ISO 16890-3:2016(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.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

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. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment,

as well as information about ISO’s adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the

Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html.

The committee responsible for this document is ISO/TC 142, Cleaning equipment for air and other gases.

This first edition of ISO 16890-3, together with ISO 16890-1, ISO 16890-2 and ISO 16890-4, cancels and

replaces ISO/TS 21220:2009, which has been technically revised.

ISO 16890 consists of the following parts, under the general title Air filters for general ventilation:

— Part 1: Technical specifications, requirements and classification system based upon particulate matter

efficiency (ePM)
— Part 2: Measurement of fractional efficiency and air flow resistance

— Part 3: Determination of the gravimetric efficiency and the air flow resistance versus the mass of test

dust captured

— Part 4: Conditioning method to determine the minimum fractional test efficiency

iv © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 16890-3:2016(E)
Introduction

The effects of particulate matter (PM) on human health have been extensively studied in the past

decades. The results are that fine dust can be a serious health hazard, contributing to or even causing

respiratory and cardiovascular diseases. Different classes of particulate matter can be defined according

to the particle size range. The most important ones are PM , PM and PM . The U.S. Environmental

10 2,5 1

Protection Agency (EPA), the World Health Organization (WHO) and the European Union define

PM as particulate matter which passes through a size-selective inlet with a 50 % efficiency cut-off

at 10 µm aerodynamic diameter. PM and PM are similarly defined. However, this definition is not

2,5 1

precise if there is no further characterization of the sampling method and the sampling inlet with a

clearly defined separation curve. In Europe, the reference method for the sampling and measurement

of PM is described in EN 12341. The measurement principle is based on the collection on a filter of the

PM fraction of ambient particulate matter and the gravimetric mass determination (see EU Council

Directive 1999/30/EC of 22 April 1999).

As the precise definition of PM , PM and PM is quite complex and not simple to measure, public

10 2,5 1

authorities, like the U.S. EPA or the German Federal Environmental Agency (Umweltbundesamt),

increasingly use in their publications the more simple denotation of PM as being the particle size

fraction less or equal to 10 µm. Since this deviation to the above mentioned complex “official” definition

does not have a significant impact on a filter element’s particle removal efficiency, the ISO 16890 series

refers to this simplified definition of PM , PM and PM .
10 2,5 1

Particulate matter in the context of the ISO 16890 series describes a size fraction of the natural aerosol

(liquid and solid particles) suspended in ambient air. The symbol ePM describes the efficiency of an air

cleaning device to particles with an optical diameter between 0,3 µm and x µm. The following particle

size ranges are used in the ISO 16890 series for the listed efficiency values.

Table 1 — Optical particle diameter size ranges for the definition of the efficiencies, ePM

Efficiency Size range, µm
ePM 0,3 ≤ × ≤10
ePM 0,3 ≤ × ≤2,5
2,5
ePM 0,3 ≤ × ≤1

Air filters for general ventilation are widely used in heating, ventilation and air-conditioning applications

of buildings. In this application, air filters significantly influence the indoor air quality and, hence, the

health of people, by reducing the concentration of particulate matter. To enable design engineers and

maintenance personnel to choose the correct filter types, there is an interest from international trade

and manufacturing for a well-defined, common method of testing and classifying air filters according

to their particle efficiencies, especially with respect to the removal of particulate matter. Current

regional standards are applying totally different testing and classification methods, which do not allow

any comparison with each other, and thus hinder global trade with common products. Additionally,

the current industry standards have known limitations by generating results which often are far away

from filter performance in service, i.e. overstating the particle removal efficiency of many products.

With this new ISO 16890 series, a completely new approach for a classification system is adopted, which

gives better and more meaningful results compared to the existing standards.

The ISO 16890 series describes the equipment, materials, technical specifications, requirements,

qualifications and procedures to produce the laboratory performance data and efficiency classification

based upon the measured fractional efficiency converted into a particulate matter efficiency (ePM)

reporting system.

Air filter elements according to the ISO 16890 series are evaluated in the laboratory by their ability to

remove aerosol particulate expressed as the efficiency values ePM , ePM and ePM The air filter

1 2,5 10.

elements can then be classified according to the procedures defined in ISO 16890-1. The particulate

removal efficiency of the filter element is measured as a function of the particle size in the range of

0,3 μm to 10 µm of the unloaded and unconditioned filter element as per the procedures defined in

ISO 16890-2. After the initial particulate removal efficiency testing, the air filter element is conditioned

© ISO 2016 – All rights reserved v
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ISO 16890-3:2016(E)

according to the procedures defined in ISO 16890-4 and the particulate removal efficiency is repeated

on the conditioned filter element. This is done to provide information about the intensity of any

electrostatic removal mechanism which may or may not be present with the filter element for test.

The average efficiency of the filter is determined by calculating the mean between the initial efficiency

and the conditioned efficiency for each size range. The average efficiency is used to calculate the ePM

efficiencies by weighting these values to the standardized and normalized particle size distribution of

the related ambient aerosol fraction. When comparing filters tested in accordance with the ISO 16890

series, the fractional efficiency values shall always be compared among the same ePM class (ex. ePM

x 1

of filter A with ePM of filter B). The test dust capacity and the initial arrestance of a filter element are

determined as per the test procedures defined in this part of ISO 16890.
vi © ISO 2016 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16890-3:2016(E)
Air filters for general ventilation —
Part 3:
Determination of the gravimetric efficiency and the air
flow resistance versus the mass of test dust captured
1 Scope

This part of ISO 16890 specifies the test equipment and the test methods used for measuring the

gravimetric efficiency and resistance to air flow of air filter for general ventilation.

It is intended for use in conjunction with ISO 16890-1, ISO 16890-2 and ISO 16890-4.

The test method described in this part of ISO 16890 is applicable for air flow rates between 0,25 m /s

3 3 3 3 3

(900 m /h, 530 ft /min) and 1,5 m /s (5 400 m /h, 3 178 ft /min), referring to a test rig with a nominal

face area of 610 mm × 610 mm (24 in × 24 in).

ISO 16890 (all parts) refers to particulate air filter elements for general ventilation having an ePM

efficiency less than or equal to 99 % and an ePM efficiency greater than 20 % when tested as per the

procedures defined within ISO 16890 (all parts).

Air filter elements outside of this aerosol fraction are evaluated by other applicable test methods. See

ISO 29463 (all parts).

Filter elements used in portable room-air cleaners are excluded from the scope of this part of ISO 16890.

The performance results obtained in accordance with ISO 16890 (all parts) cannot by themselves be

quantitatively applied to predict performance in service with regard to efficiency and lifetime.

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 15957, Test dusts for evaluating air cleaning equipment

ISO 16890-1, Air filters for general ventilation — Part 1: Technical specifications, requirements and

classification system based upon particulate matter efficiency (ePM)

ISO 16890-2:2016, Air filters for general ventilation — Part 2: Measurement of fractional efficiency and

resistance to air flow

ISO 16890-4, Air filters for general ventilation — Part 4: Conditioning method to determine the minimum

fractional test efficiency

ISO 29463-1, High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 1: Classification,

performance testing and marking
ISO 29464, Cleaning equipment for air and other gases — Terminology
3 Terms and definitions

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

© ISO 2016 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 16890-3:2016(E)
3.1 Air flow and resistance
3.1.1
air flow rate
volume of air passing through the filter per unit time
3.1.2
nominal air volume flow rate
air flow rate (3.1.1) specified by the manufacturer
3.1.3
filter face velocity
air flow rate (3.1.1) divided by the face area
Note 1 to entry: Filter face velocity is expressed in m/s.
3.1.4
resistance to air flow

difference in pressure between two points in an air flow system at specified conditions, especially

when measured across the filter element (3.2.2)
Note 1 to entry: Resistance to air flow is measured in Pa.
3.1.5
recommended final resistance to air flow

maximum operating resistance to air flow (3.1.4) of the filter as recommended by the manufacturer

Note 1 to entry: Recommended final resistance to air flow is measured in Pa.
3.1.6
final resistance to air flow

resistance to air flow (3.1.4) up to which the filtration performance is measured to determine the

average arrestance (3.3.3) and test dust capacity (3.3.4)
Note 1 to entry: Final differential pressure to air flow is measured in Pa.
3.1.7
initial resistance to air flow

resistance to air flow (3.1.4) of the clean filter operating at its test air flow rate (3.1.1)

Note 1 to entry: Initial resistance to air flow is measured in Pa.
3.1.8
test air
air to be used for testing purposes
3.2 Test device
3.2.1
test device
filter element (3.2.2) to be tested
3.2.2
filter element

structure made of the filtering material, its supports and its interfaces with the filter housing

3.2.3
upstream
U/S

region in a process system traversed by a flowing fluid before it enters that part of the test device (3.2.1)

2 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 16890-3:2016(E)
3.2.4
downstream
D/S
area or region into which fluid flows on leaving the test device (3.2.1)
3.2.5
coarse filter

filtration device with particle removal efficiency <50 % in the PM particle range

3.2.6
fine filter

filtration device with particle removal efficiency ≥50 % in the PM particle range

3.2.7
final filter

air filter used to collect the loading dust (3.3.5) passing through or shedding from the filter under test

3.2.8
effective filter media area

area of the media contained in the filter and effectively passed by air during operation

Note 1 to entry: Effective filter media area is expressed in m .
3.2.9
filter media velocity
air flow rate (3.1.1) divided by the effective filter media area (3.2.8)

Note 1 to entry: Filter media velocity is expressed in m/s to an accuracy of three significant figures.

3.3 Gravimetric efficiency
3.3.1
arrestance

measure of the ability of a filter to remove a standard test dust from the air passing through it, under

given operating conditions
Note 1 to entry: Arrestance is expressed as a weight percentage.
3.3.2
initial arrestance

value of arrestance (3.3.1) determined after the first loading cycle in a filter test

Note 1 to entry: Initial arrestance is expressed as a weight percentage.
3.3.3
average arrestance

ratio of the total amount of loading dust (3.3.5) retained by the filter to the total amount of dust fed up

to final test pressure differential
3.3.4
test dust capacity

amount of loading dust (3.3.5) retained by the filter up to final pressure differential

Note 1 to entry: Test dust capacity is expressed in grams.
3.3.5
loading dust

synthetic dust formulated specifically for determination of the test dust capacity (3.3.4) and arrestance

(3.3.1) of air filters
© ISO 2016 – All rights reserved 3
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ISO 16890-3:2016(E)
3.3.6
particle size

geometric diameter (equivalent spherical, optical or aerodynamic, depending on context) of the

particles of an aerosol
3.4 Other terms
3.4.1
HEPA filter

filters with performance complying with requirements of filter class ISO 35H – ISO 45H as per

ISO 29463-1
3.4.2
reference device

primary device possessing accurately known parameters used as a standard for calibrating

secondary devices
3.4.3
filter face area

area of the inside section of the test duct immediately upstream (3.2.3) of the filter under test

Note 1 to entry: Nominal values 0,61 m × 0,61 m = 0,37 m .
4 Symbols and abbreviated terms
A Arrestance, %
A Arrestance in loading phase “j”, %
A Average arrestance during test to final resistance to air flow, %
M Mass of dust fed to the filter during loading phase “j”, g
mean Mean value
m Dust in duct after filter, g
m Mass of dust passing the filter at the dust loading phase “j”, g
m Cumulative mass of dust fed to filter, g
tot
m Mass of final filter before dust increment, g
m Mass of final filter after dust increment, g
p Pressure, Pa
p Absolute air pressure upstream of filter, kPa
p Air flow meter static pressure, kPa
q Mass flow rate at air flow meter, kg/s
q Air flow rate at filter, m /s
q Air flow rate at air flow meter, m /s
t Temperature upstream of filter, °C
t Temperature at air flow meter, °C
4 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 16890-3:2016(E)
ρ Air density, kg/m
φ Relative humidity upstream of filter, %
Δm Dust increment, g
Δm Mass gain of final filter, g
Δp Filter resistance to air flow, Pa
Δp Differential pressure used for determination of air flow rate, Pa
Δp Filter resistance to air flow at air density 1,20 kg/m , Pa
1,20
ANSI American National Standards Institute
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers
ASTM American Society for Testing and Materials
CEN European Committee for Standardization
EN European Norm

EUROVENT European Committee of Air Handling and Refrigeration Equipment Manufacturers

5 General test device requirements
5.1 Test device requirements

The test device shall be designed or marked so as to prevent incorrect mounting. The test device shall

be designed so that when correctly mounted in the ventilation duct, no air/dust leaks occur around the

exterior filter frame and the duct sealing surfaces.

The complete test device (test device and frame) shall be made of material suitable to withstand normal

usage and exposure to the range of temperature, humidity and corrosive environments likely to be

encountered in service.

The complete test device shall be designed so that it will withstand mechanical constraints that are

likely to be encountered during normal use. Dust or fibre released from the test device media by air flow

through the test device shall not constitute a hazard or nuisance for the people (or devices) exposed to

filtered air.
5.2 Test device preparation

The test device shall be mounted in accordance with the manufacturer’s recommendations and after

equilibration with the test air weighed to the nearest gram. Devices requiring external accessories

shall be operated during the test with accessories having characteristics equivalent to those used in

actual practice. The test device, including any normal mounting frame, shall be sealed into the test rig

in a manner that prevents leakages. The tightness shall be checked by visual inspection and no visible

leaks are acceptable. If for any reason dimensions do not allow testing of a test device under standard

test conditions, assembly of two or more devices of the same type or model is permitted, provided no

leaks occur in the resulting assembly. The operating conditions of such accessory equipment shall be

recorded.
© ISO 2016 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 16890-3:2016(E)
6 Loading dust

The synthetic loading dust as specified in ISO 15957 as L2 shall be used as a loading dust for reporting

results. This procedure is applicable to loading a filtration device with other dust types mentioned in

ISO 15957, but not for reporting results in accordance with this part of ISO 16890.

7 Test equipment
7.1 Test rig, as described in ISO 16890-2:2016, Clause 7.

Parts not described in ISO 16890-2 and used in this part of ISO 16890 are described below.

7.2 Upstream mixing orifice
For all dust load measurements the upstream mixing orifice shall be installed.

The mixing orifice is made up of an orifice plate (1) and a perforated plate as the mixing baffle (2) as

shown in ISO 16890-2:2016, Figure 4.
7.3 Liquid aerosol testing devices

The downstream aerosol sampling head, upstream aerosol sampling head, downstream mixing orifice

liquid and aerosol injection as have been shown in ISO 16890-2:2016, Figure 3, are not used in this part

of ISO 16890.
7.4 Dust feeder

The purpose of the dust feeder is to supply the synthetic dust to the filter under test at a constant rate

over the test period. A certain mass of dust previously weighed is loaded into the mobile dust feeder

tray. The tray moves at a uniform speed and the dust is taken up by a paddle wheel and carried to

the slot of the dust pickup tube of the ejector. The ejector disperses the dust with compressed air and

directs it into the test rig through the dust feed tube. The dust injection nozzle shall be positioned at the

entrance of duct section B in Figure 1 as shown in ISO 16890-2:2016, Figure 3, and be collinear with the

duct centre line.

The compressed air supply shall be fitted with a filter-dryer system to provide clean, oil-free air

with a dew point no higher than 1,7 °C (35 °F). The general design of the dust feeder and its critical

dimensions are given in Figure 1 and Figure 2. The vertical pickup tube version of the dust feeder

is shown in Figure 1 as an example. Backflow of air through the pickup tube from the positive duct

pressure shall be prevented when the feeder is not in use. The degree of dust dispersion by the feeder

is dependent on the characteristics of the compressed air, the geometry of the aspirator assembly and

the rate of air flow through the aspirator. To ensure the consistency of the results, the test feeder shall

3 3

provide (140 ± 14) mg/m (4,0 ± 0,4 g/1 000 ft ). The gauge pressure on the air line to the Venturi

corresponding to an air flow of the dust-feeder pipe of (6,8 ± 0,2) dm /s (14,4 cfm ± 0,4 cfm) shall be

measured periodically for different static pressures in the duct.
6 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 16890-3:2016(E)
Dimensions in mm
Key
1 dust feed tube (to inlet of test duct)
2 thin-wall galvanised conduit
3 venturi ejector
4 ejector
5 dry compressed air feed
6 dust pickup tube (0,25 mm (0,01 inch) from dust feed
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 16890-3
Première édition
2016-12-01
Filtres à air de ventilation générale —
Partie 3:
Détermination de l’efficacité
gravimétrique et de la résistance à
l’écoulement de l’air par rapport à la
quantité de poussière d’essai retenue
Air filters for general ventilation —
Part 3: Determination of the gravimetric efficiency and the air flow
resistance versus the mass of test dust captured
Numéro de référence
ISO 16890-3:2016(F)
ISO 2016
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ISO 16890-3:2016(F)
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

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ISO 16890-3:2016(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

3.1 Débit d’air et résistance................................................................................................................................................................... 2

3.2 Dispositif d’essai .................................................................................................................................................................................... 2

3.3 Efficacité gravimétrique .................................................................................................................................................................. 3

3.4 Autres termes ........................................................................................................................................................................................... 4

4 Symboles et abréviations ............................................................................................................................................................................. 4

5 Exigences générales relatives au dispositif d’essai .......................................................................................................... 5

5.1 Exigences relatives au dispositif d’essai ........................................................................................................................... 5

5.2 Préparation du dispositif d’essai ............................................................................................................................................. 6

6 Poussière de chargement ............................................................................................................................................................................ 6

7 Équipement d’essai ............................................................................................................................................................................................ 6

8 Qualification du banc d’essai et de l’appareillage ............................................................................................................. 9

8.1 Liste des exigences d’essais de qualification................................................................................................................. 9

8.2 Débit d’air du générateur de poussière ............................................................................................................................. 9

8.3 Essai de qualification de l’efficacité du filtre final .................................................................................................10

9 Séquence d’essais du mode opératoire de chargement de poussière .......................................................10

9.1 Mode opératoire d’essai pour le filtre ..............................................................................................................................10

9.1.1 Préparation du dispositif d’essai ....................................................................................................................10

9.1.2 Résistance initiale à l’écoulement de l’air ...............................................................................................10

9.2 Chargement de poussière ...........................................................................................................................................................11

9.2.1 Mode opératoire de chargement de poussière ...................................................................................11

9.2.2 Efficacité gravimétrique .........................................................................................................................................12

9.2.3 Capacité de colmatage ..............................................................................................................................................13

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................13

10.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................13

10.2 Éléments de rapport requis ......................................................................................................................................................13

10.2.1 Valeurs consignées dans le rapport ..............................................................................................................13

10.2.2 Rapport de synthèse ..................................................................................................................................................13

10.2.3 Rapport détaillé .............................................................................................................................................................15

Annexe A (informative) Calcul de la résistance à l’écoulement de l’air ........................................................................20

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................22

© ISO 2016 – Tous droits réservés iii
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ISO 16890-3:2016(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 (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

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. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation

de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC

concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos - Information

supplémentaires.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 142, Séparateurs aérauliques.

La première édition de l’ISO 16890-3, conjointement avec l’ISO 16890-1, l’ISO 16890-2 et l’ISO 16890-4

annule et remplace l’ISO/TS 21220:2009, qui a fait l’objet d’une révision technique.

L’ISO 16890 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Filtres à air de ventilation

générale:

— Partie 1: Spécifications techniques, exigences et système de classification du rendement fondé sur les

particules en suspension (ePM)

— Partie 2: Mesurage de l’efficacité spectrale et de la résistance à l’écoulement de l’air

— Partie 3: Détermination de l’efficacité gravimétrique et de la résistance à l’écoulement de l’air par

rapport à la quantité de poussière d’essai retenue

— Partie 4: Méthode de conditionnement afin de déterminer l’efficacité spectrale minimum d’essai

iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 16890-3:2016(F)
Introduction

Les effets des particules en suspension (PM) sur la santé humaine ont été étudiés de manière approfondie

au cours des dernières décennies. Les conclusions sont que la poussière fine peut constituer un risque

sérieux pour la santé, contribuant ou provoquant même des maladies respiratoires et cardiovasculaires.

Différentes classes de particules en suspension peuvent être définies en fonction de la plage

granulométrique. Les plus importantes sont les PM , PM et PM . L’agence américaine de protection

10 2,5 1

de l’environnement (EPA), l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et l’Union européenne définissent

les PM comme étant les particules en suspension passant dans une tête de prélèvement sélective de

fraction granulométrique avec une efficacité de coupure de 50 % pour un diamètre aérodynamique

de 10 μm. Les PM et PM sont définies de façon similaire. Toutefois, cette définition n’est pas précise

2,5 1

tant qu’elle ne comporte pas de définition complémentaire de la méthode d’échantillonnage et de la

tête de prélèvement d’échantillonnage avec une courbe de séparation clairement définie. En Europe, la

méthode de référence pour l’échantillonnage et le mesurage des PM est celle décrite dans l’EN 12341.

Le principe de mesure est basé sur la collecte sur un filtre de la fraction PM des particules ambiantes

en suspension et la détermination de la masse gravimétrique (voir Directive UE du Conseil 1999/30/CE

du 22 avril 1999).

Étant donné que la définition précise des PM , PM et PM est relativement complexe et qu’elles ne

10 2,5 1

sont pas simples à mesurer, les autorités publiques, telles que par exemple l’EPA aux États-Unis ou

l’agence fédérale allemande pour l’environnement (Umweltbundesamt), utilisent de plus en plus dans

leurs publications la dénotation plus simple des PM en tant que fraction particulaire de diamètre

inférieur ou égal à 10 µm. Cet écart par rapport à la définition «officielle» complexe mentionnée ci-

dessus n’ayant pas un impact significatif sur l’efficacité d’élimination des particules des éléments

filtrants, cette définition simplifiée des PM , PM et PM est utilisée dans les documents ISO 16890.

10 2,5 1

Dans le cadre de la série de normes ISO 16890, le terme «particules en suspension» décrit une fraction

granulométrique de l’aérosol naturel (particules liquides et solides) en suspension dans l’air ambiant.

Le symbole ePM représente l’efficacité d’un dispositif d’épuration d’air pour des particules ayant un

diamètre optique compris entre 0,3 µm et x µm. Les plages granulométriques suivantes sont utilisées

dans la série de normes ISO 16890 pour les valeurs d’efficacité mentionnées:

Tableau 1 — Plage de dimensions des diamètres optique de particule pour la définition des

efficacités, ePM
Efficacité Plage de dimensions
ePM 0,3 ≤ × ≤ 10
ePM 0,3 ≤ × ≤ 2,5
2,5
ePM 0,3 ≤ × ≤ 1

Les filtres à air de ventilation générale sont largement utilisés dans les applications de chauffage, de

ventilation et de conditionnement d’air des bâtiments. Dans cette application, les filtres à air ont une

influence significative sur la qualité de l’air intérieur et donc sur la santé des personnes, en réduisant la

concentration de particules en suspension. Pour permettre aux ingénieurs de conception et au personnel

de maintenance de choisir les types de filtre appropriés, le commerce international et les fabricants

sont intéressés par une méthode d’essai et de classification commune et bien définie des filtres à air

en fonction de leur efficacité vis-à-vis des particules, notamment en ce qui concerne l’élimination

des particules en suspension. Les normes régionales actuelles appliquent des méthodes d’essai et de

classification totalement différentes ne permettant pas de comparaison entre elles et constituant donc

une entrave au commerce mondial de produits courants. De plus, les normes industrielles actuelles

ont des limites connues et génèrent des résultats qui sont souvent très éloignés des performances

des filtres en service, c’est-à-dire surestimant l’efficacité d’élimination des particules de nombreux

produits. Dans cette nouvelle série de normes ISO 16890, une approche totalement nouvelle du système

de classification est adoptée, donnant des résultats plus satisfaisants et plus significatifs par rapport

aux normes existantes.
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ISO 16890-3:2016(F)

La série de normes ISO 16890 décrit l’équipement, les matériaux, les spécifications techniques,

les exigences, les qualifications et les modes opératoires permettant de produire des données de

performance en laboratoire et une classification de l’efficacité fondée sur l’efficacité spectrale mesurée

convertie dans un rapport de classement basé sur les particules en suspension (ePM).

Conformément à la série de normes ISO 16890, les éléments filtrants sont évalués en laboratoire par leur

capacité à éliminer les particules d’aérosol exprimée en valeurs d’efficacité ePM , ePM et ePM . Ces

1 2,5 10

éléments filtrants peuvent ensuite être classés selon les modes opératoires définis dans l’ISO 16890-1.

L’efficacité d’élimination des particules de l’élément filtrant est mesurée en fonction de la taille des

particules dans la plage de 0,3 µm à 10 µm, sur un élément filtrant non chargé et non conditionné selon

les modes opératoires définis dans l’ISO 16890-2. Après l’essai d’efficacité d’élimination des particules

initial, l’élément filtrant est conditionné selon les modes opératoires définis dans l’ISO 16890-4 et

l’efficacité d’élimination des particules est à nouveau mesurée sur l’élément filtrant conditionné.

Cela est réalisé afin d’obtenir des informations sur l’intensité de tout mécanisme d’élimination

électrostatique qui peut être associé ou non à l’élément filtrant soumis à essai. L’efficacité moyenne

du filtre est déterminée en calculant la moyenne entre l’efficacité initiale et l’efficacité conditionnée

pour chaque plage de dimensions. L’efficacité moyenne est utilisée pour calculer les efficacités ePM en

pondérant ces valeurs par la distribution granulométrique standardisée et normalisée de la fraction

correspondante de l’aérosol ambiant. Lorsque les filtres soumis à essai selon la série de normes

ISO 16890 sont comparés, les valeurs d’efficacité spectrale doivent toujours être comparées selon la

même classe ePM (par exemple, ePM d’un filtre A avec ePM d’un filtre B). La capacité de colmatage et

x 1 1

l’efficacité gravimétrique initiale d’un élément filtrant sont déterminées selon le mode opératoire défini

dans la présente partie de l’ISO 16890.
vi © ISO 2016 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 16890-3:2016(F)
Filtres à air de ventilation générale —
Partie 3:
Détermination de l’efficacité gravimétrique et de la
résistance à l’écoulement de l’air par rapport à la quantité
de poussière d’essai retenue
1 Domaine d’application

La présente partie de l’ISO 16890 spécifie l’équipement d’essai et les méthodes d’essai utilisés pour

mesurer l’efficacité gravimétrique et la résistance à l’écoulement de l’air d’un filtre à air de ventilation

générale.

Elle est destinée à être utilisée conjointement avec l’ISO 16890-1, ISO 16890-2 et ISO 16890-4.

La méthode d’essai décrite dans la présente partie de l’ISO 16890 est applicable pour des débits d’air

3 3 3 3 3 3

compris entre 0,25 m /s (900 m /h, 530 ft /min) et 1,5 m /s (5 400 m /h, 3 178 ft /min), en se référant

à un banc d’essai ayant une surface frontale nominale de 610 mm × 610 mm (24 inch × 24 inch).

L’ISO 16890 (toutes les parties) concerne les éléments filtrants de ventilation générale ayant une

efficacité ePM inférieure ou égale à 99 % et une efficacité ePM supérieure à 20 %, lorsqu’ils sont

1 10

soumis à essai selon les modes opératoires définis dans l’ISO 16890 (toutes les parties).

En dehors de ces fractions d’aérosol, les éléments filtrants sont évalués par d’autres méthodes d’essai

applicables. Voir l’ISO 29463 (toutes les parties).

Les éléments filtrants utilisés dans les épurateurs d’air ambiant portatifs sont exclus du domaine

d’application de la présente partie de l’ISO 16890.

Les résultats de performance obtenus conformément à l’ISO 16890 (toutes les parties) ne peuvent pas

être utilisés quantitativement pour prédire les performances en service, en ce qui concerne l’efficacité

et la durée de vie.
2 Références normatives

Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document

et sont indispensables à 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 15957, Poussières d’essai pour l’évaluation des équipements d’épuration d’air

ISO 16890-1, Filtres à air de ventilation générale — Partie 1: Spécifications techniques, exigences et système

de classification du rendement fondé sur les particules en suspension (ePM)

ISO 16890-2:2016, Filtres à air de ventilation générale — Partie 2: Mesurage de l’efficacité spectrale et de

la résistance à l’écoulement de l’air

ISO 16890-4, Filtres à air de ventilation générale — Partie 4: Méthode de conditionnement afin de

déterminer l’efficacité spectrale minimum d’essai

ISO 29463-1, Filtres à haut rendement et filtres pour l’élimination des particules dans l’air — Partie 1:

Classification, essais de performance et marquage
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ISO 16890-3:2016(F)
ISO 29464, Séparateurs aérauliques ― Terminologie
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 Débit d’air et résistance
3.1.1
débit d’air
volume d’air traversant le filtre par unité de temps
3.1.2
débit volumique nominal d’air
débit d’air (3.1.1) spécifié par le fabricant
3.1.3
vitesse frontale du filtre
débit d’air (3.1.1) divisé par la surface frontale

Note 1 à l’article: à l’Article La vitesse frontale du filtre est exprimée en m/s.

3.1.4
résistance à l’écoulement de l’air

différence de pression entre deux points dans un système de circulation d’air dans des conditions

spécifiées, notamment lorsqu’elle est mesurée aux bornes d’un élément filtrant (3.2.2)

Note 1 à l’article: à l’Article La résistance à l’écoulement de l’air est mesurée en Pa.

3.1.5
résistance finale recommandée à l’écoulement de l’air

résistance de fonctionnement maximale à l’écoulement de l’air (3.1.4) du filtre, telle que recommandée

par le fabricant

Note 1 à l’article: à l’Article La résistance finale recommandée à l’écoulement de l’air est mesurée en Pa.

3.1.6
résistance finale à l’écoulement de l’air

résistance à l’écoulement de l’air (3.1.4) à laquelle les performances de filtration sont mesurées afin de

déterminer l’efficacité gravimétrique moyenne (3.3.3) et la capacité de colmatage (3.3.4)

Note 1 à l’article: à l’Article La résistance finale à l’écoulement de l’air est mesurée en Pa.

3.1.7
résistance initiale à l’écoulement de l’air

résistance à l’écoulement de l’air (3.1.4) du filtre propre fonctionnant à son débit d’air d’essai (3.1.1)

Note 1 à l’article: à l’Article La résistance initiale à l’écoulement de l’air est mesurée en Pa.

3.1.8
air d’essai
air destiné à être utilisé pour des essais
3.2 Dispositif d’essai
3.2.1
dispositif d’essai
élément filtrant (3.2.2) à soumettre à essai
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 16890-3:2016(F)
3.2.2
élément filtrant

structure constituée d’un matériau filtrant, de ses supports et de ses interfaces avec l’enveloppe du filtre

3.2.3
amont
U/S

partie dans un système de production traversé par un fluide avant que celui-ci n’entre dans cette partie

du dispositif d’essai (3.2.1)
3.2.4
aval
D/S

zone ou partie dans laquelle le fluide s’écoule en quittant le dispositif d’essai (3.2.1)

3.2.5
filtre grossier

dispositif de filtration ayant une efficacité d’élimination des particules < 50 % dans la fraction PM

3.2.6
filtre fin

dispositif de filtration ayant une efficacité d’élimination des particules ≥ 50 % dans la fraction PM

3.2.7
filtre final

filtre à air utilisé pour récupérer la poussière de chargement (3.3.5), traversant ou relarguée par le

filtre soumis à essai
3.2.8
surface effective du média filtrant

surface du média contenu dans le filtre et effectivement traversée par l’air pendant le fonctionnement

Note 1 à l’article: à l’Article La surface effective du média filtrant est exprimée en m .

3.2.9
vitesse dans le média filtrant
débit d’air (3.1.1) divisé par la surface effective du média filtrant (3.2.8)

Note 1 à l’article: à l’Article La vitesse dans les médias filtrants est exprimée en m/s avec une précision de trois

chiffres significatifs.
3.3 Efficacité gravimétrique
3.3.1
efficacité gravimétrique

mesure de l’aptitude d’un filtre à éliminer une poussière d’essai normalisée présente dans l’air qui le

traverse, dans des conditions de fonctionnement données

Note 1 à l’article: L’efficacité gravimétrique est exprimée en pourcentage en masse.

3.3.2
efficacité gravimétrique initiale

valeur de l’efficacité gravimétrique (3.3.1) déterminée après le premier cycle de chargement lors d’un

essai de filtre

Note 1 à l’article: L’efficacité gravimétrique initiale est exprimée en pourcentage en masse.

3.3.3
efficacité gravimétrique moyenne

rapport de la quantité totale de poussière de chargement (3.3.5) retenue par le filtre à la quantité totale

de poussière fournie jusqu’à la pression différentielle d’essai finale
© ISO 2016 – Tous droits réservés 3
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ISO 16890-3:2016(F)
3.3.4
capacité de colmatage

quantité de poussière de chargement (3.3.5) retenue par le filtre jusqu’à la pression différentielle finale

Note 1 à l’article: La capacité de colmatage est exprimée en grammes.
3.3.5
poussière de chargement

poussière synthétique formulée spécifiquement pour déterminer la capacité de colmatage (3.3.4) et

l’efficacité gravimétrique (3.3.1) des filtres à air
3.3.6
taille de particule

diamètre géométrique (sphérique, optique ou aérodynamique équivalent, selon le contexte) des

particules d’un aérosol
3.4 Autres termes
3.4.1
filtre HEPA

filtre dont les performances satisfont aux exigences de la classe de filtre ISO 35H – ISO 45H selon

l’ISO 29463-1
3.4.2
dispositif de référence

dispositif primaire possédant des paramètres connus avec exactitude, utilisé comme étalon pour

l’étalonnage de dispositifs secondaires
3.4.3
surface frontale du filtre

aire de la section intérieure du conduit d’essai immédiatement en amont (3.2.3) du filtre en essai

Note 1 à l’article: Valeurs nominales 0,61 m × 0,61 m = 0,37 m .
4 Symboles et abréviations
A Efficacité gravimétrique, %
A Efficacité gravimétrique en phase de chargement «j», %

A Efficacité gravimétrique moyenne pendant l’essai jusqu’à la résistance à l’écoulement de

l’air finale, %

M Masse de poussière ayant alimenté le filtre pendant la phase de chargement «j», g

moyen Valeur moyenne
m Poussière dans le conduit après le filtre, g

m Masse de poussière passant le filtre pendant la phase de chargement de poussière «j», g

m Masse cumulée de poussière fournie au filtre, g
tot
m Masse du filtre final avant alimentation en poussière, g
m Masse du filtre final après alimentation en poussière, g
p Pression, Pa
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ISO 16890-3:2016(F)
p Pression d’air absolue en amont du filtre, kPa
p Pression statique au débitmètre, kPa
q Débit massique au débitmètre, kg/s
q Débit d’air au niveau du filtre, m /s
q Débit d’air au débitmètre, m /s
t Température en amont du filtre, °C
t Température au débitmètre, °C
ρ Masse volumique de l’air, kg/m
φ Humidité relative en amont du filtre, %
Δm Incrément de poussière, g
Δm Gain en masse du filtre final, g
Δp Résistance à l’écoulement de l’air du filtre, Pa
Δp Pression différentielle utilisée pour déterminer le débit d’air, Pa

Δp Résistance à l’écoulement de l’air du filtre à une masse volumique d’air de 1,20 kg/m , Pa

1,20
ANSI American National Standards Institute
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers
ASTM American Society for Testing and Materials
CEN Comité Européen de Normalisation
EN Norme européenne

EUROVENT European Committee of Air Handling and Refrigeration Equipment Manufacturers

5 Exigences générales relatives au dispositif d’essai
5.1 Exigences relatives au dispositif d’essai

Le dispositif d’essai doit être conçu ou marqué de manière à empêcher tout montage incorrect. Le

dispositif d’essai doit être conçu de manière qu’une fois monté correctement dans le conduit de

ventilation, aucune fuite d’air/poussière ne se produise autour du cadre extérieur du filtre et des

surfaces d’étanchéité du conduit.

Le dispositif d’essai complet (dispositif d’essai et cadre) doit être constitué d’un matériau capable de

résister à l’usage normal et à l’exposition aux plages de température, d’humidité et aux environnements

corrosifs susceptibles d’être rencontrés en service.

Le dispositif d’essai complet doit être conçu de manière à résister aux contraintes mécaniques

susceptibles d’être rencontrées en usage normal. La poussière ou les fibres libérées par les médias

du dispositif d’essai sous l’effet de l’écoulement de l’air à travers le dispositif d’essai ne doivent pas

constituer un risque ou une nuisance pour les personnes (ou les dispositifs) exposées à l’air filtré.

© ISO 2016 – Tous droits réservés 5
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ISO 16890-3:2016(F)
5.2 Préparation du dispositif d’essai

Le dispositif d’essai doit être monté conformément aux recommandations du fabricant, et après

équilibrage avec de l’air d’essai, pesé au gramme près. Les dispositifs nécessitant des accessoires

externes doivent fonctionner pendant l’essai avec des accessoires ayant des caractéristiques

équivalentes à celles des accessoires utilisés en service réel. Le dispositif d’essai, y compris tout cadre

de montage normal, doit être scellé dans le banc d’essai de façon à prévenir toute fuite. L’étanchéité doit

être vérifiée par inspection visuelle et aucune fuite visible n’est acceptable. Si, pour quelque raison que

ce soit, les dimensions ne permettent pas de soumettre à essai un dispositif d’essai dans des conditions

d’essai normalisées, il est permis d’assembler deux dispositifs, ou plus, du même type ou modèle, à

condition qu’il n’y ait aucune fuite dan
...

Questions, Comments and Discussion

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