Badania prowadzone przez zespół Brandona Boora z Uniwersytetu Purdue, w ramach projektu ASHRAE RP-1734, wykazały, że wydajność filtrów HVAC w rzeczywistych warunkach eksploatacji znacząco zmienia się w czasie. Zmiany te mają istotny wpływ na skuteczność zatrzymywania cząstek, zużycie energii oraz decyzje dotyczące ich wymiany. Prace te mają również wspierać opracowanie przyszłej wytycznej ASHRAE Guideline 35, dotyczącej określania zużycia energii przez urządzenia do oczyszczania i filtracji powietrza.
Zmienna wydajność filtrów w praktyce
W przeciwieństwie do laboratoryjnych pomiarów, rzeczywista wydajność filtrów nie jest stała przez cały okres ich użytkowania. Zespół z Purdue mierzył te zmiany, eksploatując trzy pełnowymiarowe kanały wentylacyjne, każdy z przepływem 2000 stóp sześciennych na minutę powietrza zewnętrznego, przez 112 tygodni. W każdym kanale zastosowano inny filtr końcowy (MERV 8, MERV 13 elektretowy lub MERV 14), poprzedzony prefiltrem MERV 8.
Wyniki pokazały zróżnicowane zachowania:
- Prefiltry MERV 8 z czasem poprawiły swoją wydajność, osiągając po roku klasę MERV 14 w warunkach eksploatacyjnych.
- Filtr końcowy MERV 8 poprawił się do około MERV 11.
- Mechaniczny filtr MERV 14 utrzymywał stabilną wydajność przez blisko 90 tygodni, po czym nastąpił nagły spadek, przypisywany fizycznemu uszkodzeniu mediów filtracyjnych, a nie zwykłemu obciążeniu.
- Filtr elektretowy MERV 13, przeciwnie, spadł do klasy MERV 10 po około sześciu i pół miesiącach.
Mechaniczne filtry, takie jak MERV 8, zwiększały swoją wydajność w miarę gromadzenia się kurzu, ponieważ osadzone cząstki wzmacniają strukturę zbierającą mediów. Natomiast filtry elektretowe, jak testowany MERV 13, opierają się na przyciąganiu elektrostatycznym. W miarę zaniku tej elektrostatycznej zdolności w trakcie eksploatacji, wydajność filtracji może spadać, nawet jeśli cząstki nadal gromadzą się na mediach.
Cząstki ultradrobne poza klasyfikacją MERV
Norma ANSI/ASHRAE Standard 52.2 przypisuje klasy MERV dla grup cząstek o rozmiarach od 300 nm, co oznacza, że cząstki ultradrobne (poniżej 100 nm) nie są uwzględniane w tej klasyfikacji. Pomiary w kanałach Purdue wykazały, że ponad 80% napływających cząstek, pod względem liczbowym, mieściło się w tym zakresie ultradrobnych, z dystrybucją rozmiarów szczytującą w okolicach 30-40 nm.
Jak zauważył Boor, filtry MERV 8 usuwają jedynie niewielką część tych cząstek, które łatwo przenikają przez media. Konwencjonalne podejście stopniowej filtracji, gdzie prefiltr MERV 8 wyłapuje grubsze cząstki, a filtr końcowy o wyższej wydajności zajmuje się resztą, jest zasadne, ale cząstki ultradrobne mogą nadal docierać do dalszej strony systemu, chyba że wydajność filtracji końcowej jest bardzo wysoka.
Inne badanie terenowe Purdue, przeprowadzone przez Danielle Wagner w Herrick Living Laboratories, pokazało znaczenie wysokowydajnej filtracji. Gdy system zmienił filtr końcowy z MERV 14 na filtr HEPA, mediana stężenia ultradrobnych cząstek za filtrem spadła z 690 cm⁻³ do 40 cm⁻³, co oznacza redukcję o 94%. Mediana wydajności filtracji cząstek ultradrobnych wynosiła około 40% dla filtra MERV 14, w porównaniu do około 96% dla filtra HEPA. Należy zaznaczyć, że pomiary pochodziły z jednego budynku, wykorzystującego konkretne filtry w różnych okresach, ale wyniki te ilustrują, jak dostarczanie cząstek ultradrobnych może się zmieniać wraz ze zmianą filtracji.
Wpływ na zużycie energii i decyzje o wymianie
Wzrost spadku ciśnienia na filtrze w miarę jego obciążenia, szczególnie w przypadku prefiltrów MERV 8, był wyraźny. Boor podkreśla, że jeśli wentylator jest w stanie utrzymać stały przepływ powietrza, po prostu pobierze więcej mocy, co ma bezpośrednie konsekwencje energetyczne. W systemach, które nie mogą utrzymać stałego przepływu, zwiększony opór filtra może z kolei zmniejszyć przepływ powietrza, wpływając na wentylację oraz dostarczanie ogrzewania lub chłodzenia.
Dla inżynierów stanowi to przypomnienie, że rosnący spadek ciśnienia na filtrze to tylko jeden ze składników całkowitego statycznego ciśnienia w systemie, ale nie można go ignorować. W praktyce instalatorów termin „brudny filtr” może oznaczać trzy różne zjawiska: wzrost wydajności filtrów mechanicznych w wyniku obciążenia, spadek wydajności filtrów elektretowych z powodu zaniku ich ładunku elektrostatycznego, lub całkowicie inny tryb awarii w przypadku uszkodzenia fizycznego mediów filtracyjnych.
Ostatecznym celem projektu ASHRAE RP-1734 jest opracowanie metodologii szybkiego starzenia filtrów HVAC, aby odtworzyć ewolucję spadku ciśnienia w ciągu ich życia serwisowego, z uwzględnieniem zużycia energii przez wentylatory i harmonogramów wymiany filtrów.
Opracowano na podstawie informacji rynkowych: HVAC / branża ogólna. Inspiracja źródłowa: ACHR News.
