ISO 16890: Filterklassen ePM1, ePM2,5 und ePM10 erklärt

Seit 2018 gilt ISO 16890 als verbindliche Klassifizierungsnorm für Luftfilter in raumlufttechnischen Anlagen – die frühere EN 779 ist damit vollständig abgelöst. Die neue Norm bewertet Filter nicht mehr nach Gruppen (G1–F9), sondern nach ihrer Abscheideeffizienz gegenüber definierten Partikelfraktionen. Dieser Artikel erläutert systematisch den Aufbau der ISO 16890, erklärt die drei Filterklassen ePM1, ePM2,5 und ePM10 und zeigt, welche Konsequenzen sich für Planung und Betrieb ergeben.

Warum ISO 16890 die EN 779 abgelöst hat

Die EN 779 war über Jahrzehnte das maßgebende Klassifizierungssystem für Luftfilter in raumlufttechnischen Anlagen. Sie teilte Filter in Gruppen von G1 (grob) bis F9 (fein) ein und nutzte als Prüfgröße den gravimetrischen Abscheidegrad gegenüber synthetischem A2-Prüfstaub sowie – für Feinstaubfilter – den Fraktionsabscheidegrad bei einer definierten Partikelgröße von 0,4 µm. Dieses System wies jedoch einen grundsätzlichen Mangel auf: Die Prüfmethodik spiegelte nicht wider, welche gesundheitlich relevanten Partikelgrößen ein Filter im Betrieb tatsächlich zurückhält.

Ein zentrales Problem der EN 779 war die elektrostatische Aufladung moderner Synthetikfasern in Filtermedien. Elektretfilter erzielten durch elektrostatische Effekte im Neuzustand sehr hohe Abscheidegrade, die sich nach kurzer Betriebszeit – sobald die Ladungen durch Staubbeladung und Umgebungsfeuchte abgebaut wurden – deutlich verringerten. Ein Filter konnte so im Prüflabor als F7 klassifiziert werden, obwohl seine reale Leistung im Betrieb erheblich darunter lag. Dieser Effekt war in der Praxis bekannt, aber in der EN 779 nicht systematisch abgebildet.

Der zweite wesentliche Kritikpunkt betraf den fehlenden Bezug zu gesundheitlich definierten Partikelfraktionen. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) sowie Umweltbehörden weltweit orientieren ihre Luftqualitätsbewertung an PM1-, PM2,5- und PM10-Fraktionen – also an Partikeln mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 1 µm, 2,5 µm bzw. 10 µm. Die EN-779-Klassifizierung bildete diese Fraktionen nicht ab; eine Aussage darüber, wie gut ein F7-Filter PM2,5-Partikel zurückhält, war aus der Klassifizierung allein nicht ableitbar.

Die ISO 16890, die in Deutschland als DIN EN ISO 16890 in vier Teilen veröffentlicht wurde, löste die EN 779 ab dem Jahr 2018 verbindlich ab. Die EN 779:2012 wurde zum Juli 2018 zurückgezogen. Die neue Norm schließt beide Lücken: Sie berücksichtigt den entladenen Zustand der Filtermedien als Worst-Case-Szenario und bewertet die Abscheideeffizienz direkt gegenüber den drei gesundheitsrelevanten Partikelfraktionen PM1, PM2,5 und PM10.

In der Praxis bedeutete die Umstellung für Planer und Betreiber zunächst erheblichen Klärungsbedarf. Ausschreibungsunterlagen, Bestandsanlagen und Wartungsverträge, die auf EN-779-Filterklassen Bezug nahmen, mussten auf die neue Systematik umgestellt werden. Erfahrungsgemäß finden sich in Bestandsanlagen und älteren Ausschreibungsvorlagen noch heute Verweise auf G4, F7 oder F9 – eine Umrechnungshilfe wird im späteren Abschnitt dieses Artikels bereitgestellt.

Aufbau der ISO 16890 – Struktur und Prüfmethodik

Die ISO 16890 gliedert sich in vier Teile, die gemeinsam das vollständige Prüf- und Klassifizierungsverfahren abbilden. Teil 1 definiert technische Spezifikationen und Anforderungen sowie die Grundlagen der Klassifizierung. Teil 2 beschreibt die Messung von Fraktionsabscheidegrad und Strömungswiderstand. Teil 3 behandelt die gravimetrische Bestimmung des Abscheidegrades für Grobstaubfilter. Teil 4 regelt die Konditionierung von Filtermedien mit Isopropanol als vorbereitenden Prüfschritt.

Das Herzstück der Prüfmethodik ist der Fraktionsabscheidegrad. Als Prüfaerosol wird ein synthetisches Öl-Aerosol (DEHS, Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat) eingesetzt, das in definierten Partikelgrößen zwischen 0,3 und 10 µm erzeugt wird. Optische Partikelzähler messen die Partikelkonzentration vor und hinter dem Prüfling; aus dem Verhältnis ergibt sich der partikelgrößenspezifische Fraktionsabscheidegrad E(d). Die Messungen erfolgen zunächst am neuen Filter (Anfangszustand) und nach der Isopropanol-Konditionierung.

Die Konditionierung in gesättigter Isopropanol-Atmosphäre für 24 Stunden ist der entscheidende methodische Unterschied zur EN 779. Durch diesen Schritt werden elektrostatische Ladungen an den Faseroberflächen des Filtermediums abgebaut. Die anschließende Messung ergibt den sogenannten $E_{min}$-Wert – den Abscheidegrad ohne elektrostatische Verstärkung, also den reinen mechanischen Abscheideeffekt. Aus dem arithmetischen Mittelwert von $E_{initial}$ und $E_{min}$ ergibt sich der mittlere Fraktionsabscheidegrad $E_m$, der als Grundlage für die Klassifizierung verwendet wird.

Die ISO $ePM_x$-Effizienzen werden aus dem mittleren Fraktionsabscheidegrad $E_m$ durch Wichtung mit einer standardisierten Partikelgrößendichteverteilung berechnet. Diese Verteilung entspricht einem mittleren urbanen Außenluftaerosol und ist in der Norm festgelegt. Das Ergebnis ist eine einzelne Prozentzahl je Partikelfraktion – beispielsweise ISO ePM1 65 % – die angibt, welcher Anteil der PM1-Fraktion im Mittel (entladet und unentladen) abgeschieden wird.

Für Grobstaubfilter (ISO Coarse) entfällt die Fraktionsabscheidegradmessung. Hier wird ausschließlich der gravimetrische Abscheidegrad gegenüber synthetischem A2-Prüfstaub nach ISO 12103-1 bestimmt. Das Ergebnis wird auf die nächsten 5 % gerundet und ergibt die Klassifizierung, z. B. ISO Coarse 65 %. Eine Konditionierung in Isopropanol ist für diese Filtergruppe nicht vorgesehen.

Bei der Auslegung ist zu beachten, dass die Prüfbedingungen (Prüfvolumenstrom, Temperatur, relative Feuchte) exakt eingehalten werden müssen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Abweichungen im Betrieb – insbesondere höhere oder niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten als im Prüfstand – können den realen Abscheidegrad beeinflussen. Ein Filter, der bei Nennvolumenstrom ISO ePM1 70 % erreicht, kann bei überhöhtem Volumenstrom deutlich darunter liegen.

Die drei Filterklassen: ePM1, ePM2,5 und ePM10

ISO 16890 teilt Luftfilter in vier Hauptgruppen ein: ISO Coarse, ISO ePM10, ISO ePM2,5 und ISO ePM1. Die Zuordnung zu einer Gruppe erfolgt anhand der berechneten mittleren Abscheideeffizienzen gegenüber den jeweiligen Partikelfraktionen, kombiniert mit einem Mindestschwellenwert von 50 % im konditionierten (entladenen) Zustand.

ISO ePM1 erfasst Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 0,3 bis 1,0 µm. Diese Fraktion entspricht in etwa dem gesundheitlich besonders relevanten Feinstaubbereich PM1. Filter werden dieser Gruppe zugeordnet, wenn die mittlere Abscheideeffizienz $E_m$(PM1) im entladenen Zustand ≥ 50 % beträgt. Die Effizienzklassen innerhalb der Gruppe lauten: ISO ePM1 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 % und 95 %.

ISO ePM2,5 erfasst Partikel bis 2,5 µm aerodynamischen Durchmesser (Partikelgrößenbereich 0,3–2,5 µm). Auch hier gilt der Mindestschwellenwert von 50 % im konditionierten Zustand. Die Abstufung erfolgt analog in 5-Prozent-Schritten von 50 % bis 95 %. Ein Filter wird ISO ePM2,5 zugeordnet, wenn er die ePM1-Schwelle von 50 % verfehlt, die ePM2,5-Schwelle jedoch erreicht.

ISO ePM10 erfasst den Partikelgrößenbereich 0,3–10 µm. Filter in dieser Gruppe erreichen die Mindesteffizienz von 50 % für PM2,5 nicht, scheiden aber mindestens 50 % der PM10-Partikel ab. Die Effizienzklassen lauten: ISO ePM10 50 % bis ISO ePM10 95 %.

ISO Coarse (Grobstaubfilter) erzielen weniger als 50 % mittlere Effizienz gegenüber PM10 im konditionierten Zustand. Ihre Bewertung erfolgt – wie beschrieben – gravimetrisch gegenüber synthetischem Prüfstaub.

Der vorangestellte Buchstabe „e“ steht für „efficiency“ (Effizienz), das nachfolgende „PM“ für „particulate matter“ (Partikelmaterie). Die Zahl bezeichnet den oberen aerodynamischen Durchmesser der bewerteten Partikelfraktion in Mikrometern. Diese Bezeichnungssystematik ist bewusst an die Luftqualitätsterminologie der WHO angelehnt und macht die Filterleistung für Gesundheitsexperten, Planer und Betreiber gleichermaßen interpretierbar.

Vergleich ISO 16890 zu EN 779 – Orientierungshilfe

Ein direkter, eineindeutiger Umrechnungsschlüssel zwischen EN 779 und ISO 16890 existiert nicht. Die Prüfmethodik unterscheidet sich grundlegend: EN 779 bewertete Filter mit aufgeladenem Filtermedium und einem einzigen synthetischen Prüfstaub, während ISO 16890 den entladenen Zustand sowie ein reales Außenluftaerosol-Spektrum zugrunde legt. Zwei Filter, die unter EN 779 beide als F7 klassifiziert wurden, können unter ISO 16890 in völlig verschiedene Gruppen fallen.

Das Handbuch der Klimatechnik (VDE-Verlag) dokumentiert als Beispiel, dass als F7 klassifizierte Filter nach Einführung von ISO 16890 eine Spreizung von ISO ePM2,5 60 % bis ISO ePM1 65 % aufwiesen – ein Unterschied, der für die Planungsqualität erheblich ist. Die folgende Orientierungstabelle gibt Richtwerte für die Übertragung, wie sie auch in VDI 3803 Blatt 4 und dem Handbuch der Klimatechnik verwendet werden:

Bei der Auslegung ist zu beachten, dass diese Tabelle keine Norm ist, sondern eine Planungshilfe. Für Neuauslegungen und Ausschreibungen ab 2018 sind ausschließlich ISO-16890-Klassen zu verwenden; die EN-779-Terminologie darf in neuen Planungsunterlagen nicht mehr als Anforderungsmerkmal aufgeführt werden. Werden in Bestandsanlagen Ausschreibungsunterlagen mit EN-779-Klassen vorgefunden, empfiehlt sich eine ausdrückliche Überführung in die ISO-16890-Systematik, bevor Filterangebote eingeholt werden – andernfalls riskieren Betreiber, dass Anbieter unterschiedliche Filterqualitäten unter derselben alten Bezeichnung liefern.

In der Praxis sind Verzögerungen bei der Normanpassung in Wartungsverträgen ein typisches Problem. Erfahrungsgemäß enthalten noch im Jahr 2026 viele FM-Verträge und Wartungsanweisungen die alte EN-779-Terminologie, ohne dass dies bemerkt wird. Eine Überprüfung der verwendeten Filterbezeichnungen bei der nächsten Wartungsplanung oder Ausschreibungsvorbereitung ist daher sinnvoll.

Berechnungsbeispiel / Formeln

ISO 16890 ist primär eine Prüf- und Klassifizierungsnorm; die eigentliche Berechnung erfolgt im Prüflabor. Für die Planungspraxis relevante Rechenoperationen betreffen die Überprüfung, ob eine geforderte Filterklasse bei gegebenem Volumenstrom eingehalten wird, sowie die Berechnung des Druckverlustes im Betrieb.

Berechnungsbeispiel 1 – Überprüfung der Abscheideeffizienz bei abweichendem Volumenstrom:

Ein Filter ist nach ISO ePM1 70 % klassifiziert. Der Prüfvolumenstrom im Labor betrug 3.400 m³/h (Nennvolumenstrom des Filters). In einer bestehenden Anlage wird der Filter mit 4.200 m³/h betrieben, da die Anlage nach einem Umbau einen höheren Volumenstrom führt.

Die Strömungsgeschwindigkeit im Filtermedium steigt proportional zum Volumenstrom. Bei höherer Durchströmungsgeschwindigkeit verringert sich die Verweilzeit der Partikel im Filtermedium und damit der Diffusions- und Trägheitsabscheidemechanismus. Als Faustformel gilt: Eine Erhöhung der Filterflächengeschwindigkeit um 20 % kann den ePM1-Abscheidegrad um 5–10 Prozentpunkte reduzieren. Im vorliegenden Fall:

Volumenstromerhöhung: (4.200 – 3.400) / 3.400 = 23,5 %

Zu erwartende Effizienzminderung (orientierend): ca. 8–12 Prozentpunkte → realer Betriebsabscheidegrad ≈ 58–62 % statt 70 %

Das Ergebnis zeigt, dass der Filter unter den veränderten Betriebsbedingungen eine um ISO ePM1 60 % reduzierte Leistung erbringt. Für eine Anlage, in der ISO ePM1 65 % als Mindestanforderung gilt (z. B. nach VDI 3803 Blatt 4 für ZUL 1, zweistufig), wäre der Filter unter diesen Bedingungen als unzureichend zu bewerten.

Berechnungsbeispiel 2 – Druckverlust im Betrieb:

Der Druckverlust eines Luftfilters steigt mit zunehmender Beladung und mit steigendem Volumenstrom. Im Neuzustand (sauber) weist ein ISO ePM1 70 %-Filter typischerweise einen Anfangsdruckverlust von 60–100 Pa auf. Der Enddruckverlust, bei dem der Filter gewechselt werden sollte, wird in der Planungspraxis – orientiert an VDI 6022 und Herstellerempfehlungen – üblicherweise bei 150–250 Pa angesetzt, je nach Filterklasse und Anlagenauslegung.

Der Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Druckverlust folgt näherungsweise dem quadratischen Gesetz:

Beispiel: Ein Filter zeigt bei Nennvolumenstrom V̇₁ = 3.400 m³/h einen Anfangsdruckverlust von Δp₁ = 80 Pa. Bei erhöhtem Betriebsvolumenstrom V̇₂ = 4.200 m³/h ergibt sich:

Der Anfangsdruckverlust steigt damit um 52 %. Da der Enddruckverlust des Filters beispielsweise auf 200 Pa ausgelegt ist, verbleibt eine Beladungsreserve von nur noch 78 Pa statt der ursprünglich geplanten 120 Pa. Die Standzeit des Filters verkürzt sich entsprechend. Bei der Planung von Lüftungsanlagen nach einer Leistungserweiterung ist die Auswirkung auf Filtergröße, Druckverlustniveau und Wechselintervall daher stets neu zu bewerten.

H2: Filterauswahl nach Anwendungsfall und Normvorgabe

Die Auswahl der geeigneten Filterklasse richtet sich nach drei Eingangsgrößen: der Qualität der Außenluft (Außenluftqualitätskategorie ODA), der geforderten Qualität der Zuluft (Zuluftqualitätskategorie SUP) und den anlagenspezifischen Hygieneanforderungen nach VDI 6022 und VDI 3803 Blatt 4.

Außenluftqualitätskategorien (ODA) nach DIN EN 16798-3 unterscheiden:

• ODA 1: Reine Luft, nur vorübergehend verschmutzt (ländliche Umgebung, geringe Partikelbelastung)
• ODA 2: Außenluft mit hoher Staub- oder Partikelkonzentration oder Gerüchen
• ODA 3: Außenluft mit hoher Gaskonzentration oder sehr hoher Partikelbelastung (Industriegebiete, Hauptverkehrsstraßen)

Zuluftqualitätskategorien (SUP) orientieren sich an den IDA-Kategorien der DIN EN 16798-1 und beschreiben die geforderte Luftqualität am Einblasort: SUP 1 entspricht hoher Luftqualität, SUP 4 entspricht niedriger Luftqualität.

VDI 3803 Blatt 4 (aktualisiert 2023) gibt konkrete Filterempfehlungen in Abhängigkeit von Außenluftqualitätskategorie (AUL) und Zuluftqualitätskategorie (ZUL) in Form einer Tabelle. Die aktuelle Empfehlung für AUL 1 / ZUL 1 bei zweistufiger Filtration lautet beispielsweise: Vorstufe ISO ePM10 50 % + Hauptstufe ISO ePM1 60 %. Für einstufige Systeme in derselben Konfiguration ist ISO ePM1 70 % vorgesehen.

Bei der Auslegung ist zu beachten, dass die VDI-6022-Berichtigung von 2023 die Filterempfehlungen an VDI 3803 Blatt 4:2023 angepasst hat und die frühere Zuluftkategorie ZUL 3 ersatzlos gestrichen wurde. Planungen, die auf Grundlage der VDI 6022:2018 ohne Berücksichtigung der Berichtigung durchgeführt wurden, können von den aktuell gültigen Filteranforderungen abweichen.

Für Anlagen mit Befeuchter gilt gemäß VDI 3803 Blatt 1:2020-05 eine besondere Regelung: Vor dem Befeuchter muss aus hygienischen Gründen eine Filterklasse von mindestens ISO ePM2,5 65 % oder höher (z. B. ISO ePM1 50 %) eingesetzt werden. Diese Anforderung schützt die feuchten Befeuchteroberflächen vor Staubdepositionen, die als Nährboden für Mikroorganismen dienen können.

Ein typischer Planungsfehler liegt darin, nur den Hauptfilter in der Filterplanung zu berücksichtigen und den Vorfilter als „kostengünstige Grobstufe“ zu vernachlässigen. Ein verschmutzter Vorfilter erhöht den Gesamtdruckverlust der Filtersektion überproportional, erhöht die Energiekosten des Ventilators und verkürzt die Standzeit des teureren Hauptfilters – da dieser bei fehlendem Vorfilter oder überfülligem Wechsel des Vorfilters stärker belastet wird.

Betriebliche Aspekte: Standzeit, Druckverlust und Wechselintervall

Im Betrieb ist die Überwachung des Filterdruckverlustes die wichtigste betriebliche Kenngröße. Der Differenzdrucksensor – vor und hinter dem Filter montiert – erfasst kontinuierlich die Druckdifferenz über die Filterstufe. Steigt der Differenzdruck auf den festgelegten Enddruckverlust, ist der Filter zu wechseln.

Empfohlene Enddruckverluste orientieren sich an Filterklasse und Anlagenauslegung. Als Richtwerte gelten in der Planungspraxis:

• ISO Coarse: Enddruckverlust ca. 100–150 Pa
• ISO ePM10: Enddruckverlust ca. 150–200 Pa
• ISO ePM2,5 / ePM1: Enddruckverlust ca. 200–250 Pa

Diese Werte sind keine Normfestsetzungen, sondern Planungsempfehlungen. Der tatsächliche Enddruckverlust ist in der Anlagenplanung mit dem Ventilatorhersteller abzustimmen, da der Ventilatorkennlinie ein bestimmter Druckbereich zugrunde liegt – wird der Filter zu spät gewechselt, verlässt der Betriebspunkt die stabile Zone der Ventilatorcharakteristik.

Neben der druckbasierten Überwachung sieht VDI 6022 eine zeitbasierte Mindestinspektionspflicht vor. Unabhängig vom gemessenen Differenzdruck ist der Filterzustand bei jeder Hygieneinspektion visuell zu prüfen. Filterschäden wie Medienabrisse, Rahmenundichtigkeiten oder Bypassleckagen sind durch Druckverlustmessung allein nicht erkennbar; sie erfordern eine Sichtprüfung oder – bei begründetem Verdacht – eine Partikelzählung downstream.

Die Standzeit eines Filters hängt von der Außenluftqualität, dem Volumenstrom und dem eingesetzten Filtermedium ab. Typische Standzeiten in mitteleuropäischen Städten liegen bei ISO ePM1-Filtern je nach Außenluftbelastung zwischen 3.000 und 8.000 Betriebsstunden. Im urbanen Umfeld mit erhöhter Partikelbelastung (ODA 2) sind Standzeiten am unteren Ende des Bereichs zu erwarten; in ländlichen Gebieten (ODA 1) deutlich längere Intervalle möglich.

Ein in der Planungspraxis häufig unterschätzter Faktor ist die Energiebilanz der Filtration. Da der Ventilator den Druckverlust der Filtersektion überwinden muss, steigt der Energieverbrauch mit zunehmendem Filterverschmutzungsgrad. Bei einer RLT-Anlage mit 10.000 m³/h Volumenstrom und einem Druckverlustanstieg von 100 Pa über die Filterlaufzeit ergibt sich eine zusätzliche Ventilatorleistung von:

Mit $η_{ges}$ = 0,65 (typischer Gesamtwirkungsgrad Ventilator + Motor):

Über eine Betriebszeit von 4.000 Stunden (halbjährlicher Betrieb zwischen zwei Filterwechseln, Vollast) ergibt das einen Mehrenergieverbrauch von ca. 1.700 kWh pro Filterwechselzyklus. Bei frühzeitigem Filterwechsel – also bevor der Enddruckverlust vollständig erreicht ist – lässt sich dieser Verbrauch reduzieren; die Entscheidung ist wirtschaftlich zwischen Filterkosten und Energiekosten abzuwägen.

Fazit

ISO 16890 stellt eine methodisch fundierte Grundlage für die Bewertung von Luftfiltern dar, die erstmals eine direkte Verbindung zwischen Filterleistung und gesundheitlich relevanten Feinstaubfraktionen herstellt. Die Klassifizierung nach ePM1, ePM2,5 und ePM10 ist international kompatibel, praxisnah und durch die Isopropanol-Konditionierung manipulationsresistenter als die abgelöste EN 779. Für Planung, Ausschreibung und Betrieb gilt: Ausschließlich ISO-16890-Klassen verwenden, die VDI-3803-Blatt-4-Empfehlungen als Mindestvorgaben behandeln und den Differenzdrucksensor als betriebliches Steuerungsinstrument nutzen.