ISO 10121-2:2013
(Main)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)
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
Standards Content (Sample)
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 2013
© ISO 2013
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Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
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
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
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.
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
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
m
s
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
C
n
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
[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
t
Dn
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.]
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
P
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
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
Δp
difference in pressure between two points in an airflow system at specified conditions, especially when
measured across a GPACD
3.34
removal efficiency
E
fraction or percentage of a challenge contaminant that is removed by a GPACD at a given time
3.35
retentivity
m
r
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
t
r
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)].
R
[Source: ISO 29464:2011; 3.2.71]
3.37
rise time
t
Rn
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
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
U
C downstream concentration [ppb, ppm] measured at a position Y mm after the device
D
Δp pressure drop measured over the tested device [Pa]
E initial removal efficiency [%] for the device measured at a low (< 1 ppm) challenge concen-
I
tration during the initial efficiency test in 6.3
E removal efficiency [%] for the device measured at the challenge concentration selected
C
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
r
the same flow selected during the capacity test until C reaches a specified value close to
D
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-
sU
urement at the upstream position in Formula (3)
m the integrated amount in moles or grams of challenge compound accumulated during
sD
measurement at the downstream position in Formula (3)
m the total integrated amount [g], [mol] of challenge compound accumulated during the
s
whole challenge test
p upstream pressure [Pa] measured at a position X mm before the device
U
p downstream pressure [Pa] measured at a position Y mm after the device
D
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
U
RH downstream relative humidity [%] measured at a position Y mm after the device
D
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
t decay time for challenge concentration
DC
t decay time for initial efficiency concentration
DE
t rise time for challenge concentration
RC
t rise time for initial efficiency concentration
RE
t time noted at challenge gas valve closure
VC
t time noted at challenge gas valve opening
VO
T upstream temperature [°C] measured at a position X mm before the device
U
T downstream temperature [°C] measured at a position Y mm after the device
D
v face velocity [m/s] calculated from flow and cross sectional area of device
f
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
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
s
— removal efficiency, E
— retentivity, m
r
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 displayed in the normative test section in
Figure 1 and Table 1. The adherence to these levels must be demonstrated by the tests provided in the
validation section.
The GPACD must be installed without leakages or bypass. The air stream should be uniformly mixed
and with equal velocity and upstream concentration over the cross section. Recorded parameters are
concentration C, pressure p, temperature T and relative humidity RH in two positions. The air flow is
recorded at a third position.
The inner dimension (ID) of the duct, width and height as indicated in Figure 1, should be 610 × 610 mm
along the whole GPACD section. Devices in actual (full) size must always be tested. Flat adaptor plates
8 © ISO 2013 – All rights reserved
are used for GPACD < 610 × 610 mm. In addition, a duct with internal dimension (ID) 300 × 300 mm
is permitted for testing of a full size 300 × 300 mm GPACD. Acceptable sizes of GPACD for testing are
300 × 300 mm to 610 × 610 mm. The length of the GPACD section shall be greater that the inner dimension
(ID) of the duct, ideally 1–3 × ID. Any changes in duct diameter before and after the GPACD section should
be designed so that the flow is uniform over the entire GPACD cross section.
Key
1 diffusor and Δp device
2 sampling points – should be of “fork” type or similar with multiple inlet points to make a compounded sample
over the whole cross section
3 GPACD under test
4 GPACD section of test duct
5 upstream sampling point for T , RH , p and C at X mm before the GPACD
U U U U
6 Downstream sampling point for T , RH , p and C at Y mm after the GPACD
D D D D
7 Q, air flow rate sampling point at Z mm after the GPACD
W internal width of the test duct along the GPACD section, 3+4
h internal height of the test duct along the GPACD section, 3+4
Figure 1 — Normative section of test stand showing ducting, measurement parameters and
sampling points
5.3 Raw data, sampling accuracy and normative generation parameters
Ideally all measurement parameters in Figure 1 should be measured continuously with a computerized
logging system. The sampling frequency should be fast enough to produce smoothly changing data and
not overlook any events. In Table 1 below normative generation parameters in addition to prescribed
accuracy are given.
Table 1 — Normative generation parameters, measurement frequency and demands on
accuracy during test
Normative Permissible
Absolute Measurement
Parameter generation Unit Range oscillation
accuracy frequency
parameters during test
C selected in 5.4 or 5min, 1 h, 4 h,
U
ppb(v) 100 – 100000 ± 1,5 % ± 3 %
a
5.5 12 h
b
C 1 min (or longer
D
if at least 100 pts
1–2 % of C –
U
n.a. ppb(v) ± 1,5 % ± 3 % can be generated
100 000
down to 50 %
efficiency)
T selected in 5.4 or
U
± 0,5°C
5.5
°C n.a. ± 0,5°C same as C
D
T n.a. n.a.
D
RH selected in 5.4 or
U
± 3 % RH
5.5
% n.a. ± 1 % RH same as C
D
RH n.a. n.a.
D
p , p – Pa – ± 5 ± 5 same as C
U D D
Δp (p – p ) device specific Pa – ± 2 ± 2 same as C
U D D
Q, air flow rate rated air flow m /h n.a. ± 5 %
(5.4) or face
v , face velocity m/s n.a. ± 3 % same as C
f D
velocity 2,5 m/s
(5.5)
a
Upstream concentration needs, at a minimum, to be measured before and after an individual test sequence.
b
Measurement duration may need to be longer for concentration to permit low level detection using ex situ equipment,
e.g. Tenax tubes, resulting in less frequent measurments than every 5 min.
Temperature and relative humidity are normatively specified for benchmark tests (see 5.5) but may also
be changed to fit a specific GPACD or application (see 5.4).
5.4 Test parameters selected between user and supplier
5.4.1 General
The normative setup specifies all variables except rated air flow, challenge gas, challenge concentration,
temperature, relative humidity and test duration. These parameters will depend on the specification
and purpose of the device under test and should be agreed upon between supplier and user.
5.4.2 Air flow rate and face velocity
The rated air flow for a GPACD is a construction parameter and the device will not perform as expected
if the air flow is different. Typically a device will exhibit improved performance at a lower than rated air
flow and reduced performance at a higher than rated air flow.
5.4.3 Challenge gas
The challenge gas selection needs to conform to the intended functionality of the GPACD, e.g. it must be
established if the device is designed to remove the selected challenge gas. If possible, the best choice is to use
the same gas as in the intended real application. Several known pollutant gases are suggested in Annex B.
10 © ISO 2013 – All rights reserved
5.4.4 Challenge concentration
The challenge concentration will always be a compromise and pose a risk for under- or over-estimating the
real life performance of a GPACD. For a GPACD designed to remove organic compounds by physisorption,
the measured performance is a direct function of the selected challenge concentration as described by an
adsorption vs. concentration isotherm. In addition, a device that performs best in a high concentration
test may not be the best in the low concentrations of a real installation. Therefore the lowest practical
possible challenge concentration should be used for both the initial efficiency and capacity portions of
the test. For a GPACD designed to remove acid or alkaline compounds by chemisorption, a concentration
dependence of capacity is not normally seen for challenge concentrations in the normative range if only
a chemisorptive mechanism is available. However, organic acids and bases may also be removed by
physisorption and also catalytic reactions are known, both phenomena adding to the capacity given
by pure chemisorption. The effects of the selected challenge concentration need to be assessed in each
individual case.
5.4.5 Temperature and relative humidity
The air temperature can affect the rate of chemical reactions in chemisorption and the ease of
physisorption of VOCs. The relative humidity needs to be over a certain minimum value for chemical
reactions involving water to proceed. In the case of adsorbents for VOC removal through physisorption,
the relative humidity can have quite a strong influence due to competition for adsorption sites between
the water in the air and the contaminants. For applications where the expected temperature and/or
relative humidity is far from the normative values given in 5.5, it is recommended to use actual application
parameters for the test.
5.4.6 Test duration
This is a function of the gas, gas concentration, adsorbent and selected end point of the test. It is possible
to define tests with duration from one hour to several months.
Selection of the four parameters above must be agreed upon in each specific case. However, for a first
screening of suitable devices for general filtration a simplified benchmark setup is suggested below.
5.5 Simplified benchmark setup
5.5.1 General
For benchmark purposes, a set face velocity, temperature, and relative humidity, along with three
concentration levels and three gases are suggested as a best compromise between measurement errors,
the resolution of available measurement techniques and acceptable testing times. These are given
in Table 2 below. The intention of this setup is to aid in an initial screening of different GPACDs and
to establish a performance baseline. It must be stated that this test may not be sufficient enough to
determine the best device in a specific application.
5.5.2 Initial removal efficiency test
A low concentration must be used in the determination of the initial efficiency. Ideally one would use
the actual concentration of the application, but most likely one would need to increase the concentration
due to technical or economic limitations in low level generation and analysis. To ensure that the test
does not begin to saturate the filter, a maximum permissible efficiency decay is given. This test will take
between 1 h and 3 h.
5.5.3 Challenge test concentration
To ensure that the challenge test can be performed with a test time between 1 h and 12 h, two high
concentrations are given: 9 ppm(v) and 90 ppm(v). The higher concentration may be needed in order
to ensure that a device is challenged enough to show an efficiency decay of > 10 %. To ensure that the
test is challenging the filter enough to produce useful data, a minimum permissible efficiency decay
is also given. Data obtained can be used for comparison between different GPACDs providing that the
compared data for BOTH were measured at either 9 ppm(v) or 90 ppm(v) with the same gas and at the
same face velocity.
5.5.4 Filters for VOC tested with toluene
The goal is to select the lower concentration for toluene whenever possible since the data produced from
this concentration will better mirror the actual application. At higher concentrations the isotherms from
different adsorbents may change ranking due to pore volume and show an “empty” and easily desorbed
capacity not available in the real application. The higher concentration will be needed for very heavy
devices with more than 50 kg (100 lbs) of adsorbent. It often gives more useful data to use the lower
concentration and to stop the test at a higher end efficiency than to use the higher concentration and run
the whole curve down to zero end efficiency.
5.5.5 Filters for acids and bases tested with SO and NH , respectively
2 3
For acids and bases no direct concentration difference is expected at 9 ppm(v) or 90 ppm(v), so the
higher concentration may be used for convenience. However, use caution and consult available data for
the adsorbent, this may not be true for all present and future adsorbent systems.
Table 2 — Challenge gases and concentrations for the simplified benchmark test
Challenge gas and concentration for the initial efficiency determination (6.3)
Parameter Selected Challenge Unit Reference analysis Face T RH Maximum
U U
gas level technique velocity [°C] [%] permissible
[m/s] efficiency
decay during
b
test
a d
Acid SO 450 ppb(v) UV fluorescence 2,5 23 50 5 %
d
Base NH 450 ppb(v) chemiluminescence 2,5 23 50 5 %
d d
VOC toluene 5 ppm(v) PID or FID 2,5 23 50 5 %
Challenge gas and concentration for the capacity determination (6.4)
Parameter Selected Challenge Unit Reference analysis Face T RH Minimum
U U
gas level technique velocity [°C] [%] permissible
[m/s] efficiency
decay after
c
12 h
a c d
Acid SO 9/90 ppm(v) UV fluorescence 2,5 23 50 >10 %
c d
Base NH 9/90 ppm(v) chemiluminescence 2,5 23 50 >10 %
c d d
VOC toluene 9/(90) ppm(v) PID or FID 2,5 23 50 >10 %
a
For other acid gases SO may not be representative. In applications for H S, NO, NO , etc. it may be better to test with the
2 2 2
gas in question.
b
A test for initial efficiency should not decay during the test but this may be the case if the selected low concentration is
well beyond challenge capacity of the filter. Therefore, a maximum permissible efficiency decay during the initial efficiecy
test is given. A GPACD not filling this demand may still be tested according to 5.4.
c
The lower or higher concentration is selected depending on filter type/ weight/ purpose/ data sheet. The lower
concentration is preferred for toluene while the higher concentration may be needed for all gases to reach the minimum
permissible efficiency decay after 12 h.
d
The reference techniques are the ones preferred in this part of ISO 10121. However, other techniques may be used
provided that the test supplier can show doccumented correlation versus the reference technique.
5.5.6 Retentivity test
For devices tested with toluene a retentivity determination is recommended, see 6.5. This test is
performed directly after the challenge test simply by keeping the same air flow but with the challenge
12 © ISO 2013 – All rights reserved
gas switched off. The decaying downstream concentration is then recorded until the concentration
is < 5 % of the original challenge concentration or to a test time of maximum 6 h.
6 Test sequence
6.1 General
This test sequence should be used for testing with both application specific gases and with the simplified
benchmark setup. A full test consists of four consecutive parts, one each for the determination of the
four key parameters. The first part involves, besides determining Δp, conditioning of the device to be
tested. This is necessary before any further test and must always be performed. Depending on the needs
of the user and of the specific GPACD to be tested, not all key parameters may need to be determined. It is
optional to perform all three remaining parts or a subset of these but at least 6.4 “Capacity determination”
should be performed. However, any and all parts performed must conform to the normative part of this
part of ISO 10121.
A validation of test stand, generation equipment and analysers must be performed before the test starts
(see Clause 7 and Annex A). In particular, if only one analyser is used, the lag times, t and t , between
R D
upstream and downstream measurements must be previously determined for the concentration and
flow used in 6.3 and 6.4.
6.2 Conditioning and pressure drop determination
Before any performance measurements are made the device should be conditioned with clean air
without challenge gas at correct air flow rate, temperature and relative humidity until a stable and
minimal temperature and humidity gradient over the device is reached. The pressure drop at the rated
air flow shall be measured and recorded. In addition, the relationship between pressure drop and flow
rate shall be determined and reported for 50 %, 75 %, 100 % and 125 % of rated air flow. It should be
noted that the Δp values are affected by the test duct and any adaptor plates used in addition to other
flow restrictions not caused by the tested device. A duct having minimal flow restrictions should be used
and the pressure drop through the duct without the filter should be documented for possible correction
of the measured pressure drop across the filter. Probable deviations should be commented in the report.
6.2.1 Procedure
— 1. Select the desired air flow rate (i.e the rated air flow of the device or the air flow for the specific
application), temperature, relative humidity, challenge compound and challenge concentration C
U
for the device to be tested according to 5.4 or 5.5.
— 2. Calibrate analysis equipment according to Annex A or ma
...
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 2013
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
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
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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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.
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
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
m
s
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
C
n
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
t
Dn
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
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
P
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
Δp
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
E
fraction ou pourcentage d’un contaminant d’essai qui est éliminé par un GPACD à un moment donné
3.35
rémanence
m
r
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
t
r
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)].
R
3.37
temps de montée
t
Rn
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
U
C concentration en aval [ppb, ppm] mesurée à une position Y mm après le dispositif
D
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
I
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
C
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
r
même débit choisi au cours de l’essai de capacité jusqu’à ce que C atteigne une valeur spécifiée
D
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
sU
position amont dans l’Équation (3)
m quantité intégrée en moles ou grammes du composé d’essai, accumulée au cours du mesurage en
sD
position aval dans l’Équation (3)
m quantité totale intégrée [g], [mol] du composé d’essai, accumulée pendant tout l’essai
s
6 © ISO 2013 – Tous droits réservés
p pression en amont [Pa] mesurée à une position X mm avant le dispositif
U
p pression en aval [Pa] mesurée à une position Y mm après le dispositif
D
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
U
RH humidité relative en aval [%] mesurée à une position Y mm après le dispositif
D
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
DC
t temps de décroissance pour une concentration d’efficacité initiale
DE
t temps de montée pour une concentration d’essai
RC
t temps de montée pour une concentration d’efficacité initiale
RE
t temps observé à la fermeture du robinet de gaz d’essai
VC
t temps observé à l’ouverture du robinet de gaz d’essai
VO
T température en amont [°C] mesurée à une position X m avant le dispositif
U
T température en aval [°C] mesurée à une position Y mm après le dispositif
D
v vitesse frontale [m/s] calculée à partir du débit et de la surface transversale du dispositif
f
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.
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 les suivants:
— perte de charge, Δp;
— capacité, m ;
s
— efficacité d’élimination, E;
— rémanence, m .
r
Ces paramètres sont:
— liés les uns aux autres;
— différents pour différents gaz (exception: Δp n’est pas affecté);
— différents pour différentes concentrations du même gaz (exception: Δp n’est pas affecté);
— affectés par la présence d’autres gaz, par la température, par l’humidité et par le débit d’air.
Le cas idéal serait d’effectuer les essais avec les valeurs exactes des paramètres et de la concentration
présente dans l’application prévue, mais la durée de l’essai devrait être aussi longue que la durée de vie
réelle, par exemple des années. Une façon d’accélérer l’essai consiste à augmenter la concentration. Dans
la présente partie de l’ISO 10121, il convient de convenir d’une augmentation de concentration entre
l’utilisateur et le fournisseur. Pour les besoins généraux de référence, il est également possible d’utiliser
trois concentrations: une légèrement augmentée pour la détermination de l’efficacité d’élimination et
deux fortement augmentées pour la détermination de la capacité. Outre les paramètres essentiels de
performance, d’autres facteurs importants sont également à considérer. Les particules peuvent être
émises en aval, au moins pendant le démarrage initial, lorsque le GPACD utilise des adsorbants granulaires
en vrac et en pastilles ou des fibres d’adsorbant et éventuellement pour d’autres types de médias. Cela
peut poser un problème en fonction de la sensibilité de l’application spécifique et de la disponibilité
de la filtration de particules après le GPACD. Les autres facteurs qui peuvent être considérés sont les
émissions gazeuses, la résistance à la corrosion, les exigences de poids et de profondeur.
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Le présent article décrit la partie normative du banc d’essai, les paramètres normatifs pour la production
du courant d’air d’essai et recommande des gaz d’essai à des fins de référence et lorsque la pollution
dans l’application réelle n’est pas encore définie. L’Article 6 décrit en détail et dans l’ordre suivant la
séquence d’essai pour le conditionnement et la détermination de la perte de charge, l’efficacité initiale
d’élimination, la capacité et la rémanence.
5.2 Montage d’essai et section normative du banc d’essai
Dans la mesure où l’équipement d’essai peut être conçu de différentes manières, la présente partie
de l’ISO 10121 n’impose en aucune manière l’application d’une solution d’ingénierie ou une technique
d’analyse particulière. Plusieurs conceptions et techniques d’analyse sont décrites dans les annexes
informatives. Il convient que l’utilisateur de la présente partie de l’ISO 10121 choisisse la solution la
mieux adaptée pour ce qui concerne la disponibilité des équipements et autres préoccupations. Certains
paramètres essentiels risquent de SÉRIEUSEMENT DÉFORMER LES DONNÉES ou rendre les essais de
référence impossibles sauf s’ils sont contrôlés dans les limites spécifiées. Ces paramètres sont indiqués
dans la section d’essai normative à la Figure 1 et dans le Tableau 1. Il faut que le respect de ces niveaux
soit démontré par les essais prévus dans la partie validation.
Il faut que le GPACD soit installé sans fuite ni dérivation. Il convient que le courant d’air soit mélangé
uniformément à vitesse et concentration en amont constantes sur la section transversale. Les paramètres
enregistrés sont la concentration C, la pression p, la température T et l’humidité relative HR dans deux
positions. Le flux d’air est enregistré à la troisième position.
Il convient que la dimension intérieure (ID) du conduit, la largeur et la hauteur indiquées à la Figure 1,
soient de 610 × 610 mm le long de toute la section du GPACD. Il faut que les dispositifs dans leur taille
réelle (grandeur réelle) soient toujours soumis à essai. Des entretoises plates sont utilisées pour le
GPACD < 610 × 610 mm. En outre, un conduit de dimension intérieure (ID) de 300 × 300 mm est admis
pour l’essai d’un GPACD en grandeur réelle de 300 × 300 mm. Les dimensions acceptables du GPACD
pour les essais sont comprises entre 300 mm × 300 mm et 610 mm × 610 mm. La longueur de la section
du GPACD doit être supérieure à la dimension intérieure (ID) du conduit, idéalement 1-3 × ID. Il convient
de concevoir tout changement de diamètre du conduit avant et après la section du GPACD de sorte que
l’écoulement soit uniforme sur toute la section transversale du GPACD.
Légende
1 diffuseur et dispositif Δp
2 points d’échantillonnage — il convient qu’ils soient de type «fourche» ou similaire avec plusieurs points
d’admission pour constituer un échantillon composé sur toute la section transversale
3 GPACD soumis à essai
4 section GPACD du conduit d’essai
5 point d’échantillonnage en amont pour T , RH , p & C à X mm avant le GPACD
U U U U
6 point d’échantillonnage en aval pour T , RH , p & C à Y mm après le GPACD
D D D D
7 Q, point d’échantillonnage de débit d’air à Z mm après le GPACD
w largeur interne du conduit d’essai le long de la section GPACD, 3 + 4
h hauteur interne du conduit d’essai le long de la section GPACD, 3 + 4
Figure 1 — Section normative du banc d’essai montrant le système de conduits,
les paramètres de mesure et les points d’échantillonnage
5.3 Données brutes, précision d’échantillonnage et paramètres de production normatifs
Dans l’idéal, il convient que tous les paramètres de mesure de la Figure 1 soient mesurés en continu par un
système d’enregistrement informatique. Il convient que la fréquence d’échantillonnage soit suffisamment
rapide pour produire des données à variation uniforme et ne négliger aucun événement. Le Tableau 1 ci-
dessous donne les paramètres de production normatifs en complément aux précisions spécifiées:
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Tableau 1 — Paramètres de production normatifs, fréquence de mesure et exigences de
précision pendant l’essai
Oscillation
Paramètres de
Précision admissible Fréquence de
Paramètre production nor- Unité Plage
absolue pendant mesure
matifs
l’essai
C sélectionnés au 5 min, 1 h, 4 h,
U
ppb(v) 100 – 100 000 ± 1,5 % ± 3 %
a
5.4 ou 5.5 12 h
b
C 1 min (ou plus
D
long si au mini-
1-2 % of C – mum 100 pts
U
n.a. ppb(v) ± 1,5 % ± 3 %
100 000 peuvent être
générés à moins
de 50 % eff)
T sélectionnés au
U
± 0,5 °C
5.4 ou 5.5
°C n.a. ± 0,5°C dito C
D
T n.a. n.a.
D
RH sélectionnés au
U
± 3 % RH
5.4 ou 5.5
% n.a. ± 1 %RH dito C
D
RH n.a. n.a.
D
p , p – Pa – ± 5 ± 5 dito C
U D D
Δp (p – p ) dispositif spéci-
U D
Pa – ± 2 ± 2 dito C
D
fique
Q, débit d’air Débit d’air m /h n.a. ± 5 %
assigné (5.4) ou
v , vitesse fron- m/s n.a. ± 3 % dito C
f D
vitesse frontale
tale
2,5 m/s (5.5)
a
Il faut que la concentration en amont soit au minimum mesurée avant et après une séquence d’essai individuelle.
b
La durée de mesure peut devoir être plus longue pour la concentration pour permettre une détection de faible niveau
en utilisant un équipement ex situ, par exemple les tubes Tenax, donnant lieu à des mesures effectuées à des fréquences
inférieures à 5 min.
La température et l’humidité relative sont spécifiées en termes normatifs pour les essais normalisés
(voir 5.5) mais peuvent aussi être modifiées pour s’adapter à un GPACD ou une application spécifique
(voir 5.4).
5.4 Paramètres d’essai sélectionnés entre utilisateur et fournisseur
5.4.1 Généralités
Le montage normatif précise toutes les variables sauf le flux d’air assigné, le gaz d’essai, la concentration
d’essai, la température, l’humidité relative et la durée de l’essai. Ces paramètres dépendent de la
spécification et de l’objet du dispositif soumis à essai et il convient qu’ils soient convenus entre le
fournisseur et l’utilisateur.
5.4.2 Débit d’air et vitesse frontale
Le flux d’air assigné pour un GPACD est un paramètre de construction et le dispositif ne fonctionne pas
comme prévu si le flux d’air est différent. En général, le dispositif a de meilleures performances à un flux
inférieur au flux d’air assigné et des performances dégradées à un flux supérieur au flux d’air assigné.
5.4.3 Gaz d’essai
Il faut que la sélection du gaz d’essai se conforme à la fonctionnalité prévue du GPACD, par exemple, il faut
qu’il soit établi si le dispositif est conçu pour éliminer le gaz d’essai sélectionné. Si possible, le meilleur
choix est d’utiliser le même gaz que dans l’application réelle prévue. L’Annexe B propose plusieurs gaz
polluants connus.
5.4.4 Concentration d’essai
La concentration d’essai est toujours un compromis et présente un risque de sous ou sur estimation des
performances réelles d’un GPACD. Pour un GPACD conçu pour éliminer les composés organiques par
physisorption, les performances mesurées dépendent directement de la concentration d’essai sélectionnée
telle que décrite par une isotherme d’adsorption par rapport à la concentration. En outre, un dispositif qui
donne de meilleurs résultats pour un essai à concentration élevée peut ne pas être le meilleur à de faibles
concentrations d’une installation réelle. Par conséquent, il convient d’utiliser la plus faible concentration
d’essai pratique possible à la fois pour l’efficacité initiale et pour les parties de l’essai relatives à la capacité.
Pour un GPACD conçu pour éliminer les composés acides ou alcalins par chimisorption, une dépendance
de la capacité à la concentration n’est généralement pas considérée pour les concentrations d’essai dans
le domaine normatif si seul le mécanisme de chimisorption est disponible. Cependant, les acides et bases
organiques peuvent aussi être retirés par physisorption ainsi que par réactions catalytiques qui sont
connus, ces deux phénomènes s’ajoutant à la capacité donnée par chemisorption pure. Les effets de la
concentration d’essai choisie sont à évaluer pour chaque cas individuel.
5.4.5 Température et humidité relative
La température de l’air peut affecter le niveau des réactions chimiques en chemisorption et la réduction
de la physisorption des COVs. Il faut que l’humidité relative soit supérieure à une certaine valeur minimale
pour les réactions chimiques impliquant de l’eau pour le procédé. Dans le cas d’adsorbants pour élimination
des COVs à partir de physisorption, l’humidité relative peut avoir une influence assez importante due à
la compétition pour les sites d’adsorption entre l’eau contenu dans l’air et les contaminants. Pour les
applications où la température et/ou l’humidité relative attendues sont loin des valeurs normatives
données en 5.5, il est recommandé d’utiliser les paramètres d’application réelle pour l’essai.
5.4.6 Durée de l’essai
La durée de l’essai dépend du gaz, de la concentration gazeuse, de l’adsorbant et du point terminal
sélectionné de l’essai. Il est possible de définir des essais avec une durée allant d’une heure à plusieurs mois.
Il faut que la sélection des quatre paramètres ci-dessus soit convenue dans chaque cas spécifique.
Toutefois, pour un premier examen des dispositifs appropriés à la filtration générale, un montage de
référence simplifié est proposé ci-dessous.
5.5 Montage de référence simplifié
5.5.1 Généralités
Pour les besoins de référence, une vitesse frontale établie, la température et l’humidité relative ainsi
que trois niveaux de concentration et trois gaz sont proposés comme le meilleur compromis entre les
erreurs de mesure, la résolution des techniques de mesure disponibles et les durées d’essai acceptables.
Ces éléments sont indiqués dans le Tableau 2 ci-dessous. Ce montage a pour objet de faciliter un premier
examen des différents GPACD et d’établir un référentiel des performances. Il faut qu’il soit spécifié que
cet essai peut ne pas suffire pour déterminer le meilleur dispositif pour une application spécifique.
5.5.2 Essai efficacité d’élimination initiale
Il faut qu’une faible concentration soit utilisée pour la détermination de l’efficacité initiale. L’idéal serait
d’utiliser la concentration réelle de l’application, ce qui nécessitera fort probablement d’augmenter
la concentration en raison de contraintes techniques ou économiques dans la génération et l’analyse
de faible niveau. Pour s’assurer que l’essai ne commence pas par saturer le filtre, une décroissance
d’efficacité maximale admissible est donnée. La durée de cet essai est comprise entre 1 h et 3 h.
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5.5.3 Concentration pour l’essai
Pour s’assurer que l’essai peut être réalisé selon une durée d’essai comprise entre 1 h et 12 h, deux
concentrations élevées sont spécifiées, 9 ppm(v) et 90 ppm(v). La concentration la plus élevée peut être
nécessaire afin de s’assurer que le dispositif est suffisamment sollicité pour montrer une décroissance
d’efficacité > 10 %. Pour s’assurer que l’essai sollicite suffisamment le filtre pour produire des données
utiles, une décroissance d’efficacité minimale admissible est également spécifiée. Les données obtenues
peuvent être utilisées pour la comparaison entre les différents GPACD pourvu que les données comparées
pour les DEUX aient été mesurées à 9 ppm(v) ou 90 ppm(v) avec le même gaz et à la même vitesse frontale.
5.5.4 Filtres COV soumis à essai avec du toluène
L’objectif est de sélectionner la plus faible concentration de toluène chaque fois que possible, car
les données produites à partir de cette concentration reflèteront mieux l’application réelle. À des
concentrations plus élevées, les isothermes de différents adsorbants peuvent changer de classe en
raison du volume poreux et présenter une capacité «vide» et facilement désorbée non disponible dans
l’application réelle. La plus forte concentration est nécessaire pour les dispositifs très lourds avec plus
de 50 kg / 100 lb d’adsorbant. Des données plus utiles sont souvent obtenues en utilisant la plus faible
concentration et en arrêtant l’essai à une efficacité finale plus élevée plutôt que d’utiliser la plus forte
concentration et réaliser toute la courbe jusqu’à l’efficacité finale zéro.
5.5.5 Filtres pour les acides et les bases soumis à essai respectivement avec du SO et du NH
2 3
Pour les acides et les bases, aucune différence de concentration directe n’est attendue à 9 ou 90 ppm(v).
Il est ainsi possible d’utiliser la concentration la plus élevée pour plus de commodité. Il faut cependant
faire preuve de prudence et consulter les données disponibles pour l’adsorbant, ceci peut ne pas se
vérifier pour tous les systèmes d’adsorbant actuels et futurs.
...
Questions, Comments and Discussion
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